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1、第九节第九节 液体输送设备液体输送设备流体输流体输送机械送机械泵泵流体从低处到高处，从低压到高流体从低处到高处，从低压到高压，克服阻力流动，都需提供能压，克服阻力流动，都需提供能量，需要相应的设备。量，需要相应的设备。一般将输送液体的机械称为一般将输送液体的机械称为泵泵，输送气体的机械通称为输送气体的机械通称为风机风机或或压压缩机缩机，负压条件下工作的气体输送机械负压条件下工作的气体输送机械又称为又称为真空泵真空泵。泵泵动力泵正位移泵离心泵轴向流泵径向流泵混流泵旋转泵往复泵多转子泵单转子泵隔膜泵活塞泵柱赛泵齿轮泵螺杆泵叶片泵螺杆泵叶轮泵柱赛泵挠性泵按泵的工作原理分按泵的工作原理分:特点：机械内
2、部的工作容积不断发生变化。特点：机械内部的工作容积不断发生变化。特点：使流体获得速度特点：使流体获得速度泵的类型离心泵轴流泵柱塞泵罗茨泵齿轮泵一、一、离心泵离心泵 （一）主要部件和工作原理（一）主要部件和工作原理 1叶轮叶轮 2泵壳泵壳 3泵轴泵轴4吸入口吸入口 5吸入管吸入管 6底阀底阀7滤网滤网 8排出口排出口 9排出管排出管10调节阀调节阀叶轮形式：叶轮形式：（a a）开式）开式（b b）半闭式）半闭式（c c）闭式）闭式 主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置 （a） （ b） （c） 1填料函壳填料函壳2软填料软填料3液封圈液封圈4填料压盖填料压盖5内衬套内衬套
3、轴封装置：轴封装置：减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。填料密封填料密封-填料不能压得过紧，也不能压得过松，填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。 常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或石棉。石棉。泵壳的作用：将动能转化为静压能。泵壳的作用：将动能转化为静压能。 （1）泵壳）泵壳 （2）叶轮）叶轮泵壳的主要作用是什么？泵壳的主要作用是什么？汇集液体，并导出液体；汇集液体，并导出液体；能量转换装置能量转换装置 动能动能静压能静压能工作原理：工作原理：泵内充
4、满液体，叶轮带动流体旋转，产生离心力，泵内充满液体，叶轮带动流体旋转，产生离心力，使流体加速，获得能量。使流体加速，获得能量。结构特点：结构特点：中心吸入，中心吸入， 边上甩出；边上甩出；后弯叶片；后弯叶片；外壳为蜗壳；外壳为蜗壳；出入口间无封隔。出入口间无封隔。思考：思考： 为什么叶片弯曲？为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？泵壳呈蜗壳状？气缚现象：气缚现象： 离心泵启动时、若泵内存有空气，由于空气密度很小，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以吸入液体，这样虽启动离心泵也不能完成输送任务，这种现象称为气缚。 这表示离心泵无自吸能力，所以离心泵在启动前必须向泵内灌满被输送的液体。
5、（当然若将离心泵的吸入口置于被输送液体的液面之下，液体会自动流入泵内，这是一种特殊情况。）叶轮吸入形式：叶轮吸入形式：（a）单吸）单吸 （b）双吸。双吸。（二）离心泵的主要性能参数特性曲线（二）离心泵的主要性能参数特性曲线 1离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量Q，泵单位时间实际输出的液体量，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或或m3/h。可测量。可测量n，单位，单位r/min1流量计流量计 2压力表压力表 3真空表真空表 4泵泵 5水池水池在在1-1和和2-2间列柏努利方程间列柏努利方程在泵进口、泵出
6、口间列机械能衡算式在泵进口、泵出口间列机械能衡算式各项损失：各项损失：（1）容积效率容积效率h hv 指各种泄漏指各种泄漏（2）机械效率机械效率h hm 指各种摩擦损失指各种摩擦损失, ,一般一般0.960.99（3）水力效率水力效率h hh 流体阻力损失、环流和冲击造流体阻力损失、环流和冲击造 成的损失等成的损失等, , 前者与前者与qv2成正比，成正比， 后者有后者有一一最小值。最小值。 一般一般h hh h=0.80.9 h h=h hvh hmh hh 4B20型离心泵在型离心泵在n=2900 rpm下的特性曲线下的特性曲线离心泵性能曲线Q曲线：曲线：离心泵的压头在较大流量范围内是随流
7、量增大而减小的，Q0时，H最大。不同型号的离心泵，Q曲线的形状有所不同。P PQ曲曲线线 ：Q曲线表示泵的流量Q和轴功率的关系，随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。Q曲线曲线：开始随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。 Q Q曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。离心泵特性曲线的影响因素：离心泵特性曲线的影响因素：v 液体性质液体性质 密度密度: :黏度黏度: :当比20清水的大时，H，P， 实验表明，当20厘斯时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。 转
8、速转速n qvn, Hn2, Pn3 （离心泵比例定律）叶轮直径叶轮直径D2 其余尺寸不变 qvD2, HD22, PD23（1）选型(清水、耐腐蚀、泥浆泵等）。（2）定规格（扬程、流量）。（3）计算功率。（4）确定安装高度。（5）选择合适的工作点。工程上需要解决的问题：工程上需要解决的问题：例例1-9-1用清水测定某离心泵用清水测定某离心泵的特性曲线。当调节出口阀使的特性曲线。当调节出口阀使管路流量为管路流量为25 m3/h时，泵出口时，泵出口处压力表读数为处压力表读数为0.28MPa（表（表压），泵入口处真空表读数为压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为，测得泵的轴功
9、率为3.35kW，电机转速为，电机转速为2900min-1，真空表与压力表测压截面的垂真空表与压力表测压截面的垂直距离为直距离为0.5m，泵进、出管路，泵进、出管路直径相同。试由该组实验测定直径相同。试由该组实验测定数据确定与泵的特性曲线相关数据确定与泵的特性曲线相关的其它性能参数。的其它性能参数。分析：与泵的特性曲线相关的性能参数还有压头H和效率h？解：其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。解：其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。 以真空表和压力表两测点为以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列截面，对单位重量流体列 柏努利方程，有：柏努
10、利方程，有： 据题意，据题意，u1=u2，若略去，若略去S SHf,1-2，则该流量下泵的压头：，则该流量下泵的压头： 泵的有效功率：泵的有效功率： Pe=Hqvr rg=31.62510009.81/3600=2150W h h=Pe/P=2.15/3.35=64.2%1122例例1-9-2用图示装置测离心泵用图示装置测离心泵性能。吸入管内径性能。吸入管内径0.1m，排出，排出管内径管内径0.08m，测压口间垂直，测压口间垂直距离距离0.2m，转速为，转速为2900min-1，20水，流量水，流量10L/s，出口表压，出口表压2.55105Pa，入口真空，入口真空度度2.67104Pa，功率
11、，功率3.2kW，电机效率电机效率93%。求求He，Pe，h h。解解：分析：分析：z2-z1=0.2m p1=-2.67104Pa Hf,1-2=0 p2=2.55105Pa泵的轴功率泵的轴功率=电机输出功率电机输出功率=电机输入功率电机输入功率电机效率电机效率P=3.20.95=3.04kW为什么会有安装高度问题？为什么会有安装高度问题？ 汽蚀现象：汽蚀现象： （三）离心泵的安装高度（三）离心泵的安装高度叶轮入口处压强小于液体饱叶轮入口处压强小于液体饱和蒸气压，液体气化，气泡和蒸气压，液体气化，气泡向边缘运动，被增压的气泡向边缘运动，被增压的气泡破碎，流体凝结，周围液体破碎，流体凝结，周围
12、液体以极高的速度涌向原气泡处，以极高的速度涌向原气泡处，冲击叶轮和泵壳，发出噪声，冲击叶轮和泵壳，发出噪声，泵的流量、扬程及效率都达不泵的流量、扬程及效率都达不到要求，冲蚀叶轮。严重时吸不上液体，叶轮很快损坏。到要求，冲蚀叶轮。严重时吸不上液体，叶轮很快损坏。务必使叶轮入口处的压头高于当时液体的饱和蒸气压所相当务必使叶轮入口处的压头高于当时液体的饱和蒸气压所相当的压头。的压头。为避免汽蚀现象，安装为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即高度必须加以限制，即存在最大安装高度存在最大安装高度hmax。（三）（三）离心泵的安装高度离心泵的安装高度（1）气蚀余量法气蚀余量法 允许气蚀余量允许气蚀余量0
13、01122Hg泵的汽泵的汽蚀余量蚀余量001122Hg在液面与泵入口间列柏努利方程：在液面与泵入口间列柏努利方程：（2 2）允许吸上高度法）允许吸上高度法允许吸上真空度：离心泵允许吸上真空度：离心泵入口处可允许达到的最大入口处可允许达到的最大真空度真空度H Hs s的换算的换算： 离心泵的安装高度：离心泵的安装高度：比允许吸上高度小比允许吸上高度小0.50.51.0m1.0m。10m10m水柱下用水柱下用2020清水测得清水测得例例1-9-3用转速为用转速为1850min-1的的50WG型型离心杂质泵将温度为离心杂质泵将温度为20，密度为，密度为1080kg/m3的食品加工废水从敞口沉砂的食品
14、加工废水从敞口沉砂池送往一处理池中，泵流量为池送往一处理池中，泵流量为22m3/h。由泵样本查得，在该流量下，泵的汽由泵样本查得，在该流量下，泵的汽蚀余量为蚀余量为5.3m。受安装位置所限，泵入。受安装位置所限，泵入口较沉砂池液面高出口较沉砂池液面高出2.5m。试求：（试求：（1）泵吸入管路允许的最大阻）泵吸入管路允许的最大阻力损失为多少？力损失为多少？ （2）若泵吸入管长为）若泵吸入管长为20m （包括（包括局部阻力的当量长度），管路摩擦系数局部阻力的当量长度），管路摩擦系数取取0.03，泵入口管路的直径至少应为多，泵入口管路的直径至少应为多大？大？解：（解：（1） S SHf,0-1=p0
15、/r rg-pv/r rg-HNSP-Hg 题题中：中：p0=101.3kPa HNSP=5.3m 20水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压pv=2.34kPa，故吸入管路允许，故吸入管路允许 的最大阻力损失为：的最大阻力损失为： S SHf,0-1=101300/(10809.81)-2340/(10809.81)-5.3-2.5 =1.54m （2）由）由 S SHf,0-1=l lu2(L+Le)/2dg 及及 u=4qv/p pd2 有有 （四）离心泵的工作点与流量调节（四）离心泵的工作点与流量调节 泵-供方管路-需方匹配：匹配：1、管路特性曲线、管路特性曲线工作点工作点管路特性曲线与泵特性曲
16、线的交点。管路特性曲线与泵特性曲线的交点。 操作时效率应不低于最高效率点的操作时效率应不低于最高效率点的92。注意：管路特性曲线形状与管路布置及操作条件有关， 而与泵的性能无关。改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。 调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵的工作点。离心泵的流量调节，通常从两方面考虑：两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；流量调节流量调节 当阀门关小时，管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，泵的工作点由M移到M1。流量由QM减小到QM1。 改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方法来
17、改变管路特性曲线。当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移到M2，流量加大到QM2。改变阀门的开度改变阀门的开度Q或QeM1MM2QM1QMQM2Q或QeH或HeH-Q12M1MM2QM1QMQM2H或HeH-Q12Q或Qe要把泵的转数提高到n1，泵的特性曲线就上移到nM1位置，工作点由M移到M1，流量和压头都相应加大; 改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲线不变，而改变泵的特性曲线。若把泵的转数降到n2，泵的特性曲线就移到nM2位置，工作点移到M2，流量和压头都相应地减小。 改变泵的转数改变泵的转数M1MM2Q或QeH或HeH-QHe-Qen1nn2
18、车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特方法。在车床上将泵叶轮的外径车小，这时叶轮直径、流量、压头和功率之间关系，可按前式进行计算。 车削叶轮的外径车削叶轮的外径可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率。(五五) 离心泵的组合操作离心泵的组合操作串、并联串、并联注意：对于同一管路，其并联操作时泵的流量不会增大一倍，如图所示。因为两台泵并联后，流量增大，管路阻力亦增大。Q并 2Q He-Qe0HHH并QQQ并曲线表示一台泵的特性曲线曲线表示两台相同的泵并联操作时的联合特性曲线并联操作并联操作2、串联、串联泵串联时，在相同泵串联时，在相同qv下，下，请思考：请思考：
19、 若单台泵的特性曲线方程为若单台泵的特性曲线方程为则串联泵组的特性曲线方程表达则串联泵组的特性曲线方程表达式如何？式如何？请思考：请思考： 在在输输送送系系统统中中，将将单单台台泵泵用用串串联联泵泵组组替替代代，则则管管路路中中的的压压头头是是否否能能达达到到原原来来的的两两倍？为什么？倍？为什么？ （泵串联不仅提高了压头，同时还增加了流量）（六）（六）离心泵的类型和选用离心泵的类型和选用A. 清水泵清水泵 （输送清洁液体）（输送清洁液体） B型（型（IS型，单级单吸），型，单级单吸），Sh型（双吸），型（双吸），D型（多级），型（多级）， F型耐腐蚀泵型耐腐蚀泵 （输送腐蚀性液体）（输送腐蚀
20、性液体）Y型油泵型油泵 （输送油类）（输送油类）P型杂质泵型杂质泵 （输送含悬浮物的液体）（输送含悬浮物的液体）IS型离心泵型离心泵 1泵体泵体 2叶轮叶轮 3密封环密封环 4护轴护轴 5后盖后盖 6泵轴泵轴 7托架托架 8联轴器联轴器 B. 液下泵液下泵 C. 管道泵管道泵D. 多级离心泵多级离心泵 E. 磁力驱动离心泵磁力驱动离心泵 最大流量最大流量 130L/min 最高扬程最高扬程 11.7m 最大流量最大流量 500L/min 最高扬程最高扬程 24m 最大流量最大流量 80L/min 最高扬程最高扬程 50m 不锈钢磁力离心泵不锈钢磁力离心泵 最大流量最大流量 500L/min 最
21、高扬程最高扬程 44m 塑料磁力离心泵塑料磁力离心泵 往复泵往复泵双动往复泵双动往复泵三动往复泵三动往复泵 往复泵的流量曲线往复泵的流量曲线 （a a）单动泵）单动泵 （b b）双动泵）双动泵 （c c）三动泵）三动泵 往复泵的流量：往复泵的流量： 单动泵单动泵 理论流量理论流量 qv=ASn 双动泵双动泵 理论流量理论流量 av=(2A-a)Sn 三动泵三动泵 理论流量理论流量 qv=3ASn流量调节：流量调节： 1吸入管路上的阀吸入管路上的阀 2排出管路上的阀排出管路上的阀3支路阀支路阀 4安全阀安全阀三、三、其他类型泵其他类型泵（一）计量泵（一）计量泵偏心轮的偏心距可调，从而改变柱塞的往
22、复行程用于输液量十分精确，或几种液体要求一定配比输送隔膜式计量泵隔膜式计量泵 电子计量泵电子计量泵 （二）隔膜泵（二）隔膜泵（三）齿轮泵（三）齿轮泵 （四）旋涡泵（四）旋涡泵 （五）其它各种旋转泵（五）其它各种旋转泵 （1）罗茨泵）罗茨泵 （2）滑板泵）滑板泵 （3）齿轮泵）齿轮泵 （4）单螺杆泵）单螺杆泵 （5）双螺杆泵）双螺杆泵（六）螺杆泵（六）螺杆泵 双螺杆泵双螺杆泵四、四、各种泵的比较各种泵的比较 第十节第十节 气体输送机械气体输送机械 气体输送机械的分类气体输送机械的分类 1 1.终压终压14.7kPa( (表表) ) 通风机通风机 294kPa( (表表)压缩机压缩机 4 4.终压
23、终压= =大气压大气压真空泵真空泵 一、一、通风机通风机 （一）离心式通风机（一）离心式通风机离心通风机离心通风机外形外形结构结构主要性能参数风量风压轴功率效率（二）性能参数与特性曲线（二）性能参数与特性曲线qv气体通过进风口的体积流量HT单位体积气体通过风机后，获得的能量0静风压动风压轴功率轴功率通风机的通风机的特性曲线特性曲线特性曲线20、0.1MPa下，空气密度为1.2kg/m3。风机的选择：根据风量和全风压风机的选择：根据风量和全风压( (补）补）（2）进口状态下）进口状态下qv（1）二、二、鼓风机鼓风机（一）（一） 离心鼓风机离心鼓风机 容积式风容积式风机机 qv=2500m3/mi
24、n，出口表压出口表压80 k80 kPaPa，温度，温度85 pp SSp主要性能参数真空系统的抽速真空系统的抽速S S与真空泵的抽速与真空泵的抽速S Sp p间的关系：间的关系：流阻流阻流导的倒数流导的倒数真空技术的基本方程真空技术的基本方程真空产生率真空产生率单位时间内泵所抽吸气体的质量。单位时间内泵所抽吸气体的质量。起始压强起始压强泵正常工作的压强。泵正常工作的压强。最大排气压强最大排气压强泵正常工作所允许的排气压强。泵正常工作所允许的排气压强。流导流导导管或孔口单位时间内对气体的通导能力。导管或孔口单位时间内对气体的通导能力。真空泵的选择真空泵的选择压强范围压强范围最高真空度83.4kPa左右，用作鼓风机时表压不超过98.1kPa （一）水环式真空泵（一）水环式真空泵（二）（二） 旋片式真空泵旋片式真空泵1吸气管吸气管2排气管排气管3滑片滑片4弹簧弹簧5转子转子（三）（三） 滑阀式真空泵滑阀式真空泵（四）（四） 涡轮分子泵涡轮分子泵（五）（五） 蒸汽喷射泵蒸汽喷射泵1、3、5第一、二、三级喷射泵第一、二、三级喷射泵 2、4、6冷凝器冷凝器7排出喷射泵排出喷射泵8辅助喷射泵辅助喷射泵9槽槽10工作蒸汽工作蒸汽11气体吸入口气体吸入口12水进口水进口
