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1、第二章 流体输送机械为流体提供能量的机械称为流体输送机械。为流体提供能量的机械称为流体输送机械。在食品的生产加工中，常常需要将流体在食品的生产加工中，常常需要将流体q从低处输送到高处；从低处输送到高处；q从低压送至高压；从低压送至高压；q沿管道送至较远的地方。沿管道送至较远的地方。为为达达到到此此目目的的，必必须须对对流流体体加加入入外外功功，以以克克服服流流体体阻阻力力及补充输送流体时所不足的能量。及补充输送流体时所不足的能量。第一节第一节概概述述泵；泵；输送液体输送液体风机风机;压缩机；压缩机；真空泵。真空泵。输送气体输送气体常用的流体输送机械常用的流体输送机械泵的分类泵的分类1按工作原理
2、分按工作原理分叶片式泵叶片式泵有高速旋转的叶轮。有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。如离心泵、轴流泵、涡流泵。往往复复泵泵靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。旋转式泵旋转式泵靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。清水泵清水泵适用于粘度与水相近的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如适用于粘度与水相近的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如离心泵。离心泵。油泵油泵 适用于高粘度的流体。如齿轮泵、旋转泵等。适用于高粘度的流体。如齿轮泵、旋转泵等。耐腐蚀泵耐腐蚀泵杂质泵杂质泵：2按用途分按用途分离心
3、泵离心泵（centrifugal pumpcentrifugal pump）的特点：的特点：v 结构简单；结构简单；v 流量大而且均匀；流量大而且均匀；v 操作方便。操作方便。第二节第二节离心泵离心泵1结构结构2工作原理工作原理叶轮叶轮轴轴612片叶片片叶片机壳等。机壳等。蜗牛形通道；蜗牛形通道；叶轮偏心放；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动可减少能耗，有利于动能转化为静压能。能转化为静压能。叶轮叶轮机壳机壳底阀底阀(防止防止“气缚气缚”)滤网滤网(阻拦阻拦固体杂质固体杂质)由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差，由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差，从而使流体流动。从而使流体流动。一、一
4、、 离心泵的工作原理离心泵的工作原理3工作过程工作过程v启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转。启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转。v液体在液体在离心力的作用离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入机壳以较高的静压能及流速流入机壳(沿叶片方向，沿叶片方向，u ,P静静 )。由于。由于涡流通道的截面逐渐增大，涡流通道的截面逐渐增大，P动动P静静 。液体以较高的压力。液体以较高的压力排出泵排出泵体体，流到所需的场地。，流到所需的场地。v叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动连续流动。v由于
5、液体被抛出，在泵的吸扣处形成一定的真空度，泵外流体的由于液体被抛出，在泵的吸扣处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。，填补抛出液体的空间。v启动前，前段机壳须启动前，前段机壳须灌满被输送的液体灌满被输送的液体，以防止，以防止气缚气缚。离心泵实际安装示意图离心泵实际安装示意图敞开式半开式封闭式敞开式半开式封闭式泵壳：泵壳：蜗牛壳形通道。蜗牛壳形通道。有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能；有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能；有利于减少能耗。有利于减少能耗。叶轮：叶轮：二、二、离心泵的主要工作部件离心泵的主要
6、工作部件 离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。三、三、离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数有离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率流量、扬程、功率和效率。流量流量Q Q，/或或m m3 3/ /泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。的液体体积。扬程，米液柱扬程，米液柱泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。
7、后所获得的能量。如如右右图图所所示示，在在泵泵的的进进出出口口处处分分别别安安装装真真空空表表和和压压力力表表，在在真真空空表表与与压压力力表表之之间间列列柏柏努努得得方方程程式，即式，即实验：泵压头的测定实验：泵压头的测定真空计真空计压强表压强表离心泵离心泵储槽储槽式中：式中：pM压力表读出压力（表压），压力表读出压力（表压），N/m2； pV真空表读出的真空度，真空表读出的真空度，N/m2；u1、u2吸入管、压出管中液体的流速，吸入管、压出管中液体的流速，m/s；Hf两截面间的压头损失，两截面间的压头损失，m。（2-12-1）两截面之间管路很短，其压头损失两截面之间管路很短，其压头损失H
8、Hf f可忽略不计可忽略不计(2-2)(2-2)简化式（简化式（2-12-1）若以若以H HM M及及H HV V分别表示压力表真空表上的读数，以米分别表示压力表真空表上的读数，以米液柱（表压）计。液柱（表压）计。（2-12-1）例例- - 某某离离心心泵泵以以2020水水进进行行性性能能实实验验，测测得得体体积积流流量量为为720720m m3 3/h/h，泵泵出出口口压压力力表表读读数数为为3.3.8282kgfkgf/cm/cm2 2，吸吸入入口口真真空空表表读读数数为为210210mmHgmmHg，压压力力表表和和真真空空表表间间垂垂直直距距离离为为410410mmmm，吸吸入入管管和
9、和压压出出管管内内径径分分别别为为350350mmmm及及300300mmmm。试求泵的压头。试求泵的压头。解：根据泵压头的计算公式，则有解：根据泵压头的计算公式，则有查得水在查得水在20时密度为时密度为998kg/m3，则则HM=3.8210.0=38.2mH2OHV=0.21013.6=2.86H2O计算进出口的平均流速计算进出口的平均流速将已知数据代入，则将已知数据代入，则泵内部损失主要有三种：泵内部损失主要有三种：容积损失容积损失水力损失水力损失机械损失机械损失3效率效率 容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体
10、，通运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。 从泵排出的实际流量要比理论排出流量为从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率低，其比值称为容积效率1 1。p容积损失容积损失 原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。冲击，而产生的能量损失。 泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率头为低，其比值称为水力效率2 2。p水力损失
11、水力损失 原因：机械损失是泵在运转时，在轴承、原因：机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量。耗部分能量。 泵的轴功率大于泵的理论功率（即理论压头泵的轴功率大于泵的理论功率（即理论压头与理论流量所对应的功率）。理论功率与轴功与理论流量所对应的功率）。理论功率与轴功率之比称为机械效率率之比称为机械效率3 3。p机械损失机械损失泵的有效功率泵的有效功率N Ne e ：流体所获得的功率。流体所获得的功率。式中式中Ne泵的有效功率，泵的有效功率，W；Q 泵的流量，泵的流量，m3/s；H 泵的压头，泵的压头，m； 液体的密度
12、，液体的密度，kg/m3；g 重力加速度，重力加速度，m/s2。NeQH g(2-4)已知已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，则式（则式（2-4）可用）可用kW单位单位表示，即表示，即(2-4a)4功率功率泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。比泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。说明以外，均系指输送清水时的数值。 (2-5) 轴功率指泵轴所获得的功率。轴功率指泵轴所获得的功率。 由于有容积损失、水由于有容积损失、水力损
13、失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即到的有效功率，即注意：注意：5轴功率轴功率N特特性性曲曲线线（characteristic curves）：在在固固定定的的转转速速下下，离离心心泵泵的的基基本本性性能能参参数数（流流量量、压压头头、功功率率和和效效率率）之之间间的的关关系系曲线。曲线。强强调调：特特性性曲曲线线是是在在固固定定转转速速下下测测出出的的，只只适适用用于于该该转转速速，故特性曲线图上都注明转速故特性曲线图上都注明转速n n的数值。的数值。图上绘有三种曲线图上绘有三种曲线Q Q曲线曲线Q Q曲线曲线Q Q曲线曲线
14、四、四、离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线04812 16 20 24 28 320204060 80100 12010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNH,l/sm3/s离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线变化趋势变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，Q Q曲曲线的形状有所不同。线的形状有所不同。较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；较大的场合；较陡峭的曲线，适
15、用于压头变化范围大而不允许较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。流量变化太大的场合。1Q曲线曲线变变化化趋趋势势：Q Q曲曲线线表表示示泵泵的的流流量量Q Q和和轴轴功功率率的的关关系系，随随Q Q的的增增大大而而增增大大。显显然然，当当Q=0Q=0时时，泵泵轴轴消消耗耗的的功功率率最最小小。启启动动离离心心泵泵时时，为为了了减减小小启启动动功功率率，应将出口阀关闭应将出口阀关闭。2Q曲线曲线 变化趋势变化趋势：开始：开始随随Q Q的增大而增大，达到最的增大而增大，达到最大值后，又随大值后，又随Q Q的增大而下降。的增大而下降。 Q Q曲线最大值相当于效率最高点。泵在该
16、点所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的设计点。3Q曲线曲线泵在最高效率点条件下操作最为经济合理，但实际泵在最高效率点条件下操作最为经济合理，但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范围，称为一个工作范围，称为泵的高效率区泵的高效率区。高效率区的效率高效率区的效率应不低于最高效率的应不低于最高效率的92%92%左右。左右。 强调强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量，压头和
17、功率。离心泵产品目录和说明书上还常常量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。泵的高效率区泵的高效率区式（式（2-6）称为比例定律，当转速变化小于）称为比例定律，当转速变化小于20%时，时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。(2-6)当当转转速速由由n1 改改变变为为n2 时时，其其流流量量、压压头头及及功功率率的的近似关系为：近似关系为：4离心泵的转数对特性曲线的影响离心泵的转数对特性曲线的影响式（式（2-7）称为）称为切割定律切割定律。(2-7)当当叶叶轮轮
18、直直径径变变化化不不大大，转转速速不不变变时时，叶叶轮轮直直径径、流量、压头及功率之间的近似关系为：流量、压头及功率之间的近似关系为：5叶轮直径对特性曲线的影响叶轮直径对特性曲线的影响泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。粘度及密度对特性曲线的影响。6物理性质对特性曲线的影响物理性质对特性曲线的影响 所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。结所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。结果泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率
19、则要果泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大，所以特性曲线改变。增大，所以特性曲线改变。6.1粘度的影响粘度的影响离心泵的压头与密度无关。（离心泵的压头与密度无关。（定性分析定性分析）注：注：当被输送液体的密度与水不同时，不能使当被输送液体的密度与水不同时，不能使用该泵所提供的曲线，而应按（用该泵所提供的曲线，而应按（2-4a）及（及（2-5）重新计算。）重新计算。泵的轴功率随液体密度而改变泵的轴功率随液体密度而改变。6.2密度的影响密度的影响如如果果输输送送的的液液体体是是水水溶溶液液，浓浓度度的的改改变变必必然然影影响响液液体体的的粘粘度度和和密密度度。浓浓度度越越高高，与与清
20、清水水差差别别越越大大。浓浓度度对对离离心心泵泵特特性性曲曲线线的的影影响响，同同样样反反映映在在粘粘度度和和密密度度上。上。6.3溶质的影响溶质的影响Hgpa1100p1pa , p1有一定真空度，有一定真空度，真空度越高，吸力越大真空度越高，吸力越大,Hg越大。越大。 当当p1 小于一定值后小于一定值后(p1pv, pv为环境温度下液体的饱和为环境温度下液体的饱和蒸汽压蒸汽压)，将发生，将发生气蚀现象气蚀现象。 pv100 =760mmHg, p pv v 40=55.32mmHg=55.32mmHg五、五、离心泵的安装高度和气蚀现象离心泵的安装高度和气蚀现象1气蚀现象气蚀现象为避免发生气
21、蚀现象，应限制为避免发生气蚀现象，应限制p p1 1不能太低，不能太低，或或H Hg g不能太大，即泵的安装高度不能太高。不能太大，即泵的安装高度不能太高。安装高度安装高度Hg的计算方法一般有两种：的计算方法一般有两种：v允许吸上真空高度法；允许吸上真空高度法；v气蚀余量法。气蚀余量法。2 2 安装高度安装高度允许吸上真空高度允许吸上真空高度H Hs s泵入口处压力泵入口处压力p1所允许的最大真空度。所允许的最大真空度。mH2OHs与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。一般，一般，Hs57mH2O.（2-82-8）式中式中 p pa a大气压，大气压，N/
22、mN/m2 2 被输送液体密度，被输送液体密度，kg/mkg/m3 3Hgp01100如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？H Hg g 泵的安装高度；泵的安装高度；u u2 2/2g/2g 进口管动能；进口管动能；H Hf f 进口管阻力进口管阻力; ;H Hs s 允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。提高提高Hg的方法的方法取截面取截面0-0，1-1，并以截面，并以截面0-0为基准面，在两截为基准面，在两截面间柏努利方程，可得面间柏努利方程，可得若贮槽为敞口，则若贮槽为敞口，则p p0 0为大气压为大气压p
23、pa a，则有则有（2-92-9）（2-102-10）泵制造厂只能给出泵制造厂只能给出H Hs s值，而不能直接给出值，而不能直接给出H Hg g值。值。因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，有不同的各异，有不同的u u2 2/2g/2g 和和H Hf f 值，所以，只能由使值，所以，只能由使用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定H Hg g。问题问题：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24)(2-11)式中式中Hs操作条
24、件下输送水时允许吸上真空高度，操作条件下输送水时允许吸上真空高度，mH2O；Hs泵样本中给出的允许吸上真空高度，泵样本中给出的允许吸上真空高度，mH2O； Ha泵工作处的大气压，泵工作处的大气压，mH2O； Hv泵工作温度下水的饱和蒸汽压，泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O；0.24实验条件下水的饱和蒸汽压，实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。 原因原因：在泵的说明书中所给出的：在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为是大气压为10mH2O，水温水温为为20状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把样本上所给出的应把样本上所给出的Hs值，
25、按下式换算成操作条件下的值，按下式换算成操作条件下的Hs值。值。泵允许吸上真空高度的换算泵允许吸上真空高度的换算泵泵安安装装地地点点的的海海拔拔越越高高，大大气气压压力力就就越越低低，允允许许吸吸上上真空高度就越小。真空高度就越小。输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。海拔高度海拔高度，液体温度，液体温度Hg不同海拔高度时大气压力值可查表。不同海拔高度时大气压力值可查表。汽汽蚀蚀余余量量hh是是指指离离心心泵泵入入口口处处，液液体体的的静静压压头头p p1 1/g /g
26、 与与动动压压头头 u u1 12 2/2g/2g之之和和超超过过液液体体在在操操作作温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压头头p pv v/g/g的某一最小指定值，即的某一最小指定值，即汽蚀余量汽蚀余量(2-12)式中式中 h h 汽蚀余量，汽蚀余量，m m； p pv v 操作温度下液体饱和蒸汽压，操作温度下液体饱和蒸汽压，N/mN/m2 2。将将式（式（2-9）与与（2-12）合并可导出汽蚀余量合并可导出汽蚀余量h与允许安装与允许安装高度高度Hg之间关系为之间关系为 上式中上式中p p0 0为液面上方的压力，若为敞口液面则为液面上方的压力，若为敞口液面则p p0 0=p=pa a。(2-1
27、3)如何利用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？如何利用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？只要已知允许吸上真空高只要已知允许吸上真空高H Hs s与汽蚀余量中的任一个参数，均与汽蚀余量中的任一个参数，均可确定泵的安装高度。可确定泵的安装高度。 注注：泵性能表上的值也是按输送：泵性能表上的值也是按输送2020水而规定的。当输送其它水而规定的。当输送其它液体时，需进行校正。具体校正方法可参阅有关文献。液体时，需进行校正。具体校正方法可参阅有关文献。例例2-2 2-2 某某台台离离心心泵泵从从样样本本上上查查得得允允许许吸吸上上真真空空高高度度H Hs s=6m=6m，现现将将该该泵泵安安装装在在海海
28、拔拔高高度度为为500500m m处处，若若夏夏季季平平均均水水温温为为4040。问问修修正正后后的的H Hs s应应为为多多少少？若若吸吸入入管管路路的的压压头头损损失失为为1 1mHmH2 2O O，泵泵入入口口处处动动压压头头为为0.20.2mHmH2 2O O。问该泵安装在离水面问该泵安装在离水面5 5m m高度处是否合适？高度处是否合适？解解:当水温为当水温为40时，时，Hv=0.75m。查表得查表得Ha=9.74m。Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24) =6(9.7410)(0.750.24)=5.23m泵的安装高度为泵的安装高度为:H=Hs u12/2g Hf=5.230.21
29、=4.93m5m故泵安装在离水面故泵安装在离水面5m高度处不合适。高度处不合适。 离离心心泵泵在在特特定定管管路路系系统统中中工工作作时时，液液体体要要求求泵泵供供给的压头给的压头可由柏努利方程式求得，即可由柏努利方程式求得，即六、六、离心泵的工作点离心泵的工作点当离心泵安装在一定的管路系统中工作时，当离心泵安装在一定的管路系统中工作时，其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关，而其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。且还取决于管路的工作特性。1管路特性曲线管路特性曲线上式可简化为上式可简化为Hf (2-14)与管路中液体流量无关，在输液高度与管路中液体流量无关，在
30、输液高度和压力不变的情况下为一常数，以符和压力不变的情况下为一常数，以符号表示。号表示。若贮槽与受槽的截面都很大，该处若贮槽与受槽的截面都很大，该处流速与管路相比可忽略不计流速与管路相比可忽略不计. .此式中压头损失为此式中压头损失为式中式中Q为管路系统的流量，为管路系统的流量，m3/s(2-15)对对于于特特定定的的管管路路系系统统，l l、l le e、d d 均均为为定定值值，湍湍流流时摩擦系数的变化也很小，令时摩擦系数的变化也很小，令则式（则式（2-142-14）可简化为）可简化为BQ2(2-16)(2-16) 上式表明：在特定管路中输送液体时，所需压头上式表明：在特定管路中输送液体时
31、，所需压头随液体流量随液体流量Q Q的平方而变化，此关系所描绘的的平方而变化，此关系所描绘的Q Q曲线，称为曲线，称为管路特性曲线管路特性曲线。它表示在特定的管路中，。它表示在特定的管路中，压头随流量的变化关系。压头随流量的变化关系。注意注意：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有关，而与泵的性能无关。关，而与泵的性能无关。AQH管路的特性曲线管路的特性曲线泵的特性曲线泵的特性曲线 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线H-QH-Q与其所在管路的特性曲线与其所在管路的特性曲线He-He-QeQe的交点称为泵在该管路的的交点称为泵在该管路的工作点工作点，如图
32、所示。，如图所示。H=HeQ=QeQ或或QeH-QMHe-QeH或或He工作点所对应的流量工作点所对应的流量与压头既满足管路系统与压头既满足管路系统的要求，又为离心泵所的要求，又为离心泵所能提供。能提供。2工作点工作点（dutypoint）q工作点所对应的流量工作点所对应的流量Q Q与压头既是管路系统与压头既是管路系统所要求，又是离心泵所能提供的所要求，又是离心泵所能提供的; ;q若工作点所对应效率是在最高效率区，则该若工作点所对应效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的。工作点是适宜的。 泵的工作点表示泵的工作点表示改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。改变离心泵的转速或改变叶轮
33、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。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：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。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；在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；七、七、流量调节流量调节当阀门关小时，管路局部阻力当阀门关小时，管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，泵的加大，管路特性曲线变陡，泵的工作点由工作点由M M移到移到M M1 1。流量由
34、流量由Q QM M减小减小到到Q QM1M1。改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方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改变管路特性曲线。法来改变管路特性曲线。M1MM2QM1QMQM2Q或或QeH或或HeH-Q12当阀门开大时，管路局部阻力当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移到些，工作点移到M M2 2，流量加大到流量加大到Q QM2M2。1改变阀门的开度改变阀门的开度要把泵的转数提高到要把泵的转数提高到n n1 1，泵的泵的特性曲线就上移到特性曲线就上移到n nM1M1位置，工位置，工作点由作点由M M
35、移到移到M M1 1，流量和压头都流量和压头都相应加大相应加大; ;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。线不变，而改变泵的特性曲线。M1MM2Q或或QeH或或HeH-QHe-Qen1nn2若把泵的转数降到若把泵的转数降到n n2 2，泵的特性泵的特性曲线就移到曲线就移到n nM2M2位置，工作点移到位置，工作点移到M M2 2，流量和压头都相应地减小。流量和压头都相应地减小。 2改变泵的转数改变泵的转数车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特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
36、的外径车小，这时叶轮直方法。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，可按式径、流量、压头和功率之间关系，可按式（2-72-7）进进行计算。行计算。 3 车削叶轮的外径车削叶轮的外径采用什么方法来调节流量，关系到能耗问题。采用什么方法来调节流量，关系到能耗问题。改变阀门开度调节流量改变阀门开度调节流量 方方法法简简便便，应应用用广广泛泛。 但但关关小小阀阀门门会会使使阻阻力力加加大大，因因而而需需要要多多消消耗耗一一部部分分能能量量以以克克服服附附加加的的阻阻力力，该该法法不不经经济济的。的。改变转速调节流量改变转速调节流量 可可保保持持管管路路特特性性曲曲线线不不变
37、变，流流量量随随转转速速下下降降而而减减小小，动动力力消消耗耗也也相相应应降降低低，因因节节能能效效果果显显著著，但但需需要要变变速速装装置置，难以做到流量连续调节。难以做到流量连续调节。4 4 几种几种流量流量调节方法的比较调节方法的比较改变叶轮直径改变叶轮直径 可可改改变变泵泵的的特特性性曲曲线线，但但可可调调节节流流量量范范围围不不大大，且且直直径减小不当还会降低泵的效率。径减小不当还会降低泵的效率。在在输输送送流流体体量量不不大大的的管管路路中中，一一般般都都用用阀阀门门来来调调节节流流量量，只只有有在在输输液液量量很很大大的的管管路路才才考考虑虑使使用用调调速速的方法。的方法。在在实
38、实际际工工作作中中，当当单单台台离离心心泵泵不不能能满满足足输输送送任任务务的的要要求求或或者者为为适适应应生生产产大大幅幅度度变变化化而而动动用用备备用用泵泵时时，都都会会遇遇到到泵泵的的并并联联与与串串联联使使用用问问题题。这这里里仅仅讨讨论论二二台台性性能能相相同同泵泵的的并并联联与与串串联联的的操操作作情情况。况。八、八、并联与串联操作并联与串联操作联合特性曲线的作法：在每一个压头条件联合特性曲线的作法：在每一个压头条件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大一倍而得出。一倍而得出。当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并当一台泵的流量不够时，可以用
39、两台泵并联操作，以增大流量联操作，以增大流量。1并联操作并联操作He-Qe0HHH并并QQQ并并曲线表示一台泵的特性曲线曲线表示一台泵的特性曲线曲线曲线表示两台相同的泵并联表示两台相同的泵并联 操作时的联合特性曲线操作时的联合特性曲线注意：对于同一管路，其并联操作时泵的流量不会增大一注意：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，管路阻力亦倍，如图所示。因为两台泵并联后，流量增大，管路阻力亦增大。增大。Q Q并并 2 2Q Q 当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵串联使用。串联使用。两两
40、台台相相同同型型号号的的泵泵串串联联工工作作时时，每每台台泵泵的的压压头头和和流流量量也也是是相相同同的的。在在同同样样的的流流量量下下，串串联联泵泵的压头为单台泵的两倍。的压头为单台泵的两倍。0HHH串串QQQ串串联联合合特特性性曲曲线线的的作作法法：将将单单台台泵泵的的特特性性曲曲线线的的纵纵坐坐标标加加倍倍，横横坐坐标标保保持持不不变变，可可求求得得两两台台泵泵串联后的联合特性曲线串联后的联合特性曲线，H H串串 2 2H H2串联操作串联操作（1 1）确定输送系统的流量与压头）确定输送系统的流量与压头流量一般为生产任务所规定。流量一般为生产任务所规定。 根根据据输输送送系系统统管管路路
41、的的安安排排，用用柏柏努努利利方方程程式式计计算算管管路路所所需的压头。需的压头。选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。的工艺要求为前提的。选择步骤为：选择步骤为：九、九、离心泵的选择离心泵的选择（2 2）选择泵的类型与型号）选择泵的类型与型号 根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型；根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型；按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号；按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号；如如果果没没有有适适合合的的型型号号，则则应应选选定定泵泵的的压压头头和和流流量量都都稍稍大大的的型号；型号；如
42、果同时有几个型号适合，则应列表比较选定；如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定；按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。（3）校核泵的特性参数）校核泵的特性参数如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵的流量与压头及轴功率。的流量与压头及轴功率。例例2-4 2-4 如如附附图图所所示示，今今有有一一输输送送河河水水的的任任务务，要要求求将将某某处处河河水水以以8080m m3 3/h/h的的流流量量，输输送送到到一一高高位位槽槽中中，已已知知高高位位槽槽水水面面高高出出河河面面1010m m，管管路
43、路系系统统的的总总压压头头损损失失为为7 7mHmH2 2O O。试试选选择择一一适适当当的的离离心心泵泵. .并并估估算算由由于于阀阀门门调调节节而多消耗的轴功率。而多消耗的轴功率。112210m解解根据已知条件，选用清水泵。以河面根据已知条件，选用清水泵。以河面1-1截面为基准面，并截面为基准面，并取取1-1与与2-2截面列柏努利方程式，则截面列柏努利方程式，则由于所选泵压头较高，操作时靠关小阀门调节，因此多消耗由于所选泵压头较高，操作时靠关小阀门调节，因此多消耗功率为：功率为： 根据流量根据流量Q(80m3/h)和和H(17m)可选可选4B20型号的泵。由附录查型号的泵。由附录查得该泵性
44、能为：得该泵性能为：流量流量90m3/h；压头压头20mH2O；轴功率轴功率6.36kW；效率效率78%。例题：用泵把例题：用泵把2020的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为300 300 l l/ /minmin。高位槽液面比贮罐液面高高位槽液面比贮罐液面高1010m m。泵吸入管用泵吸入管用 89894 4mmmm的的无缝钢管，直管长为无缝钢管，直管长为1515m m，管上装有一个底阀管上装有一个底阀( (可初略地按旋启可初略地按旋启式止回阀全开时计算式止回阀全开时计算) )、一个标准弯头；泵排出管用、一个标准弯头；泵排出管用 57573.53.5mmmm的无缝
45、钢管，直管长度为的无缝钢管，直管长度为5050m m，管路上装有一个全开管路上装有一个全开的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设贮罐液面维持恒定。试选择合适的泵。贮罐液面维持恒定。试选择合适的泵。112210m7m7m式中，式中，z1=0, z2=10m, p1=p2, u1 0, u2 0 W=9.8110+hf解：解： 依题意，绘出流程示意图。取截面和基准面，依题意，绘出流程示意图。取截面和基准面，如图所示。如图所示。在两截面间列柏努利方程，则有在两截面间列柏努利方程，则有进口段：进口段：d=89-24=81mm,l=1
46、5m查图，查图，得得 =0.029进口段的局部阻力：进口段的局部阻力：底阀：底阀：le=6.3m弯头：弯头：le=2.73m进口阻力系数：进口阻力系数： =0.5d=57-23.5=50mm,l=50m查图，查图，得得 =0.0313出口段：出口段：出口段的局部阻力：出口段的局部阻力：全开闸阀：全开闸阀：le=0.33m全开截止阀：全开截止阀：le=17m标准弯头标准弯头(3)：le=1.63=4.8m出口阻力系数：出口阻力系数： =1.0总阻力：总阻力：轴功率：轴功率：选泵选泵Q泵泵=1.130060/1000=19.8m3/hH泵泵=1.1(w/g)=1.1(252.4/9.81)=28.
47、33m从离心泵的产品目录中选择泵：从离心泵的产品目录中选择泵：2B31，其参数为：其参数为：流量：流量：20m3/h；扬程：扬程：30.8m;转速：转速：2900r/min;功率：功率：2.6kW;效率：效率：64%；允许吸上真空高度：允许吸上真空高度：7.2m校正安装高度校正安装高度允许：允许：Hs=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)=7.2+(10-10)-(0.24-0.24)=7.2m安装高度：安装高度：所以，所选泵不可用所以，所选泵不可用。 往复泵往复泵（reciprocating pumpreciprocating pump）是利用活塞的往是利用活塞的往复运动，将能量传递给液
48、体，以完成液体输送任务。复运动，将能量传递给液体，以完成液体输送任务。往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而与管路情况无关；与管路情况无关；往复泵的压头只与管路情况有关。往复泵的压头只与管路情况有关。往复泵的特点：往复泵的特点： 上述特性称为正位移特性，具有这种特性的泵称为上述特性称为正位移特性，具有这种特性的泵称为正位移泵。正位移泵。第三节第三节往复泵往复泵第二章完离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸
49、入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象称为虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚气缚”。“气缚气缚”（air binding air binding ）为为便便于于使使泵泵内内充充满满液液体体，在在吸吸入入管管底底部部安安装装带带吸吸滤滤网网的的底底阀阀，底底阀阀为为止止逆逆阀阀，滤滤网网是是为为了了防防止止固固体体物物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。气蚀现象气蚀现象当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压当离心泵的进口压力小于环境
50、温度下的液体的饱和蒸汽压时，将有大量的蒸汽液体中逸出，并与气体混合形成许多小气时，将有大量的蒸汽液体中逸出，并与气体混合形成许多小气泡。当气泡到达高压区时，蒸汽凝结，气泡破裂，液体质点快泡。当气泡到达高压区时，蒸汽凝结，气泡破裂，液体质点快速冲向气泡中心，质点相互碰撞，产生很高的局部压力。如果速冲向气泡中心，质点相互碰撞，产生很高的局部压力。如果气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，时气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，时其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为“气蚀现象气蚀现象” 。气。气蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽
51、量避免。蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽量避免。提高提高Hg的方法：的方法：v改变结构改变结构(另选一另选一Hs大的泵大的泵)；v降低进口管段流速；降低进口管段流速；v降低进口管阻力降低进口管阻力(选择较大的进口管径、减少进选择较大的进口管径、减少进口管路程、尽量少安装管件、阀等口管路程、尽量少安装管件、阀等)。定性分析：液体在一定转速下，所受的离心力与定性分析：液体在一定转速下，所受的离心力与液体的密度成正比。但液体由于离心力的作用而取得液体的密度成正比。但液体由于离心力的作用而取得的压头，相当于由离心力除以叶轮出口截面积所形成的压头，相当于由离心力除以叶轮出口截面积所形成的压力，再除以液体密度和重力加速度的乘积。这样的压力，再除以液体密度和重力加速度的乘积。这样密度对压头的影响就消除了。密度对压头的影响就消除了。
