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1、第二章 液体输送机械Pumps of Fluid化化 工工 原原 理理Chemical Engineering Principles2.1 概概 述述 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。在生产加工中，常常需要将流体在生产加工中，常常需要将流体l 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及补补充输送流体时所不足的能量。充输送流体时所不足的能量。泵；泵； 输送液体输送液体风机风机; ;
2、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2.1 概概 述述 按工作原理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。2.1 概概 述述 旋转式泵旋转式泵2.1 概概 述述 离心泵离心泵离心泵（离心泵（centrifugal pump）的特点：的特点：v 结构简
3、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。 2.1 概概 述述 2.1.2 离心泵的工作原理离心泵的工作原理 1 结构结构叶轮叶轮 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)2.1.2 离心泵的工作原理离心泵的工作原理 1 结构结构叶轮叶轮2.1.2 离心泵的工作原理（1 1）叶轮旋转，流体受离心力的作用，由叶轮中心被）叶轮旋转，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛
4、向外围抛向外围。（2 2）泵壳汇集被抛出的液体，顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使）泵壳汇集被抛出的液体，顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的流体的动能转化为静压能动能转化为静压能，减小能量损失。，减小能量损失。（3 3）液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的）液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。地吸上。工作过程工作过程 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
5、气缚。 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。此时，在吸入口处所形成的真密度很小，所产生的离心力也很小。此时，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。此现象称为象称为“气缚气缚”。 “气缚气缚”（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质进进入入
6、泵泵内内，损损坏坏叶叶轮轮的的叶片或妨碍泵的正常操作。叶片或妨碍泵的正常操作。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液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较液体在离心力的作用下，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高的静压能及流速流入机壳( ( 沿叶片方向，沿叶片方向，u u , , P P静静 ) )。由于涡流通。由于涡流通道的截面逐渐增大，道的截面逐渐增大， P P动动 P P静静 。液体以较高的压力。液体以较高的压力排出泵体排出泵体，流到所，流到所需的场地。需的场地。v叶片不断转动，液体不断被吸
7、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，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。离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的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。弯曲情况等）、转速及流量。离心泵的主要性能参数有流量、扬程、（
8、轴）功率、效率。 流量 Q ，/或m3/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。 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后所获得的能量。2.1.3 离心离心泵的主要参数的主要参数2.2 离心泵的主要参数离心泵的主要参数泵的有效功率泵的有效功率Ne ：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，液体的密度，kg/m3； g 重力加速度，重力加速度，m/s2。NeQH g 已知已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，则式可用则式可
9、用kW单位表示，即单位表示，即3 功率功率2.2 离心泵的主要参数离心泵的主要参数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。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。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。送清水时的数值。 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、水力损失与机械损失，故由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即 注意：注意：4 轴功率轴
10、功率N2.2 离心泵的主要参数离心泵的主要参数泵内部损失主要有三种：泵内部损失主要有三种：5 效率效率n容积损失容积损失：泄漏所造成的损失。一部份已获得能量的泄漏所造成的损失。一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。n水力损失水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。而产生的局部阻力
11、。n机械损失机械损失：由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能量损失。能量损失。2.2 离心泵的主要参数离心泵的主要参数5 效率效率2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线特特性性曲曲线线（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能参数（性能参数（流量、压头、功率和效率流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。）之间的关系曲线。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
12、该该转转速速，故故特特性性曲曲线图上都注明转速线图上都注明转速n的数值。的数值。图上绘有三种曲线图上绘有三种曲线Q曲线曲线Q曲线曲线Q曲线曲线书书p93，例，例2-2练习练习2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线讨论：通过测定多组数据便可做出系的特性曲线。在泵的特性曲线或性能参数表上一定指明泵的转速，因为泵的转速改变，泵的特性曲线或性能参数均发生变化。2.2 离心泵的主要参数离心泵的主要参数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表之间列柏努得方程式，即力表之间列柏努得方程式，即实验：泵压头的
13、测定实验：泵压头的测定式中：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。2.3 离心泵的特性曲线2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线变化趋势：离心泵的压头在较大变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，的。不同型号的离心泵，Q曲线的形状有所不同。曲线的形状有所不同。较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；较平
14、坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；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。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。Q曲线2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线NQ曲线变变化化趋趋势势：Q曲曲线线表表示示泵泵的的流流量量Q和和轴轴功功率率的的关关系系，随随Q的的增增大大而而增增大大。显显然然，当当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线-Q曲线变化趋势：开始变化趋势：开始随随Q的增大的增大
15、而增大，达到最大值后，又而增大，达到最大值后，又随随Q的增大而下降。的增大而下降。 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。作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。2.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线泵在最高效率点条件下操作最为经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，一般只能规定好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。一个工作范围，称为泵的高效率区。高效率区的效率应不低于最高效率高效
16、率区的效率应不低于最高效率的的92%92%左右。左右。 强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量，压头和功率。离强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量，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。范围等。泵的高效率区泵的高效率区1 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节(Duty point and flowrate regulation for centrifugal pump) 泵-供方管路-需方1、并联、并联2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作串、并联串、并联n
17、(Combined operation for centrifugal pump-(Combined operation for centrifugal pump-nin series or parallel connection )in series or parallel connection )2、串联泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用ZS表示。可正可负。3、离心泵的安装高度、离心泵的安装高度zs(NPSH) 为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度最大安装高度ZS,max。2、最大安装高度、最大安装高度ZS,max
18、-最小汽蚀余量-是泵的特性参数之一， 由厂家测定。书p101，例2-4练习：例练习：例2-78.75m例例 用用离离心心泵泵将将江江水水送送至至高高位位槽槽。若若管管路路条条件件不不变变，则则下下列列参参数数随随着着江江面面的的下下降降有何变化？（设泵仍能正常工作）有何变化？（设泵仍能正常工作） 泵的压头泵的压头H， 管路总阻力损失管路总阻力损失hf，管路特性曲线平行上移VV H he (2) 采用调节出口阀门的方法采用调节出口阀门的方法节流损失泵特性曲线方程管路特性曲线方程八、离心泵的类型、选用八、离心泵的类型、选用2.2 其他类型泵其他类型泵(The other pump)Reciprocating, rotatory 适适用用于于小小流流量量、高高压压头头的的情情况况下输送高粘度的液体下输送高粘度的液体。旁路2.3 气体压送机械气体压送机械n(Pumping equipment for gases) 一、离心通风机一、离心通风机风量、风压、轴功率、效率 一、离心通风机一、离心通风机 一、离心通风机一、离心通风机 一、离心通风机一、离心通风机二、往复式压缩机二、往复式压缩机-结构、工作原理与往复泵相似。但因气体密度小、可压缩的特性，决定了压缩机的阀门更加轻巧、灵活。 绝热压缩等温压缩二、往复式压缩机二、往复式压缩机多级压缩二、往复式压缩机二、往复式压缩机
