流体输送过程及设备的选择与操作

说明： ①活塞往复运动，直接以静压能形式供能。 ②单动泵，供液不连续；双动泵，连续。 ③为耐高压，活塞和连杆用柱塞代替。
二、往复泵的流量和压头
1. 理论平均流量
单动 Q理 Asn
双动 Q理 2A asn
2. 实际平均流量
=容积效率理论平均流量 Q VQ理
与压头无关 3. 瞬时流量的不均匀性
离心泵的外观
一、离心泵主要部件
1. 叶轮——叶片（+盖板）
4-8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板
闭式叶轮 半开式 开式
2. 泵壳——泵体的外壳，包围叶轮
截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 液体入口——中心；出口——切线 3. 泵轴——垂直叶轮面，叶轮中心
离心泵装置简图
二、离心泵的工作原理
Hg，则p1 当p1pv， 叶轮中心汽化汽泡被抛向外围压力升高 凝结局部真空 周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤) 伴随现象: ①泵体振动并发出噪音
②H , Q, 严重时不送液；
③时间长久，水锤冲击和g的上限 ——允许安装高度 二、汽蚀余量与允许安装高度
1. 三个基本概念： ①(有效)汽蚀余量ha: 泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)
ha的物理意义： ha，p1 汽蚀 ②必须汽蚀余量hr:
——发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量 汽蚀时，1处：动压头+静压头=
——由实验测定 ③允许汽蚀余量h 比必须汽蚀余量大0.3米
正常运转的泵
2. 由 h 计算允许安装高度Hgmax
三、流量调节 调整偏心度柱塞冲程变化 流量调节。
四、应用场合 输送量或配比要求非常精确
2.3.3 隔膜泵
一、 外观
二、工作原理 往复泵的一种
三、流量调节 调整活柱往复频率或旁路
四、应用场合 腐蚀性的液体、固体悬浮液
2.3.4 齿轮泵
一、 剖面图
二、工作原理 旋转泵的一种
三、流量调节 转速或旁路
管路&流体一定 Q
令
于是 说明： ①
——管路特性方程(曲线)
曲线在H 轴上截距；管路所需最小外加压头
② 阻力平方区， 与Q无关，并忽略动能差
其中
管路特性系数
③高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。
二、离心泵的工作点
——泵的H~Q与管路的H~Q曲线的交点
说明
①工作点 泵的特性 & 管路的特性 工作点确定： 联解两特性方程 作图，两曲线交点
二、流量调节 Q↓， N↑
与正位移泵相同 三、应用场合
Q↓，H↑↑ 高压头，较小流量
不适于输送固体悬浮液、高粘度流体
2.4 气体输送机械
2.4.1 概述 2.4.2 离心式通风机 2.4.3 离心式鼓风机 2.4.4 离心式压缩机 2.4.5 罗茨鼓风机 2.4.6 往复式压缩机 2.4.7 真空泵
4. 杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶 轮流道宽，叶片数少。 ——P
单吸泵；双吸泵
单级泵；多级泵 串联组合；并联组合
二、 离心泵的选用
（1）根据液体的性质确定类型 （2）确定管路流量和所需外加压头
Q生产任务，H管路的特性方程
（3）根据所需Q和H确定泵的型号 ①查性能表或曲线，要求泵的H和Q与管路所需相适 应。 ②若需Q有变，以最大Q为准，H应以最大Q值查找。 ③若泵的H和Q与管路所需不符，在邻型号中找H和Q 都稍大一点的。
= 90o — 径向叶片
（2）后弯叶片，ctg >0 b、r、, 则H Q ，则H （线性规律）
（3）理论压头H与流体的性质无关
（4）H与H的差距—叶片间环流；阻力损失；冲击损失
二、离心泵的主要性能参数 1. (叶轮)转速n：1000~3000rpm；2900rpm常见 2. (体积)流量Q: m3/h，与叶轮结构、尺寸和转速有关 3. 压头（扬程）H：1N流体通过泵获得的机械能。
高阻高压！
三 往复泵的操作要点和流量调节 1. 适用场合 (Q不太大，H较高，非腐蚀和悬浮物) 2. 安装高度有一定的限制 3. 有自吸作用，启动前无需要灌泵 4. 一般不设出口阀，若有，也必须打开启动 5. 往复泵的流量调节方法
①用旁路阀调节流量 ②改变曲柄转速
2.3.2 计量泵
一、 外观
二、工作原理 往复泵的一种 原动机偏心轮转动柱塞的往复运动
J/m3，Pa
风机进、出口之间写B.E.
pt
g(z2
z1) ( p2
p1)
(u22 u12 )
2
hf
忽略 (z2 z1 )g u1 0 忽略能量损失
说明
pt
( p2
p1)
u22
2
pst
pk
①气体获能 = 进出口静压差(静风压)+动能差(动风压)
②出口速度很高，且压缩比小，动风压占比例很高
J/N, m 与Q、叶轮结构、尺寸和n有关。 Hz 4. 轴功率N：单位时间原动机输入泵轴的能量
有效功率Ne：单位时间液体获得的能量
5. 效率： = Ne/N <100%——容积损失，水力损失，机械损失
三、离心泵的性能曲线
H~Q N~Q ~Q
厂家实验测定产品说明书
20C清水
n一定
离 心 泵 特 性 曲 线
4. 安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。
2.2.5 离心泵的类型、选用、安装与操作
一、离心泵的类型 按输送液体的性质不同 1. 清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质 较少的液体。结构简单，造价低。 ——IS 2. 耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材 料制成，要求密封可靠。—— F 3. 油泵：输送石油产品，要求有良好密封性。 ——Y
2.4.1 概述
一、气体输送机械在工业生产中的应用 ①气体输送 压力不高，但量大，动力消耗大 ②产生高压气体： 终到设备压力高 ③生产真空： 上游设备负压操作
二、气体输送机械的一般特点 ①动力消耗大
②设备体积庞大 ③特殊性——气体的可压缩性
三、气体输送机械的分类
工作原理——离心式、旋转式、往复式、喷射式等 出口压力（终压）和压缩比 ①通风机：终压15kPa，压缩比1至1.15 ②鼓风机：终压15~300kPa，压缩比小于4。 ③压缩机：终压300kPa以上，压缩比大于4。 ④真空泵：造成负压，终压p0，压缩比由真空度决定。
①单动泵，吸、排液不连续
②曲柄连杆，活塞运动速度与时间正弦规律 4. 流量的精确性
Q仅与活塞面积、冲程、往复频率有关
5. 往复泵的压头 挤压供液，H任意高。 其上限取决于材料强度、密封、电机负载 实际取决于管路特性
6. 特性曲线 Q仅与泵特性有关，与管路特性(和H）无关 H仅与管路特性有关，与泵特性(和Q)无关 —正位移特性
四、应用场合 高压头、小流量。粘稠以至膏状物。 不适于输送固体悬浮液
2.3.5 螺杆泵
一、外观
二、工作原理 旋转泵的一种 单螺杆
三螺杆
三、 流量调节
转速或旁路 四、 应用场合
高压头、小流量。粘稠以至膏状物。 适于输送固体悬浮液
2.3.6 旋涡泵
一、工作原理 特殊类型的离心泵
叶轮－开有凹槽的圆盘 引水道 叶轮旋转，凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间 往返多次，被多次做功。
说明：
①H~Q曲线，Q，H。 Q 很小时可能例外
②N~Q曲线：Q，N。大流量大电机 关闭出口阀启动泵，启动电流最小
③~Q曲线 ：小Q，；大Q，。 max 泵的铭牌~与max对应的性能参数 选型时 max
四、离心泵特性的影响因素 1. 流体的性质：
密度： （H，Q，）与无关； , (N、Ne) 黏度： ，（H，Q，）； N
工作流体~20℃水差别大参数和曲线变化 2. 转速——比例定律
—— n 20%以内
3. 叶轮直径——切割定律
——D - 5%以内
2.2.3 离心泵的工作点和流量调节
问题： 工作时，Q, H, N, =?
一、管路特性曲线
外加压头
Q ，Hf ，H H ~Q
——管路流量~所需外加压头 ——管路特性(方程) 管路压头损失
n泵H~Q曲线上移 工作点右上移， H，Q 3. 车削叶轮直径
例题2-1 将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中 去，要求输送量为36m3/h, 液体的扬升高度为7m。输送管 路由内径为80mm的钢化玻璃管构成，总长为160m（包括所 有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其 性能列于本题附表中。问：(1)该泵是否合用？
6. 导轮的作用 ——减少能量损失
2.2.2 离心泵的性能参数与特性曲线
一、离心泵的理论压头 假定 叶片数——液体无环流 理想流体——无能量损失
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；ω —叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流
量；b—叶片宽度； —叶片装置角。
说明：
（1）装置角 ：>90o — 前弯叶片
< 90o — 后弯~流动能量损失小
第2章 流体输送机械
2.1 概述 2.2 离心泵 2.3 其他类型泵 2.4 气体输送机械
2.1 概述
一、流体输送机械的作用
供料点~需料点，B.E.
输送机械的作用： 对流体做功，使流体E↑, 结果——流体的动
能↑， 或位能↑，静压能↑，克服沿程阻力，或 兼而有之
二、流体输送机械分类
介质： 液体——泵 气体——风机、压缩机
2.4.2 离心式通风机
一、离心式通风机的结构特点
①叶轮直径较大 ——适应大风量 ②叶片数较多 ③叶片有平直、前弯、后弯
不求高效率时——前弯 ④机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为矩形
二、性能参数和特性曲线
1. 风量：按入口状态计的单位时间内的排气体积。 m3/s，m3/h
2.全风压：单位体积气体通过风机时获得的能量。
1. 原动机——轴——叶轮，旋转 离心力 叶片间液体 中心外围 ——液体被做功 动能 高速离开叶轮
2. 泵壳：液体的汇集与能量的转换（动静）
3. 吸上原理与气缚现象
叶轮中心低压的形成 —液体高速离开
p 泵内有气， 则
泵入口压力 液体不能吸上 ——气缚 启动前灌泵 4. 轴封的作用 ——机械密封与填料密封 5. 平衡孔的作用——消除轴向推力
(2)实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少？
Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12
(%) 0 17 30 42 46 44
2.2.4 离心泵的安装高度
一、安装高度: 液面到泵入口处的垂直距离(Hg) 问题： 安装高度有无限制？
0-0~1-1，B.E.
④若几个型号都行，应选在操作条件下最高者
⑤若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线 和参数进行校正，看是否能满足要求。 ⑥为保险，所选泵可稍大；但若太大，能量利用程度低。
三、离心泵的安装与操作
安装 ①安装高度应小于允许安装高度 ②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；
调节阀应装于出口管路。
工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其他（如喷射式）
2.2 离心泵
2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理 2.2.2 离心泵的性能参数与特性曲线 2.2.3 离心泵的工作点和流量调节 2.2.4 离心泵的安装高度 2.2.5 离心泵的类型、选用、安装与操作
2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理
②泵装于管路 工作点 ~（H,Q) Q=泵供流量=管的流量 Q=泵供压头=流体的压头
③工作点~（Q,H,N,）~泵的实际工作状态
三、离心泵的流量调节
改变流量 改变工作点
改变泵的特性 改变管路特性
1. 改变出口阀开度管路特性
关小出口阀 le 管特线变陡 工作点左上移 H ，Q
开大出口阀 le 管特线变缓 工作点右下移 H ，Q 2. 改变叶轮转速改变泵的特性
3. 允许汽蚀余量的校正 h~20C清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书
三、讨论 1. 汽蚀现象产生的原因： ①安装高度太高； ②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； ③吸入管路阻力或压头损失太高。 2. 计算出的Hgmax<0, 低于贮槽液面安装
3. Hgmax大小与Q有关： Q，则Hgmax，保险。 用可能的最大Q计算Hgmax
3. 轴功率和效率
N Q pt
1000
操作 ①启动前应灌泵，并排气。 ②应在出口阀关闭的情况下启动泵 ③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮 ④经常检查轴封情况
2.3 其他类型泵
2.3.1 往复泵 2.3.2 计量泵 2.3.3 隔膜泵 2.3.4 齿轮泵 2.3.5 螺杆泵 2.3.6 旋涡泵
2.3.1 往复泵
一、 结构和工作原理 主要部件： 泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀 工作原理：