化工原第三章48叶世超版本教材

按其机械结构分为: 蔽式、半开式、开式。
(a) 蔽式 (b) 半开式
思考 2：三种叶轮中那一种效率高？
(c) 开式
(d) 双吸式
二.离心泵的叶轮和其它部件的基本原理
叶 轮 （ Impeller ） ：
按吸液方式不同分为: 单吸式、双吸式。
按叶片的几何形
状分为:
后弯、径向和前
弯三种,一般采用
后弯叶片。
本节以离心泵为代表重点讨论其工作原理、结构 和工作特性。
离心泵（Centrifugal Pumps）
离心泵的结构和工作原理
特点：泵的流量 与压头灵活可调、 输液量稳定且适 用介质范围很广。 自吸：泵内液体 在叶轮中心入口 处因加速而减压， 使泵外液体在势 能差的推动下被 连续地吸入泵内。
离心泵（Centrifugal Pumps）
z1
p2 p1
g
u22 u12 2g
H f 12
若略去 ∑Hf1-2 及动压头变化，则该流量下泵的压头
H
z2
z1
p2 p1
g
0.5
(0.28 0.025) 106 1000 9.81
31.6mH 2O
对应的泵的有效功率为
Ne
HqV
g
31.6 2510009.81 3600
2150W
应用上面几式重新标定泵的特性曲线，其效率不变 。
泵的特性曲线的变换
叶轮直径的影响
当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于 20%，则
qV D qV D
H ( D)2 HD
N ( D)3 ND
(用于换算离心泵的特性曲线， 其准确程度是工程上可接受的)
思考：若泵在原转速n下的特性曲 H 线方程为 H A-BQ2
22
C
(z2
z1)
p2 p1
g
p2
吸
K
11 2g [ A22
1 A12
l
(
d
le )i
1 Ai2 ]
z2
收 塔
HL
2
1 p1 1 z1
1
p z
g
HL-qV qV
高阻管路与低阻管路
(二)工作点 (P167)
6
2
3
1
4 5
检修后,离心泵不能输送水,原因? 如何解决?
地下水
如何解决?
工厂实例
无底阀,如何 净化反应器 完成输送?
酸泵 粗磷酸
离心泵基本方程式:
he
gz
p
u 2 2
h f 12
qmhe
qm
p u2 (gz
qmg qmg
2
hf 12 )
he z p u 2 hf 12
g
g 2g
假定: (1)叶片无穷多,叶片无限溥,叶片间距无穷小, 流体沿叶片流动;
(2)流体为理想流体( =0 )
(二)离心泵的特性曲线
1.理论特性曲线:
H
u
2 2
g
V u2 ctg 2 D2b2 2 g
H ,V: 分别为离心泵的理论压头,理论流量
D2 为叶轮出口的直径；b2 为叶轮出口处流道的宽度； 2 为叶片厚度； 占据空间使流道面积减小的系数；
线。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时， 泵 出 口 处 压 力 表 读 数 为 0.28MPa （ 表 压 ） ， 泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的 轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真 空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。 试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲 线相关的其它性能参数 。
离心泵的特性曲线（Characteristic curves）
H—V曲线理论与实际比较(如下图)
H
H
H 一 qV
H- qV
原因: (1)叶轮非理想叶轮;
(2)流体非理想流体;
qV qV (3)泵内存在泄漏损失;
泵的实际扬程和流量小于理论值 样本上是实测曲线
【例】3.13 用清水测定某离心泵的特性曲
Ne:有效功率;流体由泵得到的功率。 N:轴功率;泵运转所需功率。
电功率 电 N 电出 传 N
Ne
N电出 电功率电
电机 N N电出 传
泵
Ne N
N e QgH
N
N
N qV gH (kW) 1000
与效率有关的各种能量损失：
（1）容积损失：
内漏
（2）水力损失：
环流损失、摩擦损失、冲击损失
N qV gH (kW) 1000
故，N~Q 曲线上移。
注意：叶轮进、出口的压差 p 正比于液体密度。
泵的特性曲线的变换
由制造厂提供的离心泵的特性曲线是在一定转速下 用20℃的清水标定的。
液体粘度的影响
当比 20℃清水的大时，H，N，
实验表明，当<20 厘斯时，对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
在泵进口b(1)、泵出口c(2)间列机械能衡算式:
H z p2 p1 u 2
g 2g
p1 pa p真 p2 p表 pa
流量计
H z ( pa p表 ) ( pa p真 ) z p表 p真真空表 c 压力表
g
g
h0
H qV
N qV
b
qV
(
HgqV
N
)
H [m] N [kW]
⑴ 离心式、轴流式（统称动力式或叶轮式）： 利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能；
⑵ 容积式或正位移式（往复式、旋转式）： 利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能；
⑶ 流体动力式： 利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理 吸引输送另一种流体。
本节以离心泵为代表重点讨论其工作原理、结构 和工作特性。
2为叶片的离角或流动角；
u2为叶轮旋转的切向出口速度 。
w2
c2
2
2 u2
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2 u2
2 90 ((aa))径径向向叶叶片片
2 90
(b(b))后后弯弯叶叶片片
H
u
2 2
g
V u2 ctg 2 D2b2 2 g
H
制造中多选 用后弯叶片
2 90
((cc))前前弯弯叶片叶片
2 90
2 90
2 90
V
离心泵的特性曲线（Characteristic curves）
2.实验的特性曲线:
离心泵特性曲线：H—qV、N—qV、—qV曲线。对实
际流体，这些曲线尚难以理论推导，而是由实验测定。
H [m] N [kW]
[%]
36
32
IS00-80-160B 离心泵
n=2900r/min
3.6流体输送机械
学习本节的目的:
能根据生产工艺要求,合理地选择和正确使用流 体输送机械,使之在高效下可靠运行。
对输送机械的基本要求:
(1)满足工艺上对流量和能量的要求。 (2)结构简单,重量轻,投资费用低。 (3)运行可靠,操作效率高,日常操作费用低。 (4)能适应被输送流体的特性,其中包括粘性、腐
轴封装置:
3
泵轴与泵壳之间密封称为轴 封, 轴封的作用是防止高压
液体从泵壳内沿轴的四周而 漏出,或外界空气漏入泵壳 内,以保证离心泵的正常运 行。
常用的轴封装置有:
(1)填料密封 (2)机械密封(适用于密封较高场合)
6 2 1
4 5
三.离心泵的安装开车、停车及气缚现象
三.离心泵的安装开车、停车及气缚现象
则新转速n下泵的特性曲线方程表 达式如何？
n
若叶轮切割，又如何？
n
Q n Q n
H
n
2
H
n
0
Q
n n
2
H
A
B
n n
2
Q2
H
A
n n
2
BQ2
离心泵的工作点与流量调节
匹配：
泵 ------供方 管路-------需方
泵提供的流量 = 管路所需的流量
泵提供的压头 H = 管路所需的压头 HL
-qV
90 80
28
70
24
60
20
H-qV
50
16
40
12 8
N-qV
12 30 8 20
4
4 10
0 0
20 40 60 80 100 120 1400
0
Q/ m3/h
离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中，是 指导正确选择和操作离心泵的主要依据。
离心泵的特性曲线的测定
实验的特性曲线的测定(n=const):
蚀性、毒性、可燃性及爆炸性、含固体杂质等。
流体输送机械的分类
1.按流体可压缩性分:
(1)输送液体的机械: 泵（Pumps）
(2)输送气体的机械: 通风机 鼓风机 压缩机（Compressors and blowers）, 真空泵（Vacuum pumps）。
流体输送机械的分类
2.按其工作原理又可分为：
1 厘斯=10-6m2/s，20℃清水的粘度=1 厘斯
>2010-6 m2/s ，应进行换算。有关手册上给出了不
同条件下通过实验得到的换算系数。
泵的特性曲线的变换
叶轮转速的影响
当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度 三角形相似的近似假定，可推知：
qV n qV n
H ( n)2 N ( n)3 Hn Nn
离心泵的主要性能参数及特性曲线:
(一)主要性能参数:
Q
1.流量(扬量、送液能力、出液量)qV(m3/h,m3/s),泵铭 牌上的流量qV铭为设计点(效率最高点)流量
2.扬程(压头)H(m):泵给于单位重量流体的有效功 (单位重量流体流经泵后,由泵得到的机械能)。
离心泵的主要性能参数及特性曲线:
3.效率 , 轴功率N ,
压力表
z2
真空表
z1
解：泵的性能参数有泵的转速n、流量qV、压头
H’e、轴功率P和效率。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1，2截面，对单位重量流体列柏努 力方程，有
H
z2 z1
p2 p1
g
u
2 2
u12
2g
H
f 12ห้องสมุดไป่ตู้
【例3-10】
H
z2
往复泵的工作原理
流体输送机械的分类
2.按其工作原理又可分为：
⑴ 离心式、轴流式（统称动力式或叶轮式）： 利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能；
⑵ 容积式或正位移式（往复式、旋转式）： 利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能；
⑶ 流体动力式： 利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理 吸引输送另一种流体。
1．管路特性曲线
H
泵的特性曲线
-------管路所需压头 HL与流量关系曲线
• 工作点
A
Q
离心泵的工作点与流量调节
一.管路特性曲线(P1一4.0管) 路特性曲线(P119)
p u 2
H L z g 2g
H f 12
H f 12
l
(
d
le
)i
ui2 2g
( l
d
)i
ui2 2g
g
以单位重量流体为基 准的柏努利方程式
he
对泵
H
he g
(m) 扬程
g 对管路 H L
he g
(m)
z 位压头(m)
p
g 静压头(m)
H
f 12
h f 12
g
压头损失(m)
u2 2g 动压头(m)
离心泵的主要性能参数及特性曲线:
转 速
(一)离心泵的主要性能参数
压流
量 头
轴 功 率 和 效 率
允 许 汽 蚀 余 量
一.管路特性曲线(P119)
H f 12
l
(
d
le )i
ui2 2g
l
(
d
le
)i
qV 2 Ai2
22 p2
K
11 2g [ A22
1 A12
l
(
d
le )i
1 Ai2 ]
z2
吸 收 塔
C
(z2
z1)
p2 p1
g
HL C KqV 2
1 p1 1 z1
HL C KqV 2
(a) 蔽式
(b) 半开式
(c) 开式
(d) 双吸式
离心泵的叶轮和其它部件的基本原理
泵壳（Volute）：
思考3： 泵壳的主要作用是什么？
①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
6
2
3
1
4 5
离心泵的叶轮和其它部件的基本原理
导轮
思考4： 为什么导轮的弯曲方向与叶 片弯曲方向相反？
离心泵的叶轮和其它部件的基本原理
2.15kW
对应的泵的效率为
Ne 2.15 64.2%
N 3.35
调节流量，并重复以上的测量和计算，则可得到不同流 量下的特性参数，绘制特性曲线。
泵的特性曲线的变换
由制造厂提供的离心泵的特性曲线是在一定转速下 用20℃的清水标定的。
液体密度的影响
对H—qV 线、—qV 线不影响。 N—qV 曲线要变。
[%]
36
32 28
IS00-80-160B n=2900r/min
离心泵
max一
qV
90 80 70
24
60
H2铭0
H一qV
50
16
40
12 8 4
N一qV
12
N8 铭
30 20
4 10
0 0
20 40 60 8Q0 铭100 120 1400
0
Q/ m3/h
一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高 效区,泵应尽量在此区间工作
（3）机械损失：
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
小型水泵： 一般为5070% 大型泵： 可达 90%以上
离心泵的主要性能参数及特性曲线: 4.转速n;rpm(转/分); 5.允许吸上真空度Hs , 汽蚀余量△h
(二)离心泵的特性曲线
当 n=const H一qV; 一qV; N一qV;
1.理论特性曲线:
一.离心泵的基本结构
结构：离心泵的关键部
6
件是叶轮、固定的泵壳 和轴封。
1－叶轮;
2
3
1
2－泵壳;
3－泵轴;
4
4－吸入管路;
5－底阀; 6－排出管路。
5
思考1：
为什么叶片弯曲？
泵壳呈蜗壳状？ 图 3-17离心泵的构造与工作原理简图
二.离心泵的叶轮和其它部件的基本原理
叶轮（Impeller）： 将输入的轴功提供 给液体。叶轮上装 有若干片叶片（通 常6～8片）。