流体输送机械11

不修正
μ<20cp
(3)转速的影响
n变化
导致
速度Δ变化 He、V=f(α2)
He、V和Na也发生变化 但η不变
c2'
w2
c2
n' n 当 100% 20% 时，认为速度△相似 n
w2'
V ` n` V n
H e ` n` He n
2
2 c2 r
c2' r
第二章
流体输送机械
2.1 概 述 2.1.1流体输送机械的作用
连续流动 的各种物 料或产品
由低处送至高处 由低压送至高压设备 克服管道阻力 流体输送机械 ——为输送流体而 提供能量的机械
……
2.1.2 输送机械的类别
按工作原理分： 动力式（叶轮式）：离心式，轴流式； 容积式（正位移式）：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。
气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。 液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。 固体的输送，可采用流态化的方法 本章主要介绍离心泵
离心泵的分类 吸液 方式 单吸：液体只从一侧吸入 双吸：液体同时从两侧吸入。具有较大的吸液能力
S 型单级双吸离心泵 IS、IR 型单级单吸离心泵
叶轮 个数
单级：只有一个叶轮 多级：多个叶轮，可 提供更高的扬程
n↓ n↑
n' n''
M→M'
V↓ V↑
He
M’’
M→M''
M
M’
①，②比较：
① 快速方便，流量连续变化，应用最广。其缺
点:阀门关小，流动阻力增加，额外多消耗一部
分功率，且使泵在低效率点工作，经济上不合算。 0
V’ V V’’
V
② 不额外增加流动阻力，变化前后泵效率几乎不变，能量利用经济。但调节
2.6.2 流量调节 实际上 改变泵的工作点 a.调节管路特性曲线 b.调节泵的He~V曲线 改变管路特性曲线 He M’ M
两种调节方法
① 改变出口阀的开度 如： 原来V>所需V' 阀门关小
管路阻力增大
管路特性曲线上移 工作点由M→M' 流量减小 0 V’ V
V
②改变泵的转速或叶轮直径
改变泵的He～V曲线
液体质点在叶轮内的速度及速度△
相对运动速度 绝对运动速度
c α
圆周运动速度
u
余弦定理
2 c 2 u 2 2cu cos
在叶轮进口与出口列BE（△Z=0）：
2 p1 c12 p2 c2 HT g 2 g g 2 g
2 p1 p2 c2 c12 HT g 2g
液体在泵内都获得了什么能量？
常压液体
被甩出
机械旋转 的离心力
高速液体
为什么叶片弯曲？泵 壳呈蜗壳状？
逐渐扩大的 高压液体 泵壳通道
思考：
泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象
液体未灌满 ρ气<<ρ液 离心力甩不出气体
未灌满 底阀漏液 其它地方泄漏
叶轮中心的真空度不够 吸不上液体 泵无法正常工作
2.2.2 主要部件
（2）工作点
0 若工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态，所对应效
V
率如是在最高效率区，则该工作点是适宜的
例2-2：用水对某离心泵做实验，得到下列实验数据：
V/(l.min-1) 0 37.2 100 38 200 37 300 34.5 400 31.8 500 28.5
H/m
若通过φ76mm×4mm、长355m（包括局部阻力的当量长
（3）泵的有效功率、轴功率及效率
Ne Na
是指液体从叶轮获得的能量，kw
Ne=VHeρg
原动机（电动机或蒸汽透平等）传送给泵轴的功率，kw
N a H eVg
η
泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。
Ne
Na

电机
（4） n 泵的叶轮每分钟的转数，即“r.p.m.”
泵N e N a
组有关数据，可按上述方法计算出相应的He及η 值，并将He-V、Na-V、
η -V关系标绘在坐标纸上，即可得到该泵在n＝2900r/min下的特性曲线。
已知：吸入管内径100mm、排出管内径80mm、 △Z=0.5m、n=2900r/min、介质为20℃清水。 数据：V=15 l/s, P2=2.55105Pa, P1=-2.67104Pa,
设计流量下
1 90 → cos 1 0
HT u2c2 cos 2 / g 2 u2c2u / g u 2(u 2 ω 2 cosβ 2)
讨论: ---------------离心泵基本方程
b2
VT 2r2b2c2 sinα 2 2r2b2c2r 2 r 2b2ω2 sinβ 2 π
（1）叶轮
作用：将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能 均有所提高
结构形状分有三种
三种叶轮中哪一种效率较高？
泵内液体泄漏
高压区
低压区
闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大 但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象
叶轮轴向力问题 闭式或半闭式叶轮 后盖板与泵壳之间空腔液体的 压强较吸入口侧高
静压头△p/ρg增加 ，原因 有二： ①离心作用，接受外功——(u22-u12)/2g； ②通道截面积↑，ω↓；即动能转换为静压能。每kg液体静压能增加了 (ω22- ω12)/2g
2 2 2 u2 u12 ω 2 ω1 c2 c12 HT 2 2g 2g 2g
HT (u2c2 cos 2 u1c1 cos 1 ) / g
N电=6.2KW
电=0.93。
求：泵的扬程、轴功率和效率
(1)He～V V↑→He↓，呈抛物线 He=A－BV2 不同型号的离心泵， He～V曲线的形状不同 (2)Na～V 适用于扬程变化 V↑→Na↑，当V=0，Na最 范围大而不允许流 小 量变化太大的场合 (3)η～V V↑→η先↑后↓，存在一最高 效率点，此点称为设计点。
2.3 离心泵的基本方程式 液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强
u 2 p Hf 由BE可得： H e Z 2 g g
泵的扬程（或压头）
指泵对单位重量流体所提供的有 效能量，以He表示
泵的结构
He
取决于
转速 流量
扬程和流量
——主要技术指标 选用泵的基本指标
相互关系 ？
2.3.1离心泵的理论扬程
F
→轴向推力 →磨损 如何 解决？ 平衡孔
平衡孔
（2）泵壳（蜗壳形）
思考：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
Why?
CE
A↑
u↓
BE
p↑
泵壳及壳内液体流动情况
（3）轴封装置
旋转的泵轴与固 定的泵壳之间的密封
作用：
防止高压液 体沿轴漏出或外 界空气漏入。
Байду номын сангаас
填料密封 机械密封 填料密封 用于普通离心泵
扬程
理论扬程 容积损失
实际与理想差别：
机械损失
叶片并不是无限多
水力损失
容积损失
流体非理想流体 机械泄漏
轴封摩擦、流动摩擦阻力
实际扬程
流量
机械损失 水力损失
液体被叶轮甩出， 冲向蜗壳的液体
实际扬程始终小于理论扬程
2.4 离心泵的主要性能参数
正确选择和使用离心泵
n、V、He、Ne、Na、η
(1)流量V： 单位时间内泵输送的液体体积，m3/s（或m3/h，l/s等） 取决：泵的结构、尺寸（ β2 、D2、b2）和n 离心泵和特定管路相联系，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关 (2)扬程He： 泵对单位重量液体所提供的有效能量，m液柱 He与泵的结构(如β2 、D2等)、n及V等因素有关 对于一定的泵和n，He与V有关，一般由实验测定
理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为 理论压头，用HT表示。
①流体为理想液体,过程定态 ②叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶片厚度不计 问：由① 、 ②可以得出什么结果？ 由① 液体在泵内无摩擦阻力损失 由② 流体与叶片的相对运动轨迹可视为与叶片形状相同。 实际上流体在离心泵中的流动是相当复杂的 理想情况简化了过程→建模→用数学语言来表达
机械密封 用于输 送易燃易爆、
有毒的液体
等密封要求 的泵内
以上三个构件是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其
它的辅助部件：
导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并 产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的 带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲 角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳 地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。 底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀， 它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。 滤网：防止液体中杂质进入泵体。
度）的导管，用该泵输送液体。已知吸入与排出的空间均为 常压设备，两液面间的垂直距离为4.8m，摩擦系数为0.03， 试求该泵在运转时的液量。若排出空间为密闭容器，其内压 强为1.29×105Pa（表压），再求此时泵的流量。 被输送液体的性质与水相近
V/(l.min-1)
He1=4.8+1.69×10-4V2 He2=17.95+1.69×10-4V2
u2
u2'
比例定律
r2

N a ` n` Na n
3
P71 例2-2
不同转速下的速度三角形