流体输送设备

第2章流体输送设备2.1 概述流体输送机械：为流体提供能量的机械或装置流体输送机械在化工生产的作用：从低位输送到高位，从低压送至高压，从一处送至另一处。

2.1.1 对流体输送机械的基本要求（1）满足工艺上对流量和能量的要求(最为重要）；（2）结构简单，投资费用低；（3）运行可靠，效率高，日常维护费用低；（4）能适应被输送流体的特性，如腐蚀性、粘性、可燃性等。

2.1.2 流体输送机械的分类按输送流体的种类不同泵（液体）：离心泵、往复泵、旋转泵风机（气体）：通风机、鼓风机、压缩机，真空泵按作用原理不同：离心式、往复式、旋转式等本章主要讲解：流体输送机械的基本构造、作用原理、性能及根据工艺要求选择合适的输送设备。

2.2 离心泵离心泵是化工生产中最常用的一种液体输送机械，它的使用约占化工用泵的80～90％。

2.2.1 离心泵的工作原理和主要部件基本结构：蜗形泵壳，泵轴（轴封装置），叶轮启动前：将泵壳内灌满被输送的液体（灌泵）。

输送原理：泵轴带动叶轮旋转→液体旋转→离心力（p,u）→泵壳，A↑u↓p↑→液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。

→中心真空→吸液气缚现象：启动前未灌泵，空气密度很小，离心力也很小。

吸入口处真空不足以将液体吸入泵内。

虽启动离心泵，但不能输送体。

此现象称为“气缚”。

说明离心泵无自吸能力。

防止：灌泵。

生产中一般把泵放在液面以下。

底阀（止逆阀），滤网是为了防止固体物质进入泵内。

2.2.2 离心泵的主要部件1. 叶轮叶轮是离心泵的最重要部件。

其作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能都有所提高。

按结构可分为以下三种：开式叶轮：叶轮两侧都没有盖板，制造简单，效率较低。

它适用于输送含杂质较多的液体。

半闭式叶轮：叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，它适用于输送含固体颗粒和杂质的液体。

闭式叶轮：闭式叶轮叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广。

闭式或半开式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝隙内，液体的压力较入口侧为高，这使叶轮遭受到向入口端推移的轴向推力。

可在后盖板上钻几个小孔，称为平衡孔平衡孔作用：消除轴向推动力。

（泵的效率有所下降）2. 泵壳离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个截面逐渐扩大的蜗形通道。

泵壳的作用：（1）汇集液体；（2）使部分动能有效地转化为静压能。

动能→静压能。

3. 轴封装置轴封装置的作用：避免泵内高压液体沿间隙漏出，或防止外界空气从相反方向进入泵内。

离心泵的轴封装置有填料密封和机械密封。

机械密封的效果好于填料密封。

2.2.3 离心泵的主要性能参数1. 流量（送液能力）：单位时间内泵所输送的液体体积。

q v ，m 3/s ，m 3/ｈ。

与叶轮尺寸、转速、管路特性有关。

2. 扬程（压头）：单位重量液体流经泵后所获得的能量，Ｈ，m 。

与泵的结构、转速及流量有关。

H 用实验测定，3. 效率泵的效率就是反映能量损失的大小。

能量损失的原因（１）容积损失：泵的泄漏造成的。

容积效率η1。

（２）水力损失：由于流体流过叶轮、泵壳时产生的能损失。

水力效率η2。

（３）机械损失：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耗部分能量，机械效率η3。

f H gu u g p p z z H ∑+-+-+-=2)(21221212ρ012h z z =-gp p h H ρ120-+=泵的总效率η（又称效率） η＝η1×η2×η3对离心泵来说，一般0.6~0.85左右，大型泵可达0.904. 轴功率轴功率：泵轴所需要的功率，P kW有效功率：单位时间内液体从泵的叶轮所获得的有效能量。

PeP e ＝ q v H ρgq v —泵的流量，m3/s ； H —泵的压头，m ；ρ—液体的密度，kg/m 3； g —重力加速度，m/s 2。

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，均系指输送清水时的数值。

例２-１ 某离心泵以20℃水进行性能实验, 测得体积流量为720m 3/h ，泵出口压力表数为3.82kgf/cm 2，吸入口真空表读数为210mmHg ，压力表和真空表间垂直距离为410mm ，吸入管和压出管内径分别为350mm 及300mm 。

试求泵的压头。

（能量损失可以忽略）2.2.4 离心泵的特性曲线及其影响因素1. 离心泵的特性曲线压头、流量、功率和效率之间的关系在一定转速下(1) H~ q v q v ↑, H ↓(2) P~ q v q v ↑, P ↑;q v =0 P=P min※启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。

(3) η~ q v q v =0 , η=0;离心泵的设计点：效率最高点。

高效率区： ηmax ×92% 铭牌：最高效率下的流量、压头和功率2. 影响离心泵性能的主要因素（1）液体物性对离心泵特性的影响①密度的影响 离心泵的压头、流量、效率均与液体的密度无关。

所以离心泵特性曲线中的H —q v 及η—q v 曲线保持不变。

但泵的轴功率与输送液体的密度有关。

密度 轴功率②粘度的影响 若被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度，则泵体内部液eP P η=体的能量损失增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大。

对小型泵的影响尤为显著。

（2）转速对离心泵特性的影响离心泵的特性曲线是在一定转速n 下测定的，当n 改变时，泵的流量、压头及功率也相应改变。

适用条件：同一型号泵、同一种液体，在效率η不变的前提下。

（3）叶轮直径对离心泵特性的影响当离心泵的转速一定时，通过切割叶轮直径D ，使其变小，也能改变特性曲线。

(称为切割定律)适用条件：同一型号泵、同一液体、同一转速 下直径D 的切割量小于5％。

例2-2 一水泵的铭牌上标有：流量36.2m 3/h ，扬程12m ，轴功率1.82kw ，效率65%，配用电机容量2.8kw ，转数1400rpm 。

今欲在以下情况下使用是否可以？如不可以，采用什么具体措施才能满足要求？（计数说明）（1）输送密度为1800kg/m3的溶液，流量为33m 3/h ，扬程为12m ；（2）输送密度为800kg/m 3的油品，流量为50m 3/h ，扬程为24m 。

2.2.5 离心泵的工作特点与流量调节1. 管路特性曲线——管路特性曲线2.工作点工作点：泵的特性曲线H-q v 与管路的特性曲线H- q v 的交点。

适宜工作点：工作点所对应效率在最高效率区。

3. 流量调节调节流量实质：改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵 的工作点的问题。

（1）改变管路特性曲线比例定律 312122121212)(,)(,12n n p p n n H H n n q q V V ===312122121212)(,)(,12D D P P D D H H D D q q V V ===f H g u g p z H ∑+∆+∆+∆=22ρg p z A ρ∆+∆=022≈∆gu f H A H ∑+=22e f l l u H d g λξ+∑⎛⎫∑=+∑ ⎪⎝⎭2452)(8V e f q d d l l g H ξλπ∑+∑+=∑2V f Bq H =∑2V Bq A H +=阀门开小：B↑曲线变陡q v↓H↑阀门开大：B↓曲线变平坦q v↑H↓特点：应用灵活，流量连续变化，能量损失大。

（2）改变泵的特性曲线——改变离心泵的转速或改变叶轮直径n ↑泵特性曲线向上移q v↑H ↑n ↓泵特性曲线向下移q v↓H↓（3）离心泵的并联与串联①离心泵的并联设将两台型号相同的泵并联于管路系统中，且各自的吸入管路相同。

在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。

并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交点决定。

并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而且并联压头略高于单台泵的压头②离心泵的串联两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。

两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。

③离心泵组合方式的选择对于管路特性曲线较平坦的低阻力型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合方式为高的流量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻力型管路，则宜采用串联组合方式。

P57例2-3，2-42.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度1. 汽蚀现象当泵入口处的压力等于或低于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在该处汽化，产生气泡。

含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡就急剧凝结或破裂。

因气泡的消失产生局部真空，此时周围的液体以极高的速度流向原气泡占据的空间，产生了极大的局部冲击压力。

在这种巨大冲击力的反复作用下，导致泵壳和叶轮被损坏，这种现象称为汽蚀现象。

汽蚀：当p1≤饱和蒸汽压危害：噪音、震动，流量、扬程明显下降避免：最低点压强＞饱和蒸汽压产生原因：①Hg 高； ②泵吸入管路局部阻力过大 ； ③液体温度高 在0-0、1-1截面间列柏努力方程2. 离心泵的最大安装高度为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，采用以下两种抗气蚀性能指标来限定泵吸入口附近的最低压力。

（1）气蚀余量（2）离心泵的允许吸上真空度Δh 和 ：厂家——20℃清水做实验实际安装高度：应小于计算的（0.5-1)m 左右。

负值：表示在液面下。

提高H g ：减少∑H f （吸入管阻力，减少弯头、阀门、增大吸入管直径) P61例2-5例2-3 用某台离心泵输送敞口水槽中40℃清水，泵入口中心线距水面以上4m ，泵入口管路的压头为1mH2O 。

所选用的泵汽蚀余量为2mH2O 。

当地大气压为0.1MPa 。

试问这个泵能否正常工作？解：40℃水饱和蒸汽压p ν=7.377kPa ，密度ρ=992.2kg/m3实际安装高度Hg=4m ＜6.51m ，故能正常工作例2-4若例2-2中的敞口水槽改为密闭水槽，槽内水面上压力为30 kPa ，试问这个泵能否正常工作？实际安装高度Hg=4m ＞-0.67m ，故不能正常工作g p g u g p h sρρ-+=∆)2(211f s H h g p g p Hg ∑-∆--=ρρ0max g p p H a s ρ1-='f s g H g u H H ∑--'=221max S H '2.2.7 离心泵的类型与选用1. 离心泵的类型按输送介质分：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵。

按叶轮吸入方式：单吸泵、双吸泵。

按叶轮数目：单级泵、多级泵。

（1）清水泵（IS型、D型、Sh型）输送物理、化学性质与清水类似的液体。

IS50-32-250 ：IS——单级单吸悬臂式离心泵；50——泵吸入口直径（mm）；32 ——泵出口直径（mm）；250——叶轮直径（mm）；适用：t≤80℃、q v：4.5—360m3/h、H：8—98m。