流体输送机械

第二章 流体输送机械授课时间：8学时授课方式：板书+幻灯片 授课内容提纲：离心泵结构、操作原理和类型；离心泵的理论压头和实际压头；离心泵特性参数和特性曲线；管路特性曲线；离心泵的工作点和流量调节；离心泵安装高度的确定；离心泵的选用；往复泵和其它类型泵；通风机、鼓风机、 压缩机和真空泵教学目的、要求：1.了解离心泵主要部件，重点掌握离心泵的工作原理，掌握离心泵基本方程式及应用，离心泵主要性能参数，重点掌握离心泵的特性曲线及其应用、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的安装高度及其计算，熟悉离心泵的类型与选择。

了解往复泵、计量泵和旋转泵等其他类型泵的工作原理和构造。

2.了解离心通风机、鼓风机与压缩机的构造和工作原理。

了解往复压缩机的构造及工作原理，压缩循环的有关计算。

教学重点及难点：重点：离心泵操作原理；离心泵的工作点和流量调节；离心泵安装高度的确定。

难点：离心泵特性参数和特性曲线；管路特性曲线。

教学方法和教学手段：新课引入：1.播放动画、2.播放图片 新课教学：1.动画图示、2.过程解析讨论：离心泵启动前为什么灌满液体；离心泵的安装高度目的本讲要点：离心泵的工作原理，离心泵基本方程式及应用，掌握离心泵的特性曲线及其应用、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的安装高度及其计算。

作业布置：3；5教学内容：第二章 流体输送机械如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与工厂之间联系的通道的话，则流体输送机械是这种联系的动力所在。

以供料点和需料点为截面列柏努利方程：f e H gu g p z H +∆+∆+∆=22ρ其中e H 是流体输送机械对单位重量流体所做的功。

从上式可以看出，采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也可能几种目的兼而有之。

流体输送机械目的：实现非自动化过程。

流体输送机械的分类：（1）按输送流体的状态分：液体输送机械 如：泵气体输送机械 如：风机、压缩机、真空泵（2）按工作原理通常分三大类： 离心式正位移式流体动力作用式第一节 离心泵一、离心泵的操作原理与构造1.离心泵的构造：2.操作原理： 启动：⎪⎩⎪⎨⎧：、：、：、泵轴及轴封装置泵壳叶轮321 离心泵结构示意图1泵内灌满液体（灌泵），2关出口阀， 3开泵(开出口阀)。

原理：(a) 排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳(动能→静压能) →流向输出管路。

(b) 吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内。

离心泵之所以能够输送液体，主要依靠高速旋转的叶轮，产生离心力，在惯性作用下，获得了能量以提高压强。

气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。

说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。

3．离心泵的主要部件1）叶轮：敞式：结构简单，制造清洗方便，用于含较多固体悬浮物的液体；液体回流，效率较低。

半闭式：适于输送易于沉淀的液体，效率较低。

闭式：适于输送不含固体杂质的清洁液体，结构较复杂，效率较高。

（较多采用）叶轮后盖板上平衡孔的作用：平衡轴向应力吸液方式：单吸式和双吸式2）泵壳蜗壳形汇集和导出液体通道，能量转换装置。

3) 导轮固定不动；导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反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。

4) 轴封装置泵轴与泵壳之间的密封。

作用：防止液体外漏，气体进入。

a.填料密封结构简单，加工方便，功率消耗大，密封不严。

b.机械密封密封性好，功率消耗少，广泛使用，加工精度高，价格高。

二．离心泵的理论压头与实际压头1. 压头H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的机械能，m。

2动压头的增量与其他项相比，一般可以忽略。

因此，泵产生的压头主要用于使液体位置升高、静压头增大以及克服流动过程中的压头损失。

2． 离心泵的理论压头定义：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头，用H ∞ 表示。

理想情况：泵的压头H 与影响因素的关系式只能由实验测定，但理想情况下的关系式则可理论推导得到。

在1与2之间列伯努利方程式，得：产生的原因：原因一：离心力作功；原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大，w 逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。

3.实际压头H实际压头比理论压头要小。

原因：泵内各种能量损失，包括： （1）叶片间的环流运动 （2）阻力损失（3）冲击损失三．离心泵的主要性能参数1.压头和流量 前已述及，仅介绍方法。

如图，在泵进口b 、泵出口 c 间列机械能衡算式：2. 有效功率、轴功率和效率（1）离心泵的有效功率是指液体从叶轮获得的能量,单位为W 或kW 。

⎩⎨⎧多，且叶片厚度不计。

叶轮的叶片数目为无穷流体为理想流体)2()1(c 2 ω 2c 1 1=∞H +-g p p ρ12g c c 22122-g p p ρ12- 流量计真空表 压力表h 0 c b =++H g u g p b b 22ρfc c h h g u g p +++022ρ=-≈g p p H b c ρg p p b c ρ)()(真表+Ne=Q ρgH=WsWe [KW] 式中：Q 一泵在输送条件下的流量，m 3／s ；g —重力加速度，m ／s 2 H —泵在输送条件下的压头，m ；ρ—输送液体的密度 kg/m 3（2）轴功率N 是指泵轴所需的功率，即电机传给泵轴的功率，单位为W 或kW 。

（3）效率ηη=(Ne/N)×100%η小于1，离心泵在输送液体过程中存在能量损失，主要有三种： a.容积损失 容积损失是指泵的泄漏所造成的损失；b.机械损失 由机械摩擦而引起的能量损失称为机械损失；c.水力损失 粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处而产生的局部阻力，统称为水力损失。

四．离心泵的特性曲线及应用1. 离心泵特性曲线离心泵的主要性能参数流量Q 、压头H 、轴功率N 及效率η间的关系曲线称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线，离心泵的特性曲线只与叶轮的直径、转速和测试时的工作介质有关，它是在泵的制造厂通过实验作出来的。

图2-12为4B20型离心水泵在2900r ／min 时的特性曲线，由H-Q ，N —Q 及h -Q 三条曲线所组成。

特性曲线随转速而变，故特性曲线图上一定要标出实验时的转速。

① Q H -曲线 ↑Q ↓H② Q N -曲线 ↑Q ↑N 0=Q =N 最小 故离心泵启动时，应关闭出口阀,使启动电流减少以保护电机。

③ Q -η曲线 0=Q 0=η ↑Q ↑η 上升到最大值 ↑Q ↓η32)'(')'('''nn N N n n H H n n Q Q ===4B20型离心泵的特性曲线N=2900 r/minηη图2-12 4B20型离心泵的特性曲线离心泵在一定转速下有一最高效率点,称为设计点。

离心泵的工作范围称为泵的高效率区。

通常为最高效率的92%左右 ，离心泵最好在此范围内工作。

-A 最高效率点，称为设计点。

泵在最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济，所以与最高效率点对应的N H Q ..称为最佳工况参数。

离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效率最高点的状况参数，根据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好在最佳状况点上运转，因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的92%左右，如图中波折线所示的范围。

2. 液体性质对离心泵特性的影响 （1）密度的影响离心泵的压头，流量均与液体的密度无关，故泵的效率亦不随液体的密度而改变，所以离心泵特性曲线中的H-Q 及h —Q 曲线保持不变。

但是泵的轴功率随液体密度而改变，N-Q 曲线不再适用；用Ne=Q ρgH 校正。

（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，亦即泵的特性曲线发生改变。

当液体的运动粘度n 大于20cSt(厘沲10-6m 2/s)时，需校正。

3.转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响1）转速的影响离心泵的特性曲线都是在一定转速下测定的，改变转速时,泵的压头、流量、效率和轴功率也随之改变。

当液体的粘度不大,假设泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系为:32)'(')'('''DD N N D D H H D D Q Q ===f e H gu Z g p h +∆+∆+∆=22ρ252282Q dL L g g u d L L H e e f ∑+=∑+=πλλ2414222212222)11(82/])4()4[(2Q d d g g d Q d Q g u -=-=∆πππ222BQ H gu f =+∆式中:Q’、H’、N’-为转速为n’ 时泵的性能； Q 、H 、N-为转速为n 时泵的性能2）叶轮直径的影响叶轮切削，直径改变不大时，其流量、压头和轴功率与叶轮直径之间的近似关系为：式中：Q’、H’、N’-为直径为D’ 时泵的性能； Q 、H 、N-为直径为D 时泵的性能五．离心泵的工作点与流量调节（一）管路特性曲线对下图所示的管路输送系统，在1-1‘与2-2’间列柏努利方程得：对于一定的管路系统，上式中的△Z 与△p/ρg 均为定值，即：△Z+△p/ρg =A式中： Q--管路系统的输送量，m3/s则： h e =A+BQ 2 (2-19)（二）离心泵的工作点与流量调节1．离心泵的工作点式2-10即为管路特性方程，表示管路所需压头H e随液体流量Q的平方成正比；将其标绘在相应的坐标图上，称为管路特性曲线，如图所示。

管路特性曲线与泵特性曲线交点M称为泵在管路上的工作点；在M点处： Q=Q e H=H e；2．流量调节1）改变阀门的开度改变泵出口阀门的开度，即可改变管路特性曲线；阀门关小，特性曲线变陡，工作点由M移至M1点，流量由QM降至QM1；反之流量加大。

2）改变泵的转速改变泵的转速，即可改变泵的特性曲线，转速提高，H-Q线向上移，Q增大，反之则Q 减小。

【习题课】P60【例2-1】；P63【例2-3】【补充例1】某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特性曲线方程为H=30－0.01V2 。

当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为he=10＋0.04V2，式中V的单位为m3/h，H及he的单位均为m。

求：（1）阀全开时，泵的输水量为多少？（2）要求所需供水量为上述供水量的75%时：a．若采用出口阀调节，则多损失的压头为多少m水柱？b．若采用变速调节，则泵的转速应为多少r.p.m.？【解】（1）204.010Vhe+=201.030VH-=ehH=mhhmVe26203==(2)多损失的压头为多少m 水柱？ a. 采用调节出口阀门的方法b. 采用调节转速的方法，则泵的转速应为多少r.p.m.？新转速下泵的特性曲线方程为：六、离心泵的安装高度Z S1、什么是安装高度？离心泵的安装高度是指要被输送的液体所在贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距离，即右图中的s z 。