化工原理第二章 流体输送机械
何潮洪化工原理第二章：流体输送机械
2>90
2=90
20/73
后弯叶片
径向叶片 前弯叶片 浙江大学《化工原理》电子教案 /第二章
理论压头H与流量Q关系曲线
似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H 为最高。但实际 上泵的设计都采用后弯叶片。Why？ w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
回忆： 思考： 为什么叶片向后弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？ 思考： 为什么导轮的弯曲方向 与叶片弯曲方向相反？
铭 牌
11/73
浙江大学《化工原理》电子教案/第二章
三．离心泵的主要性能参数及特性曲线
压头： 可用如图装置测量。
在泵进口b 、泵出口 c 间列机械能衡算式：
2 2 p b ub p c uc H h0 h f g 2 g g 2 g
转速 流量 压头 轴功率 效率 允许汽蚀余量
w2 2 2
2
c2 u2
b c d
设计 流量 25/73
w1 1 1 c1
u1
浙江大学《化工原理》电子教案/第二章
转 速 流 量 三．离心泵的主要性能参数及特性曲线 压 头 轴 功 率 效 率 有效功率Ne=mwe＝QgH ，单位W 或kW 允 许 汽 蚀 余 量
对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多 用机械密封。
浙江大学《化工原理》电子教案/第二章
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三．离心泵的主要性能参数及特性曲线
转 速 ----n，单位r.p.s或r.p.m 流 量 ----Q，m3/s或m3/h，可在输出端测量 ，又称扬程，泵对单位重量流 压 头 ----H 体提供的有效能量，m。 =h 离心泵的主要性能参数 e 轴 功 率 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
化工原理(第四版)谭天恩-第二章-流体输送机械
注意安全防护
在操作流体输送机械时，应注意安全防护 ，穿戴好防护用品，避免发生意外事故。
THANKS
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高效节能设计
优化流体输送机械的结构和运行方式，降低能耗，提高能效比。
减少排放
采取有效的措施减少流体输送机械在运行过程中产生的污染物排放， 如采用密封性能好的机械部件、回收利用排放的余热等。
环保材料
选择对环境友好的材料和润滑剂，减少对环境的污染。
资源循环利用
对流体输送机械中的可回收利用部分进行回收再利用，减少资源浪费 。
化工原理(第四版)谭 天恩-第二章-流体 输送机械
目录
• 流体输送机械概述 • 离心泵 • 其他类型的泵 • 流体输送机械的性能比较与选用 • 流体输送机械的维护与故障处理
01
CATALOGUE
流体输送机械概述
流体输送机械的定义与分类
定义
流体输送机械是用于将流体从一 个地方输送到另一个地方的机械 设备。
05
CATALOGUE
流体输送机械的维护与故障处理
流体输送机械的日常维护与保养
定期检查
对流体输送机械进行定期检查，确保其正 常运转，包括检查泵、管道、阀门等部件
是否完好无损，润滑系统是否正常等。
清洗与清洁
定期对流体输送机械进行清洗，清除残留 物和污垢，保持机械内部的清洁，防止堵 塞和腐蚀。
更换磨损部件
流体输送机械的应用
工业生产
在化工、石油、制药等领 域，流体输送机械广泛应 用于原料、半成品和成品 的输送。
能源与环保
流体输送机械在燃煤、燃 气等能源输送以及通风、 除尘等环保领域也有广泛 应用。
城市供暖与空调
在集中供暖和空调系统中 ，流体输送机械用于将热 源或冷源输送到各个用户 。
化工原理第二章流体输送设备
化工原理-第二章-流体输送设备一、选择题1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（）。
AA. 气缚现象；B. 汽蚀现象；C. 汽化现象；D. 气浮现象。
2、离心泵最常用的调节方法是（）。
BA. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变压出管路中阀门的开度；C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。
3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的（）。
BA. 包括内能在内的总能量；B. 机械能；C. 压能；D. 位能（即实际的升扬高度）。
4、离心泵的扬程是（）。
DA. 实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。
5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。
CA. 水温太高；B. 真空计坏了；C. 吸入管路堵塞；D. 排出管路堵塞。
6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。
AA. 大于；B. 小于；C. 等于。
7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。
A；CA. 出口阀B. 进口阀C. 旁路阀8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。
输送大流量，低粘度的液体应采用（）。
C；AA. 离心泵；B. 往复泵；C. 齿轮泵。
9、1m3气体经风机所获得能量，称为（）。
AA. 全风压；B. 静风压；C. 扬程。
10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。
AA. 打开；B. 关闭；C. 半开。
11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。
CA. 发生了气缚现象；B. 泵特性曲线变了；C. 管路特性曲线变了。
12、离心泵启动前____ ，是为了防止气缚现象发生。
DA 灌水；B 放气；C 灌油；D 灌泵。
13、离心泵装置中____ 的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。
化工原理第二章 流体输送机械
3、适应被输送流体的特性
二、 流体输送机械的分类
输送液体——泵
1、流体根据输送介质不同
输送气体——风机或压缩机
动力式
2、根据工作原理不同 容积式
流体作用式
离心泵的外观
第一节 离心泵
一、 离心泵的工作原理和基本结构
1、离心泵的主要构造： （1）叶轮 ——叶片（+盖板）
1）叶轮
a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
一般都采用后弯叶片。2=25-30o
（4）理论流量
当离心泵确定，其β2、b2、D2一定，
当转速一定时，理论压头和流量呈直 线关系，
H A BqT
采用后弯叶片。2<90o，B>0，因此，H随q增大而减小。
3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流 体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
H e K Bqv2 ——管路特性方程
对于气体输送系统，由于 常数 ，列伯努利方程以单位
体积为基准
HT
gZ
P
u 2 2
gH f
由于气体密度较小，位风压 gZ 一项一般可以忽略。
2、管路系统对输送机械的其他性能要求
1、结构简单，重量轻，投资费用低
2、运行可靠，操作效率高，日常操作费用低
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
实际压头和流量关系： H A BqT2
二、离心泵的主要性能参数和特性曲线
1、离心泵的主要性能参数
流量 q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 压头 H，泵对单位重量流体提供的有效能量（扬程），m。 轴功率和效率p，电机输入离心泵的功率，单位W 或kW。 允许汽蚀余量 △h，泵抗气蚀性能参数，m 。
化工原理第二章-流体输送机械
w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
c2 c2
c2
uuu222
前径后弯向弯叶叶叶片片片
3) 理论流量
H T
u22 g
u2ctg2 gD2b2
若离心泵的几何尺寸（b2、D2、β2）和转速n一定，则式可表示
为
表示HT∞与QT呈线性关系，该直线的斜率与叶 片形状β2有关，即 β2>90°时，B<0, HT∞随QT的增加而增大。 β2=90°时，B=0, HT∞与QT的无关。 β2<90°时，B>0, HT∞随QT的增加而减少。
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。
N Ne
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直
接由泵的流量和扬程求得
Ne = HgQρ
N QH 102
电机
泵
2. 离心泵特性曲线及其换算
用20C清水测定
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线
QgH
N
由图可见： Q，H ，N，
有最大值。
思考： ➢ 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ ➢为什么Q＝0时，N0？
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
1）液体性质的影响 （1）密度:
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
轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵 壳之间的密封。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。
化工原理之二 流体输送机械
第二章：液体输送机械在化工生产中,为了满足工艺条件的要求,常需把流体从一处送到另一处,有时还需提高流体的压强或将设备造成真空,这就需采用为流体提供能量的输送设备。
为液体提供能量的输送设备称为泵为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。
它们都是化工厂最常用的通用设备,因此又称为通用机械。
为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。
它们都是化工厂最常用的通用设备,因此又称为通用机械。
化工生产中被输送的流体是多种多样的,且在操作条件、输送量等方面也有较大的差别,所用的输送设备必须能满足生产上不同的要求。
化工生产又多为连续过程,如果过程骤然中断,可能会导致严重事故,因此要求输送设备在操作上安全可靠。
输送设备运行时要消耗动力,动力费用直接影响产品的成本,故要求各种输送设备能在较高的效率下运转,以减少动力消耗。
为此,必须了解流体输送设备的操作原理、主要结构与性能,以便合理地选择和使用这些通用机械。
第一节液体输送设备液体输送设备的种类很多,按照工作原理的不同,分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。
其中,以离心泵在生产上应用最为广泛。
２－１－１离心泵一、离心泵的工作原理和主要部件(一) 离心泵的工作原理上图为一台离心泵。
它的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。
具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴上,泵轴可有电动机带动旋转.泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，而在吸入管路底部装有底阀.侧旁的排出口与排出管路相连接,其上装有调节阀.离心泵在启动前需向壳内灌满被输送的液体，启动后泵轴带动叶轮一起旋转，迫使叶片内的液体旋转,液体在离心力的作用下从叶轮中心被抛向外缘并获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，流速增大，一般可达15～25m/s。
液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽而使液体的流速逐渐降低，部分动能转变为静压能.于是, 具有较高的压强的液体从泵的排出口进入排出管路,输送至所需的场所。
当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区.由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，致使液体被吸进叶轮中心。
南工大化工原理《第二章流体输送机械》习题解答
《第二章流体输送机械》习题解答1）某盛有液体的圆筒容器，容器轴心线为铅垂向，液面水平，如附图中虚线所示。
当容器以等角速度ω绕容器轴线旋转，液面呈曲面状。
试证明：①液面为旋转抛物面。
②。
③液相内某一点（r，z）的压强。
式中ρ为液体密度。
解题给条件下回旋液相内满足的一般式为（常量）取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P0,∵C=P故回旋液体种，一般式为①液面为P=P的等压面，为旋转抛物面②又即：h=∴H=2h③某一点（r,Z）的压强P:2）直径0.2m、高0.4m的空心圆桶内盛满水，圆筒定该中心处开有小孔通大气，液面和顶盖内侧面齐平，如附图所示，当圆筒以800rpm转速绕容器轴心线回旋，问：圆筒壁内侧最高点和最低点的液体压强各为多少？解取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P0,∴C=P故回旋液体种，一般式为B点：Z=0,r=R=0.1m,C点:Z=-0.4m,r=0.1m,3）以碱液吸收混合器中的CO2的流程如附图所示。
已知：塔顶压强为0.45at （表压），碱液槽液面和塔内碱液出口处垂直高度差为10.5m，碱液流量为10m3/h，输液管规格是φ57×3.5mm，管长共45m（包括局部阻力的当量管长），碱液密度，粘度，管壁粗糙度。
试求：①输送每千克质量碱液所需轴功，J/kg。
②输送碱液所需有效功率，W。
解①,查得∴②4）在离心泵性能测定试验中，以2 泵汲入口处真空度为220mmHg，以孔板流量计及U形压差计测流量，孔板的孔径为35mm，采用汞为指示液，压差计读数，孔流系数，测得轴功率为1.92kW，已知泵的进、出口截面间的垂直高度差为0.2m。
求泵的效率η。
解5）IS65-40-200型离心泵在时的“扬程～流量”数据如下：V m3/h 7.5 12.5 15 m 13.2 12.5 11.8 He用该泵将低位槽的水输至高位槽。
输水管终端高于高位槽水面。
已知低位槽水面和输水管终端的垂直高度差为4.0m，管长80m（包括局部阻力的当量管长），输水管内径40mm，摩擦系数。
化工原理第二章.
u1
4qv
d12
4 15 103 3.14 0.12
1.91m/s
u2
4qv π d22
2.98 m/s
H 0 f ,12
H 0.5 2.55105 2.67104 2.982 1.912
1000 9.81
2 9.81
29.5m
能适应物料特性（如黏度、腐蚀性、易燃易爆、 含固体等）要求。
流体输送设备分类：
按流体类型 按工作原理
输送液体—泵(pumps) 输送气体—通风机、鼓风机、压缩机
及真空泵
离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式
第一节 离心泵
一、基本结构及工作原理
离心泵(centrifugal pump)
1.基本结构
第二章 流体输送机械
1. 本章学习的目的 通过学习，了解制药化工中常用的流体输送机
械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生 产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并 使之在高效率下可靠运行。 2. 本章重点掌握的内容
离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安 装及选型。
概述
生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：
效率64％ 轴功率2.6kW
重量363N
(1)流量(qv):单位时间内泵所输送的液体体积。m3/s 常用单位为L/s或m3/h qv与泵的结构、尺寸、转速等有关 ，实际流量还与 管路特性有关。
(2)扬程或压头(H):是指单位重量（1N）液体流经 泵所获得的能量，单位：m 。H与泵的结构、转速 和流量有关。
旋转的叶轮(impeller) 固定的泵壳（Volute）
2、离心泵的工作原理
化工原理(第二版)第二章
p0
g
p1
g
u12 2g
H f
p0
g
p1
g
u12 2g
pv
g
pv
g
H
f
p0
g
ha
pv
g
Hf
p0
g
h
pv
g
Hf
Hg max
47
（3）允许汽蚀余量的校正
h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书
2. 离心泵的实际压头
实际压头比理论压头要小。具体原因如下： （1）叶片间的环流运动
主要取决于叶片数目、装置角2、叶轮大小、液体粘度等因素，而几 乎与流量大小无关。
c2 c2
23
阻 力 损 失
（2）水力损失 冲 击损 失 阻力损失 可近似视为与流速的平方呈正比
24
冲击损失 在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远， 冲击损失越大。
高效
区
设计点 Q
33
3．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度的影响
对 H~Q 曲线、~Q 曲线无影响，但N QgH ，
故，N~Q 曲线上移。
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。
化工原理课后答案(中国石化出版社)_第2章____流体输送机械剖析
2-l 在用常温水(其密度为1000kg/m3)测定离心泵性能的实验中，当水的流量为26m3/h时，泵出口压力表读数为 1.52×105Pa，泵入口处真空表读数为185mmHg，轴功率为2.45KW，转速为2900r/min。
真空表与压力表两测压口间的垂直距离为400mm，泵的进、以口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可解：×105Pa，18∴41m.∴0。
2-2 某台离心泵在转速为2950r/min时，输水量为18m3/h，压头为20m H2现因电动机损坏，用一转速为2900r/min的电动机代用，问此时泵的流量、压头和轴功率各为多少(泵功效率取60％)？解：转速变化后，其他参数也相应变化。
m 695.171829502900 '' 3=⋅⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=Q n n Q O m H n n H 222H328.192029502900 ' '=⋅⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛= kW g Q H Ne 55.16.0/81.91000328.193600695.17/ ' ' '=⨯⨯⨯==ηρ 2-3己知80Y-60型离心泵输送常温水时的额定流量Q ＝50m 3/h ，额定压头H ＝60mH 20，转速n ＝2950r/min ，效率V ＝64％。
试求用该泵输送密度为700kg/m 3、粘度为1mm 2/S 的汽油和输送密度为820kg/m 3、粘度为35mm 2/S 的柴油时的性能参数。
解：设常温下水的密度为：3/1000m kg =ρ，粘度为：cP 1=μ输送汽油时：汽油的运动粘度s mm s mm /20/1221<=ν，则粘度的影响可忽略。
h m Q Q /5031==∴，m H H 601==汽油柱，%641==ηη 输送柴油时：柴油的运动粘度s mm s mm /20/35222>=ν，查图可得：%84=ηC ，%100=Q C ，%98=H C则：h m QC Q Q /5015032=⨯== m HC H H 8.5898.0602=⨯==柴油柱 538.084.064.02=⨯==ηηηCkW gH Q N 22.121000538.081.98208.5836005022222=⨯⨯⨯⨯==∴ηρ2-4 在海拔1000m 的高原上，使用一离心泵吸水，该泵的允许吸上真空高度为6.5m ，吸入管路中的全部阻力损失与速度头之和为3mH 20。
化工原理课件第2章：流体输送
4. 当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现[Hg]为负的情况， 此时应将离心泵安装于贮槽液面以下。
化工原理——流体输送机械
2.2.6 离心泵的类型与选用 1. 类型 ① 清水泵——单级、多级、双吸 ②耐腐蚀泵——用耐腐蚀材料 ③油泵——密封良好 ④液下泵——轴封要求不高 ⑤屏蔽泵——无密封、无泄漏
qV' D' qV D
H
' e
He
D' D
2
Pa' Pa
D' D
3
——切割定律
化工原理——流体输送机械
2.2.4 离心泵的工作点与流量调节 1. 管路特性曲线
K：由管路特性决定， 一般为高度湍流，与流 量无关
化工原理——流体输送机械
管路特性的影响因素 化工原理——流体输送机械
7. 效率：有效功率与轴功率之比，即
Pe
Pa
化工原理——流体输送机械
8. 泵内的能量损失 a. 容积损失
高压液体泄漏到低压处，qV
b. 水力损失 液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，He c. 机械损失 轴与轴承，轴封的摩擦
化工原理——流体输送机械
轴功率：电机提供给泵轴的功率，W
Pa
Pe
H串 2 A 2BoqV2串
并联时的特性曲线为：
H并
A
Bo
qV并 2
2
H串＜2H单 qV串＞qV单
qV 并＜2qV 单 H并＞H单
化工原理——流体输送机械
“化工原理”第2章《流体输送机械》复习题
“化⼯原理”第2章《流体输送机械》复习题“化⼯原理”第⼆章流体输送机械复习题⼀、填空题：1.离⼼泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______.***答案*** 泵壳; 叶轮; 泵轴2. 离⼼泵的主要参数有:______,______,______,________.***答案*** 流量; 扬程; 功率; 效率3．离⼼泵的特性曲线有: _____________,_________________,___________________.***答案*** 压头H～流量Q曲线；功率N～流量Q曲线；效率η～流量Q曲线4．离⼼泵的最⼤安装⾼度不会⼤于_______________. ***答案*** 10m5. 离⼼泵的⼯作点是如下两条曲线的交点：______________,________________.***答案*** 泵特性曲线H--Q；管路特性曲线H--Q6．调节泵流量的⽅法有：_____________,__________________,____________________.***答案*** 改变出⼝阀门的开度；改变泵的转速；车削叶轮外径7. 泵起动时，先关闭泵的出⼝开关的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿____________**答案** 降低起动功率，保护电机，防⽌超负荷⽽受到损伤;同时也避免出⼝管线⽔⼒冲击。
8. 若被输送的流体粘度增⾼，则离⼼泵的压头＿＿＿，流量＿＿＿，效率＿＿＿，轴功率＿＿＿＿。
***答案*** 减⼩减⼩下降增⼤9. 离⼼泵的流量调节阀安装在离⼼泵＿＿＿管路上，关⼩出⼝阀门后，真空表的读数＿＿＿＿，压⼒表的读数＿＿__＿。
***答案*** 出⼝减⼩增⼤10. 离⼼泵的安装⾼度超过允许安装⾼度时，离⼼泵会发⽣＿＿___＿＿现象。
***答案*** ⽓蚀11. 离⼼泵铭牌上标明的流量和扬程指的是＿＿＿＿＿＿＿时的流量和扬程。
***答案*** 效率最⾼12. ⽤离⼼泵在两敞⼝容器间输液, 在同⼀管路中，若⽤离⼼泵输送ρ＝1200kg/m3的某液体(该溶液的其它性质与⽔相同），与输送⽔相⽐，离⼼泵的流量＿＿＿＿＿＿＿,扬程＿＿＿＿＿,泵出⼝压⼒＿＿＿＿,轴功率＿＿＿。
《化工原理》第2章 流体输送机械
22
第2章 流体输送机械
2.3 其他类型泵
2.3.1 往复泵
1．往复泵的工作原理 往复泵的装置如图2-15所示，当活塞自 左向右运动时，工作室容积增大，泵体 内压强降低，排出阀受排出管内液体的 压力作用而关闭，吸入阀则受贮槽液面 与泵内压差作用而打开，液体进入泵内， 这就是吸液过程。活塞移至右死点时， 吸液过程结束。当活塞自右向左运动时， 工作室容积减小，泵体内液体压强增大， 吸入阀受压关闭，而排出阀则受缸体内 1.泵缸 2.活塞 3.活塞杆 液体压力开启，将液体排出泵外，这就 4.吸入阀 5.排出阀 是排液过程。 图2-12 往复泵装置简图
图2-11 改变转速时流量变化 的示意图
19
第2章 流体输送机械
2.2.4 离心泵的类型和选用
1.离心泵的类型 化工厂中所用离心泵的种类繁多，按所输送液体的性 质，离心泵可分为清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等； 按叶轮的吸入方式，可分为单吸泵和双吸泵；按叶轮数目 又可分为单级泵和多级泵。为使各种离心泵能够区别开来， 我国制造的离心泵均用汉语拼音字母作为泵的系列代号， 而在每一个系列内又有各种不同的规格，因此又以不同的 字母和数字加以区别。
4
第2章 流体输送机械
（2）气缚现象 当离心泵启动时，若泵内未能充满液体而存在大量空 气，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生 的惯性离心力很小，在叶轮中心处形成的低压不足以形成 吸入液体所需要的压强差（真空度），这种虽启动离心泵 但不能输送液体的现象称为气缚。可见，离心泵是一种没 有自吸能力的液体输送机械，在启动前必须向泵壳内灌满 液体。
图2-6 离心泵特性曲线
12
第2章 流体输送机械
3.影响离心泵性能的因素 化工生产中，所输送的液体是多种多样的，同一台离 心泵用于输送不同液体时，由于液体的性质不同，泵的性 能就要发生变化。此外，若改变泵的转速和叶轮直径，也 会使泵的性能改变。 （1）密度的影响。 （2）粘度的影响。 （3）转速的影响。 （4）叶轮直径的影响。
化工原理内容概要-第2章
《化工原理》内容提要第二章流体输送机械1. 基本概念1）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳2）泵的流量q v：指泵的单位时间内送出的液体体积，等于管路中的流量，这是输送任务所规定必须达到的输送量。
3）泵的压头（又称扬程）He是指泵向单位重量流体提供的能量。
4）流体输送机械的分类：动力式（叶轮式）、容积式（正位移式）、其他类型。
5）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳。
6）离心泵的主要性能参数：流量、扬程、效率、轴功率。
7）离心泵特性曲线：描述压头、轴功率、效率与流量关系的曲线。
8）离心泵的工作点：泵特性曲线与管路特性曲线的交点。
9）离心泵的调节：改变管路特性（阀门的开大关小，改变K值）；改变泵的特性（改变D、n，调节工作点）。
10）往复泵的结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。
2. 基本原理1）离心泵的工作原理：电动机经泵轴带动叶轮旋转，叶片间的液体在离心力作用下，沿叶片间的通道从叶轮中心进口处甩向叶轮外围，以很高速度汇入泵壳；液体经泵壳将大部分动能转变为静压能，以较高压力从压出口进入排出管。
2）泵的汽蚀现象：当水泵叶轮中心进口出压力低于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将发生沸腾部分汽化。
所生成的汽泡，在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，因压强升高，气泡立即凝聚。
高速度冲向原空间，在冲击点处产生高频高压强冲击。
当气泡的凝结发生在叶轮表面时，气泡周围液体在高压作用下如细小的高频水锤撞击叶片，加之气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用，将导致叶片过早损坏。
3）离心泵的选用原则：①根据被输送液体的性质确定泵的类型；②确定输送系统的流量和所需压头；③根据所需流量和压头确定泵的型号。
4）往复泵的工作原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。
5）气体输送的特点：气体的密度相对液体很小，①动力消耗大；②气体输送机械体积一般都很庞大；③输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。
化工原理-第二章-流体输送机械PPT课件
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
化工原理-2章流体输送机械——总结
e、平衡孔 ——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
→轴向推力 →磨损 如何 解决？ 平衡孔
平衡孔
F
平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。
2.2.2 离心泵的特性曲线 泵内造成功率损失的原因：
①阻力损失（水力损失） ——产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。 ②流量损失（容积损失）
标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。
NPSH = (NPSH)r + 0.5
三、允许安装高度[Hg]
最大允许安装高度为：
2.2.5离心泵的类型与选用
一、离心泵的类型
按叶轮数目分类:单级、多级； 按吸液方式分类：单吸、双吸； 按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵； 1) 清水泵---化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型－单级、单吸； 以IS100-80-125为例： IS—国际标准单级单吸清水离心泵； 100—吸入管内径，mm； 80—排出管内径,mm； 125—叶轮直径,mm
P 2 H Kqv g
1—低阻管路系统 2—高阻管路系统
由图得：需向流体提供的能量高于提高流体势能和克服 管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有 关。
（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量
①扬程和升举高度是否相同？
扬程－能量概念；非升举高度 升举高度－泵将流体从低位升至高位 时，两液面间的高度差。
2.3.1往复泵的作用原理和类型
（1）作用原理
如图所示为曲柄连杆机构带动的往复
泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活 门组成。活柱在外力推动下作往复运动， 由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打 开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体 的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的 往复运动直接以压强能的形式向液体提供
化工原理 刘志奎 第二章 流体输送机械
流量 qV = 0.0053m3 / s ，扬程 H = 23.7m 水柱
习题 2-6 附图
习题 2-7 附图
【 2-7 】若习题 2-4 第 2 问改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求工作点的流 量与扬程。 解 习题 2-7 附图中点 A 为工作点，
流量 qV = 0.0061m3 / s ，扬程 H = 30.02m 水柱
Pe= qV ρ gH= 18 × 1000 × 9.81 × 20 = 981W 3600
有效功率
23
(2) 转速 转速 流量
n1 = 1450r / min 时流量 qV 1 = 18m3／h ，扬程 H1 = 20m H 2 O 柱
n2 = 1250r / min qV 2 = qV 1 n2 1250 18 15.5m3 / h =× = 1450 n1
nC = nD qVC 0.0035 = 2900 × = 2538r / min qVD 0.004
nD − nC 2900 − 2538 = × 100 = × 100 12.5% nD 2900
转速变化小于 20% ，效率基本不变。
26
离心泵的并联及串联
【 2-6 】若习题 2-5 第 2 问改为两台泵并联操作，管 路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。 解 习题 2-6 附图中点 A 为工作点
故管路特性方程 离心泵特性方程 两式联立
H = 28 − 6 × 105 qV 2
28 − 6 × 105 qV 2 = 14 + 3.23 × 105 qV 2
得工作点下的流量与压头
= qV 3.89 × 10−3 m3 / s ， H = 18.92m
（2）当改送密度为 1200 kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程
化工原理第二章 流体输送机械
动能
高速离开叶轮
2．2．2离心泵与通风机的结构、工作原 理与分类
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
故离心泵在启动前必须灌泵
④轴封的作用 ⑤平衡孔的作用 ——消除轴向推力 ⑥导轮的作用 ——减少能量损失
2．2．1离心式流体输送机械的基本方程
离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假 设：
(1)叶片的数目无限多，叶片无限薄， 流动的每条流线都具有与叶片相同 的形状。
（2）流动是轴对称的相对定常流动，即在 同一半径的圆柱面上，各运动参数均相同， 而且不随时间变化。
（3）流经叶轮的是理想流体，粘度 为零，因此无流动阻力损失产生。
离心泵的压头H和风机的风压pt都是指流体 通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。
根据伯努利方程，单位体积气体通过通
风机所获得的压头为
Ht
( p2
p1 ) /
g
(u
2 2
u12 )
2g
式中 u1, u2 ——分别为通风机进口和出口速度，m/s
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
压头计算式中，H p ( p2 p1) / g 称为通风机的静压头，
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
1.流量
->流量是单位时间内输送出去的流体量。通
常用Q来表示体积流量，单位m3/s。
->通风机流量也常称为风量，并以进口处为 准。通风机铭牌上的风量是在“标准条件” 下，即压力1.013105Pa，温度20C下的气体 体积。
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
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用20C清水测定
QgH N
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线 由图可见： Q，H ，N， 有最大值。
０2
高效区
思考： 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ 为什么Q＝0时，N0？
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
w2 2 2
2
c2 u2
w1 1 1 c1
u1
故：
2 2 u2 u12 12 2 Hp 2g 2g
（ 2）
将式 2 代入式 1 得：
H T
u u c c 2g 2g 2g
2 2 2 1 2 1 2 2 2 2
2 1
根据余弦定理可知：
12 c12 u12 2c1u1 cos1 （3）
c u 2c2u2 cos 2 （4）
2 2 2 2 2 2
w2 2 2
2
c2 u2
w1 1 1 c1
式 3、4 代入上式得：
u1
H T
c2u2 cos 2 c1u1 cos1 g
一般地，1=90 则 cos1=0，于是：
H T
c2u2 cos 2 g
pv g
某一最小值。
此最小值即离心泵的允许汽蚀余量，即
p p1 u12 NPSH v g 2 g g
泵内发生汽蚀的临界条件是叶轮入口附近（取作k-k’截面）的最低压强 pv 相应地泵入口处（取作1-1‘截面）的压强必等于 等于液体的饱和蒸汽压， 确定的最小值 p1,min 。在泵入口1-1'截面和叶轮入口k-k'截面之间列柏努利方程式，
r1
R2
2R
g
dR
w2 2 2
2
c2 u2
R1
1 2 2 2 R 2 R1 2g
2 u2 u12 2g
1
w1 1 c1
u1
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。
2 p2 p1 12 2 g 2g 2
在 1 与 2 之间列机械能衡算方程式，得：
H T H p H c
2 2 p2 p1 c2 c1 (1) g 2g
w2 2 2
2
c2 u2
w1 1 1 c1
u1
p2 p1 使静压头增加 的原因： g
原因一：离心力作功
r2
F m R
2
F dR
3）离心泵 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
Q D2 Q D2 H D2 H D2
2
切割定律
3
N D2 若不变，则 N D2
思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为 H A BQ2
（5）
w2 2 2
c2u
w1 1 1 c1
2
c2 u2
u1
3.离心泵基本方程式的讨论
又
QT cr 2D2b2
w2 2 2
2 c2r c2u u2 c2u
c2
c2cos 2 c2 c2r ctg2
将以上两式代入
则
c u cos 2 H 2 2 g
w1 1 1 c1
气缚现象
二、离心泵的主要部件
叶轮
离 心 泵 的 主 要 部 件
泵壳
轴封装置
离心泵的主要部件
叶轮 思考：三种叶轮中哪一种效率高？
闭式叶轮
半闭式叶轮
敞开式叶轮
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
二．离心泵主要构件的结构及功能
泵壳：泵体的外壳多制成蜗 壳形，它包围叶轮，在叶轮 四周展开成一个截面积逐渐 扩大的蜗壳形通道，通道内 流体速度下降，静压能增高。
(1)流 体 为 理 想 流 体 ( 2)叶 轮 的 叶 片 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的运动轨迹 可视为与叶片形状相同。
1.液体通过叶轮的流动
理想流体在理想叶轮中的旋转运动应是等角速度的。选择地面为 静止参照系 。
2）离心泵的允许吸上真空度
为避免气蚀现象，泵入口处压强p1应为允许的最低绝对压强，但习惯上常 把p1作为真空度。若当地大气压为Pa，则泵入口处的最高真空度为Pa-P1， 单位为Pa。若真空度以输送液体的液柱高度来计量，则此真空度称为离心 泵的允许吸上真空度，以 H s' 来表示，即
1）液体性质的影响 （1）密度:
对 H~Q 曲线、~Q 曲线无影响，Why？ 但N
QgH
故，N~Q 曲线上移。 ，
（2）黏度: 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。 1厘斯=10-6m2/s 20℃清水的粘度=1厘斯
2 H A BQ 泵在原转速n下的特性曲线方程
n Q Q n n H H n
n H A BQ 2 n
2
2
n n H A B Q 2 n n H
2
2
n
n
0
Q
四．离心泵的主要性能参数和特性曲线
2）离心泵转速的影响
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：
Q n Q n H n H n
2
比例定律
3
若不变，则
N n N n
思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H A BQ2
则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？
水力 损失
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。 Ne N
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直 接由泵的流量和扬程求得 QH N Ne = HgQρ 102
电机
泵
2.
离心泵特性曲线及其换算
理论压头与液体密度。这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体 ，对单位重量流体所能提供的能量是相同的。
思考：
泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？
有关，gH 与密度呈正比。
4. 离心泵的实际压头 实际压头比理论压头要小。
实际上，由于叶轮的叶片数目是有限的， 且输送的是粘性流体，因而必然引起流 体在叶轮内的泄漏和能量损失，致使泵 的实际压头和流量小于理论值。所以泵 的实际压头与流量的关系曲线应在离心 泵理论特性曲线的下方。离心泵的H-Q 关系曲线通常在一定条件下由实验测定。
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
轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵 壳之间的密封。 作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。
填料密封装置
轴封装置
机械密封装置
§2.1.2离心泵的基本方程式
理论压头：理想情况下离心泵提供给单位重量液体的能量， 用H表示。
§2.1.1
离心泵的工作原理和主要部件
压出导管
一．离心泵的工作原理 1、离心泵的构造：
1、叶轮： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置：
泵壳
叶轮
泵轴
吸入导管
思考： 为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？
底阀
2、离心泵的工作原理 思考： 流体在泵内都获得了哪几种能量？ 其中哪种能量占主导地位？ 思考： 泵启动前为什么要灌满液体？
特性有关。
扬程H（压头）：离心泵对单位重量(1N)液体所提供的有效 能量。单位为m。 扬程不是升扬高度，升扬高度只是扬程的一 部分。 H=f（泵的结构、尺寸、转速、Q） 效率 ：离心泵在实际运转中，由于存在各种能量损失，致 使泵的实际（有效）压头和流量均低于理论值，而输入泵的 功率比理论值为高。反映能量损失大小的参数称为效率。
由速度三角形并应用余弦定理得到：
w2 2 2 2 c2 u2
ω12 ＝ c12 + u12 - 2c1u1cosα1 ω22 ＝ c22 + u22 - 2c2u2cosα2
w1 1 1 c1
u1
液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种: 2. 理论压头表达式的推导
u R
处处与叶片相切
2 pv u k p1 u12 H f ,1k g 2 g g 2 g
NPSHC
p1,min p v
g
2 uk u1 H f ,1k 2g 2 g
2
NPSHC
临界气蚀余量
由泵制造厂实 验测定得到
为确保离心泵的正常操作，通常将所测得的临界气蚀余量 加上一定的安全量，称为必需气蚀余量，记为 NPSHr
容积损失 离心泵的能量损失
阻力损失 水力损失 冲击损失
机械效率
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
（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
N
机械 容积 损失 损失
叶片前弯，2>90，ctg2<0， 即H随流量增大而增大。
w2 2
w2 2 2
w2
后弯叶片
径向叶片
前弯叶片