流体输送机械

第七章．流体输送机械第一节概述在食品的生产加工中，常常需要将流体从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。

为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。

为流体提供能量的机械称为流体输送机械。

常用的流体输送机械:泵(输送液体);风机;压缩机；真空泵。

泵的分类。

1按工作原理分：叶片式泵，有高速旋转的叶轮。

如离心泵、轴流泵、涡流泵。

往复泵，靠往复运动的活塞排挤液体。

如活塞泵、柱塞泵等。

旋转式泵，靠旋转运动的部件推挤液体。

如齿轮泵、螺杆泵等。

2按用途分：清水泵，适用于粘度与水相近的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如离心泵。

油泵，适用于高粘度的流体。

如齿轮泵、旋转泵等。

耐腐蚀泵。

杂质泵。

第二节离心泵离心泵（c e n t r i f u g a l p u m p）的特点：结构简单；流量大而且均匀；操作方便。

3工作过程启动前，前段机壳须灌满被输送的液体，以防止气缚。

启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入机壳(沿叶片方向，u↓,P静↑)。

由于涡流通道的截面逐渐增大，P动→P静。

液体以较高的压力排出泵体，的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。

叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。

二、离心泵的主要工作部件叶轮：泵壳：蜗牛壳形通道。

有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能；有利于减少能耗。

三、离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率。

１流量Q，Ｌ/ｓ或m3/ｈ泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。

２扬程Ｈ，米液柱泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。

离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。

3效率泵内部损失主要有三种：容积损失；水力损失；机械损失。

运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。

从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率η1。

时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。

泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率η2。

封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量。

泵的轴功率大于泵的理论功率（即理论压头与理论流量所对应的功率）。

理论功率与轴功率之比称为机械效率η3。

4.功率泵的有效功率N e：流体所获得的功率。

N e＝Q Hρg(2-4)式中N e—泵的有效功率，W；Q—泵的流量，m3/s；H—泵的压头，m；ρ—液体的密度，k g/m3；g—重力加速度，m/s2。

5轴功率N轴功率指泵轴所获得的功率。

由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即注意：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。

四、离心泵的特性曲线特性曲线（c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s）：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。

强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。

1Ｈ－Q曲线变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。

不同型号的离心泵，Ｈ－Q曲线的形状有所不同。

较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。

2Ｎ－Q曲线变化趋势：Ｎ－Q曲线表示泵的流量Q和轴功率Ｎ的关系，Ｎ随Q的增大而增大。

显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。

启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。

3η－Q曲线变化趋势：开始η随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。

η—Q曲线最大值相当于效率最高点。

泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。

泵的高效率区：泵在最高效率点条件下操作最为经济合理，但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。

高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。

压头和功率。

离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。

4离心泵的转数对特性曲线的影响当转速由n1改变为n2时，其流量、压头及功率的近似关系为：式（2-6）称为比例定律，当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大5叶轮直径对特性曲线的影响当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径、流量、压头及功率之间的近似关系为：式（2-7）称为切割定律。

6物理性质对特性曲线的影响泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。

当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。

6.1粘度的影响所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。

结果泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大，所以特性曲线改变。

6.2密度的影响1．离心泵的压头与密度无关。

（定性分析）2．泵的轴功率随液体密度而改变。

注：当被输送液体的密度与水不同时，不能使用该泵所提供的Ｎ－Ｑ曲线，而应按（2-4a）及（2-5）重新计算。

6.3溶质的影响粘度和密度。

浓度越高，与清水差别越大。

浓度对离心泵特性曲线的影响，同样反映在粘度和密度上。

五、离心泵的安装高度和气蚀现象1气蚀现象p1<p a,p1有一定真空度，真空度越高，吸力越大,H g越大。

当p1小于一定值后(p1<p v,p v为环境温度下液体的饱和蒸汽压)，将发生气蚀现象。

p v100℃=760m m H g,p v40℃=55.32m m H g2安装高度太大，即泵的安装高度不能太高。

安装高度H g的计算方法一般有两种：允许吸上真空高度法；气蚀余量法。

允许吸上真空高度H s泵入口处压力p1所允许的最大真空度。

m H2Oρ—被输送液体密度，k g/m3H s与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。

泵安装地点的海拔越高，大气压力就越低，允许吸上真空高度就越小。

输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。

汽蚀余量：汽蚀余量Δh是指离心泵入口处，液体的静压头p1/ρg与动压头u12/2g之和超过液体在操作温度下式中 h—汽蚀余量，m；p v—操作温度下液体饱和蒸汽压，N/m2。

六、离心泵的工作点当离心泵安装在一定的管路系统中工作时，其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。

1管路特性曲线离心泵在特定管路系统中工作时，液体要求泵供给的压头Ｈ可由柏努利方程式求得，即离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线H e-Q e 的交点称为泵在该管路的工作点，如图所示。

泵的工作点表示：1.工作点所对应的流量Q与压头Ｈ既是管路系统所要求，又是离心泵所能提供的。

2.若工作点所对应效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的。

七、流量调节调节流量实质上就是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。

离心泵的流量调节，通常从两方面考虑：在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。

两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。

1改变阀门的开度。

改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方法来改变管路特性曲线。

2改变泵的转数改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲线不变，而改变泵的特性曲线。

八、并联与串联操作在实际工作中，当单台离心泵不能满足输送任务的要求或者为适应生产大幅度变化而动用备用泵时，都会遇到泵的并联与串联使用问题。

这里仅讨论二台性能相同泵的并联与串联的操作情况。

1并联操作。

当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并联操作，以增大流量。

联合特性曲线的作法：在每一个压头条件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大一倍而得出。

2串联操作。

当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵串联使用。

两台相同型号的泵串联工作时，每台泵的压头和流量也是相同的。

在同样的流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。

九、离心泵的选择选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。

选择步骤为：（1）确定输送系统的流量与压头流量一般为生产任务所规定。

根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。

（2）选择泵的类型与型号根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型；按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合的型号；如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的型号；如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定；按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。

（3）校核泵的特性参数如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵的流量与压头及轴功率。

第三节往复泵往复泵（r e c i p r o c a t i n g p u m p）是利用活塞的往复运动，将能量传递给液体，以完成液体输送任务。

往复泵的特点：往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而与管路情况无关；往复泵的压头只与管路情况有关。