化工原理化工原理第二章

H
并联泵
Q 特点：在相同 H 下， 并 2Q单
请思考： 若单台泵的特性曲线方程为
2 H 单 A BQ 单 ，
单台泵
则并联泵组的特性曲线方 程表达式如何？
H并
Q并 A B 2

2
请思考： 在输送系统中，将单台泵用并联泵 组替代，则管路中的流量是否能达 到原来的两倍？为什么？
第二章
流体输送机械
液 体 输 送 机 械 泵 流体输送机械 通 风 机 、 鼓 风 机 气 体 压 送 机 械 压 缩 机 、 真 空 泵
第一节
按泵的工作原理为
离 、 叶 片 式 泵 ： 如 心 泵 旋 涡 泵 等 往 、 泵 容 积 式 泵 ： 如 复 泵 齿 轮 泵 、 螺 杆 泵 等 动 力 作 用 式 泵
思考 1： 为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？
泵壳
叶轮
2．离心泵的工作原理
问 1： 流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？
泵轴
吸入导管
底阀
问 2： 泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象
二．离心泵主要构件的结构及功能
1．叶轮 闭式叶轮 敞式叶轮 半闭式叶轮
1、叶轮： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置：
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
1．离心泵的构造和工作原理 2．离心泵主要构件的结构及功能 3．离心泵的理论压头和实际压头 4．离心泵的主要性能参数
2. 离心泵特性曲线
包括 ：H~Q曲线、 N~Q曲线、 ~Q曲线
０2
高效区
由图可见： Q，He ，N ， 有最大值
请思考：与 H有关的因素有那些？分别是什么关系？
讨论： （1）理论压头与流量 Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；
（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；
（3）在叶轮转速、直径一定时，流量 Q 与理论压头 H的关系受装置角2 的影响，列于下面：
叶片后弯，2<90，ctg2>0，即H随流量增大而减小；
液体输送机械-----泵
2－1
离心泵
2－1
思考 1： 为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？
离心泵
压出导管
一．离心泵的构造和工作原理 1．离心泵的构造：
泵壳
叶轮
2．离心泵的工作原理
问 1： 流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？
泵轴
吸入导管
压出导管
一．离心泵的构造和工作原理 1．离心泵的构造：
H
Qu2 Q 2 ctg 2 r2 ctg 2 2r2 b2 2b2 g g
请思考：与 H有关的因素有那些？分别是什么关系？
讨论： （1）理论压头与流量 V、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；
（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；
（3）在叶轮转速、直径一定时，流量 V 与理论压头 H的关系受装置角2 的影响，列于下面：
叶片径向，2=90，ctg2=0，即H不随流量而变化； 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
w2 2
c2 u2
w2 2
c2 u2 2
w2 u2
c2
后弯叶片
径向叶片 叶轮出口速度三角形
前弯叶片
2 u2
1
1
c1
u1
原因二：液体由 1 流到 2 时，由于流动通道逐渐扩大，故 w 逐渐 变小，这部分能量将转化为静压能
2 2 2 2 2 2 u2 u1 w1 w 2 c 2 c1 H 2g 2g
2 2 2 2 2 2 u2 u1 w1 w 2 c 2 c1 H 2g 2g
例：如图所示，用离心泵将池中常温水送至一敞口高位槽 中 。 泵 的 特 性 曲 线 方 程 为 H=25.7-7.36×10-4Q2(H-m,Qm3/h)。管出口距池中水面高度为13m，直管长90m，管路 上有2个ζ=0.75的90°弯头，1个ζ=6的全开标准阀，1个ζ=8 的底阀，忽略管入口处阻力，管子采用Φ114mm×4mm的 钢管，估计摩擦因数为0.03。 （1）标准阀全开时，求管路中实际流量（m3/s） （2）为使流量达到60 m3/h，现采用调节标准阀开度方法 ，如何调节才行？此时管路特性方程？（3）泵原转速为 2900r/min，若采用调节转速的方法使流量为60 m3/h，则 新的转速为多少？
填料密封 机械密封
一．离心泵的构造和工作原理
二．离心泵主要构件的结构及功能
ws ,m 三．离心泵的理论压头和实际压头 w s , J kg g
压头：单位重量液体所获得的能量称为泵的压头，用H表示，单 位m。 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H表示。 (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。
A f Q
管路特性方程
完全湍流时， he
A BQ 2
五、离心泵的工作点与流量调节
1、管路特性曲线 -------管路所需压头 he 与流量关系曲线
he A BQ 2
H
泵的特性曲线

A
工作点
Q
五、离心泵的工作点与流量调节
2、流量调节 ——调节阀门 改变管路特性曲线 两种方法 ——改变n、切割叶轮 改变泵的特性曲线
2 u2
Q

n
H
n
3
若不变，则
（3）叶轮直径的影响
Q D2 Q D2
N n N n
பைடு நூலகம்
2
比例定律
当叶轮直径因切割而变小时， 若变化程度小于 20%，则
H D2 D H 2 3 N D2 D N 2
1 厘斯=10-6m2/s，20℃清水的粘度=1 厘斯
(2)叶轮转速的影响
Qu2 Q 2 ctg 2 r2 ctg 2 2r2 b2 2b2 H g g 当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形相似 2 的近似假定，可推知： n Q H n
1．离心泵的主要性能参数
转速 流量 压头 轴功率和效率 气蚀余量
流量 Q 泵单位时间内实际输出的液体量，m3/s或m3/h 压头 又称扬程 H 泵对单位重量流体提供的有效能量，m 在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：
2 pb u b pc u c2 H h0 h f g 2 g g 2 g p pb H c pc (表) pb (真) g g
若不变，则

2
切割定律
2 思考：若泵在原转速 n 下的特性曲线方程为 H A BQ ，则新转速 n下泵的特性曲线
方程表达式如何？ Q n Q
n
若叶轮切割，又如何？
n H H n
2
n n 2 H A B Q 2 n n n H A BQ 2 n

w2 2 2
2
c2 u2
w1 1 1 c1
u1
Qu2 Q 2 u ctg 2 r2 ctg 2 2r2 b2 2b2 H g g
2 2
2 u2
H
Qu2 Q 2 ctg 2 r2 ctg 2 2r2 b2 2b2 g g
二．离心泵主要构件的结构及功能
思考 2：三种叶轮中那一种效率高？
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
2．泵壳
思考3：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
3.导轮
思考4： 为什么导轮的弯曲方向与叶 片弯曲方向相反？
二．离心泵主要构件的结构及功能 1. 叶轮 2. 泵壳 3. 轴封装置
阀门关小
H
节流损失
泵的特性曲线
he
工作点
he
阀门开大
p u 2 8 l le 2 he z Q 2 5 g 2 g d g A BQ 2
Q
六、离心泵的组合操作 ——串、并联 1、并联
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. 理论压头表达式的推导 提问：液体在高速旋转的叶轮中的运动分为几种？
与叶片的相对运动： 处处与叶片相切

u r
w2 2 2
2
c2 u2
w1
原因一：离心力作功
泵体震动，并发出噪音；
流量、压头、效率都明显下降； 严重时甚至吸不上液体。 为避免汽蚀现象，安装高度必 须加以限制，即存在最大安装高 度ZS,max。
2． 允许汽蚀余量 h ，m
汽蚀余量 h ：
s-s 面、e-e 面间：
pe ue2 ps zs h fse g g 2 g 2 ps p pe ue p h fse g 2 g g g
2
五、离心泵的工作点与流量调节
匹配： 泵------供方 管路------需方
泵提供的流量 = 管路所需的流量 泵提供的压头 H = 管路所需的压头 he
1、管路特性曲线
-------管路所需压头 he 与流量关系曲线
p u2 he z hf g 2 g
l le u 2 8 l le 2 hf 2 5 Q d 2g d g
用20C清水测定
2. 离心泵特性曲线及其换算 离心泵特性曲线的换算 20C清水
（1）液体性质的影响
密度的影响： QgH 对 H~Q 曲线、~Q 曲线无影响，但N ，

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。
叶片后弯，2<90，ctg2>0，即H随流量增大而减小；
叶片径向，2=90，ctg2=0，即H不随流量而变化； 叶片前弯，2>90，ctg2<0，即H随流量增大而增大。
（4）理论压头与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种液体， 所能提供的理论压头是相同的。 注意：泵对单位体积流体所加的能量=gH 与密度呈正比。
六、离心泵的组合操作 ——串、并联 1、并联 2、串联
H
串联泵
特点：在相同 Q 下，
请思考： 若单台泵的特性曲线方程
2 H 单 A BQ 单 ， 为
H串 2H单
单台泵
则串联泵组的特性曲线方程 请思考： 表达式如何？ 在输送系统中，将单台泵用串联泵
0
Q
H串 2A 2BQ
2 串
组替代，则管路中的压头是否能达 到原来的两倍？为什么？
流量计 真空表 c 压力表 h0 b
功率和效率 功率又称轴功率，N，W 或kW
电功率

电机 泵
Ne=mwe 轴功率N就是原动机（一般为电机） 向泵轴输入的功率
Ne QgH N N
与效率有关的各种能量损失：
内漏 （1）容积损失： （2）水力损失： 环流损失、摩擦损失、冲击损失 （3）机械损失：
2
PB
P
13m
PA P
1
离心泵的主要性能参数
转速 流量 压头 轴功率和效率 气蚀余量
七、离心泵的安装高度 zs
1．什么是安装高度？
泵轴与吸液方液 面间的垂直高度，称 为安装高度，用ZS表 示。可正可负。
叶片背面 压力最低点
七、离心泵的安装高度Zs
为什么会有安装高度问题？ 汽蚀现象： 当pk＝pv时，K处发生部分汽 化现象。 叶片表面产生蜂窝状腐蚀 ；
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。
（2）阻力损失
可近似视为与流速的平方呈正比
（3）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。
四．离心泵的主要性能参数和特性曲线