《泵与风机》课件()精讲

污水处理厂
7.动力工程
除了汽轮机、水轮机和燃气轮机属于现代最重要的动 力装置以外，在动力工程中还广泛地使用压缩机和液力传 动装置。 燃气轮机压缩机 压缩机是燃气轮机的重要组成部分之一，压缩机将空 气压入燃烧室，使燃料得以燃烧，产生高温高压的燃气， 燃气推动燃气轮机的叶轮转动。


涡轮增压器 涡轮增压器利用内燃机气缸排出的废气驱动涡轮机， 涡轮机则驱动一个压缩机压缩空气以提高进入气缸的空 气压力，从而增加进入气缸中的空气量。这样在相同的 气缸容积下，可以相应增加燃油量，也就提高了发动机 功率。
风机 泵 其他
1. 火力发电
火力发电是一个水汽循环过程。锅炉把水加热变成蒸汽， 蒸汽推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机旋转发电。 图1-1是火力发电厂系统图。
2. 水利工程
水利工程不管是灌溉、排涝还是供水，都需要相应容量 的泵。据统计，我国排灌机械的配套功率，在20世纪80年 代已达57000Mw。 为解决我国的水资源问题，都需要大量的泵。
水轮机
风车
二、用途


泵与风机在国民经济的各个行业得到广泛应用：火力发电、 水利工程、化学工业、石油工业、钢铁工业、城市给排水 及废水处理、动力工程、制冷与低温工程、采矿工业、航 天技术等。 在全国的总用电量中，泵与风机的耗电量约占30%，其中 泵的耗电量约占21%。
风机 9% 泵 21% 其他 70%
8.制冷与低温工程 压缩机是制冷装置中最重要的设备。制冷装置不仅在许 多工业和科学领域中有着重要的应用，而且在生活领域中亦 日益普及。在小型制冷装置中都使用容积式压缩机，而在大 型装置中则使用离心式压缩机。 9.采矿工业 矿井的排水和通风是保证矿井正常工作的重要条件，为 此需配备相应的泵与风机。 10.航天技术 燃料输送泵是火箭发动机的重要组成部分。火箭的液体燃料 是易燃、易挥发的，有时温度极低(液氢、液氧燃料)，而且 泵的尺寸和重量受到严格的限制。 在火箭和飞船的控制与导航系统中，常采用液压装置作为执 行元件，而用特殊的离心泵作为整个液压系统的动力源。
四、其他类型泵工作原理
1．喷射泵 如图所示，将高压的工作流体，由压力管送入 工作喷嘴，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外 围的液体(或气体)带走。此时因喷嘴出口形成高速使 扩散室的喉部吸入室造成真空，从而使被抽吸流体 不断进入与工作流体混合，然后通过扩散室将压力 稍升高输送出去。由于工作流体连续喷射，吸入室 继续保持真空，于是得以不断地抽吸和排出流体。
尖底带耳陶罐
戽斗
桔槔
辘轳
筒车
正月15元宵节，民间风俗要挂花灯，走马灯为其中一种。 外形多为宫灯状 ，内以剪纸粘一轮 ，将即绘好的图案粘 贴其上 。燃灯以后 热气上熏 ，纸轮辐转 ，灯屏上即出 现人马追逐 、物换景移的影像 。 宋时已有走马灯 ， 当时称 “马骑灯 ”
技术史上第一台叶片泵是最 早在公元5世纪葡萄牙人在圣多 明哥铜矿中所有的排水离心泵， 为木制。 离心泵的真正创造者为法 国物理学家德尼斯.帕潘。1705 年，帕潘制造了第一台适用于 提升液体的泵， 1785年，J．斯盖宣布了一 台新泵的专利，这是轴流泵的 雏形。
3．螺杆式 如图所示，螺杆泵乃是一种利用螺杆相互啮合 来吸入和排出液体的回转式泵。螺杆泵的转子由主 动螺杆(可以是一根，也可有两根或三根)和从动螺杆 组成。主动螺杆与从动螺杆做相反方向转动，螺纹 相互啮合，流体从吸入口进入，被螺旋轴向前推进 增压至排出口。此泵适用于高压力、小流量。制冷 系统中常用作输送轴承润滑油及调速器用油的油泵。
泵与风机分类的直观表示
泵的使用范围
风机的使用范围
二、叶片式泵与风机的工作原理
1．离心式泵与风机的工作原理 离心式泵与风机的工作原理是，叶轮高速旋转时产生 的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动 能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。离心式泵 与风机最简单的结构型式如图所示。叶轮装在一个螺旋形 的外壳内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，然后转90度进 入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不 断形成真空，从而使流体连续不断地被泵吸入和排出。
5.钢铁工业
在钢铁的冶炼过程中需 要大量的空气和氧气支持 燃烧，因此需要使用风机。 另外，生产过程中也需要 消耗大量的水，在供水和 水处理方面使用泵的数量 也很多。

高炉鼓风机
现代大型高炉需要的风 量很大，故通常使用轴流 式压缩机。

氧气压缩机
纯氧顶吹转炉是目前常用的炼钢设备，需要用氧气压缩 机向炉内输送高压氧。
离心式水泵
轴流泵
混流泵
（2）容积式泵与风机
通过工作室容积周期性变化而实现输送流体的泵与风 机。根据机械运动方式的不同还可分为往复式和回转式。
（3）其他类型的泵与风机 无法归入前面两大类的泵与风机。这类泵与风机的主要 特点是利用具有较高能量工作流体来输送能量较低的流体。 例如：液环泵、射流泵等。
四、泵与风机的发展趋势
泵与风机的发展趋势：

大容量 由于发电机组的单机容量不断迅速增长，因此，作为热 力发电厂的辅机一泵与风机也日趋大容量化。如国外已建成 的180×104kW发电机组的给水泵，驱动功率为55147kW， 因而目前大型锅炉给水泵的驱动功率已接近60000kw。给水 泵压力也从超高压发展到超临界压力。
泵与风机
第一章 泵与风机概论
第一节 泵与风机的定义及用途
一、定义 流体机械是指流体具有 的机械能和机械所做的 功之间进行能量转换的 机械。 内燃机和燃气轮机不属 于流体机械的范畴。泵、 风机、压缩机、水轮机、 汽轮机等均属于流体机 械。
风机
泵
泵与风机逆向的机械是水轮机和风车，将 流体的流动能转化为机械能。

注气压缩机
在海洋油田，将不能直接利用的油田伴生气代替 水注入油层以提高压力。当注气量较小时用活塞式压 缩机，注气量大时用离心式压缩机。

水下油气输送泵
油田中原油一般是与天 然气共生的，通常是将油 与气分离后分别用泵和压 缩机输送。这需要在每个 井口设置油气分离装置， 泵与压缩机组以及两条管 路。在海上油田中，这种 配置的成本是很高的。使 用油气混输泵以后，每个 井口只需一台机组和一条 管路，使开采成本大大降 低。 图3-1是水下油气混输 装置。

高速化 由于泵与风机容量的迅速增加，尤其是给水泵压力的快 速增加，导致转速也很快提高，近十几年来，对于大型锅炉 给水泵的转速，已由3000r／min提高到7500r／min，单级 扬程也已从200m提高1000m以上。

高效率 对于大容量的泵与风机，提高效率有十分重要的意义， 目前，世界各国都在研制高效率的水力模型，我国在这方面 也进行了大量的工作，产品效率普遍提高。 自动化 随着科学技术的不断发展，自动检测技术、自动控制技 术和电子计算机已不仅逐步应用于泵与风机的设计、制造过 程中，而且还日益广泛应用在泵与风机的运行上和实验装置 上。 提高可靠性 在泵零件强度设计中，传统的方法是安全系统法。随着 科学技术实践活动的发展，许多情况下安全系数并不能表征 泵产品的可靠度。可靠性工作在机械行业非常重耍，因此把 提高产品可靠性水平作为提高产品实物质量的核心，对老产 品进行可靠性限期考核达标，对新产品进行可靠性设计，大 大提高了机械产品的整体性能和综合质量。
三、容积式泵与风机的工作原理
容积式泵与风机在运转时，机械内部的工作容 积不断发生变化，从而吸入或排出流体。按其结构 不同，又可再分为往复式和回转式两类。 1．往复式 这种机械借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容 积反复变化，以吸入和排出流体，如活塞泵(piston pump)等；
2．齿轮式 齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，通常用作供油系统的 动力泵，如图所示，齿轮(主动轮)固定在主动轴上，轴的一 端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮(从动轮)装在另一个 轴上，齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下 壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合(齿与齿啮合前)， 然后进入压油管排出。

动力风源
在电站、机械工厂、建筑工地、矿井等许多地方， 广泛使用着各种风动工具都需要压缩空气作为动力源， 而压缩空气通常是利用活塞式或离心式压缩机获得的。
风炮
压缩机

液力传动装置
液力传动装置(图1-6)是 一种利用叶片式流体机械 进行变速的装置。原动机 驱动一个泵轮，泵轮将功 率传递给液体工作介质， 介质推动一个与泵轮装置 在同一壳体中的涡轮，再 由涡轮推动工作机。液力 传动装置具有从动轴的转 速可自动适应作用力矩而 变化的特性，因而特别适 于在车辆上使用。
3. 化学工业
在化工流程中，参与反应的原料、中间产品经常是液体 或气体，即使是固体物料，也经常以溶液或熔液的形态参与 化学反应。所以输送各种流体的泵与压缩机称为化工厂的心 脏。
以乙烯和合成氨的生产为例说明流体机械在化工过程 中的作用。表1-l给出了乙烯流程中泵的使用情况。
图1-2合成氨生产流程示意图，在该流程中使用了4种 压缩机，这些压缩机的动力消耗占全厂的70％-80％，投资 一船占全厂的20％-30％。
2．射水－离心泵组 如图1-14所示，它是一个用来代替凝结水泵的 泵组。由离心泵出口再循环喷嘴3流出的高速射流， 与由热井1进入喉部的低速凝结水混合在一起，在扩 散管中降低速度，把动能转变为压能，进入离心泵2， 再由离心泵升压排出。
五、叶片式与容积式泵与风机特点的比较


优点： 与容积式泵与风机相比较，叶片式泵与风机最 大的特点是转速高、流量大、输出流量均匀，在设 计工况下效率高等。 叶片式泵与风机的缺点： （1）流量小而扬程高时,效率低； （2）启动前大部分叶片泵式泵必须灌液； （3）叶片泵运行时，如果吸入空气、吸入管路 漏气或吸入管路布置不当时，泵可能停止抽吸或停 止运行
4. 石油工业
在石油和天然气的钻探、开 采、运输和加工过程中，泵和压缩 机都是重要的设备。

潜油泵 潜油泵可以从很深的油井中将 原油输送到地面，用潜水式电动机， 泵置于井下。由于受井径的限制， 叶轮直径很小，为达到所需的扬程， 泵的级数可达数百。

油田注水泵
用高压向油层中注水，可以提高油层压力，实现自喷。 在我国的大庆油田，由于开采时间长，油层含油量减少，目 前每采1t油需要注入6t水。因此需要大量的注水泵.
2．轴流式泵与风机的工作原理 轴流式泵与风机的工作原理是：旋转叶片的挤 压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能。
3．混流式泵与风机的工作原理 介于离心式和轴流式之间的一种泵与风机。 与 离心式泵与风机相比，混流式泵与风机流量较大， 能头较低；但和轴流式泵与风机相比，混流式泵与 风机却又流量较小，能头较高。
三、泵的发展历史
我国提水机具的发展可以推溯到 五、六千年以前的仰韶文化，在西 安市近郊半坡村遗址出土的尖底带 耳陶罐，据考证，就是当时人们用 以系绳从井中、河中提水的器具。 随后又出现了戽斗和利用简单杠 杆原理的桔槔和辘轳。 大约在我国的隋唐时代，黄河上 游沿岸就装有以水为动力的提水机 械-----筒车出现，灌溉岸边高地小块 农田，至今在这些地区仍可看到这 一古老的提水机械。

Байду номын сангаас

第二节 泵与风机的分类及工作原理 一、泵与风机的分类


按压力分类 泵：低压泵、中压泵、高压泵； 风机：通风机、鼓风机、压气机。 按工作原理分类
（1）叶片式泵与风机 工作叶轮旋转时叶轮上的叶片将能量连续地传给流体， 从而将流体输送到高压、高位处或远处的泵与风机。例如： 离心式、轴流式、混流式泵与风机，如图1-7所示。
第三节 泵与风机的基本性能参数
一、泵的基本性能参数
泵的基本性能参数包括流量、扬程、轴功率、 效率、比转速、允许汽蚀余量（允许吸上真空度）。 1．流量 泵流量是指泵在单位时间内所输送的液体量。 通常用体积流量 表示，单位是m3/s,L/s或m3/h；也 可以用质量流量qV 表示,单位是kg/s或kg/h。
6.城市给排水及废水处理

城市给水 城市给水与居民的生活息息相关。城市中的自来水是由 水厂一级泵站中的泵抽吸江河之水经沉淀消毒，再经二级泵 站中的泵将水送往用户。城市工业用水量很大。所以给水排 水系统是现代化城市最主要的基础设施之一。

城市排水 用户排除的废水还需要 收集，输送和处理，这是 城市排水。这项工作大多 是由城市废水提升泵站来 承担。泵站内的水泵提升 水的高程或使排水加压输 送至指定地方。 如图1-4为排水提升泵站 示意图。