化工原理流体输送机械

第2章流体输送机械概述2.1 离心泵2.1.1 离心泵的工作原理和主要部件2.1.2 离心泵的基本方程式2.1.3 离心泵的主要性能参数和特性曲线2.1.4 离心泵的气蚀现象和允许安装高度2.1.5 离心泵的工作点与流量调节2.1.6 离心泵的类型、选择与使用2.2 往复泵2.3 离心通风机概述流体输送设备就是向流体作功以提高其机械能的装置，所供能量用以克服沿程阻力、高差、压差等1.管路系统对流体输送机械的要求流体输送是化工生产及日常生活中最常见、最重要的单元操作之一。

从输送的工程目的出发，管路系统对输送机械的要求通常为：①应满足工艺上对流量及能量（压头、风压、或压缩比）的要求；②结构简单，质量轻，设备费低；③操作效率高，日常操作费用低；④能适应物料特性（如黏度、腐蚀性，含固体物质等）要求。

2.输送机械的分类（1）根据被输送流体的种类或状态分类通常输送液体的机械称为泵；输送气体的机械按其产生压强的高低分别称之为通风机、鼓风机、压缩机及真空泵。

（2）按工作原理可分成以下四类：离心式，往复式，旋转式，流体动力作用式。

液体输送机械根据流量和压头的关系，液体输送机械分为离心式和正位移式。

2.1 离心泵2.1.1 离心泵的工作原理和主要部件(1)主要部件①叶轮—通常由6-12片后弯叶片组成，可分为闭式、半闭式和开式三种形式。

将原动机的机械能直接传给液体，以增加其动能和静压能。

()⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎛⎫⎪⎪⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎪⎪⎛⎫⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪⎝⎭⎩⎭闭式叶片两侧带有带有前、后盖板，输送清洁液体只有后盖板，流道不易堵塞，输送含有固体叶轮半闭式颗粒的悬浮液，易倒流，效率低没有前、后盖板，仅有叶片和轮毂组成，流道开式不易堵塞，输送含有固体颗粒的悬浮液，易倒流，效率低⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎢⎥⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎢⎥⎣⎦⎩⎭单吸式：液体只从叶轮的一侧被吸入，吸液量小叶轮双吸式：液体从叶轮的两侧吸入，吸液量大可消除轴向推力②泵壳—呈蜗壳形，是汇集液体和能量转换的场所。

使部分动能转化为静压能。

为了减少液体直接进入泵壳时因碰撞引起的能量损失，再也论和泵壳之间有时还装有一个固定不动而且带有叶片的导轮。

轴封装置——用于泵壳与泵轴间的密封，分填料密封（小型泵）和机械密封（大型泵）两种。

（2）工作原理液体自吸入口吸入后，在高速旋转的叶片上获得能量，在离心力作用下飞向泵壳内，因蜗壳型流道渐宽而将部分动能转化成静压能，于是液体以较高的静压能从排出口排出。

当液体自叶轮中心甩向四周后，叶轮中心产生了低压区，此时外界作用于贮槽上方的压强大于泵吸入口处的压强，在此压差作用下液体被吸入管路。

所以，只要叶轮不停地旋转，液体便连续地被吸入和排出。

（3）气缚现象若离心泵启动时，泵内有气体存在，则叶轮中心不能形成足够的低压区，导致不能吸液，这种现象称为气缚现象。

为避免气缚现象而常采取的措施：泵启动前必须先灌满待输送液体；管路必须密闭良好。

2.1.2 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式是从理论上描述在理想情况下离心泵可能达到的最大压头（又称扬程）与泵的结构、尺寸、转速及流量诸因素之间关系的表达式。

离心泵的基本方程式离心力作功为基础速度三角形的物理模型程泵内液体为定态流动过被输送的是理想液体叶轮限薄的叶片组成的理想叶轮为具有无限多、无简化假定⇓⇓⇓⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧离心泵基本方程式中心：提高液体的静压能()cp T c p T H H H g c c H gw w g u u H g c c g w w g u u H +=-=-+-=-+-+-=∞∞，，则的动能液体流经叶轮后所增加—的静压能液体流经叶轮后所增加—。

表示叶片的入口和出口、下标式离心泵的工作原理表达下两种表达式：离心泵基本方程式有如222212221212221222122212221222122()的影响。

分析各项因素对形状之间的关系，用于几何轮的转速和直径、叶片论压头与理论流量、叶上式表明了离心泵的理泵的理论流量表达式为分析影响因素的表达式∞∞=-=,222,222222,2T r T T T H b D C Q Q b D g ctg u g u H ππβ()()()()()比。

的压强与液体密度成正体密度无关，但泵出口离心泵的理论压头与液及式中增加而下降，即理论压头随理论流量的因对后弯叶片：提高效率；叶片），增加静压能，向失（相对前弯叶片和径这种结构可减小能量损对后弯叶片：提高；轮转速与直径的增大而离心泵的理论压头随叶4;//,03,221222222,222,b D g ctg u B g u A BQ A H ctg g u H TT T πββ==-=><∞∞ 2.1.3 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（1）流量Q指离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积，单位为m 3/h.()泵的结构，尺寸，转速f Q =尺寸（主要为叶轮直径和宽度）（2）压头H(又称扬程)离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重量液体所能提供的有效能量，单位为米液柱高。

()，流量泵的结构，尺寸，转速f H =H ——一般由实验测定，方法如图。

当系统运转正常时，测得吸入口和排出口的流量（算出u 1和u 2）,在入口真空表和出口压力表处分别取为1-1ˊ和2-2ˊ两个截面，其间列柏努力方程。

整理得：[]直距离，单位为米。

指两表之间的垂，和入口处真空计的读数分别指泵出口处压强表，式中，米液柱真压真压h p p gp p g u u h H ρ++-+=22122（3）效率η。

，而大型泵可达一般小型泵可达所致的损失：各种零部件之间的磨擦：机械损失）。

实际送液量小于理论值：由于泵的泄漏，使得容积损失）损失。

流动阻力所致的能量不断产生环流、冲击和：液体在泵壳内流动时水力损失）三种能量损失：部传给离心泵，有以下泵轴提供的能量不能全%90%70~%50321mk m h ηηηηηηηνν⋅⋅=（4）轴功率N离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率，这里设为电机传给泵轴的功率，单位为W 或kW ；而有效功率Ne 是指液体从叶轮获得的能量，则有：[]选择电机。

）常取（为防止电机超负荷，通说明：N kW H Q H V g H V N N e s e s e 2.1~1.1102/102///ηρηρηρη⋅⋅=⋅⋅≈⋅⋅⋅== 2.离心泵的特性曲线为了解离心泵的性能，厂方以20℃的清水在特定转速下对特定泵型的 Q Q N Q H ~,~,~η关系进行测定，由实验数据描绘出的曲线附于泵的说明书中，供选泵时参考。

虽然各种泵型各有其特性曲线，但大致形状基本相同。

()()扬程流量曲线Q H ~1每个流量值下对应一个扬程值，且随着Q 值增大，H 值降。

当流量为零时（关闭出口阀门，扬程也只能达到一个有限值。

()()功率流量曲线Q N ~2随着流量值Q 增大，轴功率N 平缓上升，当流量为零时，功率最小，所以离心泵开车时都将出口阀关闭，在零流量下启动，目的是为了降低启动功率，保护电机。

()()效率流量曲线Q ~.3η反映了离心泵的总效率与流量之间的关系。

如上图所示。

效率随着流量的增大而上升，达到某一最大值后再随流量增加而下降，说明离心泵在特定转速下有最高效率点，在此点附近操作时泵内的压头损失最小，该点称为泵的设计点，对应该点下的流量、压头和功率分别称为额定流量、额定压头和额定功率，它们的数值标在离心泵的铭牌上。

通常将最高效率92%的左右区域称为高效区（如图中“∫”号所示），在该区内操作最合理。

3.离心泵性能的改变和换算1）液体物性的影响（1）密度ρ的影响流量Q,扬程H及效率η与密度无关，N随密度增大而增大，即当被输送液体的密度与水不同时，原离心泵特性曲线中只有N~Q线不再适用，其它曲线可照常使用。

（2）黏度μ的影响若被输送液体的黏度大于常温下清水的黏度，则液体流经泵时能量损失增大，因此泵的压头、流量都有减少，效率下降，而轴功率增大，亦即泵的特性曲线发生改变。

所以必须对原离心泵特性曲线予以修正。

()。

压头和效率的换算系数分别为离心泵的流量、—，，头和效率；黏性液体时的流量、压分别为离心泵输送其它—；时的流量、压头和效率分别为离心泵输送清水—式中下式进行计算，即时，离心泵的性能需按厘大于当液体的运动粘度ηηηηηηνC C C H Q H Q C HC H QC Q cSt H Q H Q '''='='=',,,,202）离心泵转速n 的影响离心泵的特性曲线都是在一定的转速下测定的，但在实际使用时常遇到要改变转速的情况，这时泵内液体运动速度三角形将发生变化，因此泵的压头、流量、效率和轴功率也随之改变。

当n 变化小于±20%时，泵的效率认为不变，可用比例定律描述：时泵的性能参数。

转速为—时泵的性能参数；转速为—式中n ,,n ,,,,32''''⎪⎭⎫ ⎝⎛'='⎪⎭⎫ ⎝⎛'=''='N H Q N H Q n n N N n n H H n n Q Q3）离心泵叶轮直径D 的影响当泵的转速一定时，其压头、流量与叶轮直径有关。

对同一型号的泵，可换用直径较小的叶轮，而其它尺寸不变（仅出口处叶轮的宽度稍有变化），这种现象称为叶轮的“切割”。

当D 变化不大于10%，η不变时，可用切割定律描述：时泵的性能参数。

叶轮直径为—时泵的性能参数；叶轮直径为—式中''''⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'='⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'=''='2232222222D ,,D ,,,,N H Q N H Q D D N N D D H H D D Q Q所谓叶轮切割一次，是指对同一型号的泵换一个直径较小而其它几何特征不变的叶轮。

离心泵特性曲线要点：① 每种型号的离心泵在特定的转速下有其独有的特性曲线。

② 在固定转速下，离心泵的Q 、H 、η与ρ无关，N 与ρ有关，成正比。

③ 当Q=0时，N 最小，开泵、停泵应关闭出口阀。

停泵关闭出口阀可防止设备内液体倒流、防止损坏泵的叶轮。

④ 若输送液体黏度比清水的大得多时（运动粘度ν>2×10-5m 2/s ），泵的Q ↓, H ↓, η↓,N ↑,泵原来的特性曲线不再适用，需要进行换算。

⑤ 当离心泵的转速n 或叶轮直径D 2发生改变时，其特性曲线要换算。

（比例定律和切割定律）。

⑥ 离心泵铭牌上所标的流量和压头，是泵在最高效率点所对应的性能参数（Q S ,H S ,N S ）,称为设计点。

泵应在高效去(即92%ηmax 的范围内)工作。