流体输送机械ppt

ΣHf—两截面间的压头损失，m。
简化式（2-1）
H h pm pv u22 u12
0 g
2g
H f （2-1）
➢两截面之间管路很短，其压头损失∑Hf可忽略不计
➢若以HM及HV分别表示压力表真空表上的读数，以米
液柱（表压）计。
H
h0
HM
Hv
u22 u12 2g
(2-2)
例２-１ 某离心泵以20℃水进行性能实验，测得体
积 流 量 为 720m3/h ， 泵 出 口 压 力 表 读 数 为 3.82kgf/cm2 ， 吸入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间垂直
距离为410mm ，吸入管和压出管内径分别为 350mm 及 300mm。试求泵的压头。
解：根据泵压头的计算公式，则有
H
h0
HM
Hv
u22 u12 2g
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。
3 η－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Ne ：流体所获得的功率。
Ne＝QHg
(2-4)
式中 Ne— 泵的有效功率，W； Q — 泵的流量，m3/s；
H — 泵的压头，m ；
— 液体的密度，kg/m3；
g — 重力加速度，m/s2。
计算进出口的平均流速
u1
720/ 3600 0.7850.3522
0.28m / s
u2
720/ 3600 0.7850.302
2.83m / s
查得水在20℃时密度为ρ＝998 kg/m3，则 HM=3.82×10.0=38.2 mH2O HV=0.210×13.6=2.86 ｍH2O
将已知数据代入，则
➢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。
不同海拔高度时大气压力值可查表。
海拔高度↑，液体温度↑→Hg↓
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的饱和蒸汽压 头pv/ρg的某一最小指定值，即
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
➢离心泵的压头与密度无关。（定性分析）
➢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（25）重新计算。
➢杂质泵：
第二节 离心泵
离心泵（centrifugal pump）的特点： ❖ 结构简单； ❖ 流量大而且均匀； ❖ 操作方便。
一、 离心泵的工作原理
1 结构
➢叶轮
叶轮
✓轴
✓ 6~12片叶片
➢机壳等。 机壳
蜗牛形通道； 叶轮偏心放； 可减少能耗，有利于动 能转化为静压能。
底阀(防止“气缚”)
滤网(阻拦 固体杂质)
➢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（characteristic curves）：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。
Hg
pa
1
0
0
pv 为环境温度下液体的饱和
蒸汽压)，将发生气蚀现象。
pv100 ℃ =760mmHg, pv 40℃=55.32mmHg
2 安装高度
为避免发生气蚀现象，应限制p1不能太低， 或Hg不能太大，即泵的安装高度不能太高。
安装高度Hg的计算方法一般有两种： ❖允许吸上真空高度法； ❖气蚀余量法。
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
低，其比值称为容积效率η1。
水力损失
原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵 壳时，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。
机械损失
原因：机械损失是泵在运转时，在轴承、 轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消 耗部分能量。
➢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。
为20℃状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则 应把样本上所给出的Hs值，按下式换算成操作条件下的Hs’值。
Hs’=Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24) (2-11)
式中 Hs’—操作条件下输送水时允许吸上真空高度，mH2O； Hs — 泵样本中给出的允许吸上真空高度，mH2O； Ha — 泵工作处的大气压，mH2O； Hv — 泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O； 0.24 — 实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。
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：
Q1
D1
Q2
D2
( ) H1
D1 2
H2
D2
( ) N1
N2
D1 3 D2
(2-7)
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。
1
Hg p0
0
1 0
取截面0-0，1-1，并以截面0-0为基准面，在两截 面间柏努利方程，可得
H g
p0 p1
g
u12 2g
Hf
（2-9）
若贮槽为敞口，则p0为大气压pa，则有
H g
Hs
u12 2g
Hf
（2-10）
Hg — 泵的安装高度； u2/2g — 进口管动能；
∑Hf — 进口管阻力; Hs — 允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。
实验：泵压头的测定
如右图所示，在泵的进出口处 分别安装真空表和压力表，在真 空表与压力表之间列柏努得方程 式，即
H h pm pv u22 u12
0
g
2g
Hf
压强表 真空计
离心泵 储槽
（2-1）
式中：pM —压力表读出压力（表压），N/m2； pV—真空表读出的真空度，N/m2；
u1、u2—吸入管、压出管中液体的流速，m/s；
已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，则式（2-4）可用kW单位 表示，即
Ne
QHg
QHg
1000
QH
102
(kW)
(2-4a)
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：
N
Ne
(2-5)
➢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。
注：泵性能表上的值也是按输送20℃水而规定的。当输送其
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； 输送气体
➢真空泵。
H
0.41 38.2 2.86
2.832 2.082 29.81
41.7mH2O
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
容积损失
容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在 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
提高Hg的方法
问题：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？
泵制造厂只能给出Hs值，而不能直接给出Hg值。
因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也
各异，有不同的u2/2g 和∑Hf 值，所以，只能由使
用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定
Hg。
泵允许吸上真空高度的换算
原因：在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为10mH2O，水温
h p1
u12
pv
g 2g g
(2-12)
式中
h — 汽蚀余量，m； pv — 操作温度下液体饱和蒸汽压，N/m2。
如何利用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？
将式（2-9）与（2-12）合并可导出汽蚀余量 Δh与允许安 装高度Hg之间关系为
H g
p0 g
pv g
h
Hf
(2-13)
上式中p0为液面上方的压力，若为敞口液面则p0=pa。
1 Ｈ－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。
2 Ｎ－Q曲线
变化趋势：Ｎ－Q曲线表示泵的流量Q和轴功率
图上绘有三种曲线
Ｈ－Q曲线 Ｎ－Q曲线 η－Q曲线
4B20
26
n=2900r/min
η
80
24
70
22
H
60
20
50
18
8 40
16
N
6 30
14
4 20
12
2 10
10
00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 Ｑ,l/s
0 20 40 60 80 100 120 m3/s
离心泵的特性曲线
❖由于液体被抛出，在泵的吸扣处形成一定的真空度，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。
离心泵实际安装示意图
二、 离心泵的主要工作部件
叶轮：
敞开式
半开式
封闭式
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；
6.3 溶质的影响
如果输送的液体是水溶液，浓度的改变必然影响 液体的粘度和密度。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<pa , p1 有一定真空度，
1
真空度越高，吸力越大, Hg
越大。 ➢ 当p1 小于一定值后(p1<pv,
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：
Q1
n1
Q2
n2
( ) H1
n1 2
H2
n2
( ) N1
n1 3
N2
n2
(2-6)
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
2 工作原理
由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差， 从而使流体流动。
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，流到所需的场地。
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。
强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流
量，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。
允许吸上真空高度Hs
泵入口处压力p1所允许的最大真空度。 mH2O
H pa p1
s
gBaidu Nhomakorabea
（2-8）
式中 pa—大气压，N/m2 ρ—被输送液体密度，kg/m3
Hs
pa
g
10.33mH2O
Hs与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。 一般， Hs< 5~7 mH2O.
如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？