化工原理第二章

1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
装置角 2 、叶轮 大小等 因素，而几乎与流量大 小无关。
考虑这一因素后，图中 理论压头线a变为直线b 。
（2）阻力损失

（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，则冲击损失越大。
此损失可近似视为与流速的平方呈正比。 考虑到这项损失后，压头线变为曲线c 。
二、离心泵的理论压头和实际压头 1、压头的意义

泵的压头：泵向单位重量流体提供的机械能。用 H 表
示，单位是m。

管道输送流体系统正常工作时：H=he
he z

p u 2 hf g 2g
泵产生的压头主要用于是液位高度增加，静压头增大
以及克服流动过程中的压头损失。
此处是标题

由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的
实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降 低。

一般都采用后弯叶片。
后弯叶片
径向叶片
前弯叶片
此处是标题
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-刘宇-
3、实际压头百度文库
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于 流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：

具体原因如下：
（1）叶片间的环流运动 主 要 取 决 于 叶片 数 目、
此处是标题
3
-刘宇-
4、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况； 多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。 2）按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。 双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。
此处是标题
2
-刘宇-
2）泵壳
a) 泵壳的作用

汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
b)导叶轮

为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有 时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。

导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反， 其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体 在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能 向静压能的转换更为有效。
3）按离心泵的不同用途 水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 少的液体的泵, （B型） 耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型） 油泵 杂质泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型） 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。
第一节
离心泵
2. 离心泵的操作原理：
1）开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
压出导管
一、离心泵的构造和工作原理
1、叶轮： 1、离心泵的构造： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置 ：
此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很 高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。 2.变压头流量计（测速管、孔板流量计和文丘里流量计 ） 3.变截面流量计（转子流量计） 4. 流体输送机械（液体输送机械；气体输送机械） 5. 泵的分类（叶片式；容积式）
复习：
一、离心泵的构造和工作原理 1.离心泵的构造（叶轮；泵壳；泵轴及轴封装置） 1）叶轮（作用；分类） 2）泵壳（作用；导叶轮） 3）轴封装置（作用；分类） 2. 工作原理（灌泵—叶轮旋转产生离心力—中心形成负 压—吸入液体） 二、离心泵的主要性能参数 1.转速；流量；压头；轴功率及效率；允许气蚀余量
-刘宇-
兰州理工大学 石油化工学院

流体输送机械：就是向流体做功以提高其机械能
的装置。

按照输送流体的性质分类：
液体输送机械 泵
第二章 流体输送机械
流体输送机械 授课人：张栋强 联系方式：zhangdq@lut.cn
通风机 气体输送机械 鼓风机 压缩机 真空泵

泵按照其工作原理和结构可分为:
铭 牌
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-刘宇-
(一)．压头与流量
1 离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一 般用Q表示，单位为m3/s或m3/h。又称为泵的送液能力 2 离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单 位为m。又称为泵的扬程。 。


离心泵的压头取决于： 泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 流量 n Q，
u1
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。
w2 2 w2 2 2 w2
思考：前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片 是最佳形式的叶片吗？NO！
泵 轴
吸入导管
底阀
此处是标题
1
-刘宇-
思考：泵启动前为什么要灌满液体

气缚现象：
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止 逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于 开停车和调节流量。
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。

理论压头
意义：表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮
离心泵在上述理想情况下产生的压头，就做理论压头， 用H∞表示。
的转速和叶轮的几何形状间的关系。
2 2）离心泵基本方程式的讨论 H g [( r2 )
一、离心泵的构造和工作原理
叶片式：如离心式 、 轴流式、喷射式等 泵
特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能
二．离心泵主要构件的结构及功能 三、离心泵的主要性能参数 四、离心泵的工作点与流量调节 五、离心泵的安装高度 六、离心泵的选用、安装与操作
容积式：如往复式、回转式等
特点：机械内部的工作容积不断发生变化
高，敞式叶轮的内漏最大。

敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵
塞现象

平衡孔：在后盖板上钻有小孔，以
把后盖前后空间连通起来。
单吸式叶轮 按吸液方式
液体只能从叶轮一侧被吸入，结 构简单。
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶轮 背靠背并在了一起，可以从两侧吸 入液体，具有较大的吸液能力，而 且可以较好的消除轴向推力。
3．离心泵主要构件的结构及功能 1）叶轮 ——叶片（+盖板）
思考：三种叶轮中哪一种效率高？

闭式叶轮的内漏最小，故效率最
a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类 闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。 根据结构 开式叶轮 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。 半闭式叶轮 只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。
Q，H ，N，有最大值。


注意：
离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高
效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。

高效区
与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。

与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般


思考：转速一定时，出厂前如何确定泵的压头呢？ 实验测定 在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：
2 p b ub p u2 H c c h0 h f g 2 g g 2 g
流量计 真空表 压力表
c b
h0
H
pc pb p ( 表 ) p b (真 ) c g g
3）轴封装置
a) 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者 外界空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类 填料密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖 轴封装置 组成，普通离心泵采用这种密封。 机械密封： 主要由装在泵轴上随之转动的动环和 端面密封 固定于泵壳上的静环组成，两个环形 端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对 运动，起到密封作用。
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-刘宇-
例2-1
用水对一离心泵的性能进行测定，在某一次实验中
四．离心泵的特性曲线及应用
1、离心泵特性曲线 离心泵的H、η 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的关 系由确定离心泵性能的实验来测定，实验测出的一组关系
测得：流量10m3/h，泵出口压力表读数0.17MPa，泵入口的 真空表读数160mmHg，轴功率1.07kW。真空表与压力表两测 压截面的垂直距离为0.5m。试计算泵的压头及效率。
泵壳
叶轮
3）在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口 流入排出管道。 4）泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸 入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮 所产生的离心力，因此称为离心泵。
思路：
曲线：


Ne N
H～Q 、η～Q 、 N～Q
Ne
N e HQ g
H
机械能衡算
——离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基
具体解题步骤见P60，例2-1
本相似，具有共同的特点 。
1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头 普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴 功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保 护电机。 3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
1
Q cot 2 ] 2 b 2

w2 2 2
2
c2 u2
（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；
w1 1 1 c1
（3）理论压头H与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单 位重量流体所能提供的能量是相同的。 （4) 在叶轮转速、直径一定时，流量 Q与理论压头H 2 的影响如下： 的关系受装置角
（二）轴功率、有效功率及效率
轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为W或kW 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 效率： 反映泵对外加能量的利用程度，无量纲，用表示。 三者关系（如图）： N e QgH

与效率有关的各种能量损失：
（1）容积损失：
内漏
（2）水力损失
考虑到这项损失后，压 头线应为曲线d。
b c

w2 2 2
2
c2 u2
b c d
设计 流量
w1 1 1 c1
u1
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为：
三．离心泵的主要性能参数
转速 流量 压头 轴功率和效率 允许汽蚀余量
H
离心泵的主要性能参数
q-H
实际压 头 设计流 量
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2、离心泵的理论压头 1）离心泵基本方程式的导出

离心泵的基本方程
理想情况：
1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的 厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发 生任何环流现象。 2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。
H
u2 c2 cos 2 u2 c2u Q cot 2 1 [( r2 ) 2 ] g 2 b 2 g g
环流损失、阻力损失和冲击损失
N
N
电
电功率
N电出
传
N
电机 N 电出 电功率 电
N N 电出 传

Ne
N e N
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
机械 容积 损失 损失
水力 损失
小型水泵：一般为5070% 大型泵：可达90%以上
泵
N
Ne
此处是标题