化工原理2流体输送机械

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1
1’ Hg
0
0’
离心泵的安装高度
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（二） 有效汽蚀余量与必需汽蚀余量
有效汽蚀余量
ha
p1
g
u12 2g
pV
g
泵入口处压头 p1 g
u12 2g
有效汽蚀余量ha 必需汽蚀余量hr
—— 与 吸 入 管 路 、 安 装 高度等有关，但与泵无 关。
必需汽蚀余量 hr
—— 与 泵 尺 寸 、 流 量 等 有关。
轴功率P，有效功率Pe
Pe 100%
P
而 Pe qV H g W
或
Pe
qV H 9.81
1000
qV H
102
kW
P qV H kW 102
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四、离心泵的特性曲线 （一）离心泵的特性曲线
H~qV 、P~qV 、~qV：厂家实验测定
一定转速、常压、20℃清水
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吸入管路一般短、粗、直且不设阀门。
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七、离心泵的类型与选用
（一） 离心泵的类型 （1） 清水泵（ IS型、D 型、Sh型 ）
（2）耐腐蚀泵（F型） （3）油泵（Y型）
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（二）离心泵的选用 （1） 根据生产任务确定泵的类型； （2） 确定输送系统所需的流量和压头； （3） 选择泵的型号；
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② 压头（ 扬程） 在电机功率范围内，由管路特性决定。
H 管路特性2
H2
管路特性1
H1 泵特性
流量只与泵特性有关， qV qV理
qV
而压头与管路特性有关 ——正位移特性
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③ 功率与效率 P qV H g
——往复泵的总效率，一般为0.65~0.85。
适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐 蚀性大及有固体的悬浮液。
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三、离心泵的主要性能参数
① 流量 qV 单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或 m3/h。 ② 压头或扬程 H 离心泵对单位重量液体所做的功，J/N或m液柱。
③ 效率 容积损失；水力损失；机械损失
一般，小型泵，效率为60~85%，大型泵效率可 达90%。
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④ 轴功率P
1. 计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状
态下的全风压；
pt0
0
pt
1.2
pt
2. 根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；
3. 根据qV、pt0 选风机的型号。 qV > qV需 ， pt0 >pt0需
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二、鼓风机
（一）离心鼓风机
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特点： 外形离心泵 外壳直径与厚度之比较大 叶片数目较多 转速较高 单级出口表压多在30kPa以内； 多级可达0.3MPa
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充液（灌泵） 排液: 出口切线方向 吸液：叶轮中心
由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体 的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中 心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵 内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种 现象称为气缚现象。
——表明离心泵无自吸能力
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二、离心泵的主要部件
z1 g
p1
1 2
u12
We
z2g
p2
1 2
u22
Σhf
以单位体积的气体为基准
pt
We
(z2
z1 ) g ( p2
p1 )
2
(u22
u12 )
Σhf
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(z2 z1 )g 0 Σhf 0
pt
( p2
p1 )
2
u22
动风压 静风压
pd
2
u22
ps p2 p1
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二、 齿轮泵
具有正位移特性。
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三、旋涡泵 （一）结构 一种特殊的离心泵。
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（二）特点
1. 启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁 路调节比安装调节阀更经济； 2. 能量损失大，效率低（20%~40%），不适合输 送高粘度液体； 3. 压头比离心泵高2~4倍，适用于高压头、小流量、 低粘度清洁液体。
目录
1. 离心泵的结构和工作原理 2. 离心泵的性能参数和特性曲线 3. 离心泵的工作点和流量调节 4. 离心泵的串、并联 5. 汽蚀现象和安装高度 6. 离心泵的类型和选用 7. 其他类型泵 8. 气体输送机械
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第二章 流体输送机械
分类：
工作介质：液体——泵 气体——风机或压缩机
qV泵 > qV需, H泵 > H需
（4） 核算泵的功率。
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Baidu Nhomakorabea30
第二节 其他类型化工用泵 一、 往复泵
（一） 构造与工作原理 主要部件：泵缸、活塞
和单向活门。
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工作原理： ——活塞对流体直接做功，提供静压能
单动往复泵——流量不均匀
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双动往复泵：
大压头小于管路两端的
(z p ) ，则只能
g
采用串联操作；
低阻时，并联优于串联； 高阻时，串联优于并联。
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高阻
2’
2
1
1’
串联
低阻
并联
q V
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六、离心泵的汽蚀现象与安装高度
（一） 汽蚀现象
叶轮入口处最低压力 pK pV ， 液体汽化，产生汽泡，到高压区 受压缩后破灭，周围液体以高速 涌向原汽泡中心。叶轮受冲击而 出现点蚀、剥落，一般伴随泵体 振动和噪音。
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则
H H0 kqV2 ——管路特性方程
H
管路特性曲线
工作点
z p
g
泵特性曲线
qV
管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的
能量要求
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（二）工作点
工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。
解析法： 管路特性方程 泵特性方程
（三） 流量调节
H f (qV ) H (qV )
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（二）性能参数与特性曲线
1. 性能参数 （1）风量qV 单位时间从风机出口排出的气体体积， m3/h或 m3/s。
注意： qV应以风机进口状态计。
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（2）全风压pt与静风压ps 全风压：单位体积的气体经风机后所获得的能量，
Pa或mmH2O
以单位质量的气体为基准
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(2) 改变泵的转速
n泵H～qV曲线上移 工作点右上移，
H ， qV
H n >n>n
1
2
(D >D>D )
1
2
M 1
M
M 2
特点：泵在高效率下工作，
能量利用经济; 需变速装置或切削叶轮。
q VM2
qVMqVM1
n (D ) 11
n(D) n (D )
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q V
适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。
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（二）往复泵的性能参数 ① 流量
单动泵：理论流量 qV 理 ASn 实际流量 qV V qV 理
V——泵的容积效率，在0.9~0.97之间。
——流量由泵特性决定，而与管路特性无关。
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流量调节方法： 1. 改变活塞的往复次数或冲程； 2. 旁路调节。
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（2）实际压缩循环 余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。
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n一定
H
~ qV
H ~ qV P
P ~ qV
qV
离心泵特性曲线
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①H~qV曲线：较大范围内，qV H
② P~qV曲线：qV
P
qV=0时，P Pmin
• 离心泵启动时，应关闭出口阀门
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③ ~qV曲线：
离心泵在一定转速下有一最高效率点 ——离心泵的设计点
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（二）往复式压缩机
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1.工作过程
假设 • 理想气体； • 气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计； •压缩机无泄漏。
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（1）理想压缩循环
压缩过程（1 2） 恒压排气过程（2 3） 恒压吸气过程（4 1）
理想压缩循环功：
W
p2 Vdp
p1
S1234
（1） 叶轮 作用 ：将原动机的能量传给液体，使液体静压能
及动能都有所提高——给能装置 按结构分为：
开式
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半开（闭）式
闭式
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（2） 泵壳 作用：汇集叶轮甩出的液体；
实现动能到静压能的转换——转能装置； 减少能量损失。
（3） 轴封装置 作用：防止高压液体沿轴漏出；
防止外界气体进入泵壳内。
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（二）罗茨鼓风机
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——正位移特性
• 流量调节——旁路调节或调转速； • 开机时打开出口阀门； • 操作温度< 85 ℃ ，以免转子受热卡住。
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三、压缩机
（一）离心压缩机
特点： • 多级（10级以上）； • 大叶轮； • 高转速（n>5000rpm）
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第三节 气体输送机械
分类：
按出口压力或压缩比分为：
通风机 鼓风机 压缩机 真空泵
p出(表) < 15kPa
γ=1～1.15
p出(表)=15~300kPa γ< 4
p出(表）> 300kPa
γ>4
p出(表）=0
压缩比由真空度决定
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一、离心式通风机
（一）工作原理与结构
特定的管路系统： z、 l le、d、 一定 操作条件一定： p一定
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令
p
H0 z g
为一常数
而
Hf
l le d
u2 2g
l le d
1
qV
2
2
g
4
d
2
8
2g
l
le d5
qV2
认为流体流动进入阻力平方区，变化较小 。
令
k
8
2g
l
le d5
亦为一常数
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为效率不变，有：
qV 2 n2 qV 1 n1
H2 ( n2 )2 H1 n1
P2 ( n2 )3 P1 n1
——比例定律
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五、离心泵的工作点与流量调节
（一）管路特性曲线
在截面1-1´与2-2 ´间列柏 努利方程，有：
p u2
H z
g
2g
H f
其中： u2 0
2g
在0-0和1-1间列柏努利方程：
最大安装高度
H gm ax
p0 pV
g
hr H f 01
最大允许安装高度
H g允
p0 pV
g
h H f 01
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1
1’ Hg
0
0’
离心泵的安装高度
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实际安装高度应比计算高度低0.5~1.0米。
离心泵安装高度的影响因素： 1. 大气压力（海拔高度） 2. 液体输送温度 3. 吸入管路的能量损失
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绝热 等温
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• 等温压缩
p1V1 p2V2 pV Const.
W
p1V1 ln
p2 p1
p2V2 ln
p2 p1
• 绝热压缩
p1V1k p2V2k pV k Const .
k 1
T2
T1
p2 p1
k
k 1
W
p1V1
k
k
1
p2 p1
k
1
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工作原理：
动力式(叶轮式)：离心式、轴流式等；
容积式（正位移式）：往复式、旋转式等；
流体作用式：喷射式。
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第一节 离心泵
一、 离心泵的工作原理
叶轮 泵壳 泵轴 底阀 吸入管路 排出管路
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1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴； 4-吸入管；5-底阀；6-压出管
离心泵装置简图
全风压 pt ps pd
u1 0
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（3）轴功率与效率
P qV pt W
2. 特性曲线
n一定
用20℃、101.3kPa的
pt~qV
空气（=1.2kg/m3）测
pS~qV
定。
• 风机的全风压与 气体的密度成正比。
~qV
P~qV
qV
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(三) 离心通风机的选用
离心泵铭牌上标注的性能参数均为最高效率点之值。
离心泵的高效工作区： 92%max
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（二）离心泵性能的改变与换算
（1） 密度的影响
qV不变，H不变， 基本不变， P随 变化。
（2） 粘度的影响
H ，qV , ，而 P
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（3） 离心泵转速的影响 当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认
改变管路特性：调出口阀门； 改变泵特性： 调转速（或叶轮直径）。
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(1) 改变出口阀门开度
关小出口阀 le 管路特性曲线变陡 工作点左上移
H
M
1
M
M 2
qV ,H
q VM1
q VM
q VM2
q V
特点：方便、快捷，流量连续变化；
阀门消耗阻力，不经济。
适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。
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（3）离心泵的组合操作
① 并联操作
H
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H
B
并
A
H 单
q V单
q V并
qV
qV并 < 2qV单
H并 > H单
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② 串联操作
H
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B
H
串
A
H 单
q V单
q V串
q V
H串 < 2H单
qV串 > qV单
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③ 组合方式的选择
如果单台泵所提供的最
H
叶轮压力最低处压头pk g
饱和蒸汽压头pVg
允许汽蚀余量
h hr 0.3
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判别汽蚀条件：
ha > hr , pk > pv时， 不汽蚀 ha ＝ hr , pk ＝ pv时，开始发生汽蚀 ha < hr , pk < pv时， 严重汽蚀
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（三） 离心泵的安装高度