《化工原理》

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流体输送机械分类：

按输送介质： 液体输送机械——泵——不可压缩性流体
{ 气体输送机械——风机（鼓风机、通风机）、压缩机

按工作原理：
离心式：依靠高速旋转的叶片产生离心力向液体传送机械能。
离心泵、旋涡泵 正位移式（容积式）：利用工作室容积周期性变化，使液体升压把能量 传递给液体。往复泵、旋转泵 喷射式：高速喷射水流带走空气,形成低压。喷射泵
nr —— 活塞往复频率，1/s。
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实际流量小于理论流量，仍为常数，压头高时会稍变小。 瞬时流量不均匀而一段时间内流量的固定性。 (3)往复泵提供的压头只与管路的情况有关，与泵的几何尺 寸、流量无关; (4)往复泵具有自吸能力; (5)启动和停车时须开出口阀门（与离心泵相反）。流量调节 不能用排出管路上的阀门; (6)往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的， 排液能力只与活塞位移有关，与管路无关，这种泵称为正位移 泵。

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离心泵的安装与操作 （1）安装：


①安装高度不能太高，应小于允许安装高度。
②尽量减少吸入管路的阻力， 主要考虑：吸入管路短、直、粗、管件少。
（2）操作：

①启动前应灌泵；
②应在关闭出口阀的情况下启动泵；
③停泵前先关闭出口阀；
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一 、往复泵：往复工作的容积式 泵，依靠活塞的往复运动周期性改 变泵腔容积将液体吸入和压出。
蚀。
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2．汽蚀余量与允许安装高度
防止汽蚀，应pK＞pV（液体饱和蒸汽压），且pe＞pK ，
ps pe ue 2 zs h f ( s e ) g g 2g
全压头
ps pe ue 2 （ ）－ h f ( s e ) 或 zs g g 2g
2 pv p u e e 气蚀余量 h （NPSH） g 2g g
差。
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扬程的测量 b、c所在截面列柏努利方程
pc pb uc 2 ub 2 H h0 hfbc g 2g
两截面间管长很短，阻力损失可忽
略，动能变化小
H
pc pb pc pb (真空） g g
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功率：
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ； 轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N
《化工原理》
Principles of Chemical Engineering
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第二章 流体输送机械
2
第二章 流体输送机械
从供料点到需料点的截面列柏努利方程：
p u 2 he z h f g 2g
h e —— 输送机械对单位重量流体所做的功
流体输送的目的：

提高流体的动能、位能或静压能; 克服沿程的阻力。
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（2）转速 离心泵转速变化时，流量、压头和轴功率都要变化：
Q2 n2 Q1 n1
（3）叶轮直径
H2 n2 2 ( ) H1 n1
N2 n2 3 ( ) N1 n1
——比例定律
当切割量小于20%时：
Q2 D2 Q1 D1
H2 D2 2 ( ) H1 D1
N2 D2 3 ( ) N1 D1
H A B Q2 n2
2．双泵串联
①理论上，Q不变，H加倍；
②实际工作压头未加倍（HB＜2HA），流量却有所增加；
③n个完全相同的泵串联，组合泵的特性方程：
H n( A BQ2 )
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3．组合方式的选择
p 压头不够： H z g
采用串联
流量不够： 高阻管路：2－2’——串联比并联时Q增值大，选串联。 低阻管路：1－1’——并联比串联时Q增量大，选并联。




③若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。
④若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的。 ⑤为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则 能量利用程度低。 ⑥若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线 26 和参数进行校正，确定是否能满足要求。
——切割定律
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三 离心泵的工作点和流量调节 1．管路的特性方程 流体通过管路所需外加压头：
p u 2 he z h f g 2 g
式中的压头损失：
l le u 2 8 l le 2 hf d 2g 2 g d5 Q
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（2）改变泵的特性 — 改变叶轮转速
nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。 （3）改变泵的特性 — 切削叶轮直径：
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
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四
离心泵的组合操作
1．双泵并联
①理论上，H不变，Q加倍；
②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加； ③n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为：
心处形成的负压小，形不成吸上液体所需的压力差，致
槽内液体吸不上来的现象。
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二 离心泵的性能参数与特性曲线 1．主要性能参数 转速n：1000~3000rpm；2900rpm最常见。 流量Q：泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。 流量计直接测其输出管路。 压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流 量、叶轮结构、尺寸和转速有关。 扬程－能量概念；非升举高度 升举高度－泵将流体从低位升至高位时，两液面间的高度
③活塞由右向左移动，吸入阀关闭而排出阀开启，将液体以高压排出。 ④活塞移至左端，排液完毕，完成一个工作循环，周而复始实现送液。
说明：
①冲程：活塞在两端点间的移动距离。 ②单动泵：活塞往复运动一次，吸液和排液各一次，交替进行，输送液体 不连续。由于活塞的往复运动是不等速的，瞬间流量不均匀，形成的 流量曲线： Q
饱和蒸汽压
最小气蚀余量 h min
pe min ue2 pv h min g 2g g
允许气蚀余量 h允许
h允许=h min 0.3
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ps pv h f ( s e ) h允许 泵的允许安装高度： zs ，允许 g g
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2．离心泵的工作原理
（1）液体能量转化：泵轴带动
叶轮叶片间流体做功，流体获 得高速进入泵壳。蜗壳形通道
逐渐扩大，流体在壳内减速，
动能转化为静压能。 （2）液体吸上原理：叶轮高速旋转使叶轮中心形成低压 （真空），低位槽液体依靠压力差被不断地吸入泵内。 气缚现象：离心泵在启动前壳内充满大量气体，叶轮中
2．离心泵的性能曲线
①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降，
此规律对流量很小的情况可能不适用。
② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
泵应在关闭出口阀的情况下启动，使泵启动功率
最小，减小电机的启动电流。 ③η -Q曲线：泵的效率先随着流量的增加而上升，达一最大值后下降。生产 中选泵，应使泵在最高效率点附近操作，相应的流量范围内效率较高。
双串 高阻管路
低阻管路 双并
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五 离心泵的安装高度
安装高度：被吸入液体贮槽的液 面到离心泵入口处的垂直距离.
1．汽蚀现象 在s-s和K-K间列柏努利方程：
zs
ps pK u 2 zs hf (sK ) g g 2g
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①叶轮中心处汽化产生大量汽泡；
②含汽泡液体进入周边高压区，压力剧增使汽泡凝聚，产生局 部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。 问题：如何确定Zs的上限？ 泵的实际安装高度低于允许安装高度，操作时不会发生汽
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3．离心泵特性曲线的影响因素 （1）流体的性质： 密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，H~Q曲线不变。 有效功率和轴功率与密度成正比，使用水的N~Q曲线需对密度校正：
N
实

百度文库
N
水
效率与密度无关。 粘度：粘度增加，泵的流量、压头、效率都下降，但轴功率上升。 故当被流体的粘度有较大变化时，需对特性曲线校正。 粘度＜2×10-5m2· s-1,影响小可忽略。
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θ
3.往复泵特点：
(1)
流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压 头、管路等无关。 理论上 单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr
(2)
式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s
A —— 活塞截面积，m2
a —— 活塞杆截面积，m2 S —— 活塞的冲程(在泵缸内移动的距离)，m
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θ
③双动泵：活塞左右两侧都有阀门，吸 液和排液同时进行。
④活塞自左向右移动时，工作室左侧吸 入液体，右侧排出液体，活塞自右向 左移动时，工作室右侧吸入液体，左 侧排出液体，活塞的每一次行程都在 吸液和排液，每一个工作循环吸液和 排液各两次，因而供液流量连续，但 仍有起伏。
Q
θ 采用三台双动泵并联工作，其送 液量较均匀。 为提高流量的均匀性，左右两排出阀上方 Q 增设空气室，利用空气的压缩和膨胀来存 放和排出部分液体，对液流波动起缓冲作 用 ——稳压装置
单吸泵,双吸泵——流量大小； 单级泵,多级泵——扬程大小； 卧式泵，立式泵——安装条件。
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2

离心泵的选用 （1）根据被输送液体的性质确定泵的类型 （2）确定输送系统的流量和所需压头。 流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。 （3）根据所需流量和压头确定泵的型号 ①查泵的型谱或相关附表，要求流量和压头与管路所需相适应，防止形 成大马拉小车（浪费）或小马拉大车（超载）。 ②若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，无最大流量时，按 1.1~1.15倍正常流量计算；H应以最大流量对应压头的1.05~1.1倍计。
第二节 其它类型泵
1．往复泵的结构 吸入阀和排出阀均为单向阀。 活塞与阀间的空间称为工作室。
往复泵装置简图 1—泵缸; 2—活塞; 3—活塞杆;
单动泵：一侧装有吸入阀和排出阀.
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4—吸入阀; 5—排出阀
2.工作原理：
①活塞与电机相连，在泵缸内作往复运动； ②活塞自左向右移动时，排出阀关闭，吸入
阀打开，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。
液体输送一般用离心泵和往复泵两类。
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第一节
一 主要部件和工作原理 1．主要部件
离心泵
（1）叶轮：离心泵的核心部件，由4-8片叶片组成。 作用：通过高速旋转，将原动机的能量传给液体。 分类：开式、闭式和半开式。
（2）泵壳：泵的外壳，包围叶轮，形成一个截面积逐渐扩大的蜗牛 壳形通道。将液体的大部分动能转变成静压能。 泵壳作用：汇集液体；能量转化作用。 （3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。 轴封：旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。
p he z （ f Q) ——管路的特性方程 g
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阻力平方区
令 A z
p g
8 l le B 2 5 g d

则上式变为：
λ大
he A BQ2
——管路的特性方程
H
he A BQ2
高阻管路特性曲线较陡；
低阻管路特性曲线较平缓。
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六 离心泵的选用、安装与操作
1、离心泵的类型： （1）清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少 的液体。结构简单，操作容易。 （2）耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐 蚀的材料制成，要求密封可靠。 （3）油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。 （4）杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流 道宽，叶片数少。
Q
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2．离心泵的工作点 液体流过管路所需压头与泵对 液体提供的压头相等时的流量 说明： ①泵的工作点由泵特性和管路 特性共同决定，可联立两特性方程得到； ②泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要
的；
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
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3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性——改变出口阀的开度
（1）汽蚀现象的产生的原因：
①离心泵的安装高度太高； ②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；
③吸入管路的阻力损失太大。
（2）计算的允许安装高度有时为负值，说明泵应该安装在 液体贮槽液面以下。 （3）允许安装高度的大小与泵的流量有关。 （4）安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度 还要小0.5至1米。