化工原理 第二章02
合集下载
化工原理(第四版)谭天恩-第二章-流体输送机械
注意安全防护
在操作流体输送机械时，应注意安全防护 ，穿戴好防护用品，避免发生意外事故。
THANKS
感谢观看
高效节能设计
优化流体输送机械的结构和运行方式，降低能耗，提高能效比。
减少排放
采取有效的措施减少流体输送机械在运行过程中产生的污染物排放， 如采用密封性能好的机械部件、回收利用排放的余热等。
环保材料
选择对环境友好的材料和润滑剂，减少对环境的污染。
资源循环利用
对流体输送机械中的可回收利用部分进行回收再利用，减少资源浪费 。
化工原理(第四版)谭 天恩-第二章-流体 输送机械
目录
• 流体输送机械概述 • 离心泵 • 其他类型的泵 • 流体输送机械的性能比较与选用 • 流体输送机械的维护与故障处理
01
CATALOGUE
流体输送机械概述
流体输送机械的定义与分类
定义
流体输送机械是用于将流体从一 个地方输送到另一个地方的机械 设备。
05
CATALOGUE
流体输送机械的维护与故障处理
流体输送机械的日常维护与保养
定期检查
对流体输送机械进行定期检查，确保其正 常运转，包括检查泵、管道、阀门等部件
是否完好无损，润滑系统是否正常等。
清洗与清洁
定期对流体输送机械进行清洗，清除残留 物和污垢，保持机械内部的清洁，防止堵 塞和腐蚀。
更换磨损部件
流体输送机械的应用
工业生产
在化工、石油、制药等领 域，流体输送机械广泛应 用于原料、半成品和成品 的输送。
能源与环保
流体输送机械在燃煤、燃 气等能源输送以及通风、 除尘等环保领域也有广泛 应用。
城市供暖与空调
在集中供暖和空调系统中 ，流体输送机械用于将热 源或冷源输送到各个用户 。
化工原理第二章_2
节流损失 35.08 26.41 8.67m
V
V
1管路特性曲线工作点五离心泵的工作点与流量调节1管路特性曲线改变泵的特性曲线改变管路特性曲线he五离心泵的工作点与流量调节2流量调节调节阀门改变n切割叶轮阀门开大阀门关小节流损失工作点定量计算操作型设计型选泵时将流量压头裕量控制在10左右
幻灯片2目录
2.1.1 离心泵 四、离心泵的主要性能参数和特性曲线 五、离心泵的工作点与流量调节 习题课
解（1） 管路特性曲线方程：
p u 2 he z hf g 2 g
p l u he z g d 2g 2 p l 8V z 2 4 g d d g
操作性问题计算举例 2
QgH 故，N~Q 曲线上移。 但N ，
黏度: 当比20℃清水的大时，H，N， 实验表明，当<20厘斯时，对特性曲线的影 响很小，可忽略不计。 1厘斯=10-6m2/s 20℃清水的粘度=1厘斯
四．离心泵的主要性能参数和特性曲线
叶轮转速 当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形 相似的近似假定，可推知：
n Q Q n n H H n
n H A BQ 2 n
2
2
n n H A B Q 2 n n H
2
2
n
n
0
Q
四．离心泵的主要性能参数和特性曲线
叶轮直径 当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，则
2、流量调节 ——调节阀门 改变管路特性曲线 两种方法 ——改变n、切割叶轮 改变泵的特性曲线
阀门关小
H
节流损失
化工原理第二章 流体输送机械
3、适应被输送流体的特性
二、 流体输送机械的分类
输送液体——泵
1、流体根据输送介质不同
输送气体——风机或压缩机
动力式
2、根据工作原理不同 容积式
流体作用式
离心泵的外观
第一节 离心泵
一、 离心泵的工作原理和基本结构
1、离心泵的主要构造： （1）叶轮 ——叶片（+盖板）
1）叶轮
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。
一般都采用后弯叶片。2=25-30o
（4）理论流量
当离心泵确定，其β2、b2、D2一定，
当转速一定时，理论压头和流量呈直 线关系，
H A BqT
采用后弯叶片。2<90o，B>0，因此，H随q增大而减小。
3、实际压头
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： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
H e K Bqv2 ——管路特性方程
对于气体输送系统，由于 常数 ，列伯努利方程以单位
体积为基准
HT
gZ
P
u 2 2
gH f
由于气体密度较小，位风压 gZ 一项一般可以忽略。
2、管路系统对输送机械的其他性能要求
1、结构简单，重量轻，投资费用低
2、运行可靠，操作效率高，日常操作费用低
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
实际压头和流量关系： H A BqT2
二、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
流量 q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 压头 H，泵对单位重量流体提供的有效能量（扬程），m。 轴功率和效率p，电机输入离心泵的功率，单位W 或kW。 允许汽蚀余量 △h，泵抗气蚀性能参数，m 。
化工原理第二章.
u1
4qv
d12
4 15 103 3.14 0.12
1.91m/s
u2
4qv π d22
2.98 m/s
H 0 f ,12
H 0.5 2.55105 2.67104 2.982 1.912
1000 9.81
2 9.81
29.5m
能适应物料特性（如黏度、腐蚀性、易燃易爆、 含固体等）要求。
流体输送设备分类：
按流体类型 按工作原理
输送液体—泵(pumps) 输送气体—通风机、鼓风机、压缩机
及真空泵
离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式
第一节 离心泵
一、基本结构及工作原理
离心泵(centrifugal pump)
1.基本结构
第二章 流体输送机械
1. 本章学习的目的 通过学习，了解制药化工中常用的流体输送机
械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生 产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并 使之在高效率下可靠运行。 2. 本章重点掌握的内容
离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安 装及选型。
概述
生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：
效率64％ 轴功率2.6kW
重量363N
(1)流量(qv):单位时间内泵所输送的液体体积。m3/s 常用单位为L/s或m3/h qv与泵的结构、尺寸、转速等有关 ，实际流量还与 管路特性有关。
(2)扬程或压头(H):是指单位重量（1N）液体流经 泵所获得的能量，单位：m 。H与泵的结构、转速 和流量有关。
旋转的叶轮(impeller) 固定的泵壳（Volute）
2、离心泵的工作原理
化工原理第二章02
g
pV
g
H
f 01
[( NPSH ) r 0 . 5 ]
实际安装高度Hg<[Hg]即可。 另：①吸入管径常大于压出管径 ②吸入管不装调节阀
再沸器循环泵
例 4 图示两槽间要安装一台离心泵，常压下输送 20℃水，流量qV=45m3/h, 现有一台清水泵, 在此流 量下He=32.6m，(NPSH)r=3m, 已算得Hf吸入=1m， Hf压出(阀全开)=6m 。 试问：这台泵是否可用？
2．5 离心泵的类型与选用 1．类型 ①清水泵---单级、多级、双吸 ②耐腐蚀泵---用耐腐蚀材料 ③油泵---密封良好 ④液下泵---转轴特别长 ⑤屏蔽泵---无密封、无泄漏 2．选用 ①根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等 确定泵的类型； ②根据管路所需的qV，H，确定泵的型号。
选用泵型号最方便的图 —型谱图 若 则
例如： H单=20-2qV2 2 H串=40-4qV 工作点 H’ ≠ 2H
②并联组合 同样压头下，两泵流量相加 H单=φ(qV)， H 并
( qV 2 )
例如： H单=20-2qV2 2 H并=20-0.5qV 工作点 qV’≠2qV
③组合方式的选择 当
P
g
H 单 max 时，
必须串联
2 2
将B点qV’=7m3/h; H’=20.82m代入 得 n'
0 . 8018 n
n’=0.8018×2900=2325 r/min
易犯错误：
n 解： ' n q 'V qV 2900 7 10
=2030r/min
对工作点的含义毫无认识.
3．组合操作 ①串联组合 同样流量下，两泵压头相加 H单=φ(qV)， H串=2φ(qV)
化工原理(第二版)第二章
3．允许吸上真空度H Hs，max=（Pa-P1）/ρ g Hs= Hs，max-0.3 Hg= Hs-u12/2g-Hf,o-1 Hs是泵生产厂家用20℃水作为实验介质，在贮槽液面压强为大 气压下测定的结果。若使用条件与此不符的时，应作如下的校正：
p0
g
p1
g
u12 2g
H f
p0
g
p1
g
u12 2g
pv
g
pv
g
H
f
p0
g
ha
pv
g
Hf
p0
g
h
pv
g
Hf
Hg max
47
（3）允许汽蚀余量的校正
h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书
2. 离心泵的实际压头
实际压头比理论压头要小。具体原因如下： （1）叶片间的环流运动
主要取决于叶片数目、装置角2、叶轮大小、液体粘度等因素，而几 乎与流量大小无关。
c2 c2
23
阻 力 损 失
（2）水力损失 冲 击损 失 阻力损失 可近似视为与流速的平方呈正比
24
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， 冲击损失越大。
高效
区
设计点 Q
33
3．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度的影响
对 H~Q 曲线、~Q 曲线无影响，但N QgH ，
故，N~Q 曲线上移。
粘度的影响 当比 20℃清水的大时，H，N，
实验表明，当<20 厘斯时，对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
p0
g
p1
g
u12 2g
H f
p0
g
p1
g
u12 2g
pv
g
pv
g
H
f
p0
g
ha
pv
g
Hf
p0
g
h
pv
g
Hf
Hg max
47
（3）允许汽蚀余量的校正
h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书
2. 离心泵的实际压头
实际压头比理论压头要小。具体原因如下： （1）叶片间的环流运动
主要取决于叶片数目、装置角2、叶轮大小、液体粘度等因素，而几 乎与流量大小无关。
c2 c2
23
阻 力 损 失
（2）水力损失 冲 击损 失 阻力损失 可近似视为与流速的平方呈正比
24
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， 冲击损失越大。
高效
区
设计点 Q
33
3．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度的影响
对 H~Q 曲线、~Q 曲线无影响，但N QgH ，
故，N~Q 曲线上移。
粘度的影响 当比 20℃清水的大时，H，N，
实验表明，当<20 厘斯时，对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
化工原理第二章第二节.ppt
2019/11/21
2019/11/21
2、液环压缩机
特点：可用于输 送腐蚀性气体。
2019/11/21
3、真空泵
1）水环真空泵
特点：结构简单、紧凑，易于制造和维修，使用寿命 长。但效率较低。
2019/11/21
2）喷射泵
特点：结构简单，无运动部件。但效率很低，工作流体 消耗很大。
2019/11/21
学习指导
本章重点掌握的内容
离心泵 结构及工作原理 性能参数与特性曲线 工作点与流量调节 安装（气蚀）与操作（气缚） 类型与选型
2019/11/21
学习指导
正位移泵 结构及工作原理 性能参数与特性曲线 正位移特性
气体输送设备 特性及适用场合
2019/11/21
2019/11/21
气体输 送机械
设备： 通风机 离心通风机 鼓风机 罗茨鼓风机,离心鼓风机 压缩机 往复压缩机,离心压缩机,液环压缩机 真空泵 水环真空泵,往复真空泵,蒸汽喷射泵
2019/11/21
一、离心式通风机、鼓风机与压缩机
1、离心式通风机
离心式通风机按所产生的风压不同，分为： 低压离心通风机：出口风压低于0.9807kPa (表压)； 中压离心通风机：出口风压为：0.9807kPa~2.942kPa(表压） 高压离心通风机 ：出口风压为：2.942kPa~14.7kPa (表压） 1）离心式通风机的结构
第二章 流体输送机械
一、离心通风机、鼓风机 与压缩机
第二节 气体输送和压缩设备
二、旋转鼓风机、压缩机 与真空泵
2019/11/21
气体输送与压缩机械的分类：
a.按照终压与压缩比 •通风机：终压不大于14.7×103Pa (表压) •鼓风机：终压为14.7×103~294×103Pa ，压缩比小于4。 •压缩机：终压在294×103Pa以上，压缩比大于4。 •真空泵：将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。 b.按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式
2019/11/21
2、液环压缩机
特点：可用于输 送腐蚀性气体。
2019/11/21
3、真空泵
1）水环真空泵
特点：结构简单、紧凑，易于制造和维修，使用寿命 长。但效率较低。
2019/11/21
2）喷射泵
特点：结构简单，无运动部件。但效率很低，工作流体 消耗很大。
2019/11/21
学习指导
本章重点掌握的内容
离心泵 结构及工作原理 性能参数与特性曲线 工作点与流量调节 安装（气蚀）与操作（气缚） 类型与选型
2019/11/21
学习指导
正位移泵 结构及工作原理 性能参数与特性曲线 正位移特性
气体输送设备 特性及适用场合
2019/11/21
2019/11/21
气体输 送机械
设备： 通风机 离心通风机 鼓风机 罗茨鼓风机,离心鼓风机 压缩机 往复压缩机,离心压缩机,液环压缩机 真空泵 水环真空泵,往复真空泵,蒸汽喷射泵
2019/11/21
一、离心式通风机、鼓风机与压缩机
1、离心式通风机
离心式通风机按所产生的风压不同，分为： 低压离心通风机：出口风压低于0.9807kPa (表压)； 中压离心通风机：出口风压为：0.9807kPa~2.942kPa(表压） 高压离心通风机 ：出口风压为：2.942kPa~14.7kPa (表压） 1）离心式通风机的结构
第二章 流体输送机械
一、离心通风机、鼓风机 与压缩机
第二节 气体输送和压缩设备
二、旋转鼓风机、压缩机 与真空泵
2019/11/21
气体输送与压缩机械的分类：
a.按照终压与压缩比 •通风机：终压不大于14.7×103Pa (表压) •鼓风机：终压为14.7×103~294×103Pa ，压缩比小于4。 •压缩机：终压在294×103Pa以上，压缩比大于4。 •真空泵：将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。 b.按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式
化工原理第二章
p有 100%
p轴
（2-3）
第二节 离心泵
离心泵效率与泵的尺寸、类型、构造、加工精度、液 体流量和所输送液体性质有关，一般小型泵效率为50%— 70%，大型泵可达到90%左右。
2．特性曲线 离心泵的有效压头、轴功率、效率与流量之间的关系 曲线称为离心泵的特性曲线,如图2-8所示，其中以扬程和 流量的关系最为重要。由于泵的特性曲线随泵转速而改变， 故其数值通常是在额定转速和标准试验条件(大气压 101.325kPa,20℃清水)下测得。通常在泵的产品样本中附 有泵的主要性能参数和特性曲线,供选泵和操作参考。
③ qv- 曲线 表示泵的效率和流量的关系。曲线表明 离心泵的效率随流量的增大而增大，当流量增大到一定值 后，效率随流量的增大而下降，曲线存在一最高效率点即 为设计点。对应于该点的各性能参数 qv 、p轴 和 H 称为最 佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产 任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。
qv1 n1 qv2 n2
H1 H2
n1 n2
2
p轴1 p轴2
3
n1 n2
（2-4）
式中qv1 、H1 、p轴1 ——转速为时泵的流量、扬程、轴功率； 、 qv2 H2 、p轴2——转速为时泵的流量、扬程、轴功率。
第二节 离心泵
2．离心泵的主要部件 离心泵的主要部件为叶轮、泵壳和轴封装置。(1)叶 轮叶轮是离心泵的关键部件,其作用是将原动机的机械能 传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。 叶轮有6-8片的后弯叶片组成。按其机械结构可分为以下 三种，如图2-2所示。开式叶轮仅有叶片和轮毂，两侧均 无盖板，制造简单,清洗方便，如图2-2(a)所示；半闭式 叶轮,没有前盖板而有后盖板的叶轮，如图2-2(b)所示； 闭式叶轮两侧分别有前、后盖板,流道是封闭的，如图22(c)所示,这种叶轮液体流动摩擦阻力损失小,适用于高扬 程、洁净液体的输送。
02化工原理第二章习题答案
2-1．某离心泵以C 150水进行泵性能实验，体积流量为13h 540m -⋅，泵出口压力表读数为kPa 350，泵入口真空表读数为30kPa 。
若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管和压出管内径分别为350mm 及310mm ，试求泵的扬程。
（ 答：39.2m ） 解：1313s m 15.0h m 540--⋅=⋅=V q ，()1222s m 99.131.015.04-⋅=⨯⨯==πA q u V ， ()1211s m 56.135.015.04-⋅=⨯⨯==πA q u V ， gu u g P g P h g u u H H h H 2221222102122210-+++=-+++=ρρm 2.398.9256.199.18.9100010308.910001035035.02233=⨯-+⨯⨯+⨯⨯+=。
2-2．在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。
已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m ，管内径为75mm ，换热器的压头损失为gu 2322，在上述条件下摩擦系数可取为03.0，离心泵在转速1min r 2900-⋅=n 时的q H -特性曲线数据如下表所示。
解：设管路特性曲线为V Bq A H +=，2228.9108.9232075.040003.010232u ug u d l Z H +=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++∆=∴λ， ()2075.04⨯⨯==πVV q A q u代入上式得：()254221003.510075.0168.910V Vq q H ⨯+=⨯⨯+=π，由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。
工作点：m 20=H ，13s m 0045.0-⋅=V q 。
2-3．某离心泵的额定流量为13h16.8m -⋅，扬程为18m 。
试问此泵是否能将密度为3m 1060kg -⋅、流量为13h 15m -⋅的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa 的设备中，敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为8.5m 。
化工原理内容概要-第2章
《化工原理》内容提要第二章流体输送机械1. 基本概念1）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳2）泵的流量q v：指泵的单位时间内送出的液体体积，等于管路中的流量，这是输送任务所规定必须达到的输送量。
3）泵的压头（又称扬程）He是指泵向单位重量流体提供的能量。
4）流体输送机械的分类：动力式（叶轮式）、容积式（正位移式）、其他类型。
5）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳。
6）离心泵的主要性能参数：流量、扬程、效率、轴功率。
7）离心泵特性曲线：描述压头、轴功率、效率与流量关系的曲线。
8）离心泵的工作点：泵特性曲线与管路特性曲线的交点。
9）离心泵的调节：改变管路特性（阀门的开大关小，改变K值）；改变泵的特性（改变D、n，调节工作点）。
10）往复泵的结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。
2. 基本原理1）离心泵的工作原理：电动机经泵轴带动叶轮旋转，叶片间的液体在离心力作用下，沿叶片间的通道从叶轮中心进口处甩向叶轮外围，以很高速度汇入泵壳；液体经泵壳将大部分动能转变为静压能，以较高压力从压出口进入排出管。
2）泵的汽蚀现象：当水泵叶轮中心进口出压力低于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将发生沸腾部分汽化。
所生成的汽泡，在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，因压强升高，气泡立即凝聚。
高速度冲向原空间，在冲击点处产生高频高压强冲击。
当气泡的凝结发生在叶轮表面时，气泡周围液体在高压作用下如细小的高频水锤撞击叶片，加之气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用，将导致叶片过早损坏。
3）离心泵的选用原则：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；③根据所需流量和压头确定泵的型号。
4）往复泵的工作原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。
5）气体输送的特点：气体的密度相对液体很小，①动力消耗大；②气体输送机械体积一般都很庞大；③输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。
化工原理 第2章
工作时，Q H N ?
一.管路特性曲线与离心泵工作点 离心泵工作点
—— 管路特性曲线（Q~H）与泵特性 曲线（Q~H）的交点。
1、管路特性方程 —— 管路流量~所需外加压头
外加压头：
p u 2 H e z H f， 2 1 g 2g
H ~Q
Q ，Hf ，H
假设：
~叶片数——液体无环流 ~理想流体——无能量损失
u 2 c 2 cos 2 1 Q 2 H r ctg A BQ g g 2b 2 g
——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。
液体从截面1到截面2，静压头 的变化来自两方面：
介质： 液体 —— 泵 气体 —— 风机、压缩机 工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2-1-1
离心泵
离 心 泵 的 外 观
一 主要部件
（1）叶轮 —— 叶片（含盖板）
4 ~ 8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板 闭式叶轮
半开式 开式
（2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
2 1
2g
2 2
即
因此： H T，
2 2 2 u 2 u1 1 2 C2 C1 2 2 2 2g 2g 2g
Cr2
u2-Cr2ctgβ2
根据余弦定律及圆周速度u、相对速度ω 和绝对速度C之 间的关系：
c u 2c1u1 cos1
2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2
H~Q曲线： N~Q曲线： ~Q曲线：
Q
Q Q
H
N
H [ m]
一.管路特性曲线与离心泵工作点 离心泵工作点
—— 管路特性曲线（Q~H）与泵特性 曲线（Q~H）的交点。
1、管路特性方程 —— 管路流量~所需外加压头
外加压头：
p u 2 H e z H f， 2 1 g 2g
H ~Q
Q ，Hf ，H
假设：
~叶片数——液体无环流 ~理想流体——无能量损失
u 2 c 2 cos 2 1 Q 2 H r ctg A BQ g g 2b 2 g
——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。
液体从截面1到截面2，静压头 的变化来自两方面：
介质： 液体 —— 泵 气体 —— 风机、压缩机 工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2-1-1
离心泵
离 心 泵 的 外 观
一 主要部件
（1）叶轮 —— 叶片（含盖板）
4 ~ 8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板 闭式叶轮
半开式 开式
（2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
2 1
2g
2 2
即
因此： H T，
2 2 2 u 2 u1 1 2 C2 C1 2 2 2 2g 2g 2g
Cr2
u2-Cr2ctgβ2
根据余弦定律及圆周速度u、相对速度ω 和绝对速度C之 间的关系：
c u 2c1u1 cos1
2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2
H~Q曲线： N~Q曲线： ~Q曲线：
Q
Q Q
H
N
H [ m]
化工原理第2章
离心泵的安装高度
离心泵的类型
离心泵的选择原则： 1.确定输送系统的流量与压头。 2.选择泵的类型与型号 3.核算泵的轴功率
（1）水泵
用来输送水或与水类似的（化学性质类似
于水的）液体的泵。分为三类。
• B（单级）：泵体与泵盖都是铸铁
• D（多级）：一般2-9级，最多可有12级。
• SH（双吸式）：若输送的液体流量大而压头并
2）向下作用于薄层顶面的总压力（p+dp）A
3）薄层向下作用的重力ρgdz A
平衡时：所有力相等 p A= （p+dp）A + ρgdz A 积分得：p2=p1+ρg（z1-z2） ——流体静力学基本方程
1-4 流体静力学的应用
• U形管压强计
• 液位计
• 液封
第二节 流体流动
2-1 流体的流量和流速 • 体积流量（qV）——单位时间流过导管任一横
2-4 牛顿粘性定律
• 选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析。设两 薄层之间垂直距离为dy，两薄层速度差为du， 即（u2-u1），两薄层之间接触的圆筒表面积为 A，两薄层之间的内摩擦力为F。
• 实验证明，对于一定流体，内摩擦力F与接触
面积A成正比，与速度差du成反比，此即牛顿
粘度定律。
du F A dy F du A dy
第二章
流体流动与输送
内容提要：主要讨论化工生产过程中的流体流 动的基本原理及流体流动的基本规律，并运用这 些原理与规律去分析和解决化工生产中的物料输 送问题。 基本要求： 1.了解化工生产过程中流体流动的基本规律； 2.掌握柏努利方程及其在化工生产中的应用； 3.掌握流体在管内流动阻力的计算； 4.了解流体输送机械的工作原理和相关计算。
化工原理-第二章-流体输送机械PPT课件
总效率：
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
新版化工原理习题答案(02)第二章 流体输送机械
第二章 流体输送机械1．用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。
管路情况如本题附图所示。
启动泵之前A 、C 两压力表的读数相等。
启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m 3/h ，此时泵的压头为38 m 。
已知输油管内径为100 mm ，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m 3。
试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。
解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1’与2-2’截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2e e H K Bq =+由于启动离心泵之前p A =p C ,于是g p Z K ρ∆+∆==0则 2e e H Bq = 又 e 38H H ==m])39/(38[2=B h 2/m 5=2.5×10–2 h 2/m 5则 22e e 2.510H q -=⨯（q e 的单位为m 3/h ）（2）输油管线总长度2e 2l l u H d gλ+= 39π0.0136004u ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦m/s=1.38 m/s于是 e 22229.810.1380.02 1.38gdH l l u λ⨯⨯⨯+==⨯m=1960 m 2．用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定实验。
在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa 和220 kPa ，两测压口之间垂直距离为0.5 m ，泵的轴功率为6.7 kW 。
泵吸入管和排出管内径均为80 mm ，吸入管中流动阻力可表达为2f,0113.0h u -=∑（u 1为吸入管内水的流速，m/s ）。
离心泵的安装高度为2.5 m ，实验是在20 ℃，98.1 kPa习题1 附图的条件下进行。
试计算泵的流量、压头和效率。
解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到∑-+++=10,211120f h u p gZ ρ将有关数据代入上式并整理，得48.3581.95.2100010605.3321=⨯-⨯=u184.31=u m/s则 2π(0.08 3.1843600)4q =⨯⨯⨯m 3/h=57.61 m 3/h(2) 泵的扬程29.04m m 5.081.9100010)22060(3021=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⨯+=++=h H H H(3) 泵的效率s 29.0457.6110009.81100%100036001000 6.7Hq g P ρη⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q =57.61 m 3/h H =29.04 m P =6.7 kW η=68% 3．对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。
化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解
密度 1 800kg / m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
化工原理第二章第二节讲稿
液体中的扩散系数较气体中的扩散系数小。
2013-8-13
四、涡流扩散与对流传质
1、涡流扩散
涡流扩散是指在湍流主体中通过大量流体质点的脉动
与返混实现物质传递的作用；
湍流流体中在进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩
散。涡流扩散传质速率比分子扩散大得多；
对流扩散即是湍流主体与两相界面间的涡流扩散与分
2013-8-13
b）以△x为推动力的吸收速率方程
N A K x ( x x)
*
K x —以△x为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)
5、各种吸收系数之间的关系
1）总系数与分系数的关系
1 1 1 K G k g Hk l
1 1 1 , , K G k g Hk l 分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力
1 1 KG k g
2013-8-13
即K G k g
——气膜控制
2）溶解度很小时的难溶气体
1 H 1 K L k g kl
当H很小时，
H 1 kg kl
1 1 K L kl
——液膜控制
3）对于溶解度适中的气体吸收过程
气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必
——液膜吸收速率方程
kl —以 c 为推动力的液膜吸收系数，m/s；
2013-8-13
当液相的组成以摩尔分率表示时
N A k x ( xi x)
—以 x 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 kx 当液相组成以摩尔比浓度表示时
NA kX (Xi X )
k X —以 X 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2013-8-13
化工原理 天大出版社 第二章吸收第二节
p A1 − p A 2 = pB 2 − pB1
p Bm = p B 2 − p B1 p ln B 2 p B1
NA =
令：
D P ( pA1 − pA2 ) NA = RTz pBm
P/PBM 称为漂流因数
一氨水贮槽，直径为2m，槽内装有农业氨水，浓度为10%， 例、一氨水贮槽，直径为 ，槽内装有农业氨水，浓度为 ， 如果没有加盖，则氨水将以分子扩散方式挥发而损失， 如果没有加盖，则氨水将以分子扩散方式挥发而损失，假定扩 散时时通过一层厚度为 厚度为5mm的静止空气层，平均温度为 ℃， 的静止空气层， 散时时通过一层厚度为 的静止空气层 平均温度为20℃ 在 1atm下， 氨的扩散系数为 下 氨的扩散系数为0.0647m2/h。试计算一昼夜内氨的 。 挥发损失量。设体系服从亨利定律，且E=268kN/m2。 挥发损失量。设体系服从亨利定律，
2
P
（2）z=z时，cA=cA2。
积分： 积分：
N A ∫ dz = − DAB ∫
0
z
cA2
c A1
dc A
NA = JA =
DAB (c A1 − c A2 ) z
当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理， 当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，于是
cA =
pA RT
DAB ( p A1 − p A2 ) NA = JA = RTz
DAB P dp A NA = − RT P − p A dz
DAB P dp A NA = − RT P − p A dz
边界条件： 边界条件： （1）z=0时，pA=pA1 ） 时 （2）z=z时，pA=pA2 ） 时
NA = DP p B 2 ln RTz pB1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
解：应当满足①安装高度②扬程 ①
[H g ] p0
g
pV
g
H
f 01
[( NPSH ) r 0 . 5 ]
=10.33-0.24-1-3.5=5.59m>Hg=3m ②两槽液面之间列管路方程 H=ΔZ+ΣHf=20+1+6=27m<32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。
5.3 通风机 1．常用类型：轴流式通风机 离心式通风机
轴流式通风机
离心式通风机
离心式通风机
离心式通风机
2．离心式通风机(录像) 原理与离心泵相同，不同之处： ①风压 pT∝ρ ②动能在总机械能中所占比重明显
3．特性曲线 参数：风量qV, 风压pT,pS, 功率P, 效率η 出厂标准：0.1MPa, 20℃空气, ρ=1.2kg/m3 以入口状态为基准： ①qV, ②ρ, ③pT, 使用中注意换算 '
g
pV
g
H
f 01
[( NPSH ) r 0 . 5 ]
实际安装高度Hg<[Hg]即可。 另：①吸入管径常大于压出管径 ②吸入管不装调节阀
再沸器循环泵
例 4 图示两槽间要安装一台离心泵，常压下输送 20℃水，流量qV=45m3/h, 现有一台清水泵, 在此流 量下He=32.6m，(NPSH)r=3m, 已算得Hf吸入=1m， Hf压出(阀全开)=6m 。 试问：这台泵是否可用？
真空泵抽的是什么？
真空泵抽 ①漏入系统的空气 ②系统内产生的不凝性气体 ③部分物料(占有一定的分压)
选真空泵时注意： 1．抽气速率要大于漏气速率 2．被带走的物料量的多少
流体输送机械的安全问题 现象：烧保险丝、烧电机、毁坏输送机械 认识三点： ①P~qV曲线的趋势 ②正位移特性 ③密度ρ的大小(以入口状态为基准) 实例：①某研究生用罗茨风机做小风量实验时， 保险丝老是烧，换铜丝后，电机烧了； ②用旋涡泵输水，启动前关闭出口阀， 结果启动时总是烧保险丝 ③用真空泵时，将真空泵入口接了大气， 开了一会儿电机烧了
2.4 离心泵的安装高度 1．汽蚀现象(录像)
叶轮入口K处压强最低，Hg太大时，pK≤pV, 液体汽化，形成汽泡，受压缩后溃灭。 后果：叶轮受冲击而出现剥落 泵轴振动强烈，甚至振断
2．汽蚀余量NPSH 由 1 至 K： g
p1 u1
2
pk
2g
g
uk
2
H
2g
f 1 K
pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小, 定义临界汽蚀余量(NPSH)c
解：应当满足①安装高度②扬程 ①
[H g ] p0
g
pV
g
H
f 01
[( NPSH ) r 0 . 5 ]
=10.33-0.24-1-3.5=5.59m>Hg=3m ②两槽液面之间列管路方程 H=ΔZ+ΣHf=20+1+6=27m<32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。
K H 12 qV
2
0 . 18
新工作点B: qV’=7m3/h; H’=12+0.18×72=20.82m n n 2 , H e H 'e ( ) 将 q V q 'V
n' n'
2 同时代入泵特性方程H=40-0.1qV
得新泵特性方程
H ' e 40 (
n' n
) 0 . 1 q 'V
例如： H单=20-2qV2 2 H串=40-4qV 工作点 H’ ≠ 2H
②并联组合 同样压头下，两泵流量相加 H单=φ(qV)， H 并
( qV 2 )
例如： H单=20-2qV2 2 H并=20-0.5qV 工作点 qV’≠2qV
③组合方式的选择 当
P
g
H 单 max 时，
必须串联
本次讲课习题：
第二章 7~10
下次带好自测练习
汽蚀现象
返回
往复泵
返回
往复泵工作原理
返回
离心风机
返回
罗茨风机
返回
往复式压缩机
返回
f 1 K
p0
g max
g
pV
g
H
f 01
( NPSH ) C
规定必需汽蚀余量 (NPSH)r=(NPSH)c+Δ, 进泵样本，与流量有关 实际汽蚀余量 NPSH p 1
g
u1
2
pV
2g
g
须比(NPSH)r大0.5m以上， 最大允许安装高度[Hg]为
[H g ] p0
2．5 离心泵的类型与选用 1．类型 ①清水泵---单级、多级、双吸 ②耐腐蚀泵---用耐腐蚀材料 ③油泵---密封良好 ④液下泵---转轴特别长 ⑤屏蔽泵---无密封、无泄漏 2．选用 ①根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等 确定泵的类型； ②根据管路所需的qV，H，确定泵的型号。
选用泵型号最方便的图 —型谱图 若 则
p2 T 2 T1 p1
1 k
k 1 k
C
p
CV
1
螺杆式压缩机
离心式压缩机
混流式压缩机
5.6 真空泵 目的：获得和维持负压 主要性能参数： 1. 极限真空：能达到的稳定的最低压强， 用绝对压强表示 2. 抽气速率：以吸入口状态为基准，m3/h
( NPSH ) C p 1 min
ggຫໍສະໝຸດ u12
pV
2g
H
f 01
g
uk
2
H
2g
f 1 K
f 1 K
2
由 0 至 K： pK=pV时
H
p0
g
H
H
pk
g
uk
2g
uk 2g
2
H
g max
p0
g
pV
g
H
f 01
H
1
u↑10倍, ρ↓
1000
倍, d↑10倍
5.2气体输送机械分类 按结构分： 离心式 例：离心风机 往复式 往复式压缩机 旋转式 罗茨风机 流体作用式 喷射泵 一般按进出口压强差分 ： 通风机：出口压强≤15kPa(表) 鼓风机：出口压强15kPa~0.3MPa(表) 压缩机：出口压强>0.3MPa(表) 真空泵：生成负压，进口<0.1MPa, 出口0.1MPa
p 'T p T
例1 某离心风机铭牌给出全压1.8×103Pa, 现用于 输送ρ’=1.5kg/m3的气体。 求：PT’=? 解： P 'T
PT
'
1800
1 .5 1 .2
2 . 25 10 Pa
3
离心通风机放炉前、炉后有什么不同？
风量、密度、风压
5.4 鼓风机 1．罗茨风机(录像)
3.3 流量特点： 1)正位移特性:流量由泵决定, 与管路特性无关 2)流量: qV = A L n ηV A泵缸截面, L活塞行程, n转速, ηV容积效率 3)不均匀性: 加气室, 双动, 多缸
4)流量调节: ①旁路阀 ②改变转速和行程 3.4扬程: 在电机功率范围内， 由管路特性决定 3.5操作: 一般无气缚，能自吸 3.6安装: 不装出口调节阀 也有汽蚀问题
4 其它化工用泵 4．1 非正位移泵 1．轴流泵
2．旋涡泵
2．旋涡泵
5．气体输送机械 5.1 气体输送特点： 1．流量：ρ液≈1000ρ气，当质量流量相同时， qV气≈1000qV液 2．经济流速：水1~3m/s；空气15~25m/s u气≈10u液，动能项大 3．管径
d qm
4
u
，qm相同时，
注意：①正位移特性 ②温度过高会使转子卡住
5.5 压缩机 1．往复式压缩机(录像) 原理与往复泵相同。余隙容积：免撞缸,
当压缩比
p2 p1
达到上限时,VB=VC,流量为零
主要指标：①生产能力qV, 以吸入常温常压空气测定 ②排出压强p2,
k 1 k
k p2 P p 1V C k 1 p1
例3 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为 He=40-0.1qV2 (He—m,qV—m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量 减少30% (流动处于阻力平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
解：管路H=12+KqV2 原工作点A: qV=10m3/h H=40-0.1×102=30m 代入管路方程
2 2
将B点qV’=7m3/h; H’=20.82m代入 得 n'
0 . 8018 n
n’=0.8018×2900=2325 r/min
易犯错误：
n 解： ' n q 'V qV 2900 7 10
=2030r/min
对工作点的含义毫无认识.
3．组合操作 ①串联组合 同样流量下，两泵压头相加 H单=φ(qV)， H串=2φ(qV)
q 'V qV
H' H (
D' D
D' D )
2
P ， 'a Pa
(
D' D
)
3
泵铭牌：
选用泵型号最方便的图—型谱图
查qV=10m3/h, He=30m, 可选50-32-160,n=2900rpm 或65-40-315,n=1450rpm
3．往复泵(录像) 3.1 主要构件：泵缸、活塞、活门 3.2 工作原理：直接提供压强能(动画)