化工原理第2章 流体输送机械
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图2-4 泵壳与导轮
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（3）轴封装置 旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封，称为轴封。它的作
用是防止高压液体在泵内沿轴漏出，或者外界空气沿轴进入泵 内。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 ①填料密封
填料密封又称填料函，是离心泵中最常见的密封。其结构 主要由填料座、液封环、填料压盖、双头螺栓等组成。填料通 常采用浸油或浸渍石墨的石棉绳等。 ②机械密封
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2.离心泵的主要部件 离心泵主要由两部分构成：
一是包括叶轮和泵轴的旋转部件； 另一是包括泵壳、轴封装置等静止部件。 其中最主要的部件是叶轮、泵壳和轴封装置。
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（1）叶轮 叶轮是使液体接受外加能量的部分，即液体在泵内所获得的能量是
由叶轮传给的。叶轮的结构如图2-2所示。 叶轮内有6~12片弯曲的叶片，其弯曲方向与转动方向相反。液体从叶轮 中央入口进入后，随叶轮高速旋转而获得了能量。图2-2中(a)所示为叶片 两侧均有盖板的叶轮，称为闭式叶轮；图中(b)所示为在吸入口侧无盖板 的叶轮，称为半闭式叶轮；图中(c)所示为叶片两侧均无盖板的叶轮，称 为开式叶轮。
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（2）气缚现象 当离心泵启动时，若泵内未能充满液体而存在大量空
气，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生 的惯性离心力很小，在叶轮中心处形成的低压不足以形成 吸入液体所需要的压强差（真空度），这种虽启动离心泵 但不能输送液体的现象称为气缚。可见，离心泵是一种没 有自吸能力的液体输送机械，在启动前必须向泵壳内灌满 液体。
2.1 概述 2.2 离心泵 2.3 其他类型泵 2.4 气体输送机械
2.1 概述
2.1.1 流体输送机械的作用
在化工生产过程中，流体输送是重要的单元操作之一， 它遵循流体流动的基本原理。流体输送机械就是对流体做 功，以完成输送任务的机械。通常，将输送液体的机械称 为泵，将输送气体的机械按工况不同称为风机、压缩机和 真空泵。
它主要由装在泵轴上的动环和固定在泵壳上的静环所组成， 两环的端面借弹力使之相互贴紧而起到密封的作用，因此机械 密封又称端面密封。动环一般用硬质金属材料制成，静环用浸 渍石墨或酚醛塑料等非金属材料制成。
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2.2.2离心泵的性能
1.主要性能参数 （1）流量
离心泵的流量又称为泵的送液能力，是指离心泵在单位时间 内排出的液体体积，用Q表示，其单位为m3/s或m3/h。
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2.离心泵的特性曲线
离心泵的特性曲线 一般都是在一定转速下， 以常温清水为工作介质 通过实验测得的，由泵 的生产部门提供，将其 附在泵的样本或说明书 中，供使用部门选用和 指导操 作 。图 2-6 为 某 离心泵在转速 n=2900r/min 时 的 特 性 曲线。
图2-6 离心泵特性曲线
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当p1≤pv（输送温度下液体的饱和蒸气压）时，液体 在泵的入口处开始气化，产生气泡，含气泡的液体进入高 压区后，气泡就急剧凝结或破裂。因气泡的消失而产生了 局部真空，周围的液体便以极高的速度冲向原气泡中心， 瞬间产生了极大的局部冲击压力，造成对叶轮和泵壳的冲 击，这种力的反复作用，使材料表面疲劳，从开始点蚀到 形成严重的蜂窝状孔洞，使叶轮受到损坏。这种现象称为 气蚀。
图2-2 离心泵的叶轮
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按吸液方式不同，叶轮可分为单吸式和双吸式两种。 单吸式叶轮如图2-3(a)所示，液体只能从叶轮一侧被吸入。 双吸式叶轮如图2-3(b)所示，液体可同时从叶轮两侧吸入。
图2-3 吸液方式
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（2）泵壳 泵壳亦称泵体，主要作用是将叶轮封闭在一定的空间，
以使叶轮引进并排出液体，并将液体所获得的大部分动能转 变成静压能，因此它又是一个转能装置。其结构如图2-4所示。
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2.1.2 流体输送机械的分类
流体输送机械按照其工作原理可分为以下几种类型： （1）动力式（又称叶轮式、非正位移式） 它是利用高速旋转的叶轮使流体获得能量。主要包括离心 式、轴流式和旋涡式输送机械。 （2）容积式（又称正位移式） 它是利用活塞或转子的挤压作用使流体升压排出。包括往 复式、旋转式输送机械。 （3）流体动力式 利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输 送另一种流体。例如喷射泵等。 本章重点讨论化工生产中常用的泵及气体输送机械。要求 掌握典型输送机械的工作原理、基本结构及特性，以便能 合理的选择和使用这些输送机械。
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2.2 离心泵
2.2.1 离心泵的工作原理及主要部件
1. 离心泵的工作原理和气缚现象
（1）离心泵的工作原理
离心泵多用电动机驱动。启动前泵壳内要先灌满所 输送的液体。启动后泵轴带动叶轮高速旋转，产生 离心力，叶片间的液体也随之旋转，液体在离心力 的作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外缘的过程中获 得了能量，使液体的静压能和动能均有所增高。液 体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐扩大， 液体流速减小，使部分动能转换为静压能。最终液 体以较高的压强从泵的排出口进入排出管路，输送 至目的地。
（2）扬程
离心泵的扬程又称为泵的压头，是指泵对单位重量液体提供 的有效能量，亦即液体在进泵前与出泵后的压头差，用H表示，其 单位为m。
（3）功率和效率
单示，位其时单间位内为泵J对/s，输即出W液或体k所W作。的电功机，传称给为泵泵轴的的有功效率功称率为泵，的以轴Ne功表 率，以N表示。离心泵运转时，由于泵轴与轴承、填料函等的机械 磨擦，液体从叶轮进口到出口的流动阻力和漏失等，要损失一部 分能量，所以电机传给泵轴的功率，不可能全部传给液体而成为 有为泵效的功总率效，率即，N一以定η表大示于。Ne。我们把有效功率与轴功率的比值，称
3.影响离心泵性能的因素 化工生产中，所输送的液体是多种多样的，同一台离
心泵用于输送不同液体时，由于液体的性质不同，泵的性 能就要发生变化。此外，若改变泵的转速和叶轮直径，也 会使泵的性能改变。 （1）密度的影响。 （2）粘度的影响。 （3）转速的影响。 （4）叶轮直径的影响。
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4.离心泵的气蚀现象与安装高度 （1）离心泵的气蚀现象
当叶轮内的液体被抛出后，叶轮中心处形成低压区，
造成吸入口处压强低于贮槽液面的压强，在此压强
差的作用下，液体便沿着吸入管道连续地吸入泵内。 1.叶轮 2.泵壳 3.泵轴 4.吸入口
只要叶轮不停地旋转，离心泵就不停地吸入和排出 5.吸入管6.排出口 7.排除管 8.底阀
液体。
9.滤网 10.调节阀 图2-1离心泵装置简图
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（3）轴封装置 旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封，称为轴封。它的作
用是防止高压液体在泵内沿轴漏出，或者外界空气沿轴进入泵 内。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 ①填料密封
填料密封又称填料函，是离心泵中最常见的密封。其结构 主要由填料座、液封环、填料压盖、双头螺栓等组成。填料通 常采用浸油或浸渍石墨的石棉绳等。 ②机械密封
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2.离心泵的主要部件 离心泵主要由两部分构成：
一是包括叶轮和泵轴的旋转部件； 另一是包括泵壳、轴封装置等静止部件。 其中最主要的部件是叶轮、泵壳和轴封装置。
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（1）叶轮 叶轮是使液体接受外加能量的部分，即液体在泵内所获得的能量是
由叶轮传给的。叶轮的结构如图2-2所示。 叶轮内有6~12片弯曲的叶片，其弯曲方向与转动方向相反。液体从叶轮 中央入口进入后，随叶轮高速旋转而获得了能量。图2-2中(a)所示为叶片 两侧均有盖板的叶轮，称为闭式叶轮；图中(b)所示为在吸入口侧无盖板 的叶轮，称为半闭式叶轮；图中(c)所示为叶片两侧均无盖板的叶轮，称 为开式叶轮。
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（2）气缚现象 当离心泵启动时，若泵内未能充满液体而存在大量空
气，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生 的惯性离心力很小，在叶轮中心处形成的低压不足以形成 吸入液体所需要的压强差（真空度），这种虽启动离心泵 但不能输送液体的现象称为气缚。可见，离心泵是一种没 有自吸能力的液体输送机械，在启动前必须向泵壳内灌满 液体。
2.1 概述 2.2 离心泵 2.3 其他类型泵 2.4 气体输送机械
2.1 概述
2.1.1 流体输送机械的作用
在化工生产过程中，流体输送是重要的单元操作之一， 它遵循流体流动的基本原理。流体输送机械就是对流体做 功，以完成输送任务的机械。通常，将输送液体的机械称 为泵，将输送气体的机械按工况不同称为风机、压缩机和 真空泵。
它主要由装在泵轴上的动环和固定在泵壳上的静环所组成， 两环的端面借弹力使之相互贴紧而起到密封的作用，因此机械 密封又称端面密封。动环一般用硬质金属材料制成，静环用浸 渍石墨或酚醛塑料等非金属材料制成。
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2.2.2离心泵的性能
1.主要性能参数 （1）流量
离心泵的流量又称为泵的送液能力，是指离心泵在单位时间 内排出的液体体积，用Q表示，其单位为m3/s或m3/h。
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2.离心泵的特性曲线
离心泵的特性曲线 一般都是在一定转速下， 以常温清水为工作介质 通过实验测得的，由泵 的生产部门提供，将其 附在泵的样本或说明书 中，供使用部门选用和 指导操 作 。图 2-6 为 某 离心泵在转速 n=2900r/min 时 的 特 性 曲线。
图2-6 离心泵特性曲线
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当p1≤pv（输送温度下液体的饱和蒸气压）时，液体 在泵的入口处开始气化，产生气泡，含气泡的液体进入高 压区后，气泡就急剧凝结或破裂。因气泡的消失而产生了 局部真空，周围的液体便以极高的速度冲向原气泡中心， 瞬间产生了极大的局部冲击压力，造成对叶轮和泵壳的冲 击，这种力的反复作用，使材料表面疲劳，从开始点蚀到 形成严重的蜂窝状孔洞，使叶轮受到损坏。这种现象称为 气蚀。
图2-2 离心泵的叶轮
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按吸液方式不同，叶轮可分为单吸式和双吸式两种。 单吸式叶轮如图2-3(a)所示，液体只能从叶轮一侧被吸入。 双吸式叶轮如图2-3(b)所示，液体可同时从叶轮两侧吸入。
图2-3 吸液方式
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（2）泵壳 泵壳亦称泵体，主要作用是将叶轮封闭在一定的空间，
以使叶轮引进并排出液体，并将液体所获得的大部分动能转 变成静压能，因此它又是一个转能装置。其结构如图2-4所示。
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2.1.2 流体输送机械的分类
流体输送机械按照其工作原理可分为以下几种类型： （1）动力式（又称叶轮式、非正位移式） 它是利用高速旋转的叶轮使流体获得能量。主要包括离心 式、轴流式和旋涡式输送机械。 （2）容积式（又称正位移式） 它是利用活塞或转子的挤压作用使流体升压排出。包括往 复式、旋转式输送机械。 （3）流体动力式 利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输 送另一种流体。例如喷射泵等。 本章重点讨论化工生产中常用的泵及气体输送机械。要求 掌握典型输送机械的工作原理、基本结构及特性，以便能 合理的选择和使用这些输送机械。
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2.2 离心泵
2.2.1 离心泵的工作原理及主要部件
1. 离心泵的工作原理和气缚现象
（1）离心泵的工作原理
离心泵多用电动机驱动。启动前泵壳内要先灌满所 输送的液体。启动后泵轴带动叶轮高速旋转，产生 离心力，叶片间的液体也随之旋转，液体在离心力 的作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外缘的过程中获 得了能量，使液体的静压能和动能均有所增高。液 体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐扩大， 液体流速减小，使部分动能转换为静压能。最终液 体以较高的压强从泵的排出口进入排出管路，输送 至目的地。
（2）扬程
离心泵的扬程又称为泵的压头，是指泵对单位重量液体提供 的有效能量，亦即液体在进泵前与出泵后的压头差，用H表示，其 单位为m。
（3）功率和效率
单示，位其时单间位内为泵J对/s，输即出W液或体k所W作。的电功机，传称给为泵泵轴的的有功效率功称率为泵，的以轴Ne功表 率，以N表示。离心泵运转时，由于泵轴与轴承、填料函等的机械 磨擦，液体从叶轮进口到出口的流动阻力和漏失等，要损失一部 分能量，所以电机传给泵轴的功率，不可能全部传给液体而成为 有为泵效的功总率效，率即，N一以定η表大示于。Ne。我们把有效功率与轴功率的比值，称
3.影响离心泵性能的因素 化工生产中，所输送的液体是多种多样的，同一台离
心泵用于输送不同液体时，由于液体的性质不同，泵的性 能就要发生变化。此外，若改变泵的转速和叶轮直径，也 会使泵的性能改变。 （1）密度的影响。 （2）粘度的影响。 （3）转速的影响。 （4）叶轮直径的影响。
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4.离心泵的气蚀现象与安装高度 （1）离心泵的气蚀现象
当叶轮内的液体被抛出后，叶轮中心处形成低压区，
造成吸入口处压强低于贮槽液面的压强，在此压强
差的作用下，液体便沿着吸入管道连续地吸入泵内。 1.叶轮 2.泵壳 3.泵轴 4.吸入口
只要叶轮不停地旋转，离心泵就不停地吸入和排出 5.吸入管6.排出口 7.排除管 8.底阀
液体。
9.滤网 10.调节阀 图2-1离心泵装置简图