化工原理-2章流体输送机械——总结

e、平衡孔 ——闭式或半闭式叶轮
后盖板与泵壳之间空腔液 体的压强较吸入口侧高
→轴向推力 →磨损 如何 解决？ 平衡孔
平衡孔
F
平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。
2.2.2 离心泵的特性曲线 泵内造成功率损失的原因：
①阻力损失（水力损失） ——产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。 ②流量损失（容积损失）
标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。
NPSH = (NPSH)r + 0.5
三、允许安装高度[Hg]
最大允许安装高度为：
2.2.5离心泵的类型与选用
一、离心泵的类型
按叶轮数目分类:单级、多级； 按吸液方式分类：单吸、双吸； 按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵； 1) 清水泵---化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型－单级、单吸； 以IS100-80-125为例： IS—国际标准单级单吸清水离心泵； 100—吸入管内径，mm； 80—排出管内径,mm； 125—叶轮直径,mm
P 2 H Kqv g
1—低阻管路系统 2—高阻管路系统
由图得：需向流体提供的能量高于提高流体势能和克服 管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有 关。
（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量
①扬程和升举高度是否相同？
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，两液面间的高度差。
2.3.1往复泵的作用原理和类型
（1）作用原理
如图所示为曲柄连杆机构带动的往复
泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活 门组成。活柱在外力推动下作往复运动， 由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打 开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体 的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的 往复运动直接以压强能的形式向液体提供
H并
A
B b
d
H
c
qV,1
qV,并
qV
离心泵的并联操作
单台泵
并联
单级双吸泵
4、离心泵的串联
两台型号相同的泵串联操 作时，每台泵的流量和压 头也各自相同。
B c’ H串 d A c b qV qV,串
H
特点: H串 = 2H单 qv串>qv单
—需要大扬程时，用串联
离心泵的串联操作
单台泵
串联
多级离心泵
图2-17 IS型离心泵结构图 1-泵体；2-叶轮螺母；3-止动垫圈；4-密封环；5-叶轮； 6-泵盖；7-轴盖；8-填料环；9-填料；10-填料压盖； 11-悬架轴承部分；12-泵轴
D型－多级；Sh型－双吸
2) 耐腐蚀泵(F型)---输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体
3)油泵(Y型)---油品易燃易爆，要求泵有良好密封性
（6）磁力泵（C型）---特别适用于输送易燃易爆液体
永磁联轴驱动，无轴封， 无漏液，运转时无摩擦， 高效节能
二、 离心泵的选用
（1）根据液体的性质和操作条件确定泵类型；
（2）确定管路流量和所需外加压头确定泵的型号 ；
qV生产任务，He 管路的特性方程 （3）校核。
三、离心泵的安装与操作
安装
①安装高度应小于允许安装高度
化工原理
principles of chemical engineering
第二章 流体输送机械 ——总结
延安大学化学与化工学院
第二章 流体输送机械
第一节 概述 第二节 离心泵 第三节 往复泵 第四节 其他化工用泵 第五节 气体输送机械
第一节 概 述
一、化工生产中为什么要流体输送机械？
——为输送流体而提供能量的设备
2、流量调节
老式水龙头
现代水龙头 化工生产流量调节方式 改变管路的特性曲线
改变泵的特性曲线
（1）改变管路特性曲线
调节阀 排出管 排出口 吸入口 吸入管 泵 壳 叶轮 泵 轴
——调节泵出口管路上的阀门
底 阀 滤 网
改变管路特性曲线调节: 优点：调节迅速方便，灵活，可连续调节。
缺点：流体阻力加大，需额外消耗能量，不经济。
2.2.4离心泵的安装高度
安装高度: 液面到泵入口处的垂直距离(Hg)
问题： 安装高度有无限制？——引出汽蚀概念：
一、汽蚀现象
当p1pv，叶轮中心汽化气泡 随液体流向高压区 气泡凝结或破裂 周围液体高速冲向原气泡所占空间 撞击叶片(水锤) 引起震动 使泵体和叶轮受到破坏 汽蚀 Pv——液体的饱和蒸气压 伴随现象: ①泵体振动并发出噪音；
n一定
H
H e ~ qv
~ qv

P
Pa ~ qv
qV
离心泵特性曲线
（1） qv-He曲线：
（2） qv-Pa曲线： 当流量 qV =0 时，泵轴消耗的功率最小。 因此离心泵启动时应关闭出口阀门，使启 动功率最小，以保护电机。 （3） qv -曲线： 最高效率点称为离心泵的设计点。对 应于该点的各性能参数qV 、H 和Pa称为
当输送200℃以上的热油时,还需有冷却装置,一般在热油泵的 轴封装置和轴承处均装有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。 4) 液下泵(FY型)--泵体置于储槽液面以下
液下泵 1-安装平板； 2-轴套管； 3-泵体； 4-压出导管
（5）杂质泵（P型）----输送悬浮液及稠厚的浆液要求： 不易被杂质堵塞、耐磨、容易拆洗
——泵内有部分高压液体泄漏到低压区，使排出液体 的流量小于流经叶轮的流量导致的损失。 ③机械损失
——泵轴与轴承之间的摩擦，以及泵轴密封处的摩擦 等造成的损失。
(1)离心泵的主要性能参数
①(体积)流量qV ②扬程（压头）H m3/h，叶轮结构、尺寸和转速 1N流体通过泵获得的机械能。
J/N, m 与qV、叶轮结构、尺寸和n有关。 ③轴功率Pa 有效功率Pe W，单位时间原动机输入泵轴的能量 W，单位时间液体获得的能量
（2）改变泵特性曲线
——通过改变泵的转速或直径
改变泵的性能。
改变叶轮的转速
切削叶轮
改变泵的转速:
优点：流量随转速的下降而减小，动力消耗相应 降低，较经济。 缺点：需变速装置，或价格昂贵的变速电机，难以 做到流量连续调节
3、离心泵的并联 两台型号相同的泵并 联于管路系统中，且各自 吸入管路相同，则: qv并 = 2qv单 H并 > H单 —需要大流量时，用并联
Pe
电机 P e Pη
P

Pe qV gH
泵
④效率
pe 100 % pa
<100% —— 容积损失，水力损失，机械损失
⑤(叶轮)转速n
1000~3000rpm；2900rpm常见
(2)离心泵的特性曲线 H~qV

Pa~qV
~qV
厂家实验测定产品说明书
测定条件：常压下、20C、清水
②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；
调节阀应装于出口管路。 操作 ①启动前应灌泵，并排气
②应在出口阀关闭的情况下启动泵
③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮 ④经常检查轴封情况
2.3
往复泵
2.3.1往复泵的作用原理和类型 2.3.2往复泵的特性曲线与工作点
活塞泵
往复泵 隔膜泵 柱塞泵 利用活塞的往复运动，将能量传递给液体以达到吸入和 排出液体的目的。 容积式泵，属正位移泵
二、输送流体所需的能量 （1）管路特性曲线方程
——描述管路中流量qv与所需补加能量H的关系式
P H Kqv 2 g
—— 管路特性曲线方程
H—输送机械向单位重量流体提供的能量，称该机械的压头或扬程
管路特性方程：管路需要补加的机械能与流量的关系。
*流体输送机械的作用：对流体做功，使流体E↑。
汽动往复泵直接由蒸汽机驱动，泵的活塞和蒸汽机的活
塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机组。
按照作用方式可将往复泵分类如下： ①单动往复泵 活柱往复一次只吸液一次和排液一次。 ②双动往复泵 活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。
②泵的性能下降H , qv, 严重时不送液；

叶片的处理
斑痕和裂纹
汽蚀现象
讨论：
（1）汽蚀现象产生的原因： p1 p饱 ①安装高度太高
②吸入管路阻力或压头损失太高
③被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高
需要注意的是，不光是离心泵，任何泵都存在汽蚀的可能。
(2) 汽蚀的危害
①损坏泵的出叶轮泵壳等； ②泵的性能下降（q、H、η均降低）； ③泵体产生震动和噪音； ④由于液体大量汽化而造成的严重汽蚀可能使泵吸 液中断，造成其他生产事故。 (3) 汽蚀的判断标志 离心泵不存在其它故障的情况下，通常以泵 的扬程较正常值下降3%作为判断离心泵汽蚀的 标志。
能量的。
结构:往复泵的结构如图所示,其主要由泵缸、 活塞、单向吸入阀、单向排出阀等组成。 工作原理：
曲柄连杆机构将电机的回转运动
活塞杆直线往复运动
死点：活塞在泵缸内移动至左右两端的顶点 冲程：两死点之间的活塞行程
（2）往复泵的类型
按照往复泵的动力来源可分类如下： ①电动往复泵 电动往复泵由电动机驱动，是往复泵中最常见的一种。 电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动变 为往复运动。 ②汽动往复泵
图2-2离心泵的叶轮
吸液方式
单吸式 双吸式
图2-3 离心泵的吸液方式
b、离心泵的蜗壳
泵体也称为蜗壳，一般用铸铁制成，多作成蜗牛壳 的形状。叶轮四周甩出的液体汇集到叶轮与蜗壳间的通 道后，沿此通道螺旋式地转至排出口并排出泵外。泵壳 内壁应光滑，以减少液体的摩擦损失。
蜗壳的主要作用：
①汇集液体，并导出液体
输送机械，使用占化工用泵的80%-90%。输送
的工质范围很广，包括腐蚀性液体和含固体悬 浮物的液体。其突出特点是结构简单、体积小、 流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、 适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、
购臵费和操作费用均较低。
2.2.1 离心泵的工作原理
泵轴 排出口
叶轮
蜗壳
吸入口
灌满液体
的值为
。
但是，为使泵正常运转，p1必须高于p1,min，即
p1 u12 pv NPSH g 2g g
NPSH----实际汽蚀余量
为确保离心泵工作正常，临界汽蚀余量需加上一定的 安全量，即离心泵的必须汽蚀余量。
(NPSH)r = (NPSH)c + 安全量（0.3）
(NPSH)r——离心泵必须汽蚀余量
（4）如何防止汽蚀： ①调整安装高度,泵在安装时。应选用管径较大的吸 入管路，管路尽可能地短。 ②设法减小吸入管路的阻力。减少吸入管路的弯头、 阀门等管件。 ③降低输送流体温度。
二、汽蚀余量
令：
(NPSH)c——离心泵的临界汽蚀余量。表示在泵内刚
发生汽蚀的临界条件下，泵入口处机械能
超出汽化点的势能
叶轮旋转
离心力甩出液体
蜗壳内进行能量的转换 流体被压出 叶轮中心形成真空 在压力差的作用下 流体被压入泵内
气缚现象
液体未灌满 ρ气<<ρ液 离心力甩不出气体 叶轮中心的真空度不够 吸不上液体 泵无法正常工作
离心泵在启动前必须灌泵。
（1）离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳
叶轮 部件
泵壳
轴封装置 导轮
a、离心泵的叶轮 ——将机械能直接传给液体，以提高液体的 静压能与动能。
②能量转换装置
u↓ p↑
A↑
c、 轴封装臵
旋转的泵轴与固定的泵壳 之间的密封。 作用：
防止高压液体沿轴 漏出或外界空气漏入。
填料密封 机械密封
d、离心泵的导轮
导轮的作用：减少液体进入窝壳时的碰撞，使高速液体流过时 能均匀而缓慢地将动能转化为静压能,使能量损失 降到最低程度 导轮
叶轮 泵壳
叶轮轴向力问题
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。
(3)离心泵性能的影响因素 ①流体的性质：
密度： （H，qV，）与无关； 粘度： ，（H，qV，）; 工作流体与20℃水差别大 , (Pa、Pe) Pa
参数和曲线变化
②转速——比例定律
—— n 的改变：20%以内，比例定律适用。
③叶轮直径——切割定律
直径D 在原有基础改变5%以内，适用。
2.2.3离心泵的流量调节和组合操作 1、工作点
管路特性曲线：
泵特性曲线：
泵安装在特定的管路中，其特性曲线He-qv与管路特性曲 线H-qv的交点P称为离心泵的工作点。
如何理解？ 离心泵在特定的管路系统中运转时所提供的压头和流量 恰好等同于管路所需的压头和流量。 ——理想工作点
②扬程和升举高度关系？
升举高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升举高度。 H > h
三、流体输送机械分类
液体输送机械：泵（Pumps），如离心泵、往复泵。
气体输送机械：压缩机或风机（Compressors
and blowers）
第二节 离心泵
排出口
电动机 吸入口
蜗壳
轴封装臵
离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体