化工原理 流体输送机械

程：
z0

u02 2g

p0
g

0

z1

u12 2g

p1
g

H
f
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式中： z0=0 ，u0=0 ，z1=Hg
则 整理一下，得
00
p0
g

Hg

u12 2g

p1
g

H
f
Hg

p0 p1
g
u12 2g
Hf
离心泵的安装高度计算式
p1—泵入口处可允许的最低绝对压强，Pa ；
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2、按照操作原理分
（1）离心式：由高速旋转的叶轮对流体作功，
将机械能传给流体，流体在离心力作用下，获得动 能，经转换后提高了静压能，被输送到指定地点。 常见的有：离心泵、离心通风机、离心压缩机等；
（2）往复式：又称容积式或正位移式。靠往复运
动的活塞（柱塞）使流体吸入和排出，并将机械能 以静压能的形式直接传给流体。属于这一类的设备 有：往复泵、计量泵、往复式压缩机等；
离心泵的效率曲线，表示泵的效率与流量之间的关 系。当Q=0时，＝0，而后随着流量的增加，效率也 增加，达到最大值后又减小。此峰值即为泵在一定转 速下的最高效率点。
泵的最高效率点就是泵的设计点。标注在泵的铭牌 上的数值就是该点所对应的各性能参数。
通常将最高效率的92％以上这段范围称为泵的高效 区，选用离心泵时，应尽可能使泵在此区内工作，以 期达到比较高的效率。
• 3 本章学习中应注意的问题
在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，
并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安 全地实现流体输送。
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§3-1 概述
一、流体输送机械在化工生产中的应用
根据生产任务的高流体的位能；
2、提高流体的压强（静压能）
3、克服管路上的机械能损失（阻力损失）。
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2 1 1’
2’ h0
swf\001\1-34.swf
H
h0

u22 u12 2g

p真＋p表
g
P93 例2-2
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四、离心泵的安装高度
离心泵的安装高度又称允许吸上高度，是指泵的 吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离， 用Hg表示。
如图所示，假设离心泵在可允许的安装高度下操作， 于贮槽液面0－0’与泵入口处截面1－1’间列柏氏方
2、功率曲线（N-Q线）
离心泵的功率曲线，表示泵的轴功率N与流量Q之
间的关系。泵的轴功率N随流量Q的增加而增加。当
Q=0时，轴功率最小，即N＝Nmin。所以在泵启动以 前要关闭出口阀门，使泵在最小功率下启动，以确保
电机启动电流最小，使电机不超载而保证安全。
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3、效率曲线（-Q线）
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2）离心泵的工作原理to
离心泵启动后，叶轮由电动机带动高速旋转， 充满在叶片间的液体，在叶片的推动下也跟着旋转， 并产生离心力。在离心力的作用下，液体从叶轮中心 被抛向外缘的过程中，获得能量，并以高速离开叶轮 外缘，进入蜗形泵壳。
由于两叶片间的流道截面积和泵壳内的蜗形流道 截面积都是逐渐扩大的，因而流速逐渐降低，从而将 部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强大大 提高，由泵的压出口压入排出管道，送至需要的场所。
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4B20型清水泵： 4 — 泵吸入口的内径为4英寸；（4×25=100mm） B — 单级单吸悬臂式离心式水泵； 20 — 泵的扬程为20m。
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1、扬程曲线（H-Q线） 离心泵的扬程曲线，反映泵的扬程与流量之间的关 系。从上图可以看出，离心泵的扬程H随流量Q的增 加而逐渐减小。当Q=0时，扬程H达到最大，即 H=Hmax,亦即泵空转时扬程最大。
导轮
引导流体逐渐改变流向，减少能量损失
吸入管路单向阀 防停车时泵内液体倒流回贮槽
滤网
防杂物进入管道和泵壳
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2、离心泵的工作原理
1) 离心泵启动前要做两项准备工作：
（1）要“灌泵”，即先要向泵壳及吸入管内灌满 被输送的液体，俗称“灌泵”。以防止“气缚现 象”的发生；
（2）要先将出口阀门关上，启动电机后再将出 口阀门打开。这样是为了使泵在最小功率下启动， 以确保电机安全。
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3、离心泵的气缚现象
离心泵输送液体，是依靠离心力的作用，而离心 力的大小除了与叶轮的转速，叶轮的直径有关外，还 与流体的密度有关，因此，流体的密度越大，产生的 离心力就越大。
离心力： F muT 2 R
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如果在启动前离心泵泵壳内和吸入管内没有灌 满被输送的液体，则其中充满了空气，由于空气的 密度远比液体的密度小，产生的离心力就小的多， 那么贮槽液面上方与泵吸入口处的压差不够大，不 足以将槽液内的液体吸入泵内，（这说明泵吸入口 处的压强不够低，或其真空度不够高）这样离心泵 虽在转动，却不能输送液体，即空转，这种现象称 为离心泵的“气缚现象”。
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液体在从叶轮被甩向外缘时，使叶轮中心形成 低压或负压，其值低于被吸入的液体液面的压强 （即当时当地的外压），亦即达到一定的真空度。 在这个压强差的作用下，液体便被连续不断地吸入 叶轮中，而且只要叶轮不断地转动，液体便会不断 的吸入和排出。这样泵就会连续不断的输送液体。
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叶轮上有4～12片后弯的叶片，叶轮安装在泵壳 内，并紧固在泵轴上，由电动机带动而快速旋转
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②类型
A.叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式三种
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（开式、半开式、闭式）
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B.按吸液方式不同可将叶轮分为单吸式与双吸式两种
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（3）轴封装置 由于泵轴转动而泵壳固定不动，泵轴穿过泵壳处
肯定会有间隙。所以为了防止泵内高压液体沿间隙漏 出或外界空气漏入泵内，必须设置轴封装置。
轴封作用— 为避免泵内高压液体沿间隙漏出，或 防止外界空气从相反方向进入泵内。
类型 （1）填料密封装置 （2）机械密封装置
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p0—贮槽液面处的压强，即外界大气压，Pa ；
Hf—液体流经吸入管路的压头损失，m
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2、离心泵的气蚀现象
由离心泵的安装高度计算式可以看出，当贮槽液面 上方的压强（一般通大气）一定时，若泵吸入口附近 的压强p1越低，则允许吸上高度越高。但是吸入口处 的低压是有限制的。
因为当叶片入口附近的最低压强等于或低于输送温 度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在该处气化并产生 气泡，体积迅速膨胀，当含大量气泡的液体由泵中心 的低压区进入高压区时，气泡因受高压作用又迅速的 凝结或破裂，形成局部真空，周围的液体以极高的速 度冲向原气泡所占据的空间，造成极大的冲击和振动。 在冲击点处产生几百大气压的局部压强，冲击频率可 高达几百万次之多。
离心泵的扬程取决于泵的结构（如叶轮的直 径、叶片的弯曲情况等）转速和流量。一般由实 验测定。
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2、流量：泵的流量又称泵的送液能力，是指泵在单
位时间内排出的液体体积，用Q表示，单位为： m3/s，或m3/h。泵的流量也是通过实验测定。
3、功率与效率：
泵的功率有轴功率和有效功率。
（1）轴功率：是指电动机或其他原动机直接传给
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离心泵的主要部件====保证过程如何实现
结构
作用
泵壳
转能装置，汇集叶轮抛出液体的部件
叶轮
关键部件，电动机的能量通过叶轮传递给 液体；电能--动能---静压能，产生离心力
密封环
减少液体从叶轮出口漏入的液量
轴封装置
防止高压液体沿轴向四周漏出
轴向力的平衡装置 平衡孔和采用双吸式叶轮来消除轴向力
这说明：离心泵没有自吸能力。
为了防止气缚现象的发生，启动前必须先灌泵， 运转中也要防止气体漏入。
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二、离心泵的主要性能参数
离心泵的主要性能参数是指扬程、流量、轴 功率及效率。
1、扬程：又称泵的压头，是指单位重量流体经
泵后所获得的能量（或泵对单位重量流体所提供 的有效功），用H表示（相当于柏氏方程中的 He），单位为m。
流体输送机械是向流体作功以提高流体机械能的 装置。
一般情况下，流体输送机械提供的机械能是以 单位重量流体或单位体积流体为衡量基准。
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二、流体输送机械分类
1、按输送流体的类型分 （1）用于输送液体的机械称为泵; （2）用于输送气体的机械则按其所产生压强的 大小称为通风机、鼓风机或压缩机。
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§3-2 离心泵
离心泵是化学工业与石油工业中最为常用 的一种液体输送机械。这种泵结构简单，操作 容易，效率高，流量均匀，适用于输送有腐蚀 性、含悬浮物等性质特殊的液体，又适用于水 等一般性液体。所以离心泵的应用范围非常广。 swf\001\1-01.swf swf\001\1-32.sw
（单吸、双吸）
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to
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（2）泵壳和导轮：
①泵壳：是离心泵的外壳。在泵壳内有一个截面积逐 渐扩大的蜗牛形通道，故又称蜗壳。叶轮在泵壳内沿着 蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，越接近液体出口，流道 截面积越大。液体从叶轮外周高速流出后，流过泵壳蜗 形通道时，流速将逐渐降低，因此减少了流动的能量损 失，而且使部分动能转换为静压能。
泵轴的功率，以N表示。单位为：J/s，或者w，kw。
（2）有效功率：是指液体实际得到的功率。用Ne
表示。单位同轴功率。
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液体实际得到的功率小于轴功率，这是因为泵 在输送液体的过程中，不可避免地会有能量损失， 故泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，这 就存在一个泵的效率问题，泵的效率是反应总能量 损失的一个参数，所以又称泵的总效率，用表示。
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（3）旋转式：此类设备是靠机壳内一个或多个
转子的旋转来实现吸入和排出流体。旋转泵又称转 子泵。旋转式输送设备的形式很多，工作原理都想 同，常用的有：齿轮泵、螺杆泵,罗茨（Rootes） 鼓风机及水环真空泵等；
（4）流体作用式：流体流动时会产生机械能的
相互转换，这样就可以利用一种流体的作用—产生 压强或造成真空，而达到输送另一种流体的目的， 如：喷射泵。
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三、离心泵的特性曲线
离心泵的主要性能参数H、N及对Q的一系列 数据在直角坐标上标绘成一组曲线，称为离心泵 的特性曲线，又称工作性能曲线。
此曲线由泵的生产厂家提供，它反映了泵的各 性能参数之间的相互关系，是分析和选用泵的重 要数据。各种离心泵的特性曲线不同，但具有如 下共同点。
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=Ne/N 或 N=Ne/ ∵ Ne=ws.we , ws=Q , we=Hg , ∴ Ne= Q . Hg
N QHg HQ 9.81 kw HQ kw

1000
102
N HQ kw
102
用该公式时要注意单位一致，各量统一用SI单 位 ，最后得到的轴功率的单位就是kw。
作用：泵壳不仅是汇集由叶轮流出的液体的部件，而且 又是一个能量转换装置，即汇集液体，转换能量。
泵壳有两个接口。一个在泵壳的中央，口径较大，
并正对叶轮中心 ，此为吸入口，与吸入导管相连；另
一个在泵壳的旁侧，口径较小，此为压出口，与压出导
管相连。
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②导轮：在叶轮和泵壳之间有时还装有一个固定不 动且也带有叶片的导轮，因为导轮具有若干逐渐转向 和扩大的流道，使部分动能可转化为静压能，可减少 能量损失。其作用——引导流体逐渐改变流向，减少 离开叶轮的液体直接进入泵壳时因冲击而引起的能量 损失。
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一、离心泵的构造与工作原理 1、离心泵的构造
离心泵的构造如下图所示，主要由两个主要部分 构成：一是包括叶轮和泵轴的旋转部分；二是由泵 壳、填料函和轴承组成的静止部分。 （1）叶轮：叶轮是对流体做功的部件。
①作用：是将原动机如电动机的机械能直接传给 液体，以增加液体的静压能和动能（静压能为主）。
本章学习指导
• 1 本章学习的目的
本章是流体力学原理的具体应用。通过学习
掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、 工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求， 合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、 可靠、安全的运行。
• 2 本章应掌握的内容
本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特 性及其选型。