流体输送机械介绍

流体输送机械介绍

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【关键词】流体输送机械

【论文摘要】化工生产都是连续流动的各种物料或产品。由于工艺需要常需将流体由低处送至高处；由低压设备送至高压设备；或者克服管道阻力由一车间（某地）水平地送至另一车间（另一地）。为了达到这些目的，必须对流体作功以提高流体能量，完成输送任务。这就需要流体输送机械。

流体输送机械

概述

一、化工生产中为什么要流体输送机械？

化工生产都是连续流动的各种物料或产品。由于工艺需要常需将流体由低处送至高处；由低压设备送至高压设备；或者克服管道阻力由一车间（某地）水平地送至另一车间（另一地）。为了达到这些目的，必须对流体作功以提高流体能量，完成输送任务。这就需要流体输送机械。

二、为什么要用不同结构和特性的输送机械？

这是因为化工厂中输送的流体种类繁多：

1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易

挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；

2、温度和压强又有高低之分；

3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。

所以需要有各种结构和特性的输送机械。

三、化工流体输送机械分类

一般可分为四类：即离心式、往复式、旋转式和流体动力作用式。这四种类型机械均有国产产品，且大多数已成为系列化产品。

四、本章讨论的主要容

为了能选用一台既符合生产要求，又经济合理的输送机械，不仅要熟知被输送流体的性质、工作条件、输送要求，同时还必须了解各种类型输送机械的工作原理、结构和特性。这样才能正确地选型和合理地使用。这就是本章讨论的主要容。

2-1-1 离心泵的工作原理

离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳

（如图（此图最好能实现动态）所示）。叶轮是离心泵直接对液体作功的部件，其上通常有6

到12片后弯叶片（即叶片弯曲方向与旋转方向相反）。离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速

旋转运动，迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程中获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在泵壳，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。

在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体，在液面压力（常为大气压）与泵压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此

可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心

力来输送液体，故名离心泵。

离心泵若在启动前未充满液体，则泵存在空气，由

于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处

所形成的真空不足以将液体吸入泵，虽启动离心泵，但

不能输送液体，这种现象就称为“气缚”。所以离心泵

启动前必须向壳体灌满液体，在吸入管底部安装带滤网

的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵漏

失。滤网防止固体物质进入泵。靠近泵出口处的压出管

道上装有调节阀，供调节流量时使用。

2-1-2 离心泵的理论压头

一、离心泵的理论压头

从离心泵工作原理知，液体从离心泵叶轮获得能量

而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，可以从理论上来分析。由于液体在叶轮的运动比较复杂，故作如下假设：

（1）叶轮叶片的数目无限多，叶片的厚度为无限薄，液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动，无任何倒流现象；

（2）液体为粘度等于零的理想流体，没有流动阻力。如图所示，叶轮带动液体一起作旋转运动时，液体具有一个随叶轮旋转的圆周速度u，其运动方向为所处圆周的切线方向；同时，液体又具有沿叶片间通道流的相对速度w，其运动方向为所在处叶片的切线方向；液体在叶片之间任一点的绝对速度c为该点的圆周速度u与相对速度w的向量和。由图可导出三者之间的关系：

叶轮进口处（2-1）

叶轮出口处（2-2）

泵的理论压头可从叶轮进出口之间列柏努利方程求得

（2-3）

即（2-4）

式中H∞ -------- 叶轮提供给液体的压头，m；

H P --------理想液体经理想叶轮后静压头的增量，m；

H C--------理想液体经理想叶轮后动静压头的增量，m；

p1、p2 -------- 液体在进、出口处的压强，Pa；

上式没有考虑进、出口两点高度不同，因叶轮每转一周，两点高低互换两次，按时均计此高差可视为零。

液体从进口运动到出口，静压头增加的原因有二：

（1）液体在叶轮受离心力作用，接受了外功。质量为m的液体旋转时受到的离心力为：

F c = mRω2

式中F c -------- 液体所受的离心力，N；

R -------- 旋转半径，m；

ω-------- 旋转的角速度，rad/s。

质量m = 1kg时液体从进口到出口，因受离心力作用而接受外功为：

（2）相邻两叶片所构成的通道截面积由而外逐渐扩大，液体通过时速度逐渐变小，一部分动能转变为静压能。每千克液体静压能增加的量等于其动能减少的量，即

质量为1kg的液体通过叶轮后其静压能的增加量应为上述两项之和，即（2-5）

将式（2-5）代入（2-4），得

（2-6）

将式（2-1）、（2-2）代入（2-6），得

(2-7)

由上式看出，当cosa2= 0时，得到的压头最大。故离心泵设计时，一般都使a1 = 90°，于是上式成为

(2-8)

此式即为离心泵基本方程式。

从前图（此处图改为新课本P70）可知

c2cosa2 = u2– c r2ctgβ2 (2-9)

如不计叶片的厚度，离心泵的流量Q T可表示为

Q T = c r2πD2b2（2-10）

式中c r2 --------叶轮在出口处绝对速度的径向分量，m/s

b2 -------- 叶轮出口的宽度，m；

D2 -------- 叶轮外径，m；

将式（2-9）及式（2-10）代入式（2-8）可得泵的理论压头与泵的理论流量之间的关系为：（2-11）

上式为离心泵基本方程式的又一表达形式，表示离心泵的理论压头与流量、叶轮的转速和直径、叶片的几何形状之间的关系。

二、离心泵理论压头的讨论

（1）叶轮的转速和直径对理论压头的影响

由式（2-11）可看出，当叶片几何尺寸（b，β）与流量一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。

（2）叶片形状对理论压头的影响

根据式（2-11），当叶轮的速度、直径、叶片的宽度以及流量一定时，离心泵的理论压头随着叶片的形状而改变。叶片形状可分为三种：（如图）

后弯叶片 b2 < 90 ，ctgβ2 > 0 H∞< u22 / g

径向叶片 b2 = 90 ，ctgβ2 = 0 H∞= u22 / g

前弯叶片 b2 > 90 ，ctgβ2 < 0 H∞> u22 / g