化工原理(上)第二章流体输送机械资料
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-流体输送机械
w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
c2 c2
c2
uuu222
前径后弯向弯叶叶叶片片片
3) 理论流量
H T
u22 g
u2ctg2 gD2b2
若离心泵的几何尺寸（b2、D2、β2）和转速n一定，则式可表示
为
表示HT∞与QT呈线性关系，该直线的斜率与叶 片形状β2有关，即 β2>90°时，B<0, HT∞随QT的增加而增大。 β2=90°时，B=0, HT∞与QT的无关。 β2<90°时，B>0, HT∞随QT的增加而减少。
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。
N Ne
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直
接由泵的流量和扬程求得
Ne = HgQρ
N QH 102
电机
泵
2. 离心泵特性曲线及其换算
用20C清水测定
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线
QgH
N
由图可见： Q，H ，N，
有最大值。
思考： ➢ 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ ➢为什么Q＝0时，N0？
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
1）液体性质的影响 （1）密度:
思考：泵壳的主要作用是什么？
①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵 壳之间的密封。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。
化工原理之二 流体输送机械
第二章：液体输送机械在化工生产中,为了满足工艺条件的要求,常需把流体从一处送到另一处,有时还需提高流体的压强或将设备造成真空,这就需采用为流体提供能量的输送设备。
为液体提供能量的输送设备称为泵为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。
它们都是化工厂最常用的通用设备,因此又称为通用机械。
为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。
它们都是化工厂最常用的通用设备,因此又称为通用机械。
化工生产中被输送的流体是多种多样的,且在操作条件、输送量等方面也有较大的差别,所用的输送设备必须能满足生产上不同的要求。
化工生产又多为连续过程,如果过程骤然中断,可能会导致严重事故,因此要求输送设备在操作上安全可靠。
输送设备运行时要消耗动力,动力费用直接影响产品的成本,故要求各种输送设备能在较高的效率下运转,以减少动力消耗。
为此,必须了解流体输送设备的操作原理、主要结构与性能,以便合理地选择和使用这些通用机械。
第一节液体输送设备液体输送设备的种类很多,按照工作原理的不同,分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。
其中,以离心泵在生产上应用最为广泛。
２－１－１离心泵一、离心泵的工作原理和主要部件(一) 离心泵的工作原理上图为一台离心泵。
它的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。
具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴上,泵轴可有电动机带动旋转.泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，而在吸入管路底部装有底阀.侧旁的排出口与排出管路相连接,其上装有调节阀.离心泵在启动前需向壳内灌满被输送的液体，启动后泵轴带动叶轮一起旋转，迫使叶片内的液体旋转,液体在离心力的作用下从叶轮中心被抛向外缘并获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，流速增大，一般可达15～25m/s。
液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽而使液体的流速逐渐降低，部分动能转变为静压能.于是, 具有较高的压强的液体从泵的排出口进入排出管路,输送至所需的场所。
当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区.由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，致使液体被吸进叶轮中心。
化工原理 流体输送机械
化工原理流体输送机械
流体输送机械，是化工工程中常用的一类设备，其主要功能是将液体或气体从一个地方输送到另一个地方。
常见的流体输送机械有管道、泵、阀门等。
管道是流体输送的基础设施。
管道可以分为直接埋设在地下的地下管道和架空或隧道中的地上管道。
管道的材料可以选择金属、塑料、橡胶等。
泵是常用的流体输送机械之一。
泵的工作原理是利用旋转运动或往复运动产生的压力差，将液体或气体推动到设定的位置。
泵的种类很多，常见的有离心泵、容积泵、螺杆泵等。
阀门在流体输送中起到控制流体流动的作用。
阀门可以分为手动阀、自动阀和电动阀等。
通过控制阀门的开关状态，可以调节流体的流动速度和流量。
除了上述常见的流体输送机械，还有一些其他的设备和工艺可以用于特定的流体输送需求。
例如，喷雾器可以将液体变成雾状或气雾状进行输送；干燥器可以将湿润的固体物料转化为干燥的状态进行输送。
在化工生产中，正确选择和使用流体输送机械是非常重要的。
不同的流体输送机械具有不同的工作原理和适用范围，需要根据具体的流体性质和输送要求进行选择。
同时，合理设计和布置流体输送系统，合理设置管道和阀门，也是确保流体输送稳定和安全的关键。
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1
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
14
3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性------变出口阀的开度
15
（2）改变泵的特性 ----变叶轮转速 nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。
（3）改变泵的特性 ----切削叶轮直径
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
16
四
离心泵的组合操作
1．双泵并联 ①理论上，H不变，Q加倍； ②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加 ；n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为： ③
H A B Q2 n2
2．双泵串联 ①理论上，Q不变，H加倍；
θ
28
3.往复泵特点：
(1) 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压
头、管路等无关。
(2) 理论上
单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr 式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s； A —— 活塞截面积，m2；
a —— 活塞杆截面积，m2；
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ；
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N 2．离心泵的性能曲线 ①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降， 此规律对流量很小的情况可能不适用。 ② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。
化工原理课件第2章：流体输送
4. 当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现[Hg]为负的情况， 此时应将离心泵安装于贮槽液面以下。
化工原理——流体输送机械
2.2.6 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——轴封要求不高 ⑤屏蔽泵——无密封、无泄漏
qV' D' qV D
H
' e
He
D' D
2
Pa' Pa
D' D
3
——切割定律
化工原理——流体输送机械
2.2.4 离心泵的工作点与流量调节 1. 管路特性曲线
K：由管路特性决定， 一般为高度湍流，与流 量无关
化工原理——流体输送机械
管路特性的影响因素 化工原理——流体输送机械
7. 效率：有效功率与轴功率之比，即
Pe
Pa
化工原理——流体输送机械
8. 泵内的能量损失 a. 容积损失
高压液体泄漏到低压处，qV
b. 水力损失 液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，He c. 机械损失 轴与轴承，轴封的摩擦
化工原理——流体输送机械
轴功率：电机提供给泵轴的功率，W
Pa
Pe
H串 2 A 2BoqV2串
并联时的特性曲线为：
H并
A
Bo
qV并 2
2
H串＜2H单 qV串＞qV单
qV 并＜2qV 单 H并＞H单
化工原理——流体输送机械
化工原理课后答案(中国石化出版社)_第2章____流体输送机械资料
2-l 在用常温水(其密度为1000kg/m3)测定离心泵性能的实验中，当水的流量为26m3/h时，泵出口压力表读数为 1.52×105Pa，泵入口处真空表读数为185mmHg，轴功率为2.45KW，转速为2900r/min。
真空表与压力表两测压口间的垂直距离为400mm，泵的进、以口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可解：×105Pa，18∴41m.∴0。
2-2 某台离心泵在转速为2950r/min时，输水量为18m3/h，压头为20m H2现因电动机损坏，用一转速为2900r/min的电动机代用，问此时泵的流量、压头和轴功率各为多少(泵功效率取60％)？解：转速变化后，其他参数也相应变化。
m 695.171829502900 '' 3=⋅⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=Q n n Q O m H n n H 222H328.192029502900 ' '=⋅⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛= kW g Q H Ne 55.16.0/81.91000328.193600695.17/ ' ' '=⨯⨯⨯==ηρ 2-3己知80Y-60型离心泵输送常温水时的额定流量Q ＝50m 3/h ，额定压头H ＝60mH 20，转速n ＝2950r/min ，效率V ＝64％。
试求用该泵输送密度为700kg/m 3、粘度为1mm 2/S 的汽油和输送密度为820kg/m 3、粘度为35mm 2/S 的柴油时的性能参数。
解：设常温下水的密度为：3/1000m kg =ρ，粘度为：cP 1=μ输送汽油时：汽油的运动粘度s mm s mm /20/1221<=ν，则粘度的影响可忽略。
h m Q Q /5031==∴，m H H 601==汽油柱，%641==ηη 输送柴油时：柴油的运动粘度s mm s mm /20/35222>=ν，查图可得：%84=ηC ，%100=Q C ，%98=H C则：h m QC Q Q /5015032=⨯== m HC H H 8.5898.0602=⨯==柴油柱 538.084.064.02=⨯==ηηηCkW gH Q N 22.121000538.081.98208.5836005022222=⨯⨯⨯⨯==∴ηρ2-4 在海拔1000m 的高原上，使用一离心泵吸水，该泵的允许吸上真空高度为6.5m ，吸入管路中的全部阻力损失与速度头之和为3mH 20。
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H
B
8(
l d
2d
4g
)
b a
B ,则曲线斜率 （高阻管路） B ,则曲线斜率 （低阻管路）
qV
管路特性曲线
③ 离心泵的工作点
即管路、泵特性曲线交点。 1）公式计算
H A BQ2
H k BQ 2
2）作图法 分别在图上作出泵的特性曲 线和管路特性曲线，读出交 点坐标。
B c’
d
H串
A
H
c
b
qV qV,串
离心泵的串联操作
水
孔板流量计 U形压力计
泵 水封箱
煤气 填料塔
水池
煤气洗涤塔
③ 串联泵的工作点
* 串联泵的总流量和总压头↑；
* 压头增加不到单泵的两倍。
H单 H串 2H单, qV ,串 qV ,单
④ 串联泵效率 等于单泵在qV,单时的工作效率。
B c’
蔽式叶轮：适用于输送清洁液体 敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗 粒的液体悬浮液，效率低。 按吸液方式：单吸式、双吸式。
后盖板 平衡孔
单(吸a) 式
双吸式
单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。
双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。
(3) 离心泵的性能参数
① 压头(扬程)H：离心泵对单位重量液体提供的有效机械能 量，也就是液体从泵实际获得的净机械能量。单位为J/N即 m（指m液柱）。
H
1 2g
u
2 A
pA
g
zA
1 2g
uC2
pC
g
zC
hf ,AC
H
1 2g
u
2 A
pA
g
zA
1 2g
uC2
pC
g
zC
hf ,AC
管路系统：
H z p u2
g 2g
hf
A z p
g
hf
(
l d
)
二、 离心泵在管路中的工况
（1）管路特性与泵的工作点 管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系。
反映管路对泵的要求。
离心泵的工作点： 泵工作时的 Q 、H、N、η
说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约 泵性能--离心泵特性曲线，
管路特性--管路特性曲线。
① 管路特性曲线方程 本质：机械能衡算方程 反映全管路系统的能量需求特性。
模块一：流体流动与输送机械
项目四、流体输送机械
能力目标
➢能根据条件设计离心本 ➢认识离心泵工作原理 ➢认识其他输送机械 ➢能够正常操作并维护 输送机械
知识目标
了解离心泵的工作原理 及结构
掌握离心泵开停车要 点 掌握其他输送机械原理
了解输送机械种类及维护
任务1.18 离心泵结构及类型
一、离心泵的基本结构，工作原理及性能参数
① 节流调节（阀门调节） 方法：改变泵出口阀门开度 实质：改变管路特性曲线 (阀门上阻力损失变化)， 泵特性曲线不变。 节流，多消耗在阀门上能量:
优点：迅速方便,连续调节； 代价：阀门阻力损失↑； 适用：流量调节幅度不大，
须经常调节的地方。
泵出口阀：两套(手动阀和自动阀)
q‘V,M qV,M qV 离心泵节流调节时工作点的变化
至泵内压力最低点K处，若 0
0
p1 ps时，发生汽蚀
离心泵的汽蚀
② 泵汽蚀时的特征 泵体振动、噪声大；
容易发生 气蚀的K处
泵流量、压头、效率都显著下降。
③ 主要危害
造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。
④ 汽蚀发生的位置
汽蚀时叶轮内缘叶片背面
示意图
叶轮内压力最低处 (叶轮内缘, 叶片背面 K处)。
水力效率ηH ② 容积损失
原因：高压区向低压区泄漏， 减少方法：采用蔽式叶轮等。 容积效率:
V 实际流量 / 理论流量
泵内液体的泄漏
③ 机械损失 原因：摩擦损失
机械效率ηM
任务1.19 离心泵的性能测定
一、离心泵的特性曲线 H Q曲线 N Q曲线 Q 曲线
说明：
（a）由厂家提供
g 2g g 2g
h ) f1k p1 pv
汽蚀余量： NPSH uk2
2g
h f1k
p1
g
u12 2g
pv
g
关于NPSH（Net Positive uction Head）
* 泵抗汽蚀能力的参数
* NPSH↓，则泵抗汽蚀能力↑。 * NPSH=f(泵结构、流体种类、流量)
（4） 叶轮直径对特性曲线的影响 切削法：同一型号的泵，可通过切削叶轮直径，而维持 其余尺寸（包括叶轮出口截面积）不变的方法来 改变泵的特性曲线的方法
在叶轮直径变化不大（不超过10~20%），近似认为叶轮出 口的速度及泵的效率基本不变的前提下：
切削定律：
Q D ( )
QD
H ( D)2 HD
u2 2g
8(
l
d
2d 4g
)
Q 2 BQ2
说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。
② 影响管路特性曲线的因素
影响 A： z、p： A z p g
： p 0时， 对A无影响
影响B：
p 0时， ,则A
B f (流量、管径管路布置 )
H We g
② 流量 Q：以体积流量表示的送液能力。其单位为：
m3 / s, m3 / h
大小取决于泵的结构型式、尺寸（叶轮直径和流道尺寸） 转速及液体黏度。
③ 功率：
有效功率Ne：单位时间内液体经离心泵所获得的实际 机械能量，也就是离心泵对液体做的净功率。
Ne We Q QgH
qV,1
qV,并
qV
离心泵的并联操作
等于单泵在qV,单时的工作效率。
(2) 串联操作 泵型号相同，首尾相连。
① 泵的合成特性曲线改变 相同流量下，压头加倍。
qV ,串 qV ,单时， H串 2H单
如果H单
k
BqV
2 ,单
H串 2
k
BqV
2 ,串
② 管路合成特性曲线不变
L A BqV 2
离心泵组合方式的选择
(4) 组合泵的流量调节 方法：同单泵； 注意：确定组合泵的工作点时， 应使用泵的合成特性曲线和管路特性曲线。
H b
2’
2
1a
1’
qV
离心泵组合方式的选择
任务1.20 离心泵的气缚现象处理
一、 离心泵的汽蚀现象
1
① 汽蚀现象（空蚀）
1
吸入管段: 无外加机械能，
z
液体靠势能差，吸入离心泵。
HL H
q q H- qV 曲线 L- qV 曲线 V ,L V ,HM
HM
P
η
d
c
qV,M qV 离心泵工作点
（2）离心泵的流量调节 实质：对工作点的调整； 方法：改变泵或管路特性曲线。
H
q q H- qV 曲线
L- qV 曲线
V ,L V ,HM
HM
P
η
d
c
qV,M qV 离心泵工作点
② 调节离心泵转速或改变叶轮直径 实质：改变泵特性曲线， 管路特性不变。
Q n(D)
H n2(D2)
n3(D3)
优点：不因调节流量而损失能量。 适用：流量变化幅度大的场合。
HM H’M
H H- qV
H’- qV
Mn M' E
n'
qV q’V,M qV,M
改变转速时工作点的变化
三、 离心泵的组合运转工况分析
流量↑，则NPSH↑，泵抗汽蚀能力↓ * 由泵样本提供，工程上常用。
d
H串
A
H
c
b
qV qV,串
离心泵的串联操作
(3) 两种组合方式的比较及选择
① 截距A > He单max
应采用串联操作 原因：并联泵压头不够大。
② 串、并联都满足时， 应根据管路特性选择 对于低阻管路(B较小)， 宜采用并联操作； 对于高阻管路(B较大)， 宜采用串联操作；
H b
2’
2
1a
1’
qV
。（e）η-Q 曲线
离心泵典型的特性曲线
设计点：最高效率点，对应的参数值称为最佳工况参数
高效区范围： 92%max
选用离心泵，尽可能在高效区内工作。
（2）离心泵性能曲线实验测定
FI-02
FI-03
FI-01
离心泵性能曲线测定装置图
① 测定原理
H
(z2
z1)
p2 p1
g
u22 u12 2g
N ( D)3 ND
适用：叶轮切削量小于10%-20%
（5）叶轮转数对特性曲线的影响 同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。 若转速改变后，叶轮出口速度、泵的效率近似 保持不变， 则有：
比例定律：
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N ( n)3 Nn
适用：叶轮转数变化不超过20%
⑤ 衡量泵抗汽蚀能力的参数
汽蚀余量、吸上真空高度。
(2) 离心泵的汽蚀余量
① 汽蚀余量
1
列1-1(泵入口)及K-K间的机械能衡算式：
1
z