最新化工原理-2章流体输送机械——总结
化工原理：第二章 流体输送机械 总结+习题课
H
Hf
u2 2g
=
H
f
3
u32 2g
l l u 2
H f 3 d
2g
依题意：；
u3 2u
H
f3
3
l3
d3
l3 u32 2g
则
V3 A3u3 4A 2u 4 2V
1、图示离心泵管路系统，吸入管直径 d直在1径压=8d出02m=管m60C,m长出ml装1,=长6有ml2阀=,阻1门3力m，系,阻其数力局λ系部1=数0阻.0λ力22压=系0出.数0管3ζ， ＝6.4，吸入管路和排出管路各有一个90º弯 ζ=0.75。管路两端水面高度差H＝10m，泵 进口高于水面2m，管内水流量为12L/s。试 求： （1）每千克流体需从泵获得多少机械能？ （少2？）泵进，出口断面的压强PA和PB各为多
离心泵的性能参数与基本方程式
扬程
H T
u2c2
co s 2
g
流量 Q c D b
T
r2
22
轴功率 Ne HQg
效率
Ne
N
N Ne
离心泵的性能曲线 H~Q N~Q ~Q
H,m
~Q
n一定
H ~Q N ~Q
离
心
N
泵 特
性
曲
线
Q, m3/h
离心泵性能影响因素
密度的影响：（H，Q，）与无关；, (N、Ne) 粘度的影响： ，（H，Q，）；N
（7）离心泵的扬程含义是
。
（8）为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低
压力
输送温度下液体的饱和蒸汽压。
习题课
例1：如图的输水系统。已知管内径为d=50mm, 在 阀门全开时输送系统的Σ(l+le)=50m，摩擦系数可取 λ=0.03，泵的性能曲线，在流量为6m3/h至15m3/h范 围内可用下式描述: H=18.92－0.82Q0.8，此处H为泵 的扬程m，Q为泵的流量m3/h，问:
化工原理-流体输送机械(第二章)
第2章 流体输送机械
2.1 离心泵 2.1.1 离心泵的工作原理和主要部件 2.1.2 离心泵的基本方程式
14
一、液体通过叶轮的流动
离心泵的基本方程式从理论上表达了泵的 压头与其结构、尺寸、转速及流量等因素之间 的关系，它是用于计算离心泵理论压头的基本 公式。
离心泵的理论压头是指在理想情况下离心 泵可能达到的最大压头。
HT
u22 g
u2 cot 2
gπD2b2
QT
20
二、离心泵基本方程的推导
H T
u22 u12 2g
12 22
2g
c22 c12 2g
H T
u2 c2
cos 2
g
HT
u22 g
u2 cot 2
gπD2b2
QT
离心泵基本方程式
21
三、离心泵基本方程式的讨论
1. 叶轮的转速和直径
HT
u22 g
17
二、离心泵基本方程的推导
采用由离心力作功导出离心泵基本方程式。
根据伯努利方程，单位重量的理想液体通过 离心泵叶片入口截面1-1′到叶片出口截面2-2′ 所获得的机械能为
H T
Hp
HcLeabharlann p2 p1gc22 c12 2g
静压 头的 增量
动压 头的 增量
18
二、离心泵基本方程的推导
Hp
u22 u12 12 22
6
一、离心泵的工作原理
1-叶轮 3-泵轴 5-吸入管 7-滤网 9-排除管
2-泵壳 4-吸入口 6-底阀 8-排出口 10-调节阀
排出 口 叶 轮
泵 壳
泵 轴 吸入口
图2-1 离心泵装置简图
化工原理 第二章 流体输送设备
第二章流体输送设备（Fluid-moving Machinery）第一节概述如果要将流体从一个地方输送到另一个地方或者将流体从低位能向高位能处输送，就必须采用为流体提供能量的输送设备。
泵——用于液体输送输送设备风机——用于气体输送本章主要介绍常用输送设备的工作原理和特性，以便恰当地选择和使用这些流体输送设备。
第二节液体输送设备—泵（Pumps）泵离心泵——生产中应用最为广泛，着重介绍。
往复泵旋转泵漩涡泵§ 2.1.1 离心泵（Centrifugal Pumps）一．离心泵的工作原理及主要部件1．工作原理如左图所示，离心泵体内的叶轮固定在泵轴上，叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外力带动下旋转，叶轮同时旋转，泵壳中央的吸入口与吸入管相连接，侧旁的排出口和排出管路9相连接。
启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。
启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，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，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。
液体以较高的压强，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，由于贮槽内液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在此压差的作用下，液体便经吸入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出的液体，只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。
由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。
气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于ρ空气<<ρ液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。
通常在吸入管路的进口处装有一单向底阀，以截留灌入泵体内的液体。
第2章 化工原理中的流体输送
(2) 兰州地区的安装高度为： H g max
85000 19919 4.5 1 1.13 m 1000 9.81 1000 9.81
在兰州地区安装高度应更低，才能正常运行。所以该设计图用于兰州地区，则应该根据兰州地区大 气压数据进行修改。
这个例题说明，同样的工艺流程，用于海拔不同的地区，离心泵安 装高度是不同的。若在天津地区输送20℃的水，安装高度又如何变化？
试计算： 1） （ 泵的安装高度。 已知 60 oC 水的饱和蒸汽压为19910P a ， 天津地区平均大气压为0.101 MP a 。 （2）若该设计图用于兰州地区某化工厂，该泵能否正常运行？已知兰州地区平均大气压为0.085 MP a 。
解:
(1) H g max
p0 p 101330 19919 v h h f 4 .5 1 2 .8 m g g 1000 9.81 1000 9.81
P
扬程的确定，分别在吸入口处和排出口处取两个截面，能 量损失忽略不计：
2 2 u1 P u2 P 1 Z1 H Z2 2 2g g 2g g 2 2 u 2 u1 P2 P 1 H Z 2 Z1 2g g
泵的铭牌上标出的性能参数指最高效率下的参数
三、离心泵的特性曲线
η
H
H
P
qv
影响特性曲线的因素：比例定律，切割定律
泵性能实验装置示意图
泵性能实验原理图。泵的流量，压头，功率，效率之间的关系，可以 用实验方法测得。在这套实验装置中，水是循环的，水泵前后安装了真空 表和压力表，还有流量计和电功率表。改变水的流量，读得真空表，压力 表，功率表数据，即为一组数据。读10—15组数据，就可以得到泵性能曲 线。
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。
2020年流体输送机械的心得体会
流体输送机械的心得体会在经过一段时间学习了化工原理后，我了解到了化工原理涉及的单元操作有流体流动和流体输送机械，然后我想结合自己所学习的知识做一个总结。
在刚开始学习这一章的时候觉得概念抽象，涉及面广，物理量多、综合性强，计算量大，公式烦琐，尤其是课程中半理论半经验公式和准数、准数关联式令人感到头痛，学习起来难度大。
后面慢慢领悟到不能纯正只背公式而不去理解，在自我反思和进步中，我了解到工业生产中，输送流体是很多见的、不可或缺的最基本的单元操作。
所谓流体输送机械就是通过向流体作功用来提高流体机械能的机械装置，当流体通过流体输送机械后机械能增加，增加的机械能可以抵消流体输送过程中的摩擦损耗。
现阶段最常用的就是泵，同时我也查阅资料了解到机械密封泵的泄漏问题无法优良解决，但是随着科技发展，无泄漏的磁力驱动泵应运而生，绿色环保的磁力驱动泵必将广泛应用。
我也认识到化工原理内容较多，每一个单元操作都要分几次课来学习，有很多时候往往学了后面，忘了前面。
所以在学习新的一章之前，我觉得要对旧知识的回忆，并且对上堂课讲过的内容进行总结，严重的公式在笔记本中列出。
每学完一章，做一次本章小结。
这样不仅简易掌握该章的内容，而且还能够学到解决工程实际问题的思维方法。
例如我们学习了流动性方程和伯努利方程，还有阻力计算方程。
这些方程主要运用在我们学习的泵的计算。
多见的离心泵、往复泵主要用于液体输送，压缩机和风机用于气体输送。
而液体输送是重点，所以我们不仅要学习泵的工作原理，还要将泵与实际操作和成本经济相结合进行详尽计算，运用的概念和公式比较多。
在求离心泵的特性曲线或工作曲线时，我们要用到前一章的流体流动单元操作中的柏努利方程。
所以在各单元操作之间存在着许多相互连贯和衔接的知识点。
因此，学习了流体流动才能对流体输送机械有更深的了解。
在学习中，我们要善于抓住和利用这些相关衔接点，就可以更好地理解和掌握知识，也就能学习好化工原理这门课程。
化工原理——第二章 流体输送机械
液 体 输 送 机 械 泵
流体输送机械
通 风 机
气
体
压
送
机
械
鼓 压 真
风 缩 空
机 机 泵
液体输送机械：统称为泵
工作原理 动力式（叶轮式）－离心式、轴流式 容积式（正位移式） －往复式、旋转式 其它形式→喷射式
离心泵：靠高速旋转的叶轮，液体在离心 力作用下获得能量，以提高压强。
环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而
作相对运动，起到密封作用。
3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压
力不太大的情况； 多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高
的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数 ，我国生产的多级离心泵一般为2~9级。
油泵
杂质泵
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。(Y 型）
输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的 杂质泵 泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要
求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮 流道宽、叶片数目少。( P 型 )
叶轮轴向力问题
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，这使叶 轮遭受指向吸入口方向的 轴向推力，这使叶轮向吸 入口侧位移，引起叶轮与 泵壳接触处的磨损。
离心泵工作原理
气缚 离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气 的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心 力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液 体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这 种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部 装一止逆阀。
此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀， 用于开停车和调节流量。
化工原理(第二版)第二章
p0
g
p1
g
u12 2g
H f
p0
g
p1
g
u12 2g
pv
g
pv
g
H
f
p0
g
ha
pv
g
Hf
p0
g
h
pv
g
Hf
Hg max
47
（3）允许汽蚀余量的校正
h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书
2. 离心泵的实际压头
实际压头比理论压头要小。具体原因如下： （1）叶片间的环流运动
主要取决于叶片数目、装置角2、叶轮大小、液体粘度等因素，而几 乎与流量大小无关。
c2 c2
23
阻 力 损 失
（2）水力损失 冲 击损 失 阻力损失 可近似视为与流速的平方呈正比
24
冲击损失 在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远， 冲击损失越大。
高效
区
设计点 Q
33
3．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度的影响
对 H~Q 曲线、~Q 曲线无影响，但N QgH ，
故，N~Q 曲线上移。
粘度的影响 当比 20℃清水的大时，H，N，
实验表明，当<20 厘斯时，对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
——调节泵出口管路上的阀门
叶轮
泵 泵轴 壳
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。
H
P
g
Kqv2
—— 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↑。
H
P
g
Kqv2
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。
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； , (Pa、Pe)
粘度： ，（H，qV，）; Pa 工作流体与20℃水差别大 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。
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 m3/h，叶轮结构、尺寸和转速
②扬程（压头）H 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 W，单位时间原动机输入泵轴的能量
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
蜗壳的主要作用： ①汇集液体，并导出液体 ②能量转换装置
A↑
u↓
p↑
c、 轴封装置
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
（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:
泵壳
叶轮
叶轮轴向力问题
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
F
平衡孔
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） ——泵内有部分高压液体泄漏到低压区，使排出液体
化工原理-2章流体输送 机械——总结
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
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
（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。
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。
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。
有效功率Pe W，单位时间液体获得的能量
Pe qVgH
电机
P
Pe Pη
Pe
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
n一定 H
~ qv
He ~ 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称为最
➢气体输送机械：压缩机或风机（Compressors and blowers）
排出口
第二节 离心泵
吸入口
蜗壳
电动机 轴封装置
离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体 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）、购置费和操作费用均较低。
2.2.1 离心泵的工作原理
排出口
泵轴
叶轮 蜗壳
吸入口
灌满液体 叶轮旋转 离心力甩出液体
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