第2章 流体输送机械2012
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化工原理-流体输送机械(第二章)
13
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
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》第2章 流体输送机械
22
第2章 流体输送机械
2.3 其他类型泵
2.3.1 往复泵
1．往复泵的工作原理 往复泵的装置如图2-15所示，当活塞自 左向右运动时，工作室容积增大，泵体 内压强降低，排出阀受排出管内液体的 压力作用而关闭，吸入阀则受贮槽液面 与泵内压差作用而打开，液体进入泵内， 这就是吸液过程。活塞移至右死点时， 吸液过程结束。当活塞自右向左运动时， 工作室容积减小，泵体内液体压强增大， 吸入阀受压关闭，而排出阀则受缸体内 1.泵缸 2.活塞 3.活塞杆 液体压力开启，将液体排出泵外，这就 4.吸入阀 5.排出阀 是排液过程。 图2-12 往复泵装置简图
图2-11 改变转速时流量变化 的示意图
19
第2章 流体输送机械
2.2.4 离心泵的类型和选用
1.离心泵的类型 化工厂中所用离心泵的种类繁多，按所输送液体的性 质，离心泵可分为清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等； 按叶轮的吸入方式，可分为单吸泵和双吸泵；按叶轮数目 又可分为单级泵和多级泵。为使各种离心泵能够区别开来， 我国制造的离心泵均用汉语拼音字母作为泵的系列代号， 而在每一个系列内又有各种不同的规格，因此又以不同的 字母和数字加以区别。
4
第2章 流体输送机械
（2）气缚现象 当离心泵启动时，若泵内未能充满液体而存在大量空 气，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生 的惯性离心力很小，在叶轮中心处形成的低压不足以形成 吸入液体所需要的压强差（真空度），这种虽启动离心泵 但不能输送液体的现象称为气缚。可见，离心泵是一种没 有自吸能力的液体输送机械，在启动前必须向泵壳内灌满 液体。
图2-6 离心泵特性曲线
12
第2章 流体输送机械
3.影响离心泵性能的因素 化工生产中，所输送的液体是多种多样的，同一台离 心泵用于输送不同液体时，由于液体的性质不同，泵的性 能就要发生变化。此外，若改变泵的转速和叶轮直径，也 会使泵的性能改变。 （1）密度的影响。 （2）粘度的影响。 （3）转速的影响。 （4）叶轮直径的影响。
第二章流体输送机械
油泵
用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆旳特点， 所以对此类泵密封性能要求较高。输送200℃以上旳热油时，还需设冷却装 置。
杂质泵
用于输送悬浮液及稠厚旳浆液等，其系列代号为P，又可分为污水泵、 砂泵、泥浆泵等。此类泵旳主要构造特点是叶轮上叶片数目少，叶片 间流道宽，有旳型号泵壳内还衬有耐磨材料。
离心泵旳并联 离心泵旳串联
离心泵旳类型与选择
离心泵旳类型
清水泵
用于输送物理、化学性质类似于水旳清洁液体。最简朴旳清水泵为单级单吸 式，系列代号为“IS”，构造简图如图，若需要旳扬程较高，则可选D系列 多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为 “Sh” 。
防腐蚀泵
当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵全部与液体介质接 触旳部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用旳系 列代号为F。
6
2
3
1
4 5
离心泵旳性能参数
1.流量（Q） : 离心泵在单位时间送到管路系统旳液体体
积，常用单位为L/s或m3/h；
2.压头（H） ：离心泵对单位重量旳液体所能提供旳有
效能量，其单位为m；
3.
液体所取得，一般用效率来反应能量损失；
4.轴功率（N）： [指离心泵旳泵轴所需旳功率，单位为
1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈； 8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件
离心泵旳选择
（1）拟定输送系统旳流量与压头
液体旳输送量一般为生产任务所要求，假如流量在一定范围内 波动，选泵时应按最大流量考虑。根据输送系统管路旳安排， 用柏努力方程计算在最大流量下管路所需旳压头。
用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆旳特点， 所以对此类泵密封性能要求较高。输送200℃以上旳热油时，还需设冷却装 置。
杂质泵
用于输送悬浮液及稠厚旳浆液等，其系列代号为P，又可分为污水泵、 砂泵、泥浆泵等。此类泵旳主要构造特点是叶轮上叶片数目少，叶片 间流道宽，有旳型号泵壳内还衬有耐磨材料。
离心泵旳并联 离心泵旳串联
离心泵旳类型与选择
离心泵旳类型
清水泵
用于输送物理、化学性质类似于水旳清洁液体。最简朴旳清水泵为单级单吸 式，系列代号为“IS”，构造简图如图，若需要旳扬程较高，则可选D系列 多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为 “Sh” 。
防腐蚀泵
当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵全部与液体介质接 触旳部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用旳系 列代号为F。
6
2
3
1
4 5
离心泵旳性能参数
1.流量（Q） : 离心泵在单位时间送到管路系统旳液体体
积，常用单位为L/s或m3/h；
2.压头（H） ：离心泵对单位重量旳液体所能提供旳有
效能量，其单位为m；
3.
液体所取得，一般用效率来反应能量损失；
4.轴功率（N）： [指离心泵旳泵轴所需旳功率，单位为
1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈； 8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件
离心泵旳选择
（1）拟定输送系统旳流量与压头
液体旳输送量一般为生产任务所要求，假如流量在一定范围内 波动，选泵时应按最大流量考虑。根据输送系统管路旳安排， 用柏努力方程计算在最大流量下管路所需旳压头。
《流体输送机械》PPT课件
第一节 液体输送机械
表2-1液体输送机械的分类
泵是一种通用的机械，广泛使用在国民经济各部门中。 其中离心泵具有结构简单、流量大而且均匀、操作方便等 优点，在化工生产中的使用最为广泛。本章重点讲述离心 泵，对其它类型的泵作一般介绍。
第一节 液体输送机械
二、离心泵构造和原理
1.离心泵的工作原理 图2-1是一台安装在管路中 的离心泵装置示意图，主要部件 为叶轮1，叶轮上有6-8片向后弯 曲的叶片，叶轮紧固于泵壳2内 泵轴3上，泵的吸入口4与吸入管 5相连。液体经底阀6和吸入管5 进入泵内。泵壳上的液体从排出 口8与排出管9连接,泵轴3用电机 或其它动力装置带动。
泵
2.特性曲线
离心泵的有效压头、轴功率、效率与流量之间的关系曲线称为离心泵的特 性曲线 , 常 由 实 验 测 定 ， 如 图 2- 8 所 示 为 国 产 IS100-80-125型离心水泵在 n=2900rm-1时测得的特性曲线。其中以扬程和流量的关系最为重要。由于泵的 特性曲线随泵转速而改变，故其数值通常是在额定转速和标准试验条件(大气 压101.325kPa,20℃清水)下测得。通常在泵的产品样本中附有泵的主要性能 参数和特性曲线,供选泵和操作时参考。
图2-4 泵壳与导轮 1-叶轮；2-导轮；3-泵壳
第一节 液体输送机械
2.2泵壳：是一个截面逐渐扩 大的状似蜗牛壳形的通道，常称蜗 壳，如图2-5所示。叶轮在壳内顺 着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转, 愈接近液体出口,通道截面积愈大。 因此,液体从叶轮外缘以高速被抛 出后,沿泵壳的蜗牛形通道而向排 出口流动,流速便逐渐降低,减少了 能量损失,且使大部分动能有效地 转变为静压能。
另外：叶轮按其吸液方式的不同可分为单吸式和双吸 式两种，如图2-3所示。单吸式叶轮构造简单，液体从叶 轮一侧被吸入；双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入 液体。显然，双吸式叶轮具有较大的吸液能力，并较好地 消除轴向推力。故常用于大流量的场合。
化工原理-第二章-流体输送机械PPT课件
总效率：
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
化工原理第二章 流体输送机械
离心力 叶片间液体 中心外围 ——液体被做功
动能
高速离开叶轮
2．2．2离心泵与通风机的结构、工作原 理与分类
②泵壳：液体的汇集与能量的转换 （动静）
③吸上原理与气缚现象
叶轮中心低压的形成 —液体高速离开 p 泵内有气， 则 泵入口压力 液体不能吸上 ——气缚
故离心泵在启动前必须灌泵
④轴封的作用 ⑤平衡孔的作用 ——消除轴向推力 ⑥导轮的作用 ——减少能量损失
2．2．1离心式流体输送机械的基本方程
离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假 设：
(1)叶片的数目无限多，叶片无限薄， 流动的每条流线都具有与叶片相同 的形状。
（2）流动是轴对称的相对定常流动，即在 同一半径的圆柱面上，各运动参数均相同， 而且不随时间变化。
（3）流经叶轮的是理想流体，粘度 为零，因此无流动阻力损失产生。
离心泵的压头H和风机的风压pt都是指流体 通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。
根据伯努利方程，单位体积气体通过通
风机所获得的压头为
Ht
( p2
p1 ) /
g
(u
2 2
u12 )
2g
式中 u1, u2 ——分别为通风机进口和出口速度，m/s
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
压头计算式中，H p ( p2 p1) / g 称为通风机的静压头，
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
1.流量
->流量是单位时间内输送出去的流体量。通
常用Q来表示体积流量，单位m3/s。
->通风机流量也常称为风量，并以进口处为 准。通风机铭牌上的风量是在“标准条件” 下，即压力1.013105Pa，温度20C下的气体 体积。
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
动能
高速离开叶轮
2．2．2离心泵与通风机的结构、工作原 理与分类
②泵壳：液体的汇集与能量的转换 （动静）
③吸上原理与气缚现象
叶轮中心低压的形成 —液体高速离开 p 泵内有气， 则 泵入口压力 液体不能吸上 ——气缚
故离心泵在启动前必须灌泵
④轴封的作用 ⑤平衡孔的作用 ——消除轴向推力 ⑥导轮的作用 ——减少能量损失
2．2．1离心式流体输送机械的基本方程
离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假 设：
(1)叶片的数目无限多，叶片无限薄， 流动的每条流线都具有与叶片相同 的形状。
（2）流动是轴对称的相对定常流动，即在 同一半径的圆柱面上，各运动参数均相同， 而且不随时间变化。
（3）流经叶轮的是理想流体，粘度 为零，因此无流动阻力损失产生。
离心泵的压头H和风机的风压pt都是指流体 通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。
根据伯努利方程，单位体积气体通过通
风机所获得的压头为
Ht
( p2
p1 ) /
g
(u
2 2
u12 )
2g
式中 u1, u2 ——分别为通风机进口和出口速度，m/s
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
压头计算式中，H p ( p2 p1) / g 称为通风机的静压头，
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
1.流量
->流量是单位时间内输送出去的流体量。通
常用Q来表示体积流量，单位m3/s。
->通风机流量也常称为风量，并以进口处为 准。通风机铭牌上的风量是在“标准条件” 下，即压力1.013105Pa，温度20C下的气体 体积。
2．2．3离心泵与离心通风机的性能
第二章 流体输送机械
第二章 流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。
若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。
解 水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压）压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==，流速 / ./(.)1221540360015603544V q u m s d ππ===⨯. ../.221212035156199031d u u m s d ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭扬程 222102M V p p u u Ηh ρg g--=++ ()(.)(.)....⨯--⨯-=++⨯⨯332235010301019915603599579812981....m =++=0353890078393 水柱【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。
若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。
解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。
（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。
(3)液体密度ρ增大，则轴功率V q gHP ρη=将增大。
【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h ，扬程为20m(H 2O)。
试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱，有效功率 .e V P q gH W ρ==⨯⨯⨯=181000981209813600(2) 转速 /min 11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱转速/m i n 21250n r = 流量 ./322111250181551450V V n q q m h n ==⨯= 扬程 .2222121125020149m H O 1450n H H n ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭柱 管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa ，两槽液位相差4m 且维持恒定。
第二章流体输送机械教案（推荐五篇）
第二章流体输送机械教案（推荐五篇）第一篇：第二章流体输送机械教案***大学《化工原理》A 教案****共 4页第二章流体输送机械（一）【教学目的】掌握管路特性方程；了解离心泵的结构。
【教学时数】 1学时【教学重点与难点】本节无难点。
【教学内容要点】2.1 概述：输送流体所需的能量；压头和流量是流体输送机械的主要技术指标； 2.2 离心泵：2.2.1 离心泵的工作原理：离心泵的主要构件-叶轮和涡壳；离心泵的工作过程；液体在叶片间的运动；等角速度旋转运动的考察方法；离心场力中的机械能守恒；离心泵的理论压头；流量对理论压头的影响；叶片形状对理论压头的影响；液体密度的影响；【教学环节】1．为什么要介绍流体输送机械？（3～5min）2．管路特性曲线的来历，有何物理意义？介绍该曲线有何作用？流体输送机械的分类。
（15min）3．用教学录像演示离心泵的主要构件及工作原理。
（10min）4．离心泵的液体在叶片间的运动规律、能量的分析。
（15min）【课后复习与思考题】1.下次课讲授“2.2离心泵”余下的部分内容，请预习。
***大学《化工原理》A 教案****共 4页第二章流体输送机械（二）【教学目的】掌握离心泵特性曲线的求取方法；理解离心泵流量调节的方法；掌握离心泵安装的有关注意事项。
【教学时数】2学时【教学重点与难点】本节重点为离心泵的特性曲线；离心泵的流量调节与组合操作；离心泵的安装高度的计算；难点离心泵基本方程的推导和离心泵安装高度。
处理方法：先播放“离心泵的气蚀现象”的教学录像片断，然后从理论上分析气蚀发生的原因和后果，为了避免气蚀现象发生，必须规定泵有一定的安装高度，最后推导出安装高度的计算式。
【教学内容要点】2.2 离心泵2.2.2 离心泵的特性曲线：泵的有效功率和效率；离心泵的特性曲线；液体粘度对特性曲线的影响；转速对特性曲线的影响；2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作：离心泵的工作点；流量调节；并联泵的合成特性曲线；串联泵的合成特性曲线；组合方式的选择；2.2.4 离心泵的安装高度：气蚀现象；临界气蚀余量和必需气蚀余量；最大允许安装高度； 2.2.5 离心泵的类型与选用：离心泵的类型；离心泵的选用；【教学环节】1．上节课内容的回顾: 请1～2位同学简单地回顾一下上节课所学的有关知识，包括主要内容，目前最大的收获或印象最深的内容以及不清楚的内容。
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按结构特征和工作原理分类
⑶流体作用泵：利用流体动能与静压能相互转换的原理输送流体。
离心泵是典型的高速旋转叶轮式液体输送机械，在泵类机械中具有很好的 代表性。 泵轴
（一）结构和主要部件 转动部分
泵壳，导轮
叶轮
静止部分
轴承，密封装臵
2014-5-2 第2章 流体输送机械 11
（二）离心泵的工作原理
为实现流体的连续输送，必 须保持储罐液面与叶轮入口之间 有足够的压差，使液体能够顺利
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第2章 流体输送机械
⒉离心泵性能的改变和换算－影响因素
①密度的影响：
c2 u2 cos 2 c1u1 cos1 HT g
H、Q 和 η与ρ无关
QT c2 sin 2D2b2
轴功率：
N Ne /
Ne QHg
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第2章 流体输送机械
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CH=99%
③叶轮转速的影响
改变叶轮转速来调节离心泵的流量是一种节能的操 作方式。叶轮转速的改变将使泵内流体流动状态发生 改变，其特性曲线随之而变。 当转速变化小于20%时，可认为效率不变，速度三 角形形状不变，此时各变量之间的近似关系为：
w
2
c
w
2
2
c
2
c
c
r2
r2
r
2
2
u
2
u
2
Q' n' Q n
解决方法：采用机械密封等摩擦阻 力较小的密封装臵减小机械摩擦。
c u
R
cr
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第2章 流体输送机械
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③水力损失
流体在泵壳内流动产生的环流和方向 改变引起的环流和冲击而产生的局部 阻力 ； 与泵的结构、流量及液体的性质等有 关；随流量变化而改变 ；
ηH=H/HT，80%~95%
解决方法： 蜗壳的形状按液体离开的自由流动轨迹螺旋线设计； 装叶片的导轮（diffuser），可减少此项能量损失。
在叶轮直径变化≤20%，而转速不变,效 率可认为不变时，叶轮直径和Q、H 、N 之间的近似关系为：
Q' D'2 Q D2 H' D'2 2 ( ) H D2 N' D'2 3 ( ) N D2
图中D1＞ D2＞ D3
─切割定律
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㈤离心泵的气蚀现象与泵的安装高度
本章内容
性能参数及影响因素 设备选型原则
离心泵、往复式压缩机
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第2章 流体输送机械
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2.1 液体输送机械
2.1.1 液体输送机械的分类 2.1.2 离心泵 2.1.3 往复泵
2.1.4 其它类型的泵
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2.1.2 离心泵（Centrifugal Pumps）
N Ne /
√
电动机功率：原动机所需功率 = 轴功率/传动效率
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第2章 流体输送机械
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㈣离心泵的特性曲线（Characteristic curves） 及其影响因素
⒈离心泵的特性曲线
描述离心泵性能参数与流量关系（H～Q、N～Q、～Q等） 的曲线。对实际流体，这些曲线难以理论推导，由实验测定。 离心泵特性曲线反映泵基本性能，由制造商附于产品样本， 是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。
36 IS00-80-160B 离心泵 32 n=2900r/min 28 24 20 16 12 8 4 0 0 20 40 60 12 8 4 0 80 100 120 140 3 Q/ m /h 90 80 70 50
[%]
36
H [m]
60
N [kW]
40 30 20 10 0
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H' n' ( )2 H n
N' n' ( )3 N n
─比例定律
图中 n1 ＞ n2 ＞ n3
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④
由离心泵的基本方程式得知，当泵的转 速一定时，其压头、流量与叶轮直径有 关。若对同一型号的泵，换用直径较小 的叶轮，而其它几何尺寸不变 (仅是出口 处叶片的宽度稍有变化 )，这种现象称为 叶轮的“切割”。
⒉压头
2 2 p2 p1 u2 u1 H z 2 z1 H f 1 2 g 2g
p u 2 z H f 1 2 g 2 g p z g
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⒊效率=100%-损失
①容积损失：由于泵的回流或泄漏造成的能量损失；
NPSH NPSH样本
H [m]
36
IS00-80-160B 离心泵 32 n=2900r/min 28 24 20 16 12 8 4 0 0 20 40 60 12 8 4 0 80 100 120 140 3 Q/ m /h
90 80 70 50
[%]
60
N [kW]
40 30 20 10 0
离心泵铭牌上标出的 H、Q、N 即为最高效率时的数据，称为 “最佳工况参数”。一般将最高效率值的92% 的范围称为泵的 高效区，泵应尽量在该范围内操作。
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第2章 流体输送机械
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⒉离心泵的安装高度
为使离心泵能正常运转，避免气蚀现象，要求叶片入口的最低
压强须维持在某值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸气 压作为最低压强。在实际操作中泵内最低压强的位臵不易确定， 往往以实际泵入口处的压强考虑一安全量后作为叶片入口处允 许最低压强。
p泵入口(p1) -p安全量= p叶轮入口≥pV 指标：允许气蚀余量
由离心泵工作原理可知，从整个吸入管路到泵
的吸入口直至叶轮内缘，液体压强不断降低。 研究表明叶轮入口处内缘是泵内压强最低点。
1
Hg p 0 0 1 0
K K
⒈离心泵的气蚀现象
压强低至液体饱和蒸汽压
液体部分汽化
气泡被带入叶轮，到达压力较高处凝聚。 因凝聚点处产生瞬间真空， 周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。 可使叶轮出现斑点或裂纹。使泵结构产生机械破坏
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②粘度的影响
> 20cSt应换算：
Q’ = CQ· Q
η’ = Cη·η CQ、 CH、 Cη见P98Fig.2-17 Q =6m3· min-1 H=180m,=220cSt CQ=75% Cη=97%
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H’ = CH· H
2
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概 述
化学工业是流程工业，原料 成品 整个工厂的生产设备是由流体输送管道构成体系。
传热、传质和化学反应与流体流动状态密切相关。
流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送机械也有
离心泵是典型的高速旋转叶轮式液体输送机械，在泵类机械中 具有很好的代表性。
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2.1.1 液体输送机械的分类
⑴叶片式泵：利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能；
⑵容积式或正位移式（往复、旋转式）：利用往复运动活塞或转子周期性挤 压使流体获得静压能与动能；
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⒈离心泵的气蚀现象
症状：噪声大、泵体振动；流量、压头、效率明显下降；严重时使泵抽空。 后果：高频冲击、高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，严重时成 海绵状而迅速破坏。 措施：离心泵装在恰当的高度，确保泵内压强最低点处冲压超过工作温度下 被送液体的饱和蒸汽压
共通的原理，所以有通用机械之称。
化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的
流量和压强的要求。流体输送系统包括：流体输送管路、流体 输送机械、流动参数测控装臵。
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流体输送机械
(Pumps，fans， blowers and compressors)
流体输送机械：为流体流动提供机械能的机械设备。 作用：为流体提供机械能，增加总比能、克服阻力。 按输送流体性质不同分类： 泵(Pumps)：输送液体的机械，容积泵、离心泵等 风机(Compressors)：输送气体的机械。 结构特点 主要结构部件 操作方法等 工作原理
允许气蚀余量 允许安装高度Hg
2 Po P1 u1 Hg H f01 g 2g
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吸入管路 阻力损失
允许安装高度Hg
2 p1,允 pv u1 NPSH 2 g g g
2 P0 P1 u1 Hf 与 Hg g 2g
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⒊效率=100%-损失
①容积损失
②机械损失
③水力损失 总效率： Q H M
小型泵：50～70％
大型泵：90％左右
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⒋功率
有效功率Ne ：单位时间泵对所输送的液体所做的功
Ne QHg
轴功率N：泵轴所需功率，即电动机传给泵轴的功率
与泵的结构及液体在泵进、出口处的压强差有关 ； ηQ = 实际流量/理论流量，85%~95% 解决方法：使用蔽式叶轮或机械密封。
( 开式
(d) 双吸式
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