第二章 流体输送机械(化工原理王志魁版)
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:
第二章_流体输送机械
蜗壳内进行能量的转换 流体被压出 叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入泵内 思考： 流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
逐渐扩大的 泵壳通道
高压流体
7
思考：
泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象
未灌满 底阀漏液
3
2.1 离心泵
2.1.1 离心泵构造、原理及主要部件 一、构造和原理
1、离心泵的构造：
排出管
吸入口
泵轴
泵壳 叶轮
轴封
4
5
1、叶 轮： 2、泵 壳： 3、泵 轴 及 轴 封 装 置：
思考：
为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？
压出导管 泵壳 叶轮
泵轴
吸入导管 底阀
6
2、离心泵的工作原理：
2.1.3 离心泵的主要性能参数
（1）压头和流量
由b、c两截面间的柏努利方程：
pb
g
ub2 2g
H
h0
pc
g
uc2 2g
hf,bc
H
h0
pc pb
g
uc2 ub2 2g
hf,bc
压力表
c
真空表
h0
b
由于两截面间的管长很短，其阻力损 失通常可以忽略，两截面间的动压头 差一般也可以略去，则可得
H
h0
pc pb
g
测定离心泵性能参数的装置
20
2 流体输送机械—2.1.3 离心泵的主要性能参数
（2）有效功率Ne、轴功率N 和效率η 有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功Ne =HQρg，W 轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。Ne<N 泵的效率η：泵对外加能量的利用程度，η <100%。为什么？
《化工原理》第二章 液体输送机械
第二节 离心泵
图2-8离心泵的特性曲线
第二节 离心泵
①qv -H 曲线 表示泵的扬程和流量的关系。曲线表明 离心泵的扬程随流量的增大而下降。
②qv -p轴 曲线 表示泵的轴功率和流量的关系。曲线 表明离心泵的轴功率随流量的增大而上升，当流量为零时 轴功率最小，所以离心泵启动时，为了减小启动功率应使 流量为零即将出口阀门关闭，以保护电机。待电机运转到 额定转速后，再逐渐打开出口阀门。
图2-1离心泵装置
示意图 1-叶轮；2-泵壳； 3-泵轴；4-吸入口； 5-吸入管；6-底阀； 7-滤网；8-排出口； 9-排出管； 10-调节阀
第二节 离心泵
泵在启动前,首先向泵内灌满被输送的液体，这种操 作称为灌泵。同时关闭排出管路上的流量调节阀，待电动 机启动后，再打开出口阀。离心泵启动后高速旋转的叶轮 带动叶片间的液体作高速旋转，在离心力作用下，液体便 从叶轮中心被抛向叶轮的周边，并获得了机械能，同时也 增大了流速，一般可达15～25m/s,其动能也提高了。当液 体离开叶片进入泵壳内，由于泵壳的流道逐渐加宽，液体 的流速逐渐降低而压强逐渐增大，最终以较高的压强沿泵 壳的切向从泵的排出口进入排出管排出，输送到所需场所， 完成泵的排液过程。
二、液体输送机械的分类
由于被输送液体的性质,如黏性、腐蚀性、混悬液的颗粒等都有 较大差别，温度、压力、流量也有较大的不同，因此，需要用到各种 类型的泵。根据施加给液体机械能的手段和工作原理的不同，大致可 分为四大类，如表2-1所示。
第一节 概 述
表2-1液体输送机械的分类
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、往复泵，对其它类型的泵作一般介绍。
化工原理第二章--流体输送机械
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19
一．液体质点在叶轮中的流动
2、速度三角形
2019/12/15 图2-5 液体在离心泵中流动的速度三角20 形
二．离心泵基本方程的表达式
HT
u22 u12 2g
12 22
2g
c22 c12 2g
离心泵基本方程式
表明离心泵的静压头由液体作旋转运动的圆周速度 和径向的相对速度转换而获得。
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29
四．离心泵实际压头、流量关系 曲线的实验测定
H Aa Gq2
（2-17）
离心泵特性方程式
2.1 概述 2.1.2 流体输送机械的分类
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8
流体输送机械的分类
按输送流体 的状态分类
输送液体 输送气体
泵
通风机 鼓风机 压缩机 真空泵
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流体输送机械的分类
按工作原理分类
动力式（叶轮式） 容积式（正位移式） 流体作用式
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第二章 流体输送机械
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三．离心泵理论压头影响因素分析
（3）理论流量
HT A BqT
对于后弯叶片，B>0，HT∞随qT的增加而降低。
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三．离心泵理论压头影响因素分析
图2-7
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HT∞与qT的关系曲线来自28三．离心泵理论压头影响因素分析
（4）液体密度 离心泵的理论压头与液体密度无关。 但是，在同一压头下，离心泵进出口的压力差 却与液体密度成正比。
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化工原理习题解 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,其她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 /min 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--流体输送机械答案
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 /min 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。
化工原理——流体输送机械
3）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。 A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出， 或者外界空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类 主要由填料函壳、软填料和填料 填料密封：压盖组成，普通离心泵采用这种
轴封
密封。
装置
机械密封：主要由装在泵轴上随之转动的动环 和固定于泵壳上的静环组成，两个
2）按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不 大的情况。
双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大 的情况。
3）按离心泵的不同用途
水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且 杂质很少的液体的泵, （B型）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀 材料制成。要求：结构简单、零件容易更 换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵 的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、 塑料、玻璃等。（F型）
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。
往复泵：利用活塞的往复运动，将能量传 给液体，以完成输送任务。
回转泵：靠泵内一个或一个以上的转子旋 转来吸入和排出液体。
旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。
掌握要求 基本原理 主要结构 性能参数
本章的目的：
选择泵、计算功率 确定安装位置
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作
化工原理第二章_流体输送机械-学习要点
2.1离心泵 (Centrifugal Pump)
2.1.4 工作点 ( The Duty Point )
泵特性曲线：泵的输出压头与输送液体流量之间的 关系曲线。 管路特性曲线：在特定管路系统中，输送液体流量 与所需压头的关系。 The duty point of the pump is the point of intersection of the characteristic curve of the pump and the characteristic curve of the pipeline. 工作点：反映了离心泵安装在特定管路中的实际工作状态
2. 缺点：变频器价格昂贵，投资费用增加。
2.1离心泵 (Centrifugal Pump)
2.1.5 流量调节 ( flow rate Adjustment )
离心泵并联操作
1、若管路特性（曲线、方程）不变； 2、H=H1=H2，Q=2Q1=2Q2，泵特性曲线横向延展； 3、工作点向右上移动，Q↑，H↑； 4、泵并联后的流量，小于单泵操作时流量的2倍； 5、主要用于增加流量，也可以作为备用泵。 离心泵串联操作 1、若管路特性（曲线、方程）不变； 2、H=2H1=2H2，Q=Q1=Q2，泵曲线向上移动； 3、工作点向右上移动，Q↑，H↑； 4、泵串联联后的扬程，小于单泵操作时扬程的2倍； 5、主要用于增加扬程。
2.Байду номын сангаас离心泵 (Centrifugal Pump)
2.1.2 主要部件及工作原理 (Component and Principle) 离心泵安装、操作注意事项
1. 泵前、泵后安装压力表，观察泵启动、工作是否正常； 2. 离心泵安装高度应适当，防止发生气蚀现象（液体在叶轮中心处吸 入离心泵，若此处压力pk太低，低于液体饱和蒸气压，液体发生气
化工原理-第二章-流体输送机械教材
以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工 作，还需其它的辅助部件：
导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较 大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是 位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与 叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流 出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向， 使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。
α2
β2
2
r2
u2
β1
w1
c1
1 α1
u1
HT
u22 u12 2g
w12 w22 2g
c22 c12 2g
从理论上表达泵的压头与直径、转速、结构及流量的关系，
计算离心泵理论压头
HT
u22 g
u2 cot 2 g D2b2
QT
(1)n↑， H T∞ ↑; (2) D2↑，H T∞ ↑
QT Cr2 D2b2
第一节 离心泵(Centrifugal pumps )
一、工作原理和主要部件 1、 工作原理
基本结构
固定的泵壳 旋转的叶轮
2. 工作过程 排液过程 吸液过程
灌泵
叶轮高 离心作用 叶轮 流道扩大 速旋转静压能和动能外缘动能 静压能
泵壳
液体排出
叶轮中部低压
液体吸入
若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启 动是否能够吸上液体呢？
H1 ( n1 )2 H 2 n2
2
H1 H2
D1 D2
近似不变 近似不变
N1 N2
n1 n2
3
N1 N2
D1 D2
化工原理(第二版)第二章
选型时→ ηmax
高效 区
设计点
33
Q
3．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度的影响
ρ对 H~Q 曲线、η~Q 曲线无影响，但 N =
故ρ↑，N~Q 曲线上移。
QρgH
η
，
粘度的影响 当µ比 20℃清水的大时，H↓，N↑，η↓
实验表明，当ν<20 厘斯时，µ对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
he ′
•
工作点
阀门开大
Q
41
说明
①工作点 ←泵的特性 & 管路的特性 工作点确定： 联解两特性方程 作图，两曲线交点 ②泵装于管路 工作点 ~（H,Q) Q=泵供流量=管得流量 H=泵供压头=流体得压头 ③工作点~（Q,H,N, η ） ~泵的实际工作状态
42
2
液体输送机械 − − − 泵 流体输送机械 通风机、 通风机、鼓风机 气体压送机械 − − − 压缩机、真空泵 压缩机、
3
泵按工作原理分为: 泵按工作原理分为
特点：有可旋转的叶轮 叶片式泵： 叶片式泵：如离心泵、混流式等 特点：机械内部的工作 容积式泵： 齿轮泵、 容积式泵：如往复泵、齿轮泵、螺杆泵等 容积不断发生变化。 其它类型：如旋涡泵、 真空泵、动力作用式泵 其它类型：如旋涡泵、 真空泵、
流量计 真空表 c 压力表 h0 b
pc uc2 pb u + + h0 + h f + +H= ρg 2 g ρg 2 g
2 b
pc − pb p c ( 表 ) + p b (真 ) H≈ = ρg ρg
28
轴功率和效率
N，又称功率，单位W 或kW ，又称功率，单位