化工原理流体输送机械

第二章流体输送机械

流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。•输送液体的机械通称为泵；

例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。

•输送气体的机械按不同的工况分别称为:

通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。

本章的目的：

结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等。

第一节离心泵

2-1-1 离心泵的操作原理和主要部件 2-1-1

1、操作原理

•由若干个弯曲的叶

片组成的叶轮置于

具有蜗壳通道的泵

壳之内。

• 叶轮紧固于泵轴上

泵轴与电机相连，

可由电机带动旋转。

• 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装一止逆阀。

•泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。离心泵的工作过程：

•开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。

•开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。

•在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口流入排出管道。

•泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。

离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。

2）泵壳

A.泵壳的作用

•汇集液体，作导出液体的通道；

•使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。

B.导叶轮

为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之

间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导

叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲

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，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能

量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。

由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，

，适用于输送量很大的情况。 ，适用于输送量很大的情况。

2-1-2 离心泵的基本方程式

1、离心泵基本方程式的导出

假设如下理想情况：

1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任何环流现象。

22）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。

在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：

•液体随叶轮旋转

•经叶轮流道向外流动。

液体与叶轮一起旋转的速度u

1或u

2

方向与所处圆周的切线方

对于某个离心泵（即其β2、γ2、b 2固定），当转速ω一定时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：

T

BQ A H -=∞ 2、离心泵基本方程式的讨论

1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸（b 2，β2）与理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。

2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角β2的大小,叶片形状可分为三种:

a）后弯叶片(β2<90，b) ，ctgβ2>0 。泵的理论压头随流量Q 的增大而减小

b ）径向叶片（β2=90。，图a ），ctg β2=0 。泵的理论压头不随流量Q T 而变化。

c ）前弯叶片(β2>90。，图c )，ctg β2<0 。泵的理论压头随理论流量Q T 的增大而增大。

前弯叶片产生的理论压

头最高，这类叶片是最

佳形式的叶片吗？

NO

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

理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为

2-1-3 离心泵的主要性能参数与特性曲线

1、离心泵的性能参数

1）流量

指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力。2）压头

泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。

离心泵的压头取决于：

▪泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）▪转速n

▪流量Q，

如何确定转速一定时，

泵的压头与流量之间

的关系呢？

实验测定

3）效率

离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η来反映能量损失。这些能量损失包括：

•容积损失

•水力损失

•机械损失

泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关

4）轴功率及有效功率

轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为J/S,W或k W 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示

N=

轴功率和有效功率之间的关系为：η/e N

有效功率可表达为

N eρ

QH

g

=

轴功率可直接利用效率计算

N=

QH

η

ρ/g