第2章 流体输送机械共79页
第二章 流体输送机械原理
第二章流体输送机械2-1概述化工生产中，下列流体输送场合需要利用流体输送机械：1）将流体从低处送到高处；2）将流体从底压处送到高压处；3）将流体从甲地送往乙地（管道运输如石油，天然气输送）；4）抽气（使设备如反应装置维持一定的真空度）。
按工作原理对流体输送机械进行分类有下列几类：1）离心式，如离心泵；2）往复式，如往复泵，往复压缩机；3）旋转式，如旋转泵；（2和3为正位移泵）4）流体动力作用式，如喷射泵。
在流体输送机械中，输送流体的通常称为泵，输送气体的通常称为风机和压缩机。
下面对流体输送机械的操作原理，基本构造，性能特点和选用原则将重点讨论离心泵。
第一节流体输送设备2-2 离心泵一.操作原理、主要部件与类型1.操作原理最常用的液体输送机械是离心泵。
图2-1离心泵的装置图。
其基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。
叶轮与泵轴相连，叶轮上有若干弯曲的叶片。
泵轴由外界的动力带动时，叶轮便在泵壳内旋转。
液体由入口沿轴向垂直地进入叶轮中央，在叶片之间通过而进入泵壳，最后从泵的切线出口排出。
离心泵的操作原理如下。
开动前泵内要先灌满所输送的液体。
开动后，叶轮旋转，产生离心力。
液体因而从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高；并以很高的速度流入泵壳，在壳内减速，使大部分地动能转换为压力能，然后从排出口进入排出管路。
叶轮内的液体被抛出后，叶轮中心处形成真空。
泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力(常为大气压)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，填补了被排出液体的位置。
只要叶轮不停地转动，离心泵便不断地吸入和排出液体。
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所产生的离心力，故名离心泵。
离心泵开动时如果泵壳内和吸入管路内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为空气的密度比液体小得多，叶轮旋转所产生的离心力不足以造成吸上液体所需的真空度。
象这种因泵壳内存在气体而导致吸不上液的现象，称为“气缚”。
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
第二章流体输送机械2(含小结)
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类型：
动力来源分： （1）电动往复泵 由电动机来驱动，是最常见的一种。 （2）气动往复泵 由蒸汽机来驱动。 作用方式分： （1）单动往复泵 一个行程只吸液一次，排液一次。 （2）双动往复泵 同时进行吸液和排液。
单缸单动泵
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二、往复泵的流量调节
（1）往复泵的理论流量
往复泵的理论流量等于单位时间内活塞在泵缸内扫过 的体积 实际流量小于理论流量（吸入阀和排出阀启闭不及时， 液体漏损等）
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泵安装掌握内容
安装高度计算方法
概念：汽蚀余量、允许安装高度
输送高温或低沸点液体，允许安装高度
往往很小，有时会出现负值。这时泵应
安装在液面以下。
§2 离心泵
八、离心泵的选用 类型：不下百种
清 水 泵 油 泵 耐 腐 蚀 泵 按用途分杂质泵 锅 炉 给 水 泵 冷 凝 水 泵
轴流泵的特点
①流量越小，功率越大； ②高效操作区很小，在额定点两侧效率急骤下降； ③大流量，低压头的流体输送； ④ H～ qV曲线很陡，最大压头可达到额定值的1.5～ 2倍。
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轴流泵的流量调节
常用的方法为改变叶轮转速和改变叶片安装角度，不 能用出口阀门调节流量。 轴流泵的安装高度
大多数为负吸液高度下工作，如果吸液高度为正，同 样需要充液。
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（3）油泵（Y型）
输送不含固体颗粒、无腐蚀性的油类及石油产品，其 系列代号为“Y”。该类型泵要求密封好，可防止易燃
液体外漏。典型的油泵为Y型泵，扬程为5～1740m，
流量为5.5～1270m3/h。
DFAY 型卧式输油泵
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第二章 流体输送设备
扬程与升扬高度的区别：
2 2 P1 u1 P2 u2 Z1 H Z2 H f 1 2 g 2 g g 2 g
2 2 P2 P1 u2 u1 H Z 2 Z1 H f 1 2 g 2g
升扬高度
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制作者：黄德春 《化工原理》课件——第二章 流体输送设备
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制作者：黄德春 《化工原理》课件——第二章 流体输送设备
概 述
流体输送设备分类：
按流体类型 输送液体—泵(pumps) 输送气体—通风机、鼓风机、压缩机 及真空泵 按工作原理 动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得 能量。包括离心式、轴流式输送机械
容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压 以获得能量。包括往复式、旋转式输送机械
QHg 15 103 29.5 1000 9.81 75.2% N 5.77 1000
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制作者：黄德春 《化工原理》课件——第二章 流体输送设备
第一节 离心泵 四、特性曲线的改变和换算
影响因素 物 性 密度 粘度 ↑ 转速 Δ<20% 叶轮直径 Δ<20% 流量(Q) 扬程(H) 效率(η) 轴功率(N)
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制作者：黄德春
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制作者：黄德春 《化工原理》课件——第二章 流体输送设备
第一节 离心泵 《化工原理》课件——第一章 流体流动 三、性能参数及特性曲线
1.性能参数 2B31型离心泵铭牌上标注的参数
型号2B31 转速 2900r/min 流量20m3/h 效率64％ 扬程30.8m 轴功率2.6kW 气蚀余量4.2m 重量363N
体的饱和蒸汽压
叶轮外缘 (高压区)
气泡 冲击 破裂 叶轮 泵损害
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第二章 流体输送机械
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N一定
24
22
20
18
16
14
12
10
η
H P
80
70 60
50
8 40 6 30 4 20 2 10 00
0 20 40 60 80 100120 qv m3/s
离心泵的特性曲线
1.流量的影响
1)qv
, He
; qv
0,
H
也只能达到一定值。
e
2）qv ，Pa ；qv 0，Pa最小， 离心泵启动时，应关闭出口阀门。
ha
p1
g
u12 2g
pV
g
有效气蚀余量：与吸入管路条件有关，与泵的结构尺寸无关。
必需汽蚀余量(Δhr)：表示液体从泵入口流到叶轮内最低压 力处的全部压头损失。
泵入口处压头
p1
g
u12 2g
有效汽蚀余量ha 必需汽蚀余量hr
叶轮压力最低处压头 pk
g
饱和蒸汽压头
pV
g
必需汽蚀余量越小，泵越不易发生汽蚀现象。
※泵向管路提供能量用以提高流体的势能和克服管路阻力损失。
2.2.3离心泵的流量调节和组合操作
管路特性方程：
H H0 Kqv2
泵的特性方程： He (qv ) C Dqv2
泵------供方 管路------需方
H
两特性曲线的交点即 为泵的工作点。
qV 工作点
2.流量调节
方法：改变管路特性曲线；
Q
4）离心泵的组合操作
A. 泵的并联
两台相同的离心泵并联，理论上讲在同 样的压头下，其提供的流量应为单泵的 两倍。
H H并 流量增加，使管路流动阻力增加 H
第二章流体输送机械
第二章：流体输送机械一、本章学习目的通过本章的学习，了解各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能；掌握离心泵的主要性能参数；了解离心泵的特性曲线；能合理地选择离心泵的类型，决定其规格，计算功率消耗，正确地安装其在管路系统中的位置，并进行操作管理。
二、本章思考题2-1 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状态？2-2 离心泵的特性曲线有几条？其曲线形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？2-3 在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？2-4 离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？2-5 离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？ 2-6 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？ 2-7 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？2-8 什么是液体输送机械的扬程（或压头）？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？2-9 管路特性方程20V kq H H +=中的0H 与k 的大小，受哪些因素的影响？三、本章例题例2-1 某油田通过φ300×15mm 的水平钢管将原油输送至炼油厂。
管路总长为1.6×105m ，输油量要求为250×103kg/h ，现已知油在输送温度下的粘度为0.187Pa·s ，密度为890kg/m 3。
该油管的局部阻力可忽略，现决定采用一种双吸五级油泵，此泵在适宜工作范围内的性能列于本例附表1中。
附表1 Q/（m 3/h ）200 240 280 320 H/m500490470425注：表中数据已作粘度校正。
试求在整个输油管路上共需几个泵站？实际输送量为若干kg/h 。
解：油的体积流量Q=890102503⨯=280.9m 3/h管内流速u=227.0785.036009.280⨯⨯=1.363m/s Re=310187890363.127.0-⨯⨯⨯=μρdu =1751＜2000为滞流因原油在直管内作滞流流动，故：管路压头损失H f =81.989027.0363.1101601018732322332⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==∆-g d ul g p fρμρ =2050m由附表1单台泵的特性数据查出：当Q=280.9m 3/h 时，H=467.5m 初估泵系数 n=5.4672050=4.385故应采用5个泵站。
化工原理-2章流体输送机械——总结
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
平衡孔
F
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）
标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。
NPSH = (NPSH)r + 0.5
三、允许安装高度[Hg]
最大允许安装高度为：
2.2.5离心泵的类型与选用
一、离心泵的类型
按叶轮数目分类:单级、多级； 按吸液方式分类：单吸、双吸； 按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵； 1) 清水泵---化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型－单级、单吸； 以IS100-80-125为例： IS—国际标准单级单吸清水离心泵； 100—吸入管内径，mm； 80—排出管内径,mm； 125—叶轮直径,mm
P 2 H Kqv g
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。
（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。
2.3.1往复泵的作用原理和类型
（1）作用原理
如图所示为曲柄连杆机构带动的往复
泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活 门组成。活柱在外力推动下作往复运动， 由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打 开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体 的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的 往复运动直接以压强能的形式向液体提供
第二章 流体输送机械
方程成立的3个假设： （1）叶片数目无限多，叶片无限薄，流动的 流线与叶片有相同形状； （2）流动是轴对称的相对定常流动； （3）流经叶轮的是理想流体，黏度为零，无 流动阻力损失。
1.液体质点在叶轮内的运动 （1）圆周速度u
2Rn u 和半径及转速有关 60
方向: 在该点圆周切线方向 （2）相对速度w 方向: 在该点叶片的切线方向 （4）速度三角形 大小: 与流量及叶片形状有关， α—c与u的夹角 β— w与u的反向延长 愈到外缘，流道扩大则 线夹角 动能下降转变为静压强。 2 2 2 w c u 2cu cos （3）绝对速度c w与u的和速度
第二章 流体输送机械
1 本章学习的目的 本章是流体力学原理的 具体应用。通过学习掌握工 业上最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 的要求，合理地选择和正确 地使用输送机械，以实现高 效、可靠、安全的运行。
2 本章应掌握的主要内容 本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特 性及其选型。 3 本章学习中应注意的问题 加深对流体力学原理的理解，并从工程应用 的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流体 输送。
往复式压缩机
喷射式
喷射泵
容积式 往复式 往复泵、隔膜泵、计量 泵
回转式
齿轮泵、螺杆泵
罗茨风机、液环压缩 机
第二节 液体输送机械
一. 离心泵主要部件、工作原理及分类 二. 离心泵的基本方程式 三. 离心泵的主要性能参数与特性曲线 四. 离心泵性能参数的改变及换算 五. 离心泵的工作点与流量调节 六. 离心泵的气蚀现象与允许吸上的高度 七. 离心泵的选型与操作 八. 其它类型的泵
v n m
4）.功率
包括有效功率、轴功率。
第二章_流体输送机械
q v' C q q v,H ' C H H ,' C
(2-5)
3.3离心泵转速的影响：对同一台离心泵若叶轮尺寸不变，仅转速 变化，其特性曲线也将发生变化。在转速变化小于20%时，流量、扬程 及轴功率与转速间的近似关系可用式（2-6）进行计算，称为离心泵的 比例定律。
工作，详见下图 。
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第一节 液体输送机械
由图可见： qv，H ，P轴，有最大值。 例题：参见教材P91例2-1。
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０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
第一节 液体输送机械
3.影响离心泵特性曲线的因素 生产厂家提供的离心泵特性曲线都是针对特定型号的 泵，在一定的转速和常压下用常温水为工质测得的。而实 际生产中所输送的液体是多种多样的，工作情况也有很大 的不同，需要考虑密度、泵的转速和叶轮直径等和实验条 件的不同对泵产生的影响。并根据使用情况，对厂家提供 的特性曲线进行重新换算和选泵。 3.1密度的影响：一台离心泵的流量、压头均与液体的 密度无关，效率也不随密度而改变，当被输送液体的密度 发生改变时，H -q v 曲线和 - q v 曲线基本不变。但泵的轴 功率与液体的密度成正比，此时原产品说明书上的 p轴- q v 曲线已不再适用,泵的轴功率需按（2-3）式重新计算。显 然，若实际液体密度，则P轴, P轴－qv曲线上移，反之下移。
的有效功率为 peHqvg
（2-1）
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第一 液体输送机械
1.4效率：是指有效功率与泵轴功率之比。它表明液体输送过程中泵轴转
动所作的功不能全部为液体所获得，不可避免地会有能量损失，这种损失包
括容积损失、水力损失和机械损失，以上三种损失的大小即用离心泵的总效
2流体输送机械-51页文档资料
离心泵的工作原理
由此可见离心泵主要 是依靠－高速旋转的 叶轮所产生的离心力 来输送液体，故名离 心泵。
“气缚”
离心泵无自吸力，若在启动前泵壳未充满被输送 的液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所 产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足 以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液 体，这种现象就称为气缚。
一、离心泵的工作原理
离心泵之所以能输送液体，主 要是依靠高速旋转的叶轮，将 动能和静压能给予液体，在泵 壳内液体的部分动能转变成静 压能，使液体获得较高的压力， 压出泵体外。
在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。 泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体 内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下， 液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地 吸入和排出液体。
处的机械摩擦造成的损失称为机械损失。
四、离心泵的特性曲线
通常，离心泵的特性曲线由制造厂附于泵的样本或 说明书中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依 据。 （一）离心泵的特性曲线 离心泵的主要性能参数是H、P、η及qv，其关系通 常是在额定转数和标准状态（大气压101.325kPa， 20℃清水）下由实验测得，测出的一组关系曲线称 为离心泵的特性曲线或工作性能曲线。
蜗牛形泵壳及导轮均可使动能有效的转化为静压 能，提高泵的效率。 导轮多用于多极离心泵中，具有4－7片转向的叶 片，可转能并减少能量损失。
三、离心泵的主要性能参数
1、流量（送液能力 ）qv： 指离心泵在单位时间内所输送到管路系统的液体体积。单位有m3/s 。 2、扬程（H）： 指单位重量（1N）液体流经泵所获得的能量，单位为J/N＝m（指液 柱）。H与泵的结构、尺寸及转速及流量有关。 3、功率： (1)输入的轴功率P：指泵轴所需的功率，就是电动机传给泵轴的功率。 (2)输出的有效功率Pe： Pe= qvρgH