第2章 流体输送机械

化工原理－－20111按工作原理分类：动力式（叶轮式）:如离心泵、轴流泵、旋涡泵容积式（正位移式）:如往复泵、齿轮泵其它形式:如喷射泵Chap2流体输送机械一、离心泵的操作原理、构造与类型（一）基本部件与构造叶轮泵壳泵轴及轴封装置化工原理－－20112底阀泵轴叶轮泵壳吸入导管压出导管防止启动前灌入的液体从泵内漏失§2.1离心泵化工原理－－201131.叶轮1）叶轮的作用：将电动机的机械能传给液体2）叶轮的分类：开式叶轮半闭式叶轮闭式叶轮效率依次升高，易阻塞程度依次升高a）按结构：§2.1离心泵化工原理－－20114按吸液方式：单吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入可以从两侧吸入液体§2.1离心泵化工原理－－20115泵壳的主要作用：②能量转换装置。2.泵壳①汇集液体，并导出液体；动能静压能（蜗壳）§2.1离心泵化工原理－－20116导轮叶轮与泵壳之间安装的固定不动的带有叶片的圆盘导轮上的叶片弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反作用：使能量损失减小，动能向静压能的转换更为有效。§2.1离心泵化工原理－－20117(旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封)减少泵内高压液体外流，防止外部空气渗入泵内。填料密封机械密封3.轴封装置（二）分类1.按叶轮数目单级泵轴上只有一个叶轮的离心泵轴上不止一个叶轮的离心泵多级泵，级数指叶轮数可以达到较高的压头§2.1离心泵化工原理－－201182.按叶轮上吸入口的数目叶轮上只有一个吸入口叶轮上有两个吸入口单吸泵双吸泵适用于输送量很大的情况3.按离心泵的不同用途水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵（三）工作原理原理：甩出、真空、吸入。开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。§2.1离心泵化工原理－－20119（1）泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力，液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很高的速度（15-25m/s）流入泵壳。（2）在蜗形泵壳中液体的流速减慢，大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强流入排出管道。（3）泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，开泵后液体经吸入管路进入泵内。§2.1离心泵化工原理－－201110气缚现象叶轮旋转时不能输送液体的现象。若离心泵启动前未充满液体，则叶片间必充满气体。由于气体密度很小，所产生的离心力也很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内，这时叶轮虽然旋转，但不能输送液体。采取措施：启动前泵内充满液体，吸入管路底部装有止逆阀§2.1离心泵化工原理－－201111二、离心泵的理论压头与实际压头(1)(2)流体为理想流体叶轮的叶片数目为无穷多，即叶片厚度不计。•理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量，用H表示。由(1)液体在泵内无摩擦阻力损失由(2)液体完全沿叶片弯曲表面流动§2.1离心泵液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:（一）理论压头化工原理－－201112使静压头增加gpp12的原因：w2c2222u2w1c111u1urHgpp1222212ccg　周向运动：与叶片的相对运动：处处与叶片相切§2.1离心泵在叶轮进口与出口之间列机械能衡算式：原因一：离心力做功rFc2化工原理－－20111321211rcrppFdrg§2.1离心泵212rrrdr2222112rr22212uu原因二：流动通道逐渐扩大，部分动能转化为静压能212ppg22122wwg∴21212112ppppppggg化工原理－－201114gccgwwuuH22212222212122w2c2222u2w1c111u1111212121cos2ucucw222221122uuwwg∴又2222222222coswcucu§2.1离心泵整理得gucucH111222coscos化工原理－－2011151=90222coscug§2.1离心泵2222rQrbcr2b2c2uc2c2r2222222QuuctgrbHg222222cossinctgcuc2叶片的装置角（流动角）又22222sinrbc化工原理－－201116§2.1离心泵——离心泵的基本方程式——离心泵理论压头的表达式222212QHrctggb讨论：（1）理论压头与流量Q、叶轮旋转角速度、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；（3）在叶轮转速、直径一定时，流量Q与理论压头H的关系受装置角2的影响。化工原理－－201117w2w2w2222后弯叶片径向叶片前弯叶片叶片的几何形状290ctg202=90ctg2=0290ctg20H随流量↑而↓H不随流量变化H随流量↑而↑§2.1离心泵化工原理－－2011182902=90290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§2.1离心泵化工原理－－201119c2w2u2后弯叶片c2w2u2径向叶片c2w2u2前弯叶片c2大，泵内流动阻力损失大，泵的效率降低一般都采用后弯叶片§2.1离心泵化工原理－－201120§2.1离心泵（4）理论压头H与液体密度无关。泵对单位体积流体所加的能量与密度（二）实际压头实际压头比理论压头要小。原因：几乎与流量大小无关（1）叶片间的环流运动成正比。化工原理－－201121设计流量§2.1离心泵（2）阻力损失-----近似与流速的平方呈正比（3）冲击损失----在设计流量下，此项损失最小。三者统称为水力损失化工原理－－201122三、离心泵的主要性能参数转速n流量Q压头H轴功率N效率η汽蚀余量△h单位r.p.s或r.p.m泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h，可测量和调节（扬程）§2.1离心泵单位重量流体经泵后所获得的机械能化工原理－－201123流量计真空表c压力表h0b在泵进出口之间列机械能衡算式：Hgugpbb22fcchhgugp022gppHbcgppbc)()(真表（一）压头H§2.1离心泵化工原理－－201124NNeNgHQ（二）有效功率Ne、轴功率N、效率η与效率有关的各种能量损失：（1）容积损失：内漏（2）水力损失：环流损失阻力损失冲击损失§2.1离心泵化工原理－－201125NNe机械损失容积损失水力损失小型水泵：一般为5070%大型泵：可达90%以上泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦（3）机械损失：=vhm§2.1离心泵化工原理－－201126一定转速下的H~Q曲线、N~Q曲线、~Q曲线用20C清水测定四、离心泵的特性曲线Q，H，N，有最大值。离心泵在启动前应关闭出口阀:(1)使启动电流最小，以保护电机；(2)避免高压流体对出口管线的水力冲击。图2-12§2.1离心泵（一）离心泵的特性曲线IS125-100-250：单级单吸泵，泵入口直径为125mm，出口直径为100mm，叶轮外径为250mm。Q=0时，N≠0，主要消耗在叶片对液体的搅动上。化工原理－－201127设计点０2高效区与最高效率相比，效率下降5％～8％离心泵效率最高的点离心泵铭牌上的性能参数为效率最高时的性能参数§2.1离心泵化工原理－－201128（二）离心泵特性曲线的影响因素：液体性质密度:222212QHrctggb故，N~Q曲线上移。对H~Q曲线无影响，gHQN2222rQrbc对~Q曲线无影响，NN§2.1离心泵化工原理－－201129粘度:当比20℃清水的大时，当20厘斯时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。§2.1离心泵H，Q，，N当转速n变化不大时（小于20%）叶轮转速:2222rQrbc222coscuHg22222sinrbc化工原理－－2011303nnNN比例定律若不变，则2HnHn§2.1离心泵22cQQc22uunn2HCDQ若泵在原转速n下的特性曲线方程则泵在新转速n’下：化工原理－－201131HnnHQnnQ2222nnHCDQnn22nHCDQnHn0Qn转速增大§2.1离心泵化工原理－－201132叶轮直径:（1）同一系列两种不同尺寸的泵：322DQQD222DHHD522DNND（2）叶轮略加切削而使D2变小，若D2变化20%22DQQD222DHHD322DNND切割定律§2.1离心泵化工原理－－201133思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为则叶轮切割后泵的特性曲线方程为：2HCDQ五、离心泵的工作点与流量调节泵------供方管路------需方匹配：泵提供的流量=管路所需的流量泵提供的压头H=管路所需的压头he§2.1离心泵2222DHCDQD化工原理－－201134H泵的特性曲线Q工作点（一）管路特性曲线-------管路所需压头he与流量关系曲线fehgugpzh22222582fllelleuhQdgdgQfA完全湍流时，2BQAheA管路特性方程§2.1离心泵化工原理－－201135工作点：离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点工作点对应的流量和压头为离心泵在特定管路中实际输送的流量和提供的压头:pAzg单位重量流体需增加的位能和静压能2:BQ管路系统的总能量损失B值相同流量下的阻力损失越大，为高阻管路。越大，管路特性曲线越陡峭，越小，越平坦，为低阻管路。越小，§2.1离心泵化工原理－－201136H泵的特性曲线Q两种方法（二）流量调节——调节出口阀门开度——改变n、切割叶轮2252282BQAQgdlelgugpzhe阀门开大阀门关小工作点改变管路特性曲线改变泵特性曲线§2.1离心泵自学：不同流量调节方法的优缺点。P63化工原理－－201137Hpa例1用离心泵将江水送至高位槽。若管路条件不变，则下列参数随着江面的下降有何变化？（设泵仍能正常工作）•泵的压头H，•管路总阻力损失hf，•泵出口处压力表读数，•泵入口处真空表读数。管路特性曲线平行上移222BQAhgugpzhef不变解：江面下降，泵特性曲线不变工作点左移§2.1离心泵化工原理－－201138pa00222312ellPuZgdg2211gppH)(12真（真）1pQ，H，N，2BQhf33§2.1离心泵化工原理－－201139六、离心泵的组合操作——串、并联（一）并联H并联泵单台泵单并QQ2泵并联时，在相同H下，对单台泵：2H-CDQ单单并联泵：2QH-2CD并并§2.1离心泵并联后，管路中的流量不能达到原来的两倍化工原理－－201140H串联泵单台泵0Q（二）串联2HH串单泵串联时，在相同Q下，对单台泵：2HQCD单单串联泵：2H22QCD串串串联后，管路中的压头不能达到原来的两倍§2.1离心泵化工原理－－201141（三）离心泵组合方式的选择•对于低阻输送管路a，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；•对于高阻输送管路b，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。低阻输送管路----并联优于串联；高阻输送管路----串联优于并联。§2.1离心泵化工原理－－2011422300.01HQ2100.04heQ32026Qmhhem（20，26）例2某离心泵工作转速为n=2900