第二章流體輸送機械(修改)

1、流體能否如此流動？流體能否如此流動？需要流體輸送機械！需要流體輸送機械！結(jié)合化工生產(chǎn)的特點，討論各種流體輸送機結(jié)合化工生產(chǎn)的特點，討論各種流體輸送機械的械的操作原理、基本構(gòu)造與性能操作原理、基本構(gòu)造與性能，合理地，合理地選選擇其類型、決定規(guī)格、計算功率消耗、正確擇其類型、決定規(guī)格、計算功率消耗、正確安排在管路系統(tǒng)中的位置安排在管路系統(tǒng)中的位置等等 。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 離心泵離心泵 第三節(jié)第三節(jié) 其它類型泵其它類型泵 第四節(jié)第四節(jié) 氣體輸送和壓縮設(shè)備氣體輸送和壓縮設(shè)備 一、作用一、作用向流體作功以提高流體機械能：向流體作功以提高流體機械能：提高位能提高位能增加靜壓能增加靜壓能

2、克服流動阻力克服流動阻力二、分類二、分類 輸送液體：泵輸送液體：泵輸送氣體：風機或壓縮機輸送氣體：風機或壓縮機如：如：離心泵離心泵、往復泵、旋轉(zhuǎn)泵和、往復泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵漩渦泵如：離心如：離心通風機通風機、羅茨鼓風機、羅茨鼓風機、往復壓縮機等往復壓縮機等動力式（或葉輪式）：利用高速旋輪動力式（或葉輪式）：利用高速旋輪的葉輪使流體動能增大，動能又繼而的葉輪使流體動能增大，動能又繼而轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。包括包括離心式離心式、軸流式等、軸流式等容積式（或正位移式）：利用活容積式（或正位移式）：利用活塞或轉(zhuǎn)子擠壓使流體升壓并推動塞或轉(zhuǎn)子擠壓使流體升壓并推動其前進。其前進。包括包括往復式往復式

3、、旋轉(zhuǎn)式、旋轉(zhuǎn)式其它類型其它類型包括噴射式、流體作用式等包括噴射式、流體作用式等三、管路系統(tǒng)對輸送機械的要求三、管路系統(tǒng)對輸送機械的要求1.1.滿足工藝上對流量和能量的要求滿足工藝上對流量和能量的要求2.2.可適應物料的各種特性的要求可適應物料的各種特性的要求3.3.操作高效操作高效4.4.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便結(jié)構(gòu)簡單，操作方便葉輪葉輪泵殼泵殼吸入口、吸入管吸入口、吸入管底閥底閥防止啟動前灌入的液體從泵內(nèi)流出防止啟動前灌入的液體從泵內(nèi)流出濾網(wǎng)濾網(wǎng)阻攔液體中的固體顆粒吸入而堵塞阻攔液體中的固體顆粒吸入而堵塞管道和泵殼。管道和泵殼。排出口、排出管排出口、排出管1 1. .葉輪葉輪 它通常由它通常由6

4、 61212片片后彎葉片后彎葉片所組成，本身被固定在所組成，本身被固定在泵軸上并隨之旋轉(zhuǎn)。泵軸上并隨之旋轉(zhuǎn)。 作用是將原動機的作用是將原動機的機械能直接傳給液體機械能直接傳給液體，以提高，以提高液體的靜壓能和動能。液體的靜壓能和動能。根據(jù)根據(jù)吸液方式分類：吸液方式分類：單吸式、雙吸式單吸式、雙吸式(a)后蓋板平衡孔單吸式單吸式雙吸式雙吸式根據(jù)機械結(jié)構(gòu)分類：根據(jù)機械結(jié)構(gòu)分類：開式、半閉式、閉式開式、半閉式、閉式閉式葉輪：葉片兩側(cè)帶有前后兩塊蓋板，液體在兩葉片間通閉式葉輪：葉片兩側(cè)帶有前后兩塊蓋板，液體在兩葉片間通道內(nèi)流動時無倒流現(xiàn)象，道內(nèi)流動時無倒流現(xiàn)象，適于輸送較清潔的流體，輸送效率適于輸送較

5、清潔的流體，輸送效率高高，一般離心泵多采用這種葉輪。，一般離心泵多采用這種葉輪。半開式葉輪半開式葉輪( (半閉式葉輪半閉式葉輪) )：吸入口一側(cè)無前蓋板，：吸入口一側(cè)無前蓋板，適于輸送適于輸送含小顆粒的溶液，輸送效率低含小顆粒的溶液，輸送效率低。開式葉輪：沒有前后蓋板。開式葉輪：沒有前后蓋板。適于輸送含大顆粒的溶液，效率適于輸送含大顆粒的溶液，效率低。低。2 2. .泵殼泵殼 *泵殼的作用泵殼的作用 匯集液體匯集液體轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)能 * *導葉輪：導葉輪：動能動能靜壓能靜壓能減少能量損失減少能量損失3 3. .軸封裝置軸封裝置泵軸與泵殼之間的密封泵軸與泵殼之間的密封作用：作用： 防止高壓液體漏出防止高

6、壓液體漏出 防止外界氣體漏入防止外界氣體漏入分類：分類： 填料密封填料密封 機械密封機械密封 啟動前，先在泵內(nèi)啟動前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體灌滿要輸送的液體。啟動泵后，泵軸。啟動泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在此作用下，從葉帶動葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪外周，輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高，流速增大，流入泵殼壓力增高，流速增大，流入泵殼。進入泵殼。在蝸殼中由于流道的逐漸擴大，又將大部分動能進入泵殼。在蝸殼中由于流道的逐漸擴大，又將大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強，使壓強進一步提高，最終以較高的壓強沿切轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強，使壓強進一步提高，最終以較高的壓強

7、沿切向進入排出管道。向進入排出管道。 當液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心處形成了當液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心處形成了低低壓壓。在液面壓強與泵內(nèi)壓強差的作用下，液體經(jīng)吸入管路進。在液面壓強與泵內(nèi)壓強差的作用下，液體經(jīng)吸入管路進入泵的葉輪內(nèi)，以填補被排除液體的位置。入泵的葉輪內(nèi)，以填補被排除液體的位置。 只要葉輪旋轉(zhuǎn)不停，液體就被源源不斷地吸入和排出，只要葉輪旋轉(zhuǎn)不停，液體就被源源不斷地吸入和排出，這就是離心泵的工作原理。這就是離心泵的工作原理。 離心泵之所以能輸送液體，主要是離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，所產(chǎn)生的離心力，因此稱為因此稱

8、為離心泵離心泵。氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象 離心泵啟動時，如果泵殼內(nèi)存在離心泵啟動時，如果泵殼內(nèi)存在空氣空氣，由于空，由于空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離產(chǎn)生的離心力很小心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作這種現(xiàn)象稱作“氣縛氣縛”。 為了使啟動前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底為了使啟動前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一部裝一止逆閥止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也。此外，在離心泵的出口管路上也裝一裝一調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥，用

9、于開停車和調(diào)節(jié)流量。，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。(1)(1)簡化假設(shè)簡化假設(shè) a a葉片數(shù)目無限多，且無限薄，嚴格將流體限定在葉輪流道內(nèi)；葉片數(shù)目無限多，且無限薄，嚴格將流體限定在葉輪流道內(nèi)； b b流體為理想流體，無能量損失；流體為理想流體，無能量損失； (2)(2)液體質(zhì)點的運動液體質(zhì)點的運動 圓周運動圓周運動液體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，圓周速度為液體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，圓周速度為u u； 切向運動切向運動相對于葉輪的運動，相對速度相對于葉輪的運動，相對速度w w； 合成運動合成運動流體相對于殼體的運動，絕對速度流體相對于殼體的運動，絕對速度c c。1.1.液體在葉輪中的運動及其簡化假液體在葉輪中的運動及

10、其簡化假設(shè)設(shè)ucwwccrcuu液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況uwc coscuucw2222各速度之間相互關(guān)系：各速度之間相互關(guān)系：如何用如何用、c cr r表示表示c cu u？urcuctg coscccu的圓周分量：的圓周分量： ctgcuccrucos(3) (3) 幾何參數(shù)幾何參數(shù) 葉片安裝角葉片安裝角: :相對速度相對速度w w與圓周速度與圓周速度u u反向延長線間的夾角。反向延長線間的夾角。 夾角夾角: :絕對速度絕對速度c c和圓周速度和圓周速度u u間的夾角。間的夾角。 sincccr的徑向分量：的徑向分量： 離心泵理想壓頭方程的推導c2w2u2cu2

11、cr222w1c1u1L2R2R1L1gCCgPPH2212212 列葉輪進、出口截面機列葉輪進、出口截面機械能衡算式，則有：械能衡算式，則有：包包括括兩兩部部分分為為靜靜壓壓頭頭增增量量，gPP 12gpgcHgpgc 222121222.2.離心泵基本方程的推導離心泵基本方程的推導(1).(1).離心力產(chǎn)生的壓頭離心力產(chǎn)生的壓頭H Hc cmRFcdd2 RRbmd 2d22 RRRbFcdd離心力：離心力：而而所以所以RbFpc 2ddRRpdd2 此離心力產(chǎn)生的壓頭變化為：此離心力產(chǎn)生的壓頭變化為：代入代入d dF Fc c，整理得：，整理得：離心力作功離心力作功 2121212RRp

12、pRRpppdd guugppHc2212212 )(212222RR Ru )(2212212uupp 因此，離心力所產(chǎn)生的壓頭為：因此，離心力所產(chǎn)生的壓頭為： ,gccgwwguuHT2222122222121221112121212 cosucucw又又gucucgucucHuuT1112221122 coscos,離心泵設(shè)計中，一般使離心泵設(shè)計中，一般使1 1=90=90o o，則，則coscos1 1=0=0，故有：，故有：gucgucHuT22222 cos,wccrcuu2222222222 cosucucw(2)(2)流道擴大引起的壓頭增高流道擴大引起的壓頭增高H Hp p g

13、wwHp22221 離心泵基本方程離心泵基本方程)(,TTQbDuugH2222221 ctg)(,泵泵結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，流流量量fHT3.3.離心泵基本方程的討論離心泵基本方程的討論(1)(1)離心泵理論流量離心泵理論流量Q QT T對理論壓頭對理論壓頭H HT,T,的影響的影響222rTcbDQ 222222bgDuBguk ctg;222bDQcTr 22222 ctgbDQucTu一定轉(zhuǎn)速下，令：一定轉(zhuǎn)速下，令：TTBQkH,基本方程式：基本方程式：(2)(2)泵理論壓頭與葉片彎曲方向的關(guān)系泵理論壓頭與葉片彎曲方向的關(guān)系 葉片形式：徑向，前彎，后彎葉片形式：徑向，前彎，后彎 902 無無關(guān)關(guān)與

14、與TQH902 增增加加隨隨TQH902 降降低低隨隨TQH22u2c2w22u2c2w222u2c2w22(a)(b)(c) 葉片彎曲方向及其速度三角形葉片彎曲方向及其速度三角形徑向葉片：徑向葉片：后彎葉片：后彎葉片：前彎葉片：前彎葉片：4. 4. 離心泵的效率和實際壓頭離心泵的效率和實際壓頭 實際壓頭實際壓頭 9090%NN%eTm100100有有效效功功率率理理論論功功率率 4.4.軸功率軸功率 指泵軸轉(zhuǎn)動時所需要的功率，亦即電機提指泵軸轉(zhuǎn)動時所需要的功率，亦即電機提供的功率，用供的功率，用N N表示，單位表示，單位kWkW。由于能量損失，軸功。由于能量損失，軸功率必大于有效功率，即率必

15、大于有效功率，即N N= =Ne/Ne/ 泵的軸功率與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、流量、壓頭、轉(zhuǎn)速泵的軸功率與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、流量、壓頭、轉(zhuǎn)速等有關(guān)。等有關(guān)。 10001029 81102eesSeNWwHe g VHQHQNHgQ.NeHQN 有有效效功功率率：管管路路：泵泵：功功率率：五、離心泵的特性曲線五、離心泵的特性曲線 1.1.特性曲線特性曲線 離心泵的離心泵的H H、 、 N N都與離心泵的都與離心泵的Q Q有關(guān)，它們之間的關(guān)系有關(guān)，它們之間的關(guān)系由由實驗實驗來測定，實驗測出的一組關(guān)系曲線：來測定，實驗測出的一組關(guān)系曲線： H HQ Q 、Q Q 、 N NQ Q 離心泵的特性曲線離心泵的特性

16、曲線 注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。 各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點基本相似，具有共同的特點 H HQ Q曲線曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普壓頭普遍是隨流量的增大而下降遍是隨流量的增大而下降（流量很小時可能有例外）（流量很小時可能有例外） N NQ Q曲線：曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小。流量為零時軸功率最小。 離心泵啟

17、動時，應關(guān)閉出口閥，離心泵啟動時，應關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小，以使啟動電流最小，以保護電機。保護電機。 Q Q曲線：曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的隨著流量的增大，泵的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增增大，泵的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。大，效率便下降。 由離心泵的基本方程可知，離心泵的壓頭、流量均與由離心泵的基本方程可知，離心泵的壓頭、流量均與液液體的密度無關(guān)體的密度無關(guān)，說明，說明 離心泵特性曲線中的離心泵特性曲線中的HQHQ及及 QQ曲線保曲線保持不變。但離心泵所需的軸功率則隨液體密度的增加而增加，持不變。但離心泵

18、所需的軸功率則隨液體密度的增加而增加，即即 NQNQ曲線要變，此時泵的軸功率可按公式重新計算。曲線要變，此時泵的軸功率可按公式重新計算。(1)(1)流體密度的影響流體密度的影響(2)黏度的影響?zhàn)ざ鹊挠绊?液體粘度的改變將直接改變其在離心泵內(nèi)的能量損失，因液體粘度的改變將直接改變其在離心泵內(nèi)的能量損失，因此，此，HQHQ、NQNQ、 QQ曲線都將隨之而變。當液體運動粘度曲線都將隨之而變。當液體運動粘度 20cSt 20cSt時，離心泵的性能則需按下式進行換算，即：時，離心泵的性能則需按下式進行換算，即： 1.1.液體物性的影液體物性的影響響CHCHQCQHQ 大流量的離心泵的粘度換算系數(shù)圖大流量

19、的離心泵的粘度換算系數(shù)圖1804653300880176324.310-6m2/s0.41.02104010080609070503020CCqVCHe0.6qV,s1.2qV,sQ/m3.min-1He（單級）（單級）/mC CqV CHe 小小流量的離心泵的粘度換算系數(shù)圖流量的離心泵的粘度換算系數(shù)圖120CCqVCHeQs/m3.min-1He（單級）（單級）/mC CqV CHe 80402010630.040.06 0.080.12 0.160.40.30.21109070503010 0220013206603301768843104.310-6m2/s轉(zhuǎn)速變化特性曲線變化，轉(zhuǎn)速變化

20、特性曲線變化， 在轉(zhuǎn)速變化小于在轉(zhuǎn)速變化小于10%10%范圍內(nèi)范圍內(nèi)2.2.轉(zhuǎn)速的影響轉(zhuǎn)速的影響比例定律比例定律3.3.葉輪直徑的影響葉輪直徑的影響切割定律切割定律2121nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNN22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN減小葉輪直徑特性參數(shù)隨之而變，對葉輪圓周進行少量車削減小葉輪直徑特性參數(shù)隨之而變，對葉輪圓周進行少量車削在葉輪直徑變在葉輪直徑變化小于化小于10%10%當泵的葉輪直當泵的葉輪直徑和其他尺寸徑和其他尺寸均發(fā)生變化均發(fā)生變化222)(DDQQ322)(DDHH522)(DDNN1 1. .氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象原因原因：葉片入口附近的最

21、低壓強：葉片入口附近的最低壓強 輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓現(xiàn)象現(xiàn)象：噪聲大、泵體振動，流量、：噪聲大、泵體振動，流量、壓頭、效率都明顯下降。嚴重時，壓頭、效率都明顯下降。嚴重時，泵不泵不 能正常工作能正常工作防止措施防止措施：把離心泵安裝在恰當：把離心泵安裝在恰當?shù)母叨任恢蒙?，確保泵內(nèi)壓強最的高度位置上，確保泵內(nèi)壓強最低點處的靜壓超過工作溫度下被低點處的靜壓超過工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓。輸送液體的飽和蒸汽壓。2.2.離心泵的允許吸上真空度離心泵的允許吸上真空度H HS S 測泵入口處的壓強，然后在考慮一安全量，即為測泵入口處的壓強，然后在考慮一安全量，即為泵入

22、口泵入口處允許的最低絕對壓強處允許的最低絕對壓強，以，以p p1 1表示。習慣上常把表示。習慣上常把p p1 1表示為真空表示為真空度，并以被輸送液體的液柱高度為計量單位，稱為允許吸上度，并以被輸送液體的液柱高度為計量單位，稱為允許吸上真空度，以真空度，以H HS S表示。表示。 H HS S是指壓強為是指壓強為p p1 1處可允許達到的最處可允許達到的最高真空度，表達式：高真空度，表達式：實驗條件：大氣壓實驗條件：大氣壓10mH10mH2 2O O，溫度，溫度2020，清水為介質(zhì)。，清水為介質(zhì)。當操作條件和輸送液體與實驗條件不符時，須換算當操作條件和輸送液體與實驗條件不符時，須換算：1aSp

23、pHg 31000100 249 81 10.vsSapHHH 3.3.允許氣蝕余量允許氣蝕余量NSPHNSPH 由于由于H HS S使用起來不便，有時引入另一表示氣蝕性能的參使用起來不便，有時引入另一表示氣蝕性能的參數(shù)，稱為氣蝕余量。以數(shù)，稱為氣蝕余量。以NSPHNSPH表示，其定義為：為防止氣蝕發(fā)生，表示，其定義為：為防止氣蝕發(fā)生，要求離心泵入口處靜壓頭與動壓頭之和必須大于液體在輸送溫要求離心泵入口處靜壓頭與動壓頭之和必須大于液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓頭的最小允許值，即：度下的飽和蒸汽壓頭的最小允許值，即： 21121122v vv vp pg gp pg gbbupNSPHggupNS

24、PHgg 說明說明NSPHNSPH通過實驗測定，標示在泵樣本、性能圖或通過實驗測定，標示在泵樣本、性能圖或氣蝕性能圖中。實驗條件為氣蝕性能圖中。實驗條件為2020清水，一般不用校正。清水，一般不用校正。允許吸上高度：指泵的吸入口與吸入貯允許吸上高度：指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可達到的最大垂直距離。槽液面間可達到的最大垂直距離。Hg1100如圖示，以如圖示，以0-00-0為基準面，在為基準面，在0-00-0，1-11-1間列柏努利方程：間列柏努利方程：20110 12gfppuHHgg 若貯槽通大氣，則：若貯槽通大氣，則：2110 12a agfppuHHgg (2)(2)用用允許氣蝕余量允許氣蝕余量NSPHNSPH表示安裝高度表示安裝高度HgHg1-aSppHg 2110 12-abgfppuHHgg 聯(lián)立聯(lián)立210 12-bgSfuHHHg 0 1-avgfppHNSPHHg 2110 12-abgfppuHHrgg 聯(lián)立2112-bvuppNSPHrggrg 說明說明H Hg g安安H294kPa294kPa，x