2流體輸送機(jī)械課件

第二章流體輸送機(jī)械2.1概述2.2離心泵操作性能方程2.3離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2.4離心泵安裝高度限制2.5離心泵的類型與選型第二章流體輸送機(jī)械2.1概述12.1概述如何選用流體輸送機(jī)械？2.1.1問題的提出：機(jī)械功是如何被加入到體系中的？是什么樣的輸送機(jī)械？其原理、結(jié)構(gòu)是怎么樣的？2.1概述如何選用流體輸送機(jī)械？2.1.1問題的提出2(3)簡單了解往復(fù)泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方法、安裝要點(diǎn)及適應(yīng)范圍等；學(xué)習(xí)本章的基本要求：具體要求如下：了解流體輸送機(jī)械的作用原理、簡單結(jié)構(gòu)、主要性能參數(shù)、選型的依據(jù)及使用注意事項(xiàng)。要求能根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求和管路特性選擇合適的輸送機(jī)械，并能正確安裝使用。(1)了解流體輸送設(shè)備在化工生產(chǎn)中的地位，應(yīng)用及分類；(2)掌握離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性參數(shù)、特性曲線及其應(yīng)用、流體調(diào)節(jié)、串并聯(lián)特性、泵的安裝、操作注意事項(xiàng)及選型等；(3)簡單了解往復(fù)泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方3流體輸送設(shè)備：對流體做功以完成輸送任務(wù)的機(jī)械或設(shè)備。流體輸送設(shè)備是化工廠和其它領(lǐng)域所最常用的機(jī)械設(shè)備。生產(chǎn)上對流體輸送的要求：輸送的流體流量和壓頭各不相同；流體種類繁多、性質(zhì)千差萬別；溫度、壓力等操作條件也有較大的差別。流體輸送設(shè)備：對流體做功以完成輸送任務(wù)的機(jī)生產(chǎn)上對流體輸送的4流體輸送機(jī)械分類：為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵。離心泵往復(fù)泵其它類型泵為氣體提供能量的輸送設(shè)備則按不同情況分別稱為機(jī)或泵。離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)往復(fù)壓縮機(jī)真空泵流體輸送機(jī)械分類：為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵。離心泵往復(fù)52.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡介1.離心泵的結(jié)構(gòu)主要部件：1)葉輪：作用是將原動機(jī)的機(jī)械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有所提高。蔽式：前后有蓋板，葉輪后蓋板上開有若干個(gè)平衡小孔，以平衡一部分軸向推力。半蔽式：只有后蓋板，后蓋板上開有若干個(gè)平衡小孔。敞式(開式)：前后無蓋板。2.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡6蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于輸送漿料或含懸浮物的液體。

半蔽式和敞式效率較低，常用于輸送漿料或懸浮液。2)泵殼(蝸殼)：作用是匯集內(nèi)葉輪拋出的液體，同時(shí)將高速液體的部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。原因是殼形狀為蝸殼形，流道截面逐漸增大，u↓，p↑。4)軸封裝置：泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周漏出，或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)。3)泵軸：葉輪緊固于泵軸上。蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于2)泵殼(蝸殼)72.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以防產(chǎn)生氣縛；啟動電機(jī)后，泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)；在離心慣性力的作用下，中心吸入，邊緣壓出；流體進(jìn)入泵殼后，動能下降，靜壓能升高，進(jìn)入管路。2.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以啟動電機(jī)后，泵軸帶在83.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時(shí)關(guān)閉出口閥啟動，這時(shí)所需的泵的軸功率最小，啟動電流較小，以保護(hù)電機(jī)。啟動后漸漸開啟出口閥。停泵：要先關(guān)閉出口閥后再停機(jī)，這樣可避免排出管內(nèi)的水柱倒沖泵殼內(nèi)葉輪、葉片，以延長泵的使用壽命。3.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時(shí)關(guān)閉出口閥啟停92.2

離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參數(shù)1.流量V：液體在泵出口截面的流量；2.揚(yáng)程He(壓頭)：離心泵對單位重量液體所提供的有效能量(出口截面總機(jī)械能與進(jìn)口截面總

機(jī)械能的差)，J/N=m；揚(yáng)程與升揚(yáng)高度(Δz)的區(qū)別：2.2離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參103.有效功率Ne：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵處獲得的機(jī)械能，W(J/s)，Ne=(gV)He；4.軸功率Na：電機(jī)(外界)輸入泵的功率；5.效率η：有效功率與軸功率之比。η

=Ne/Na能量損失包括：(1)容積損失：漏液(2)水力損失：阻力(3)機(jī)械損失：摩擦3.有效功率Ne：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵處獲得的4.軸功率N112.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基本方程式)d.入口角α1

=90°。1)假設(shè)如下的理想情況：a.定態(tài)過程；b.μ=0(輸送的是理想液體)，Hf=0(流動中無流動阻力)；c.離心泵葉輪的葉片數(shù)目無窮多個(gè)，葉片的厚度為無限薄。(液體質(zhì)點(diǎn)是沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。)2.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基122)液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的運(yùn)動情況分析：三種點(diǎn)速度：圓周速度u1、u2：葉輪帶動流體質(zhì)點(diǎn)作回旋運(yùn)動的速度，方向與所處圓周的切線方向一致；相對速度w1、w2：液體沿葉片表面運(yùn)動的速度，其方向?yàn)橐后w質(zhì)點(diǎn)所處葉片處的切線方向，其大小也與液體流量、流道形狀有關(guān)。絕對速度c1、c2：以上兩種速度的矢量合成速度。2)液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的運(yùn)動情況分析：三種點(diǎn)速度：圓周速度u13兩個(gè)夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速度三角形”，由余弦定理：且有以下關(guān)系式成立：VT：通過葉輪的流量b2：葉輪出口處的寬度流量為外圓周面積乘以c2的徑向分量。兩個(gè)夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速143)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導(dǎo)：理論揚(yáng)程HT：每牛頓液體自葉輪內(nèi)緣流至葉輪外緣其總機(jī)械能的增量。HT和VT為直線關(guān)系3)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導(dǎo)：理論揚(yáng)程HT：每牛154)離心泵基本方程式的討論a.當(dāng)泵葉輪葉片的幾何尺寸(b2,β2)一定，且理論流量(VT)一定時(shí)，離心泵的理論壓頭(HT)隨葉輪轉(zhuǎn)速(n或ω)或直徑(r2)的增大而增大。4)離心泵基本方程式的討論a.當(dāng)泵葉輪葉片的幾何尺寸(b16b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關(guān)系c)前彎葉片β2>90°，ctgβ2<0。a)后彎葉片β2<90°，ctgβ2>0；b)徑向葉片β2=90°，ctgβ2=0；b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關(guān)系c)17后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)耗大；前彎葉片：電機(jī)選型困難，渦流損失大；后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)182.實(shí)際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實(shí)際的V小于VT。1)實(shí)際的H～V線實(shí)際情況為：①

葉片數(shù)目有限，葉片間流道較寬，葉片對液體流束的約束減小，使HT有所降低；②

液體在葉片間流道內(nèi)流動時(shí)存在軸向渦流，導(dǎo)致泵的壓頭降低；③液體具有粘性；實(shí)際的H～V曲線由實(shí)驗(yàn)測定。2.實(shí)際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，1)實(shí)際192)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，1atm、20℃的清水為工質(zhì)，由實(shí)驗(yàn)測得He～V，Na～V，η～V這三條曲線稱為特性曲線。He=A-BV2最高效率對應(yīng)的流量、軸功率、揚(yáng)程是標(biāo)在泵銘牌上的性能參數(shù)。2)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，1atm、20℃的清水為20說明：①He~V曲線：V，He，V很小時(shí)可能例外。呈拋物線He=A-BV2

②Na~V曲線：V，Na。大流量大電機(jī)，當(dāng)V=0，Na最小關(guān)閉出口閥啟動泵，啟動電流最小。③

η~V曲線：V，η先后，存在一最高效率點(diǎn)，此點(diǎn)稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。V與ηmax對應(yīng)的He，V，Na值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標(biāo)值。泵的高效率區(qū)η大于等于92%ηmax，這一區(qū)域定為泵的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍。說明：①He~V曲線：V，He，V很小時(shí)可能例外。212.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關(guān)；He、也與無關(guān)；Ne

=

ρgVHe故ρ，Na、Ne都。粘度：1.流體的性質(zhì)，He、V、；Na。2.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關(guān)；H222.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)時(shí)：3.葉輪直徑的影響—切割定律D的變化在-5%以內(nèi)時(shí)：2.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)232.3離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線假設(shè)將液體從低位槽1通過離心泵送到高位槽21-1’～2-2’截面間列伯努利方程:2.3離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線24實(shí)際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，所以K為常數(shù)。綜上，管路特性曲線方程為：He=H0＋KV2實(shí)際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，綜上，管路特性曲線25由圖可見，對低阻力管路(K較小)，曲線較平坦(線1)；高阻力管路(K較大)，曲線較陡峭(線2)。VHe12管路特性曲線圖由圖可見，VHe12管路特性曲線圖262.3.2工作點(diǎn)(workingpoint)所謂離心泵的工作點(diǎn)M是指離心泵在特定的管路系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所提供的揚(yáng)程和流量下恰好等同于管路所需的揚(yáng)程和流量。1.作圖法求M點(diǎn)：離心泵的性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)即為M點(diǎn)。2.計(jì)算法求M點(diǎn)：聯(lián)立He=A-BV2

He=H0＋KV22.3.2工作點(diǎn)(workingpoint)所謂離心272.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點(diǎn)的流量大于或小于所需的輸液量，則須進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，實(shí)際上是改變泵的工作點(diǎn)。1.調(diào)節(jié)管路特性曲線：如改變出口閥的開度2.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點(diǎn)的流量大于或小于所需282.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑2.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑293.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量可以連續(xù)變化，化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。其缺點(diǎn)是閥門關(guān)小時(shí)，流動阻力增加，要額外消耗一部分功率，且使泵在低效率點(diǎn)工作，經(jīng)濟(jì)上不合理。2)第二種方法在泵給出的流量壓頭不滿足輸送壓頭時(shí)，可以換葉輪或改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。不額外增加流動阻力，變化前后泵的效率幾乎不變，能量利用經(jīng)濟(jì)。但調(diào)節(jié)不方便，且變速裝置或變速電動機(jī)價(jià)格貴，一般只有在調(diào)節(jié)幅度大，時(shí)間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)中才使用。3.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量302.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸入管路相同，則兩泵的流量和揚(yáng)程必相同。兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：原則：流量相同，揚(yáng)程相加；將單泵的特性曲線縱坐標(biāo)加倍，橫坐標(biāo)不變。2.泵的串聯(lián)2.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸31串聯(lián)工作點(diǎn)：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)C即為新工作點(diǎn)。兩泵串聯(lián)系統(tǒng)管路特性曲線不變。H串＞H單，V串＞V單，但H串＜2H單單泵在b點(diǎn)工作設(shè)單泵的特性曲線：H＝A-BV2兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：H串＝2A-2BV2串聯(lián)工作點(diǎn)：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)C即為新工323.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：原則：揚(yáng)程相同，流量相加；將單泵的特性曲線縱坐標(biāo)不變，橫坐標(biāo)加倍。并聯(lián)工作點(diǎn)：并聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)C即為工作點(diǎn)。兩泵并聯(lián)的合成特性曲線:H并＝A-B(V/2)2設(shè)單泵的特性曲線：H＝A-BV2V并＞V單，H并＞H單，但V并＜2V單單泵在b點(diǎn)工作3.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：并聯(lián)工作點(diǎn)：并聯(lián)的合成334.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，V1并=V1串，并、串聯(lián)相同。3)對管路特性曲線③而言，V3并＜V3串，采用串聯(lián)。(高阻管路)2)對管路特性曲線②而言，V2并＞V2串，采用并聯(lián)。(低阻管路)低并高串4.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，3)對管路342.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作點(diǎn)(管路、泵)，泵的安裝高度不同，能否都能正常工作？泵的安裝以不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象為依據(jù)。2.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作352.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)象外在表現(xiàn)：會產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部地方在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，材料表面疲勞，從點(diǎn)蝕到形成嚴(yán)重的蜂窩狀空洞，損壞葉片。泵的流量，壓頭和效率急劇下降，嚴(yán)重時(shí)甚至吸不上液體。2.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)361.氣蝕的過程：a.設(shè)泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓，pK

=pV時(shí)，產(chǎn)生汽泡;p0—大氣壓；Hg—汲上高度(安裝高度)；pK—葉輪中心最低壓強(qiáng)；pV——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓。b.汽泡隨液體沿葉片從低壓區(qū)→高壓區(qū)，這時(shí)汽泡迅速凝結(jié)或破裂。1.氣蝕的過程：a.設(shè)泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓373.避免途徑：pK要高于輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓。c.汽泡凝結(jié)后產(chǎn)生局部真空，周圍液體以極高速流向空穴(原汽泡占據(jù)空間)。并對葉輪產(chǎn)生沖擊(相當(dāng)于幾百atm=幾萬kPa)，沖擊頻率高達(dá)幾萬次，使葉輪或泵殼受到損壞。2.產(chǎn)生條件：Hg變化和輸入管路的阻力。實(shí)質(zhì)：葉輪中心pK太小。3.避免途徑：pK要高于輸送液體溫度下的飽和c.汽泡凝382.4.3正常操作必須滿足的條件1.以水為工質(zhì)pK/(ρg)≥pV/(ρg)+ee—“安全余量”，約為0.3～0.5m。我國e＝0.3m。2.特殊液體pK/(ρg)≥pV/(ρg)+0.32.4.3正常操作必須滿足的條件1.以水為工質(zhì)pK/(ρ392.4.4最大安裝高度Hg,max的計(jì)算1.通過允許汽蝕余量△h允計(jì)算在1－k截面間列B’seq：指離心泵入口靜壓頭與動壓頭之和，超過輸送液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭的最小允許值。2.4.4最大安裝高度Hg,max的計(jì)算1.通過允許汽蝕40最大安裝高度：一般△h允與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)測定，并同標(biāo)繪于性能曲線圖上。實(shí)驗(yàn)條件為大氣壓10.33mH2O，20℃清水，適用于任何液體。最大安裝高度：一般△h允與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)測定，實(shí)412.通過允許吸上真空高度Hs計(jì)算在1－2截面間列B’seq：2.通過允許吸上真空高度Hs計(jì)算在1－2截面間列B’se422.5離心泵的類型與選型2.5.1離心泵的類型1.清水泵(IS型，D型，S型)按葉輪數(shù)目劃分：單級(一般場合)，IS型，如IS50-32-125多級(高壓頭場合，葉輪級數(shù)一般為2-9級)，D型，200D-43×9按葉輪吸入方式劃分：單吸雙吸(大流量場合)，S型，100S90A2.5離心泵的類型與選型2.5.1離心泵的類型1.清432.耐腐蝕泵(F型)輸送酸、堿腐蝕液體3.油泵(Y型)輸送石油產(chǎn)品以及易燃易爆化學(xué)液體4.雜質(zhì)泵(P型)輸送稠厚漿液及懸浮液，分污水泵、砂泵和泥漿泵2.耐腐蝕泵(F型)3.油泵(Y型)4.雜質(zhì)泵(P型)442.5.2離心泵的選型1.根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型2.確定管路流量和所需外加壓頭V生產(chǎn)任務(wù)，He管路的特性方程3.根據(jù)所需V和He確定泵的型號4.進(jìn)行Na的校核2.5.2離心泵的選型1.根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型2.確452.5.3離心泵的安裝與操作②盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調(diào)節(jié)閥裝于出口管路。安裝：①安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度；操作：①啟動前應(yīng)灌泵，并排氣；②應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動泵；③停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪；④經(jīng)常檢查軸封情況。2.5.3離心泵的安裝與操作②盡量減少吸入管路阻力，短、46往復(fù)泵1.工作原理往復(fù)泵1.工作原理472.與離心泵的區(qū)別1)He～V曲線為一垂線，He與V無關(guān)。工作點(diǎn)由He～V和He’～V的交點(diǎn)確定。2)正位移性泵的排液能力只與活塞位移有關(guān)，而與管路情況無關(guān)，壓頭受管路的承壓能力所限制，這種特性稱為正位移性。這種泵稱為正位移泵。往復(fù)泵是正位移泵之一。4)往復(fù)泵不需灌液，具有自吸能力。但是，安裝高度過高，會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。3)流量調(diào)節(jié)采用旁路調(diào)節(jié)，不能用出口閥來調(diào)節(jié)。2.與離心泵的區(qū)別1)He～V曲線為一垂線，He與V無關(guān)48第二章流體輸送機(jī)械2.1概述2.2離心泵操作性能方程2.3離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2.4離心泵安裝高度限制2.5離心泵的類型與選型第二章流體輸送機(jī)械2.1概述492.1概述如何選用流體輸送機(jī)械？2.1.1問題的提出：機(jī)械功是如何被加入到體系中的？是什么樣的輸送機(jī)械？其原理、結(jié)構(gòu)是怎么樣的？2.1概述如何選用流體輸送機(jī)械？2.1.1問題的提出50(3)簡單了解往復(fù)泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方法、安裝要點(diǎn)及適應(yīng)范圍等；學(xué)習(xí)本章的基本要求：具體要求如下：了解流體輸送機(jī)械的作用原理、簡單結(jié)構(gòu)、主要性能參數(shù)、選型的依據(jù)及使用注意事項(xiàng)。要求能根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求和管路特性選擇合適的輸送機(jī)械，并能正確安裝使用。(1)了解流體輸送設(shè)備在化工生產(chǎn)中的地位，應(yīng)用及分類；(2)掌握離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性參數(shù)、特性曲線及其應(yīng)用、流體調(diào)節(jié)、串并聯(lián)特性、泵的安裝、操作注意事項(xiàng)及選型等；(3)簡單了解往復(fù)泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方51流體輸送設(shè)備：對流體做功以完成輸送任務(wù)的機(jī)械或設(shè)備。流體輸送設(shè)備是化工廠和其它領(lǐng)域所最常用的機(jī)械設(shè)備。生產(chǎn)上對流體輸送的要求：輸送的流體流量和壓頭各不相同；流體種類繁多、性質(zhì)千差萬別；溫度、壓力等操作條件也有較大的差別。流體輸送設(shè)備：對流體做功以完成輸送任務(wù)的機(jī)生產(chǎn)上對流體輸送的52流體輸送機(jī)械分類：為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵。離心泵往復(fù)泵其它類型泵為氣體提供能量的輸送設(shè)備則按不同情況分別稱為機(jī)或泵。離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)往復(fù)壓縮機(jī)真空泵流體輸送機(jī)械分類：為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵。離心泵往復(fù)532.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡介1.離心泵的結(jié)構(gòu)主要部件：1)葉輪：作用是將原動機(jī)的機(jī)械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有所提高。蔽式：前后有蓋板，葉輪后蓋板上開有若干個(gè)平衡小孔，以平衡一部分軸向推力。半蔽式：只有后蓋板，后蓋板上開有若干個(gè)平衡小孔。敞式(開式)：前后無蓋板。2.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡54蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于輸送漿料或含懸浮物的液體。

半蔽式和敞式效率較低，常用于輸送漿料或懸浮液。2)泵殼(蝸殼)：作用是匯集內(nèi)葉輪拋出的液體，同時(shí)將高速液體的部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。原因是殼形狀為蝸殼形，流道截面逐漸增大，u↓，p↑。4)軸封裝置：泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周漏出，或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)。3)泵軸：葉輪緊固于泵軸上。蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于2)泵殼(蝸殼)552.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以防產(chǎn)生氣縛；啟動電機(jī)后，泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)；在離心慣性力的作用下，中心吸入，邊緣壓出；流體進(jìn)入泵殼后，動能下降，靜壓能升高，進(jìn)入管路。2.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以啟動電機(jī)后，泵軸帶在563.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時(shí)關(guān)閉出口閥啟動，這時(shí)所需的泵的軸功率最小，啟動電流較小，以保護(hù)電機(jī)。啟動后漸漸開啟出口閥。停泵：要先關(guān)閉出口閥后再停機(jī)，這樣可避免排出管內(nèi)的水柱倒沖泵殼內(nèi)葉輪、葉片，以延長泵的使用壽命。3.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時(shí)關(guān)閉出口閥啟停572.2

離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參數(shù)1.流量V：液體在泵出口截面的流量；2.揚(yáng)程He(壓頭)：離心泵對單位重量液體所提供的有效能量(出口截面總機(jī)械能與進(jìn)口截面總

機(jī)械能的差)，J/N=m；揚(yáng)程與升揚(yáng)高度(Δz)的區(qū)別：2.2離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參583.有效功率Ne：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵處獲得的機(jī)械能，W(J/s)，Ne=(gV)He；4.軸功率Na：電機(jī)(外界)輸入泵的功率；5.效率η：有效功率與軸功率之比。η

=Ne/Na能量損失包括：(1)容積損失：漏液(2)水力損失：阻力(3)機(jī)械損失：摩擦3.有效功率Ne：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵處獲得的4.軸功率N592.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基本方程式)d.入口角α1

=90°。1)假設(shè)如下的理想情況：a.定態(tài)過程；b.μ=0(輸送的是理想液體)，Hf=0(流動中無流動阻力)；c.離心泵葉輪的葉片數(shù)目無窮多個(gè)，葉片的厚度為無限薄。(液體質(zhì)點(diǎn)是沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。)2.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基602)液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的運(yùn)動情況分析：三種點(diǎn)速度：圓周速度u1、u2：葉輪帶動流體質(zhì)點(diǎn)作回旋運(yùn)動的速度，方向與所處圓周的切線方向一致；相對速度w1、w2：液體沿葉片表面運(yùn)動的速度，其方向?yàn)橐后w質(zhì)點(diǎn)所處葉片處的切線方向，其大小也與液體流量、流道形狀有關(guān)。絕對速度c1、c2：以上兩種速度的矢量合成速度。2)液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的運(yùn)動情況分析：三種點(diǎn)速度：圓周速度u61兩個(gè)夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速度三角形”，由余弦定理：且有以下關(guān)系式成立：VT：通過葉輪的流量b2：葉輪出口處的寬度流量為外圓周面積乘以c2的徑向分量。兩個(gè)夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速623)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導(dǎo)：理論揚(yáng)程HT：每牛頓液體自葉輪內(nèi)緣流至葉輪外緣其總機(jī)械能的增量。HT和VT為直線關(guān)系3)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導(dǎo)：理論揚(yáng)程HT：每牛634)離心泵基本方程式的討論a.當(dāng)泵葉輪葉片的幾何尺寸(b2,β2)一定，且理論流量(VT)一定時(shí)，離心泵的理論壓頭(HT)隨葉輪轉(zhuǎn)速(n或ω)或直徑(r2)的增大而增大。4)離心泵基本方程式的討論a.當(dāng)泵葉輪葉片的幾何尺寸(b64b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關(guān)系c)前彎葉片β2>90°，ctgβ2<0。a)后彎葉片β2<90°，ctgβ2>0；b)徑向葉片β2=90°，ctgβ2=0；b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關(guān)系c)65后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)耗大；前彎葉片：電機(jī)選型困難，渦流損失大；后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)662.實(shí)際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實(shí)際的V小于VT。1)實(shí)際的H～V線實(shí)際情況為：①

葉片數(shù)目有限，葉片間流道較寬，葉片對液體流束的約束減小，使HT有所降低；②

液體在葉片間流道內(nèi)流動時(shí)存在軸向渦流，導(dǎo)致泵的壓頭降低；③液體具有粘性；實(shí)際的H～V曲線由實(shí)驗(yàn)測定。2.實(shí)際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，1)實(shí)際672)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，1atm、20℃的清水為工質(zhì)，由實(shí)驗(yàn)測得He～V，Na～V，η～V這三條曲線稱為特性曲線。He=A-BV2最高效率對應(yīng)的流量、軸功率、揚(yáng)程是標(biāo)在泵銘牌上的性能參數(shù)。2)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，1atm、20℃的清水為68說明：①He~V曲線：V，He，V很小時(shí)可能例外。呈拋物線He=A-BV2

②Na~V曲線：V，Na。大流量大電機(jī)，當(dāng)V=0，Na最小關(guān)閉出口閥啟動泵，啟動電流最小。③

η~V曲線：V，η先后，存在一最高效率點(diǎn)，此點(diǎn)稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。V與ηmax對應(yīng)的He，V，Na值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標(biāo)值。泵的高效率區(qū)η大于等于92%ηmax，這一區(qū)域定為泵的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍。說明：①He~V曲線：V，He，V很小時(shí)可能例外。692.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關(guān)；He、也與無關(guān)；Ne

=

ρgVHe故ρ，Na、Ne都。粘度：1.流體的性質(zhì)，He、V、；Na。2.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關(guān)；H702.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)時(shí)：3.葉輪直徑的影響—切割定律D的變化在-5%以內(nèi)時(shí)：2.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)712.3離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線假設(shè)將液體從低位槽1通過離心泵送到高位槽21-1’～2-2’截面間列伯努利方程:2.3離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線72實(shí)際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，所以K為常數(shù)。綜上，管路特性曲線方程為：He=H0＋KV2實(shí)際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，綜上，管路特性曲線73由圖可見，對低阻力管路(K較小)，曲線較平坦(線1)；高阻力管路(K較大)，曲線較陡峭(線2)。VHe12管路特性曲線圖由圖可見，VHe12管路特性曲線圖742.3.2工作點(diǎn)(workingpoint)所謂離心泵的工作點(diǎn)M是指離心泵在特定的管路系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所提供的揚(yáng)程和流量下恰好等同于管路所需的揚(yáng)程和流量。1.作圖法求M點(diǎn)：離心泵的性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)即為M點(diǎn)。2.計(jì)算法求M點(diǎn)：聯(lián)立He=A-BV2

He=H0＋KV22.3.2工作點(diǎn)(workingpoint)所謂離心752.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點(diǎn)的流量大于或小于所需的輸液量，則須進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，實(shí)際上是改變泵的工作點(diǎn)。1.調(diào)節(jié)管路特性曲線：如改變出口閥的開度2.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點(diǎn)的流量大于或小于所需762.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑2.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑773.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量可以連續(xù)變化，化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。其缺點(diǎn)是閥門關(guān)小時(shí)，流動阻力增加，要額外消耗一部分功率，且使泵在低效率點(diǎn)工作，經(jīng)濟(jì)上不合理。2)第二種方法在泵給出的流量壓頭不滿足輸送壓頭時(shí)，可以換葉輪或改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。不額外增加流動阻力，變化前后泵的效率幾乎不變，能量利用經(jīng)濟(jì)。但調(diào)節(jié)不方便，且變速裝置或變速電動機(jī)價(jià)格貴，一般只有在調(diào)節(jié)幅度大，時(shí)間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)中才使用。3.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量782.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸入管路相同，則兩泵的流量和揚(yáng)程必相同。兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：原則：流量相同，揚(yáng)程相加；將單泵的特性曲線縱坐標(biāo)加倍，橫坐標(biāo)不變。2.泵的串聯(lián)2.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸79串聯(lián)工作點(diǎn)：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)C即為新工作點(diǎn)。兩泵串聯(lián)系統(tǒng)管路特性曲線不變。H串＞H單，V串＞V單，但H串＜2H單單泵在b點(diǎn)工作設(shè)單泵的特性曲線：H＝A-BV2兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：H串＝2A-2BV2串聯(lián)工作點(diǎn)：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)C即為新工803.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：原則：揚(yáng)程相同，流量相加；將單泵的特性曲線縱坐標(biāo)不變，橫坐標(biāo)加倍。并聯(lián)工作點(diǎn)：并聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)C即為工作點(diǎn)。兩泵并聯(lián)的合成特性曲線:H并＝A-B(V/2)2設(shè)單泵的特性曲線：H＝A-BV2V并＞V單，H并＞H單，但V并＜2V單單泵在b點(diǎn)工作3.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：并聯(lián)工作點(diǎn)：并聯(lián)的合成814.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，V1并=V1串，并、串聯(lián)相同。3)對管路特性曲線③而言，V3并＜V3串，采用串聯(lián)。(高阻管路)2)對管路特性曲線②而言，V2并＞V2串，采用并聯(lián)。(低阻管路)低并高串4.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，3)對管路822.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作點(diǎn)(管路、泵)，泵的安裝高度不同，能否都能正常工作？泵的安裝以不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象為依據(jù)。2.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作832.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)象外在表現(xiàn)：會產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部地方在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，材料表面疲勞，從點(diǎn)蝕到形成嚴(yán)重的蜂窩狀空洞，損壞葉片。泵的流量，壓頭和效率急劇下降，嚴(yán)重時(shí)甚至吸不上液體。2.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)841.氣蝕的過程：a.設(shè)泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓，pK

=pV時(shí)，產(chǎn)生汽泡;p0—大氣壓；Hg—汲上高度(安裝高度)；pK—葉輪中心最低壓強(qiáng)；pV——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓。b.汽泡隨液體沿葉片從低壓區(qū)→高壓區(qū)，這時(shí)汽泡迅速凝結(jié)或破裂。1.氣蝕的過程：a.設(shè)泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓853.避免途徑：pK要高于輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓。c.汽泡凝結(jié)后產(chǎn)生局部真空，周圍液體以極高速流向空穴(原汽泡占據(jù)空間)。并對葉輪產(chǎn)生