2013化工原理第二章流體輸送機(jī)械

2023/4/13第二章

流體輸送機(jī)械

第一節(jié)

液體輸送機(jī)械

2-1-1

離心泵離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型離心泵的基本方程式

離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

離心泵性能的改變

離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)2-1-2

其他類型的泵2023/4/13第一節(jié)概述如果說管路是設(shè)備與設(shè)備之間、車間與車間之間、工廠與工廠之間聯(lián)系的通道的話，則流體輸送機(jī)械是這種聯(lián)系的動(dòng)力所在。以供料點(diǎn)和需料點(diǎn)為截面列柏努利方程：其中he是流體輸送機(jī)械對(duì)單位重量流體所做的功。從上式可以看出，采用流體輸送機(jī)械操作的目的可能是為了提高流體的動(dòng)能、位能或靜壓能，或用于克服沿程的阻力，也可能幾種目的兼而有之。2023/4/13如何選用流體輸送機(jī)械？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？2023/4/13流體輸送機(jī)械：向流體作功以提高流體機(jī)械能的裝置。輸送液體的機(jī)械通稱為泵；

例如：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵。輸送氣體的機(jī)械按不同的工況分別稱為:

通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵。

本章的目的：結(jié)合化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，討論各種流體輸送機(jī)械的操作原理、基本構(gòu)造與性能，合理地選擇其類型、決定規(guī)格、計(jì)算功率消耗、正確安排在管路系統(tǒng)中的位置等2023/4/13其他類型泵齒輪泵往復(fù)泵往復(fù)三動(dòng)泵2023/4/132-1-1離心泵一．離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型1、操作原理由若干個(gè)彎曲的葉片組成的葉輪置于具有蝸殼通道的泵殼之內(nèi)。葉輪緊固于泵軸上泵軸與電機(jī)相連，可由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。2023/4/13離心泵葉輪2023/4/13吸入口位于泵殼中央與吸入管路相連，并在吸入管底部裝一止逆閥。泵殼的側(cè)邊為排出口，與排出管路相連，裝有調(diào)節(jié)閥。離心泵的工作過程：開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體。

開泵后，泵軸帶動(dòng)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，壓力增高，并以

很高的速度（15-25m/s）流入泵殼。

2023/4/13在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴(kuò)大，液體的流速減慢，使

大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強(qiáng)從排出口流入排出管道。泵內(nèi)的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓強(qiáng)（大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負(fù)壓）的壓差作用下，液體便經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)，填補(bǔ)了被排除液體的位置。

離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。

2023/4/132023/4/13氣縛離心泵啟動(dòng)時(shí)，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。為了使啟動(dòng)前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。2023/4/132023/4/132、基本部件和構(gòu)造1）葉輪a)葉輪的作用

將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳給液體,使液體的動(dòng)能有所提高。

b)葉輪的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)閉式葉輪開式葉輪

半閉式葉輪

葉片的內(nèi)側(cè)帶有前后蓋板，適于輸送干凈流體，效率較高。沒有前后蓋板，適合輸送含有固體顆粒的液體懸浮物。只有后蓋板，可用于輸送漿料或含固體懸浮物的液體，效率較低。2023/4/132023/4/13按吸液方式

單吸式葉輪

雙吸式葉輪液體只能從葉輪一側(cè)被吸入，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。相當(dāng)于兩個(gè)沒有蓋板的單吸式葉輪背靠背并在了一起，可以從兩側(cè)吸入液體，具有較大的吸液能力，而且可以較好的消除軸向推力。

2023/4/132023/4/132）泵殼

泵殼的作用

匯集液體，作導(dǎo)出液體的通道；能量轉(zhuǎn)換裝置，使液體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。

導(dǎo)葉輪

為了減少液體直接進(jìn)入蝸殼時(shí)的碰撞，在葉輪與泵殼之間有時(shí)還裝有一個(gè)固定不動(dòng)的帶有葉片的圓盤，稱為導(dǎo)葉輪。導(dǎo)葉輪上的葉片的彎曲方向與葉輪上葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼的通道內(nèi)平緩的改變方向，使能量損失減小，使動(dòng)能向靜壓能的轉(zhuǎn)換更為有效。

2023/4/132023/4/133）軸封裝置A軸封的作用

為了防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內(nèi)。B

軸封的分類

軸封裝置

填料密封：

機(jī)械密封：

主要由填料函殼、軟填料和填料壓蓋組成，普通離心泵采用這種密封。

主要由裝在泵軸上隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)和固定于泵殼上的靜環(huán)組成，兩個(gè)環(huán)形端面由彈簧的彈力互相貼緊而作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，起到密封作用。

端面密封2023/4/132023/4/132023/4/132023/4/133、離心泵的分類1）按照軸上葉輪數(shù)目的多少

單級(jí)泵

多級(jí)泵

軸上只有一個(gè)葉輪的離心泵，適用于出口壓力不太大的情況；軸上不止一個(gè)葉輪的離心泵

，可以達(dá)到較高的壓頭。離心泵的級(jí)數(shù)就是指軸上的葉輪數(shù)，我國(guó)生產(chǎn)的多級(jí)離心泵一般為2~9級(jí)。

2）按葉輪上吸入口的數(shù)目單吸泵

雙吸泵

葉輪上只有一個(gè)吸入口，適用于輸送量不大的情況。葉輪上有兩個(gè)吸入口，適用于輸送量很大的情況。2023/4/132023/4/132023/4/133）按離心泵的不同用途

水泵

輸送清水和物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)很少的液體的泵,（B型）

耐腐蝕泵

接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料制成。要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）油泵

輸送石油產(chǎn)品的泵，要求密封完善。（Y型）雜質(zhì)泵

輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵，又細(xì)分為污水泵、砂泵、泥漿泵等。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構(gòu)造上是葉輪流道寬、葉片數(shù)目少。2023/4/132023/4/13二、離心泵的基本方程式

1、離心泵基本方程式的導(dǎo)出

假設(shè)如下理想情況：1）泵葉輪的葉片數(shù)目為無限多個(gè)，也就是說葉片的厚度為無限薄，液體質(zhì)點(diǎn)沿葉片彎曲表面流動(dòng)，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。2）輸送的是理想液體，流動(dòng)中無流動(dòng)阻力。離心泵在上述理想情況下所能產(chǎn)生的壓頭，稱為理想壓頭，此即為離心泵所能達(dá)到的最大壓頭。

2023/4/13在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪當(dāng)中，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)包括：

液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)；

經(jīng)葉輪流道向外流動(dòng)。

液體與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的速度u1或u2方向與所處圓周的切線方向一致，大小為：

2023/4/13

液體沿葉片表面運(yùn)動(dòng)的速度ω1、ω2，方向?yàn)橐后w質(zhì)點(diǎn)所處葉片的切線方向，大小與液體的流量、流道的形狀等有關(guān)單位重量液體由點(diǎn)1到點(diǎn)2獲得的機(jī)械能為:單位重量理想液體，通過無數(shù)葉片的旋轉(zhuǎn)，獲得的能量稱作理論壓頭，用H∞表示。兩個(gè)速度的合成速度就是液體質(zhì)點(diǎn)在點(diǎn)1或點(diǎn)2處相對(duì)于靜止的殼體的速度，稱為絕對(duì)速度，用c1、c2來表示。2023/4/13HC:液體經(jīng)葉輪后動(dòng)能的增加

HP:

液體經(jīng)葉輪后靜壓能的增加；靜壓能增加項(xiàng)HP主要由于兩方面的因素促成：1）液體在葉輪內(nèi)接受離心力所作的外功，單位質(zhì)量液體所接受的外功可以表示為：

2）葉輪中相鄰的兩葉片構(gòu)成自中心向外沿逐漸擴(kuò)大的液體流道，液體通過時(shí)部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，這部分靜壓能的增加可表示為：

2023/4/13單位重量流體經(jīng)葉輪后的靜壓能增加為:（a）根據(jù)余弦定理，上述速度之間的關(guān)系可表示為：

2023/4/13代入（a）式，并整理可得到：(b)一般離心泵的設(shè)計(jì)中，為提高理論壓頭，使α1=90°，即cosα1=0——離心泵的基本方程式——離心泵理論壓頭的表達(dá)式

2023/4/13理論壓頭與理論流量QT關(guān)系

流量可表示為葉輪出口處的徑向速度與出口截面積的乘積從點(diǎn)2處的速度三角形可以得出代入

H=u2c2cosα2/g

——離心泵基本方程式

表示離心泵的理論壓頭與理論流量，葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑、葉輪的幾何形狀間的關(guān)系。2023/4/13對(duì)于某個(gè)離心泵（即其β2、γ2、b2固定），當(dāng)轉(zhuǎn)速ω一定時(shí)，理論壓頭與理論流量之間呈線形關(guān)系，可表示為：

2、離心泵基本方程式的討論1）離心泵的理論壓頭與葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑的關(guān)系

當(dāng)葉片幾何尺寸（b2，β2）與理論流量一定時(shí)，離心泵的理論壓頭隨葉輪的轉(zhuǎn)速或直徑的增加而加大。2）離心泵的理論壓頭與葉片幾何形狀的關(guān)系

根據(jù)葉片出口端傾角β2的大小,葉片形狀可分為三種:

2023/4/13a）后彎葉片(β2<90，圖b)，ctgβ2>0。泵的理論壓頭隨流量Q的增大而減小

2023/4/13b）徑向葉片（β2=90。，圖a），ctgβ2=0。泵的理論壓頭不隨流量QT而變化。c）前彎葉片(β2>90。，圖c)，ctgβ2<0。泵的理論壓頭隨理論流量QT的增大而增大。前彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最高，這類葉片是最佳形式的葉片嗎？NO2023/4/13靜壓頭的增加：動(dòng)壓頭的增加：

前彎葉片，動(dòng)能的提高大于靜壓能的提高。由于液體的流速過大，在動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能的實(shí)際過程中，會(huì)有大量機(jī)械能損失，使泵的效率降低。一般都采用后彎葉片

2023/4/13

3、實(shí)際壓頭

離心泵的實(shí)際壓頭與理論壓頭有較大的差異，原因在于流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失，它主要包括：1）葉片間的環(huán)流

2）流體的阻力損失

3）沖擊損失

理論壓頭、實(shí)際壓頭及各種壓頭損失與流量的關(guān)系為2023/4/132023/4/13三．離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

1、離心泵的性能參數(shù)

1）離心泵的流量

指離心泵在單位時(shí)間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，單位為m3/h。又稱為泵的送液能力。2）離心泵的壓頭泵對(duì)單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚(yáng)程。2023/4/13離心泵的壓頭取決于：

泵的結(jié)構(gòu)（葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等）

轉(zhuǎn)速n

流量Q，如何確定轉(zhuǎn)速一定時(shí)，泵的壓頭與流量之間的關(guān)系呢？實(shí)驗(yàn)測(cè)定2023/4/13H的計(jì)算可根據(jù)b、c兩截面間的柏努利方程：離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程。必須注意，揚(yáng)程并不等于升舉高度△Z，升舉高度只是揚(yáng)程的一部分。

2023/4/133）離心泵的效率

離心泵輸送液體時(shí)，通過電機(jī)的葉輪將電機(jī)的能量傳給液體。在這個(gè)過程中，不可避免的會(huì)有能量損失，也就是說泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率η來反映能量損失。這些能量損失包括：水力損失.容積損失機(jī)械損失泵的效率反應(yīng)了這三項(xiàng)能量損失的總和，又稱為總效率。與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān)

2023/4/134）軸功率及有效功率軸功率：

電機(jī)輸入離心泵的功率,用N表示，單位為J/S,W或kW有效功率：排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示

軸功率和有效功率之間的關(guān)系為：有效功率可表達(dá)為

軸功率可直接利用效率計(jì)算2023/4/132、離心泵的特性曲線

離心泵的H、η、N都與離心泵的Q有關(guān)，它們之間的關(guān)系由確定離心泵壓頭的實(shí)驗(yàn)來測(cè)定，實(shí)驗(yàn)測(cè)出的一組關(guān)系曲線：

H～Q、η～Q、N～Q

——離心泵的特性曲線

注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。各種型號(hào)的離心泵都有本身獨(dú)自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點(diǎn)2023/4/132023/4/131）H～Q曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時(shí)可能有例外）2）N～Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。

離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動(dòng)電流最小，以保護(hù)電機(jī)。3）η～Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達(dá)到一個(gè)最大值，以后流量再增大，效率便下降。2023/4/13離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)。離心泵在與最高效率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)。

與最高效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)明的就是指該泵在運(yùn)行時(shí)最高效率點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。

注意：在選用離心泵時(shí)，應(yīng)使離心泵在該點(diǎn)附近工作。一般要求操作時(shí)的效率應(yīng)不低于最高效率的92%。2023/4/13四、離心泵性能的改變

1、液體性質(zhì)的影響

1）液體密度的影響

離心泵的流量

與液體密度無關(guān)。

離心泵的壓頭

與液體的密度無關(guān)

H～Q曲線不因輸送的液體的密度不同而變。泵的效率η不隨輸送液體的密度而變。

離心泵的軸功率與輸送液體密度成正比

。2023/4/132）粘度的影響

當(dāng)輸送的液體粘度大于常溫清水的粘度時(shí)，泵的壓頭減小泵的流量減小泵的效率下降泵的軸功率增大

泵的特性曲線發(fā)生改變，選泵時(shí)應(yīng)根據(jù)原特性曲線進(jìn)行修正當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度小于2×10-5m2s-1時(shí)，如汽油、柴油、煤油等粘度的影響可不進(jìn)行修正。2023/4/132、轉(zhuǎn)速對(duì)離心泵特性的影響

當(dāng)液體的粘度不大且泵的效率不變時(shí)，泵的流量、壓頭、軸功率與轉(zhuǎn)速的近似關(guān)系可表示為：——比例定律

3、葉輪直徑的影響1）屬于同一系列而尺寸不同的泵，葉輪幾何形狀完全相似，b2/D2保持不變，當(dāng)泵的效率不變時(shí)，

2023/4/132）某一尺寸的葉輪外周經(jīng)過切削而使D2變小，b2/D2變大

若切削使直徑D2減小的幅度在20%以內(nèi)，效率可視為不變，并且切削前、后葉輪出口的截面積也可認(rèn)為大致相等,此時(shí)有：

---------切割定律

2023/4/13六、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)

1、管路特性曲線與泵的工作點(diǎn)

1）管路特性曲線

管路特性曲線

流體通過某特定管路時(shí)所需的壓頭與液體流量的關(guān)系曲線。

在截面1-1′與2-2′

間列柏努利方程式，并以1-1′截面為基準(zhǔn)水平面，則液體流過管路所需的壓頭為：2023/4/13式中：上式簡(jiǎn)化為

而令2023/4/13——管路的特性方程2）離心泵的工作點(diǎn)離心泵的特性曲線與管路的特性曲線的交點(diǎn)M，就是離心泵在管路中的工作點(diǎn)。

在特定管路中輸送液體時(shí)，管路所需的壓頭隨所輸送液體流量Q的平方而變

2023/4/13M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量Qe和壓頭He表示離心泵在該特定管路中實(shí)際輸送的流量和提供的壓頭。2、離心泵的流量調(diào)節(jié)1）改變出口閥開度

——改變管路特性曲線

閥門關(guān)小時(shí)：管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點(diǎn)由原來的M點(diǎn)移到M1點(diǎn)，流量由QM降到QM1；

2023/4/13當(dāng)閥門開大時(shí)：管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點(diǎn)由M移到M2流量加大到QM2。

優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)迅速方便，流量可連續(xù)變化；缺點(diǎn)：流量阻力加大，要多消耗動(dòng)力，不經(jīng)濟(jì)。

2）改變泵的轉(zhuǎn)速——改變泵的特性曲線若把泵的轉(zhuǎn)速提高到n1：則H~Q線上移，工作點(diǎn)由M移至M1，流量由QM

加大到QM1；2023/4/13若把泵的轉(zhuǎn)速降至n2：則H~Q線下移，工作點(diǎn)移至M2,流量減小到QM2優(yōu)點(diǎn)：流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動(dòng)力消耗也相應(yīng)降低；缺點(diǎn)：需要變速裝置或價(jià)格昂貴的變速電動(dòng)機(jī)，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)，化工生產(chǎn)中很少采用。2023/4/13例2-1.確定泵是否滿足輸送要求。將濃度為95%的硝酸自常壓罐輸送至常壓設(shè)備中去，要求輸送量為36m3/h,

液體的揚(yáng)升高度為7m。輸送管路由內(nèi)徑為80mm的鋼化玻璃管構(gòu)成，總長(zhǎng)為160米（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）?，F(xiàn)采用某種型號(hào)的耐酸泵，其性能列于本題附表中。問：該泵是否合用？實(shí)際的輸送量、壓頭、效率及功率消耗各為多少？2023/4/13Q(L/s)03691215H(m)19.51917.916.514.412(%)01730424644已知：酸液在輸送溫度下粘度為1.1510-3Pas；密度為1545kg/m3。摩擦系數(shù)可取為0.015。2023/4/13解：（1）對(duì)于本題，管路所需要壓頭通過在儲(chǔ)槽液面和常壓設(shè)備液面之間列柏努利方程求得：式中管內(nèi)流速：管路壓頭損失：

2023/4/13管路所需要的壓頭：以（L/s）計(jì)的管路所需流量:2023/4/13由附表可以看出，該泵在流量為12L/s時(shí)所提供的壓頭即達(dá)到了14.4m，當(dāng)流量為管路所需要的10L/s，它所提供的壓頭將會(huì)更高于管路所需要的13.06m。因此我們說該泵對(duì)于該輸送任務(wù)是可用的。另一個(gè)值得關(guān)注的問題是該泵是否在高效區(qū)工作。由附表可以看出，該泵的最高效率為46%；流量為10L/s時(shí)該泵的效率大約為43%。因此我們說該泵是在高效區(qū)工作的。（2）實(shí)際的輸送量、功率消耗和效率取決于泵的工作點(diǎn)，而工作點(diǎn)由管路物特性和泵的特性共同決定。2023/4/13由柏努利方程可得管路的特性方程為：

其中流量單位為L(zhǎng)/s據(jù)此可以計(jì)算出各流量下管路所需要的壓頭，如下表所示：2023/4/13Q(L/s)03691215H(m)77.5459.18111.9115.7220.63據(jù)此，可以作出管路的特性曲線和泵的特性曲線，如圖所示。兩曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的壓頭為14.8m；流量為11.4L/s；效率0.45；軸功率可計(jì)算如下：2023/4/132023/4/13五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

1、氣蝕現(xiàn)象

氣蝕產(chǎn)生的條件葉片入口附近K處的壓強(qiáng)PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓

2023/4/13氣蝕現(xiàn)象2023/4/132．汽蝕余量與允許安裝高度由泵的生產(chǎn)廠家提供的允許汽蝕余量可以計(jì)算泵的允許安裝高度，關(guān)于這個(gè)話題，我們從三個(gè)基本概念講起。（1）三個(gè)基本概念：①汽蝕余量NPSH：泵入口處的動(dòng)壓頭與靜壓頭之和與以液柱高度表示的被輸送液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓之差，即的物理意義：越小，表明泵入口處的壓力或葉輪中心處的壓力越低，離心泵的操作狀態(tài)越接近汽蝕。2023/4/13②允許汽蝕余量：前已指出，為避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵入口處壓力不能過低，而應(yīng)有一最低允許值，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的汽蝕余量稱為允許汽蝕余量，以表示，即一般由泵制造廠通過汽蝕實(shí)驗(yàn)測(cè)定，并作為離心泵的性能列于泵產(chǎn)品樣本中（離心油泵的汽蝕余量用表示）。泵正常操作時(shí)，實(shí)際汽蝕余量必須大于允許汽蝕余量，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定應(yīng)大于0.5m以上。2023/4/13（2）由計(jì)算泵的允許安裝高度一臺(tái)泵的允許汽蝕余量數(shù)值由泵的生產(chǎn)廠家提供，供用戶計(jì)算泵的允許安裝高度。在s至e間列柏努利方程：上式中最后一個(gè)等式即為允許安裝高度的計(jì)算方法。離心泵的安裝高度只要低于允許安裝高度，就不會(huì)發(fā)生汽蝕。2023/4/13（3）允許汽蝕余量的校正是在一個(gè)大氣壓下用20℃的清水測(cè)定的，當(dāng)使用條件與此不同時(shí)，應(yīng)根據(jù)液體密度、蒸汽壓和液面壓力進(jìn)行修正，然后才能用于允許安裝高度的計(jì)算。求校正系數(shù)的曲線常載于泵的說明書中。2023/4/133．討論（1）從前面的討論中容易使人獲得這樣一種認(rèn)識(shí)，即汽蝕是由于安裝高度太高引起的，事實(shí)上汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生可以有以下三方面的原因：①離心泵的安裝高度太高；②被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；③吸入管路的阻力或壓頭損失太高。允許安裝高度這一物理量正是綜合了以上三個(gè)因素對(duì)汽蝕的貢獻(xiàn)。由此，我們又可以有這樣一個(gè)推論：一個(gè)原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生汽蝕，如被輸送物料的溫度升高，或吸入管線部分堵塞。（2）有時(shí)，計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。2023/4/133）允許安裝高度的大小與泵的流量有關(guān)。由其計(jì)算公式可以看出，流量越大，計(jì)算出的越小。因此用可能使用的最大流量來計(jì)算是最保險(xiǎn)的。（4）安裝泵時(shí)，為保險(xiǎn)計(jì)，實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。（如考慮到操作中被輸送流體的溫度可能會(huì)升高；或由貯槽液面降低而引起的實(shí)際安裝高度的升高）。（5）歷史上曾經(jīng)有過允許吸上真空度和允許汽蝕余量并存的時(shí)期，二者都可用以計(jì)算允許安裝高度，前者曾廣泛用于清水泵的計(jì)算；而后者常用于油泵中。但是，目前允許吸上真空度已經(jīng)不再被使用了。2023/4/13氣蝕產(chǎn)生的后果：

氣蝕發(fā)生時(shí)產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，葉輪局部在巨大沖擊的反復(fù)作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落液體流量明顯下降，同時(shí)壓頭、效率也大幅度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)輸不出液體。2023/4/13七、離心泵的選用、安裝與操作

1、離心泵的選擇

1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，選泵時(shí)按最大流量考慮，然后，根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計(jì)算出在最大流量下管路所需壓頭。

2）選擇泵的類型與型號(hào)：首先根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產(chǎn)品目錄中選出適合的型號(hào)。2023/4/13若是沒有一個(gè)型號(hào)的H、Q與所要求的剛好相符，則在鄰近型號(hào)中選用H和Q都稍大的一個(gè)；若有幾個(gè)型號(hào)的H和Q都能滿足要求，那么除了考慮那一個(gè)型號(hào)的H和Q外，還應(yīng)考慮效率η在此條件下是否比較大。

3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，按

來計(jì)算泵的軸功率。

2、離心泵的安裝和使用

1）泵的安裝高度

為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實(shí)際安裝2023/4/13高度必須低于理論上計(jì)算的最大安裝高度，同時(shí)，應(yīng)盡量降低吸入管路的阻力。2）啟動(dòng)前先“灌泵”

這主要是為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動(dòng)前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時(shí)為止。3）離心泵應(yīng)在出口閥門關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)為了不致啟動(dòng)時(shí)電流過大而燒壞電機(jī)，泵啟動(dòng)時(shí)要將出口閥完全關(guān)閉，等電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。2023/4/134）關(guān)泵的步驟

關(guān)泵時(shí)，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機(jī)。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。5）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)定時(shí)檢查泵的響聲、振動(dòng)、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數(shù)，以及軸承是否過熱等。

2023/4/133、離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)1）串聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺(tái)相同型號(hào)的離心泵串聯(lián)組合，在同樣的流量下，其提供的壓頭是單臺(tái)泵的兩倍。2023/4/132）并聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺(tái)相同型號(hào)的離心泵并聯(lián)，若其各自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單泵的兩倍。

2023/4/133）離心泵組合方式的選擇

對(duì)于低阻輸送管路a，并聯(lián)組合泵流量的增大幅度大于串聯(lián)組合泵；對(duì)于高阻輸送管路b，串聯(lián)組合泵的流量增大幅度大于并聯(lián)組合泵。低阻輸送管路----并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路----串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。2023/4/132-1-2其他類型泵

一、往復(fù)泵1、往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

往復(fù)泵是一種容積式泵，它依靠作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。

2023/4/13泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞桿、吸入單向閥和排出單向閥?；钊?jīng)傳動(dòng)和機(jī)械在外力作用下在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊c單向閥之間的空隙稱為工作室。工作原理：當(dāng)活塞自左向右移動(dòng)時(shí)，工作室的容積增大，形成低壓，貯池內(nèi)的液體經(jīng)吸入閥被吸入泵缸內(nèi)，排出閥受排出管內(nèi)液體壓力作用而關(guān)閉。當(dāng)活塞移到右端時(shí)，工作室的容積最大?；钊捎蚁蜃笠苿?dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)液體受擠壓，壓強(qiáng)增大，使吸入閥關(guān)閉而推開排出閥將液體排出，活塞移到左端時(shí)，排液完畢，完成了一個(gè)工作循環(huán)，此后開始另一個(gè)循環(huán)。2023/4/132023/4/13活塞從左端點(diǎn)到右端點(diǎn)的距離叫行程或沖程。

活塞在往復(fù)一次中，只吸入和排出液體各一次的泵，稱為單動(dòng)泵。由于單動(dòng)泵的吸入閥和排出閥均裝在活塞的一側(cè)，吸液時(shí)不能排液，因此排液不是連續(xù)的。為了改善單動(dòng)泵流量的不均勻性，多采用雙動(dòng)泵或三聯(lián)泵往復(fù)泵的工作原理與離心泵不同，具有以下特點(diǎn)：1）往復(fù)泵的流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與泵的壓頭無關(guān)。無論在什么壓頭下工作，只要往復(fù)一次，泵就排出一定的液體。

2023/4/132023/4/132023/4/13其理論流量：對(duì)單動(dòng)泵

對(duì)雙動(dòng)泵

2）往復(fù)泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關(guān)，只要泵的機(jī)械強(qiáng)度及原動(dòng)機(jī)的功率允許，輸送系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復(fù)泵就能提供多大的壓頭。

3）往復(fù)泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)、輸送液體的性質(zhì)和溫度而變，所以往復(fù)泵的吸上高度也有一定的限制。但往復(fù)泵的低壓是靠工作室的擴(kuò)張來造成的，所以在開動(dòng)之前，泵內(nèi)無須充滿液體，往復(fù)泵有自吸作用。2023/4/134）往復(fù)泵不能簡(jiǎn)單地用排出管路閥門來調(diào)節(jié)流量，一般采用回路調(diào)節(jié)。往復(fù)泵適用于小流量、高壓強(qiáng)的場(chǎng)合，輸送高粘度液體時(shí)的效果也比離心泵好，但不能輸送腐濁性液體和固體粒子的懸浮液。二、計(jì)量泵計(jì)量泵就是往復(fù)泵的一種。通過偏心輪把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。偏心輪的偏心距離可以調(diào)整，使柱塞的沖程隨之改變。這樣就達(dá)到控制和調(diào)節(jié)流量的目的2023/4/132023/4/132023/4/13三、旋轉(zhuǎn)泵

旋轉(zhuǎn)泵靠泵內(nèi)一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來吸入或排出液體，又稱轉(zhuǎn)子泵

1、齒輪泵泵殼內(nèi)有兩個(gè)齒輪。一個(gè)用電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)被嚙合著向相反方向旋轉(zhuǎn)，吸入腔內(nèi)兩輪的齒互相撥開，形成低壓而吸入液體，被吸入的液體被齒嵌住，隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到排出腔，排出腔內(nèi)兩輪的齒互相合攏，形成高壓而排出液體。

2023/4/132023/4/13齒輪泵可以產(chǎn)生較高的壓頭，但流量較小，用于輸送粘稠的液體，但不能輸送含顆粒的懸浮液。2、螺桿泵

螺桿泵分為單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵、五螺桿泵等圖（a）為單螺桿泵，螺桿在具有內(nèi)羅紋的泵殼中偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，將液體沿軸向推進(jìn)，最終沿排出口排出。（b）為雙螺桿泵，工作原理與齒輪泵十分相似，利用兩根相互嚙合的螺桿來輸送液體。

螺桿泵的壓頭高，效率高，無噪音，適用于高粘度液體的輸送。

往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵均屬于正位移泵。2023/4/132023/4/132023/4/132023/4/13

3、旋渦泵

旋渦泵是一種特殊類型的離心泵，它是由葉輪和泵體組成。葉輪是一個(gè)圓盤，四周由凹槽構(gòu)成的葉片成輻射狀排列。葉輪在泵殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其間有引水道，吸入管接頭和排出管接頭之間為間壁，間壁與葉輪只有很小的縫隙，用來分隔吸腔和排出腔。泵內(nèi)液體在隨葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，又在引水道與各葉片間作漩渦形運(yùn)動(dòng)。因而，被葉片拍擊多次，獲得較多的能量。液體在葉片與引水道之間的反復(fù)迂回是靠離心力的作用。因此，旋渦泵在開動(dòng)前也要灌滿液體。旋渦泵適用于要求輸送量小，壓頭高而粘度不大的液體。2023/4/132023/4/132023/4/132023/4/13第二章

流體輸送機(jī)械一、離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)二、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)與真空泵第二節(jié)

氣體輸送和壓縮設(shè)備2023/4/13按照終壓與壓縮比

通風(fēng)機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)：壓縮機(jī)：真空泵：

終壓不大于14.7×103Pa

(表壓)

終壓為14.7×103~294×103Pa

，壓縮比小于4。

終壓在294×103Pa以上，壓縮比大于4。將低于大氣壓強(qiáng)的氣體從容器或設(shè)備內(nèi)抽至大氣中。

按結(jié)構(gòu)與工作原理

離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式

2023/4/13一、離心式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)

1、離心式通風(fēng)機(jī)

離心式通風(fēng)機(jī)按所產(chǎn)生的風(fēng)壓不同，分為：低壓離心通風(fēng)機(jī)：中壓離心通風(fēng)機(jī)：

高壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓低于0.9807×103Pa

(表壓)；

出口風(fēng)壓為：0.9807×103Pa~2.942×103Pa出口風(fēng)壓為：2.942×103Pa~14.7×103Pa

1）離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

2023/4/132023/4/132023/4/132）離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)與特性曲線

（1）風(fēng)量：

指氣體通過進(jìn)風(fēng)口的體積流率，以Q表示，單位為m3/h或m3/s。氣體的體積按進(jìn)口狀態(tài)計(jì)。（2）風(fēng)壓：

指單位體積的氣體通過通風(fēng)機(jī)時(shí)所獲得的能量，單位為N/m2，與壓強(qiáng)單位相同，以Ht表示。取決于風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，葉輪尺寸，轉(zhuǎn)速與進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣體的密度。

目前，還不能用理論方法精確計(jì)算離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，而是由試驗(yàn)測(cè)定。

2023/4/13在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)口截面1-1’和出口截面2-2’間列柏努力方程：

簡(jiǎn)化為

（P2－P1）稱為靜風(fēng)壓，以HSt表示稱為動(dòng)風(fēng)壓。

離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓為靜風(fēng)壓和動(dòng)風(fēng)壓之和，稱為全風(fēng)壓。

2023/4/13

風(fēng)壓與被輸送氣體的密度ρ成正比，風(fēng)機(jī)性能表上列出風(fēng)壓是按“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”下(20℃，1.01×105Pa)的空氣密度測(cè)定的。若實(shí)際操作條件與上述試驗(yàn)條件不同，應(yīng)將操作條件下的風(fēng)壓HT’換算為試驗(yàn)條件下的風(fēng)壓HT，然后按HT的數(shù)值來選擇風(fēng)機(jī)。（3）功率和效率離心通風(fēng)機(jī)的軸功率為：

2023/4/13（4）特性曲線

2023/4/133）離心通風(fēng)機(jī)的選用選擇離心通風(fēng)機(jī)的主要步驟為：（1）根據(jù)氣體的種類（清潔空氣、易燃?xì)怏w、腐蝕性氣體、含塵氣體、高溫氣體等）與風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)的類型（2）據(jù)所要求的風(fēng)量與全壓，從產(chǎn)品樣本或規(guī)格目錄中的特性曲線或性能表格中查得適宜的類型與機(jī)號(hào)。2、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)1）離心鼓風(fēng)機(jī)

離心鼓風(fēng)機(jī)外形與離心泵相象。蝸殼形的通道為圓形，但其外殼直徑與寬度之比較大，葉輪上數(shù)目較多，轉(zhuǎn)速較高，2023/4/132023/4/132023/4/13并且有一固定的導(dǎo)輪。圖為一臺(tái)五級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)的示意圖。氣體由吸入口進(jìn)入后，經(jīng)過第一級(jí)的葉輪和導(dǎo)輪，然后轉(zhuǎn)入第二級(jí)葉輪入口，再依次逐級(jí)通過以后的葉輪

和導(dǎo)輪，最后由排氣口排出。離心通風(fēng)機(jī)的送氣量大，但所產(chǎn)生的風(fēng)壓仍不太高，出口表壓強(qiáng)一般不超過294×103Pa。由于在離心鼓風(fēng)機(jī)中，氣體的壓縮比不高，所以無需設(shè)置冷卻裝置，各