食品工程原理第二章第一節(jié)-課件

第二章流體輸送機械

第一節(jié)液體輸送機械

一、離心泵

1.離心泵的工作原理和主要部件

-離心泵的工作原理

食品工程原理第二章第一節(jié)蝸牛形通道；葉輪偏心放；可減少能耗，有利于動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪機殼底閥(防止“氣縛”)濾網(wǎng)(阻攔固體雜質(zhì))正視側(cè)視食品工程原理第二章第一節(jié)-離心泵的主要部件：葉輪、泵殼、軸封裝置

a、葉輪是離心泵的心臟部件，它的作用是將電動機提供的機械能傳給液體，提高被輸送液體的靜壓強和動能。

敞開式半開式封閉式食品工程原理第二章第一節(jié)b、泵殼離心泵的泵殼通常制成蝸牛形，故又稱蝸殼。葉輪在泵殼內(nèi)沿著蝸形通道逐漸擴大的方向旋轉(zhuǎn)，愈接近液體的出口，流道截面積愈大。液體從葉輪外周高速流出后，流過泵殼蝸形通道時流速將逐漸降低，因此減少了流動能量損失，且使部分動能轉(zhuǎn)換為靜壓能。所以泵殼不僅是匯集由葉輪流出的液體的部件，又是一個轉(zhuǎn)能裝置。食品工程原理第二章第一節(jié)為了減少液體直接進入泵殼時因碰撞引起的能量損失，在葉輪與泵殼之間有時還裝有一個固定不動而且?guī)в腥~片的導(dǎo)輪。

c、軸封裝置為防止泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出，或外界空氣以相反方向漏入泵內(nèi)，必須設(shè)置軸封裝置。

食品工程原理第二章第一節(jié)2、離心泵的基本方程式

離心泵的理論壓頭是指在理想情況下離心泵可能達到的最大壓頭。所謂理想情況是

-葉輪為具有無限多葉片（葉片的厚度當(dāng)然為無限?。┑睦硐肴~輪，因此液體質(zhì)點將完全沿著葉片表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象；

-被輸送的液體是理想液體，因此無粘性的液體在葉輪流動時不存在流動阻力。食品工程原理第二章第一節(jié)1、液體通過葉輪的流動

w2R2u1c1w1α2β2cr2c2u2ωR1cu2食品工程原理第二章第一節(jié)由余弦定律知：

2、離心泵基本方程式的推導(dǎo)

根據(jù)柏努利方程，單位重量的理想液體通過離心泵葉片入口截面到葉片出口截面所獲得的機械能為

靜壓頭增量Hp主要來源于以下兩方面：食品工程原理第二章第一節(jié)-離心力作功單位重量液體所獲得的這部分外功可表示為

-能量轉(zhuǎn)換因葉輪中相鄰的兩葉片構(gòu)成的流道自內(nèi)向外逐漸擴大，流體通過時部分動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，這部分靜壓頭的增量可表示為

食品工程原理第二章第一節(jié)3、離心泵基本方程式的討論

理論流量可表示為在葉輪出口處的液體徑向速度和葉片末端圓周出口面積之乘積，即

從出口速度三角形可知

食品工程原理第二章第一節(jié)a、葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑

由上式可看出，當(dāng)理論流量和葉片幾何尺寸（b2,β2）一定時，離心泵的理論壓頭隨葉輪的轉(zhuǎn)速、直徑的增加而加大；

b、葉片的幾何形狀

當(dāng)葉輪的直徑和轉(zhuǎn)速、葉片的寬度及理論流量一定時，離心泵的理論壓頭隨葉片的形狀而變。食品工程原理第二章第一節(jié)β2β2β2后彎葉片徑向葉片前彎葉片w2w2w2u2u2u2c2c2c2ωωω食品工程原理第二章第一節(jié)c.理論流量

若離心泵的幾何尺寸（D2、b2、β2）和轉(zhuǎn)速（n）一定，則

β2>90°時，B<0，關(guān)HT∞隨QT的增加而增大

β2=90°時，B＝0，HT∞與ＱT無關(guān)，

β2＜90°時，B＞0，HT∞隨QT的增加而減少

HT∞－QT關(guān)系曲線，稱為離心泵的理論特性曲線．

食品工程原理第二章第一節(jié)HT∞~β2HT∞~QTH~QabcQTHp~β290Hc0020β2QT或QHHT∞或HHT∞食品工程原理第二章第一節(jié)３.離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

(1)離心泵的主要性能參數(shù)

a流量:離心泵在單位時間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積,一般用Q表示,單位為L/s或m3/h

b壓頭:又稱揚程,指離心泵對單位重量(1N)的液體所能提供的有效能量,一般用H表示,單位為m

c效率:有效功率與軸功率之比,用符號η表示食品工程原理第二章第一節(jié)離心泵的能量損失包括:

容積損失：指泵的液體泄漏所造成的損失

機械損失：由泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間以及葉輪蓋板外表與液體之間產(chǎn)生摩擦而引起的能量損失

水力損失：粘性液體流經(jīng)葉輪通道和蝸殼時產(chǎn)生的摩擦阻力以及在泵局部處因流速和方向改變引起的環(huán)流和沖擊而產(chǎn)生的局部阻力，統(tǒng)稱為水力損失

離心泵的效率反映上述三項能量損失的總和，故又稱為總效率，即η=ηv

ηmηh

食品工程原理第二章第一節(jié)d軸功率：泵軸所需的功率。當(dāng)泵直接由電動機帶動時，它即是電機傳給泵軸的功率，單位為W或kW。離心泵的有效功率是指液體從葉輪獲得的能量。

食品工程原理第二章第一節(jié)200262422201816141210804060100120140160864208020706050403010NHη4B20n=2900r/minN,kWη,%H,mQm3/h(2)離心泵的特性曲線食品工程原理第二章第一節(jié)例采用圖示的實驗裝置測定離心泵的性能。泵的吸入管內(nèi)徑為100mm，排出管內(nèi)徑為80mm，兩測壓口間垂直距離為0.5m。泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，以20℃清水為介質(zhì)測得以下數(shù)據(jù)：流量15L/s，泵出口表壓2.55×105Pa，泵入口處真空度2.67×104Pa，功率表測得電動機所消耗的功率6.2kW。

泵由電動機直接帶動，電動機的效率為93%。試求該泵在輸送條件下的壓頭、軸功率和效率。食品工程原理第二章第一節(jié)真空計壓強表離心泵儲槽12’21’食品工程原理第二章第一節(jié)4、離心泵性能的改變和換算

(1)液體物性的影響

a密度的影響

b粘度的影響

(2)離心泵轉(zhuǎn)速的影響

若離心泵轉(zhuǎn)速變化不大，則可作以下假設(shè)：食品工程原理第二章第一節(jié)a轉(zhuǎn)速改變前后，液體離開葉輪處的速度三角形相似；

b不同轉(zhuǎn)速下離心泵的效率相同。

根據(jù)離心泵基本方程式，當(dāng)不同轉(zhuǎn)速下出口速度三角形相似可得食品工程原理第二章第一節(jié)由此可得不同轉(zhuǎn)速下，泵的壓頭、流量及軸功率與轉(zhuǎn)速間近似關(guān)系為

此式為離心泵的比例定律食品工程原理第二章第一節(jié)(3)離心泵葉輪直徑的影響

若對同一型號的泵，可換用直徑較小的葉輪，而其它尺寸不變（僅是出口處葉輪的寬度稍有變化），這種現(xiàn)象稱為葉輪的“切割”。此時可作以下假設(shè)：

a葉輪直徑改變后，液體離開葉輪時的出口速度三角形相似；

b葉輪直徑改變后，葉輪出口截面積基本不變，即

c葉輪直徑改變后，離心泵的效率相同。食品工程原理第二章第一節(jié)根據(jù)離心泵基本方程式可推導(dǎo)出以下近似關(guān)系：

上式稱為離心泵的切割定律，該式只有在葉輪直徑的變化不大于20%時才適用。食品工程原理第二章第一節(jié)5、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

(1)離心泵的氣蝕現(xiàn)象Hgpa1100食品工程原理第二章第一節(jié)(2)離心泵的允許吸上高度

離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，是指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。

食品工程原理第二章第一節(jié)a離心泵的允許吸上真空度

若真空度以輸送液體的液柱高度來計算，則此真空度稱為離心泵的允許吸入真空度，以H’s，即

若輸送其它液體，且操作條件與上述的實驗條件不符時，可按下式對水泵性能表上的H’s進行換算食品工程原理第二章第一節(jié)b氣蝕余量

定義：為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，在離心泵入口處液體的靜壓頭與動壓頭之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭某一最小值，即

食品工程原理第二章第一節(jié)通常為安全起見，離心泵的實際吸上高度，即實際安裝高度應(yīng)比允許吸上高度小0.5~1.0m。

例用3B33型水泵從一敞口水槽中將水送到它處，槽內(nèi)液面恒定。輸水量為45~55m3/h，在最大流量下吸入管路的壓頭損失為1m，液體在吸入管路的動壓頭可忽略。試計算(1)輸送20℃水時泵的安裝高度；(2)輸送65℃水時泵的安裝高度。

泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.81×104Pa。食品工程原理第二章第一節(jié)解：由附錄查得3B33型水泵的部分性能列于下表：

流量Qm3/h壓頭Hm轉(zhuǎn)速nr/min允許吸上高度Hs’m3035.629007.04532.65.05528.83.0食品工程原理第二章第一節(jié)(1)輸送20℃水時泵的安裝高度

在確定泵的安裝高度時，應(yīng)以最大輸送量所對應(yīng)的H’s值為依據(jù)，以保證離心泵能正常運轉(zhuǎn)，而不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，故取H’s=3m。

由于輸送20℃水，且泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.81×104Pa，與泵實測H’s的實驗條件相符，故Hs=H’s=3m

食品工程原理第二章第一節(jié)(2)輸送65℃水時泵的安裝高度食品工程原理第二章第一節(jié)注意：

若泵的允許安裝高度較低，可采用下列措施：

-盡量減少吸入管路的壓頭損失，可采用較大的吸入管徑，縮短吸入管的長度，減少拐彎，并省去不必要的管件和閥門等；

-把泵安裝在貯罐液面以下，使液體利用位差自動灌入泵體內(nèi)。

食品工程原理第二章第一節(jié)6、離心泵的工作點與調(diào)節(jié)

(1)管路特性曲線與泵的工作點

2’211’管路輸送系統(tǒng)示意圖H=HeQ=QeH或HeH~QQ或QeHe~QeM

管路特性曲線與泵的工作點食品工程原理第二章第一節(jié)由圖示的截面1-1與2-2間列柏努力方程式，得

食品工程原理第二章第一節(jié)

食品工程原理第二章第一節(jié)

若流體在該管路中流動已進入阻力平方區(qū)，λ可視為常量，于是可令

食品工程原理第二章第一節(jié)（2）離心泵的流量調(diào)節(jié)

a.改變閥門的開度b.改變泵的轉(zhuǎn)速Q(mào)M1QMQM2QM2QMQM1Q或

QeQ或

QeH或

HeH或

HeH~QH~QM1MM2M2MM1

He~Qen1nn212食品工程原理第二章第一節(jié)（3）離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作He-Qe0HHH并ⅠⅡQQQ并0HHH串QQQ串ⅠⅡ食品工程原理第二章第一節(jié)7.離心泵的類型、選擇與使用

（1）離心泵的類型

-水泵（B型、D型、Sh型）

凡是輸送清水以及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的清潔液體，都可以選用水泵。

B型水泵為單級單吸懸臂式離心泵，全系列揚程范圍為8~98m，流量范圍為4.5~360m3/h。

國產(chǎn)多級泵的系列代號為D，稱為D型離心泵。葉輪級數(shù)一般為2~9級，最多為12級。全系列揚程范圍為14~351m，流量范圍為10.8~850m3/h。食品工程原理第二章第一節(jié)國產(chǎn)雙吸泵的系列代號為Sh，全系列揚程9~140m，流量范圍為120~12500m3/h。-耐腐蝕泵（F型）當(dāng)輸送酸、堿等腐蝕性液體時應(yīng)采用耐腐蝕泵，該泵主要特點是與液體接觸的泵部件用耐腐蝕材料制成。F型泵全系列的揚程范圍為15~105m,流量范圍為2~400m3/h。-油泵（Y型）輸送石油產(chǎn)品的泵稱為油泵。油泵（Y型）有單吸和雙吸、單級和多級油泵，全系列的揚程范圍為60~603m,流量范圍為6.25~500m3/h。食品工程原理第二章第一節(jié)-雜質(zhì)泵（P型）雜質(zhì)泵用于輸送懸浮液及稠厚的漿液等，其系列代號為P，又細(xì)分為污水泵PW、砂泵PS、泥漿泵PN等。

舉例：

8B29A

8—泵吸入口直徑,in(英寸)，即200mm;

B—單級單吸懸臂式離心水泵；

29—泵的揚程，m;

A—該型號泵的葉輪直徑比基本型號小一級，即基本型號的葉輪的第一次切割。食品工程原理第二章第一節(jié)

40FM1-26

40—泵吸入口直徑,mm;

F—懸臂式耐腐蝕離心泵；

M—與液體接觸部件的材料代號（M表示鉻鎳鉬鈦合金鋼）；

1—軸封型式代號（1代表單端面密封）

26—泵的揚程，m。

100Y-120×2

100—泵吸入口直徑，mm；

Y—單吸離心油泵；

120—泵的單級揚程，m；

2—葉輪級數(shù)。食品工程原理第二章第一節(jié)

(2)離心泵的選擇

a確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭

b選擇泵的類型與型號

c核算泵的軸功率例若某輸水管路系統(tǒng)要求流量為80m3/h，壓頭為18m，試選擇一臺適宜的離心泵，再求該泵實際運行時所需軸功率及因用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的軸功率。食品工程原理第二章第一節(jié)解:

(1)選泵的型號由于輸送清水，選B型水泵

按Qe=80m3/h，He=18m查圖，可選4B-20型水泵，轉(zhuǎn)速為2900r/min，其最高效率點為：

Q=90m3/h，H=20m，N=6.36kW，η=78%，Hs=5m

(2)該泵實際運行時所需的軸功率，即泵工作點所對應(yīng)的軸功率

由4B-20型離心泵的特性曲線查得，

當(dāng)Q=80m3/h，N=6kW

食品工程原理第二章第一節(jié)(3)用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的功率

查得Q=80m3/h時，H=21.2m及η=77%。而管路要求為Qe=80m3/h，He=18m。為達到要求的輸水量，應(yīng)改變管路系統(tǒng)所需壓頭也21.2m。

由于閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的壓頭為

食品工程原理第二章第一節(jié)(3)離心泵的安裝和操作

a離心泵的安裝高度必須低于允許吸上高度，以免出現(xiàn)氣蝕和吸不上液體的現(xiàn)象。

b離心泵在啟動前必須向泵內(nèi)充滿待輸送的液體，保證泵內(nèi)和吸入管路內(nèi)無空氣積存。

c離心泵應(yīng)在出口閥關(guān)閉的條件下啟動，這樣啟動功率最小。停泵前也應(yīng)先關(guān)閉出口閥，以免排出管路內(nèi)液體倒流，使葉輪受到?jīng)_擊而被損壞。

d離心泵在運轉(zhuǎn)中應(yīng)定時檢查和維修，注意泵軸液體泄漏、發(fā)熱等情況，保持泵的正常操作。

食品工程原理第二章第一節(jié)二、往復(fù)泵

1.往復(fù)泵的工作原理食品工程原理第二章第一節(jié)2.往復(fù)泵的特性

（1）往復(fù)泵的壓頭

（2）往復(fù)泵的流量（排液能力）

單動泵

雙動泵

實際流量

ηv—容積效率，0.9~0.95

（3）往復(fù)泵的特性曲線食品工程原理第二章第一節(jié)3.往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)

（1）旁路調(diào)節(jié)

（2）改變活塞