化工原理第二章流體輸送機(jī)械

化工原理第二章流體輸送機(jī)械第1頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)指導(dǎo)1本章學(xué)習(xí)的目的

本章是流體力學(xué)原理的具體應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)掌握工業(yè)上最常用的流體輸送機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及操作特性，以便根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，合理地選擇和正確地使用輸送機(jī)械，以實(shí)現(xiàn)高效、可靠、安全的運(yùn)行。2本章應(yīng)掌握的內(nèi)容

本章應(yīng)重點(diǎn)掌握離心泵的工作原理、操作特性、安裝要求、離心泵的選型。3本章學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題在學(xué)習(xí)過程中，加深對(duì)流體力學(xué)原理的理解，并從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效、安全地實(shí)現(xiàn)流體輸送。第2頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月概述流體輸送機(jī)械：為流體提供機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備根據(jù)其作用的對(duì)象不同主要分為二大類：（1）對(duì)液體做功的輸送機(jī)械——泵（2）對(duì)氣體做功的輸送機(jī)械——風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)（通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵）

根據(jù)其工作原理的不同主要分為三大類：（1）動(dòng)力式：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪來獲得能量（包括離心式，軸流式）（2）容積式：利用活塞或轉(zhuǎn)子的擠壓（包括往復(fù)式，旋轉(zhuǎn)式）（3）其他類：不屬于上述兩類，如噴射式由于不同的物料（腐蝕性—酸堿、粘度高—潤滑油）不同的輸送要求（高壓、大流量）等對(duì)輸送機(jī)械具有不同的性能要求，所以泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)的種類繁多。本章主要以離心泵為研究對(duì)象。

第3頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)離心泵(Centrifugalpumps)

一、工作原理和主要部件1、工作原理基本結(jié)構(gòu)固定的泵殼旋轉(zhuǎn)的葉輪第4頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作過程葉輪中部低壓液體吸入灌泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)離心作用靜壓能和動(dòng)能葉輪外緣

流道擴(kuò)大動(dòng)能靜壓能液體排出排液過程吸液過程泵殼

第5頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月若在泵啟動(dòng)前，泵內(nèi)沒有液體，而是被氣體填充，此時(shí)啟動(dòng)是否能夠吸上液體呢？此時(shí)泵內(nèi)充滿氣體（其密度遠(yuǎn)小于液體），葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力小，即產(chǎn)生的真空度不夠大，貯槽液面與泵吸入口間的壓力差小，不足以克服流體在吸入管路中的阻力損失以及液體位能的變化而吸上液體(無自吸能力)，這種現(xiàn)象稱為“氣縛”現(xiàn)象。因此在離心泵啟動(dòng)之前，我們必須進(jìn)行灌泵操作（使泵內(nèi)充滿被輸送的液體）。第6頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、主要部件(1)葉輪（Impeller）:離心泵的心臟，是流體獲得機(jī)械能的主要部件，其轉(zhuǎn)速一般可達(dá)1200～3600轉(zhuǎn)/min，高速10700～20450轉(zhuǎn)/min。根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為：

開式半開式閉式離心泵葉輪第7頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

哪種形式的葉輪做功效率高？

閉式葉輪效率最高，半開式葉輪效率次之，開式葉輪效率最低；原因在于葉片間的流體倒流（外緣壓力高，葉輪中心壓力低）回葉輪中心，做了無用功；增加了前后蓋板使倒流的可能性減小。第8頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)泵殼

從葉輪中拋出的流體匯集到泵殼中，泵殼是蝸殼形的故其流道不斷地?cái)U(kuò)大，高速的液體在泵殼中將大部份的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，從而避免高速流體在泵體及管路內(nèi)巨大的流動(dòng)阻力損失。因此泵殼不僅是液體的匯集器，而且還是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。第9頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)軸封裝置

前面已提到泵啟動(dòng)后在葉輪中心產(chǎn)生負(fù)壓，液體經(jīng)過葉輪的做功，獲得機(jī)械能經(jīng)過泵殼的匯集，能量轉(zhuǎn)換成靜壓能較高的流體進(jìn)入排出管，由于泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，泵殼相對(duì)固定，泵軸穿過泵殼處必有間隙，故其會(huì)向外界漏液。密封方式有：填料密封與機(jī)械密封，填料密封適用于一般液體，而機(jī)械密封適用于有腐蝕性易燃、易爆液體。

填料密封：簡單易行，維修工作量大，有一定的泄漏，對(duì)燃、易爆、有毒流體不適用；

機(jī)械密封：液體泄漏量小，壽命長，功率小密封性能好，加工要求高。第10頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

以上三個(gè)構(gòu)造是離心泵的基本構(gòu)造，為使泵更有效地工作，還需其它的輔助部件：

導(dǎo)輪：液體經(jīng)葉輪做功后直接進(jìn)入泵體，與泵體產(chǎn)生較大沖擊，并產(chǎn)生噪音。為減少?zèng)_擊損失，設(shè)置導(dǎo)輪，導(dǎo)輪是位于葉輪外周的固定的帶葉片的環(huán)。這此葉片的彎曲方向與葉輪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)液體在泵殼通道內(nèi)平穩(wěn)地改變方向，使能量損耗最小，動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能的效率高。

第13頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月底閥（單向閥）：當(dāng)泵體安裝位置高于貯槽液面時(shí)，常裝有底閥，它是一個(gè)單向閥，可防止灌泵后，泵內(nèi)液體倒流到貯槽中。

濾網(wǎng)：防止液體中雜質(zhì)進(jìn)入泵體。

第14頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月二、離心泵的基本方程式

1、理論壓頭假設(shè)：（a）葉輪內(nèi)葉片數(shù)目無窮多，葉片的厚度無窮小,即葉片沒有厚度；（b）液體為粘度等于零的理想流體。

第15頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月c2w2u2r2β2c1w1u112α2

α1

β1第16頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月從理論上表達(dá)泵的壓頭與直徑、轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)及流量的關(guān)系，計(jì)算離心泵理論壓頭(1)n↑，

HT∞

↑;(2)

D2↑，HT∞

↑

第17頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)裝置角β2的大小，葉片形狀可分為三種：(a)(a)β2<90o為后彎葉片，cotβ2>0，HT∞

<u22/g(b)(b)β2=90o為徑向葉片，cotβ2=0，HT∞

=u22/g(c)(c)

β2>90o為前彎葉片，cotβ2<0，HT∞>

u22/g第18頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、實(shí)際壓頭由于前彎葉片的絕對(duì)速度c2大，液體在泵殼內(nèi)產(chǎn)生的沖擊劇烈得多，轉(zhuǎn)化時(shí)的能量損失大為增加，效率低。故為獲得較高的能量利用率，離心泵總是采用后彎葉片。流體通過泵的過程中壓頭損失的原因：（a）葉片間的環(huán)流：由于葉片數(shù)目并非無限多，液體有環(huán)流出現(xiàn)，產(chǎn)生渦流損失。（b）阻力損失：實(shí)際流體從泵進(jìn)口到出口有阻力損失。（c）沖擊損失：液體離開葉輪周邊沖入蝸殼四周流動(dòng)的液體中，產(chǎn)生渦流。a理論壓頭b環(huán)流損失d沖擊損失c阻力損失HQ第19頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月離心泵實(shí)際壓頭和實(shí)際流量第20頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2B31型離心泵銘牌上標(biāo)注的參數(shù)型號(hào)2B31流量20m3/h揚(yáng)程30.8m允許吸上真空度7.2m轉(zhuǎn)速2900r/min效率64％軸功率2.6kW重量363N泵在出廠前，必須確定其各項(xiàng)性能參數(shù)，即以上各參數(shù)值，并把它標(biāo)在銘牌上；這些參數(shù)是在最高效率條件下用20℃的水測定的。三、離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線第21頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、離心泵的主要性能參數(shù)(1)流量（Q）：單位時(shí)間內(nèi)泵輸送的液體體積，又稱排液量或輸送能力。流量取決于泵結(jié)構(gòu)、尺寸（葉輪直徑與葉片的寬度）和轉(zhuǎn)速。(2)壓頭（揚(yáng)程，H）：泵對(duì)單位重量的液體所提供的有效能量。泵的揚(yáng)程由泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)數(shù)和流量所決定，不同型號(hào)的泵具有不同的揚(yáng)程。第22頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月bch0真空表壓力表測定離心泵性能參數(shù)的裝置由于兩截面間的管長很短，其阻力損失通?？梢院雎?，當(dāng)進(jìn)出口管徑相同，兩截面間的動(dòng)壓頭差一般也可以略去，若兩表測點(diǎn)高度相同，則可得由b、c兩截面間的柏努利方程：第23頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)有效功率Ne、軸功率N和效率η

有效功率Ne：離心泵單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流體做的功Ne=HQρg，W軸功率N：單位時(shí)間內(nèi)由電機(jī)輸入離心泵的能量，W。Ne<N泵的效率η：泵對(duì)外加能量的利用程度，η<100%。為什么？泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在以下三種損失：①容積損失ηv

：由于泄漏引起。②機(jī)械損失ηm：由于機(jī)械摩擦引起。③水力損失ηh

：由于粘性和渦流引起?？傂剩旱?4頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)軸功率N離心泵的軸功率N可直接用效率來計(jì)算：一般小型離心泵的效率50~70%，大型離心泵效率可達(dá)90%。泵的軸功率，W泵的壓頭，m泵的流量，m3/s流體密度，kg/m3泵的效率第25頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、離心泵特性曲線（Characteristiccurves）由于離心泵的各種損失難以定量計(jì)算，使得離心泵的特性曲線H～Q、N～Q、η～Q的關(guān)系只能靠實(shí)驗(yàn)測定，在泵出廠時(shí)列于產(chǎn)品樣本中以供參考。右圖所示為4B20型離心泵在轉(zhuǎn)速n＝2900r/min時(shí)的特性曲線。若泵的型號(hào)或轉(zhuǎn)速不同，則特性曲線將不同。借助離心泵的特性曲線可以較完整地了解一臺(tái)離心泵的性能，供合理選用和指導(dǎo)操作。4B20離心泵n＝2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)4B型離心泵的特性曲線第26頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可知：（1）H～Q曲線：Q↑，H↓(Q很小時(shí)

可能例外)。當(dāng)Q＝0時(shí)，H也只能達(dá)到一定值，這是離心泵的一個(gè)重要特性。

（2）N～Q曲線：Q↑，N

↑。當(dāng)Q＝0時(shí)，N最小。這要求離心泵在啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門，以減小啟動(dòng)功率，保護(hù)電動(dòng)機(jī)免因超載而受損。

（3）η～Q曲線：有極值點(diǎn)(最大值)，于此點(diǎn)下操作效率最高，能量損失最小。在此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量稱為額定流量。泵的銘牌上即標(biāo)注額定值，泵在管路上操作時(shí)，應(yīng)在此點(diǎn)附近操作，一般不應(yīng)低于92％ηmax。4B20離心泵n＝2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)4B型離心泵的特性曲線第27頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月離心泵的特性曲線測試裝置第28頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月3、離心泵特性曲線的影響因素（1）密度ρ對(duì)特性曲線的影響①Q(mào)與ρ無關(guān)，但ws=ρQ與ρ有關(guān)。②H與ρ無關(guān)。③N=HQρg/η。教材附錄泵性能表上列出的軸功率是指輸送20℃清水時(shí)的N。所選泵用于輸送比水的ρ大的液體應(yīng)先按N’=ρ’N/ρ核算軸功率，若N’≥

表中的電機(jī)功率，應(yīng)更換功率大的電機(jī)，否則電機(jī)會(huì)燒掉。第29頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）流體粘度μ對(duì)特性曲線的影響μ↑、∑hf↑、Q↓、H↓、η↓、N↑(η↓的幅度超過QH↓的幅度，N↑)。泵廠家提供的特性曲線是用清水測定的，若實(shí)際輸送流體μ比清水μ大得較多，特性曲線將有所變化，應(yīng)校正后再用。校正方法可參閱有關(guān)書刊。若液體的運(yùn)動(dòng)粘度小于2×10-5m2/s，如汽油、煤油、輕柴油等，則對(duì)粘度的影響可不進(jìn)行修正。第30頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）轉(zhuǎn)速n對(duì)特性曲線的影響不同轉(zhuǎn)速下的速度三角形泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測得的，實(shí)際使用時(shí)會(huì)遇到n改變的情況，若n變化<20％，可認(rèn)為液體離開葉輪時(shí)的速度三角形相似，泵的效率η不變（等效率）。比例定律第31頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）葉輪直徑D2對(duì)特性曲線的影響泵的特性曲線是針對(duì)某一型號(hào)的泵(D2一定)而言的。一個(gè)過大的泵，若將其葉輪略加切削而使D2變小，可以降低Q和H而節(jié)省N。若D2變化<5%，可以認(rèn)為液體離開葉輪時(shí)的速度三角形相似，離心泵的切割定律如下：，，第32頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月影響因素流量(Q)揚(yáng)程(H)效率(η)軸功率(N)

↓↓↑↓↑物性密度粘度泵轉(zhuǎn)速變化<20%葉輪直徑變化<20%無關(guān)無關(guān)無關(guān)近似不變近似不變3、離心泵特性曲線的影響因素第33頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月例：用清水測定某離心泵的特性曲線，實(shí)驗(yàn)裝置如附圖所示。當(dāng)調(diào)節(jié)出口閥使管路流量為25m3/h時(shí)，泵出口處壓力表讀數(shù)為0.28MPa（表壓），泵入口處真空表讀數(shù)為0.025MPa，測得泵的軸功率為3.35kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分，真空表與壓力表測壓截面的垂直距離為0.5m。試由該組實(shí)驗(yàn)測定數(shù)據(jù)確定出與泵的特性曲線相關(guān)的其它性能參數(shù)。

忽略阻力損失解：與泵的特性曲線相關(guān)的性能參數(shù)有泵的轉(zhuǎn)速n、流量Q、壓頭H、軸功率N和效率。其中流量和軸功率已由實(shí)驗(yàn)直接測出，壓頭和效率則需進(jìn)行計(jì)算。以真空表和壓力表兩測點(diǎn)為1，2截面，對(duì)單位重量流體列柏努力方程第34頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月把數(shù)據(jù)代入，得在工作流量下泵的有效功率為效率為第35頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月四、離心泵的氣蝕現(xiàn)象和允許安裝高度1、氣蝕（Cavitation）現(xiàn)象如圖所示，液面較低的液體之所以能被吸入泵的進(jìn)口，是由于葉輪將液體從其中央甩向外周，在葉輪中心進(jìn)口處形成負(fù)壓（真空），從而在液面與葉輪進(jìn)口之間形成一定的壓差，液體籍此壓差被吸入泵內(nèi)?，F(xiàn)在的問題是離心泵的安裝高度Hg（Hg即葉輪進(jìn)口與液面間的垂直距離）是否可以取任意值？第36頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月在液面0-0’與泵強(qiáng)最低處即葉輪中心進(jìn)口處K-K’面之間列機(jī)械能衡算式，得若液面壓強(qiáng)p0一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安裝高度Hg↑，∑hf(0-k)↑，pk↓，當(dāng)pk↓至等于操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓pv時(shí)（即pk＝pv），液體將發(fā)生什么現(xiàn)象？又會(huì)使泵產(chǎn)生什么現(xiàn)象？第37頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月液體將發(fā)生部分汽化現(xiàn)象，所生成的大量蒸汽泡在隨液體從葉輪進(jìn)口向葉輪外周流動(dòng)時(shí)，又因壓強(qiáng)升高，氣泡立即凝聚，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極大的速度沖向氣泡原來所在的空間，在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生很高的局部壓強(qiáng)（高達(dá)幾百個(gè)大氣壓），沖擊頻率高達(dá)每秒幾萬次之多。尤其當(dāng)汽泡的凝結(jié)發(fā)生在葉輪表面時(shí)，眾多的液體質(zhì)點(diǎn)尤如細(xì)小的高頻水錘撞擊著葉片；另外汽泡中還可能帶有氧氣等對(duì)金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長期運(yùn)轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致葉片過早損壞。這種現(xiàn)象稱為泵的氣蝕現(xiàn)象。離心泵在產(chǎn)生氣蝕條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果呢？第38頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月①泵的性能下降，流量、壓頭、效率均降低，最終變成氣縛。氣蝕的危害：②產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，影響離心泵的正常運(yùn)行和工作環(huán)境。③泵殼和葉輪的材料遭受損壞，降低泵的使用壽命第39頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)生氣蝕的原因：泵的安裝高度超過允許值；管徑過細(xì)；泵吸入管路的局部阻力過大；泵輸送液體的溫度過高。P葉輪入口過低的原因:第40頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、離心泵的抗氣蝕性能我國的離心泵規(guī)格中采用下述兩種指標(biāo)——?dú)馕g余量和允許吸上真空度來表示泵的抗氣蝕性能(吸上性能).下面簡述這兩種指標(biāo)的意義，并說明如何利用它們來確定泵的安裝高度不至于發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。第41頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月離心泵的允許安裝高度——允許吸上高度第42頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)氣蝕余量：NPSH臨界氣蝕余量

指泵入口處單位重量水所具有的、超過當(dāng)時(shí)溫度下汽化壓力的富裕能量。p葉輪入口處壓強(qiáng)（最低）＝p液體的飽和蒸汽壓第43頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月必需氣蝕余量為確保離心泵的正常操作，將臨界氣蝕余量加上一定的安全量氣蝕余量反映液體從泵入口處到葉輪進(jìn)口能量的降低值，因此越小抗氣蝕性能越好第44頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月用必需氣蝕余量表示的安裝高度:對(duì)敞口貯槽第45頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)允許吸上真空度當(dāng)?shù)卮髿鈮罕梦肟趬簭?qiáng)泵入口處可允許達(dá)到的最高真空度，m液柱允許吸上真空高度越高，說明泵的吸水性能越好，即抗氣蝕性能越好。第47頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月最大吸上真空高度：當(dāng)泵的氣蝕現(xiàn)象剛發(fā)生時(shí)，所對(duì)應(yīng)的吸上真空高度為保證泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，而又盡可能有最大的吸上真空度，規(guī)定留有0.3米的安全量。第48頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月允許吸上真空度用允許吸上真空度表示的安裝高度第49頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月離心泵實(shí)際的安裝高度比允許安裝高度低0.5~1m注意：泵工作點(diǎn)處的大氣壓與海拔高度有關(guān)。海拔高度越高，大氣壓就越低，泵的允許吸上真空度Hs就越小。液體的飽和蒸氣壓Pv與溫度T有關(guān)。T越高，Pv就越高，Hs就越小。

第50頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月允許吸上真空度的測定Hs’的值是以清水在溫度為20℃、大氣壓為98.1kPa（10mH2O）的條件下所測定的數(shù)值。實(shí)驗(yàn)值列在泵樣本或說明書的性能表中Hs’的換算第51頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)防止氣蝕的措施泵安裝在液面以下對(duì)易汽化的液體，提高第53頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-2：用離心油泵從貯罐向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷。貯罐內(nèi)液面恒定,其上方絕壓為6.65kgf/cm2。泵在貯罐液面下1.5m處,吸入管路的壓頭損失為l.6m。異丁烷在輸送條件下密度為530kg/m3,飽和蒸氣壓為6.5kgf/cm2。已知輸送流量下泵的允許氣蝕余量為3.5m。試確定該泵能否正常操作。解：第54頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月[例2-3]用3B33型水泵從一敞口水槽中將水送到它處，槽內(nèi)水面恒定。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(dòng)壓頭可忽略。試計(jì)算（1）輸送20℃水時(shí)泵的安裝高度？（2）輸送65℃水時(shí)泵的安裝高度？已知：安裝地區(qū)的大氣壓為9.81×104；在流量范圍內(nèi)允許吸上真空度為5.0m和3.0m第55頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月解：?求安裝高度時(shí)，以最大輸送量所對(duì)應(yīng)的允許吸上真空度為準(zhǔn)（2）輸送65℃水時(shí)泵的安裝高度（1）輸送20℃水時(shí)泵的安裝高度第56頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月?當(dāng)液體的輸送溫度較高或沸點(diǎn)較低時(shí)，由于液體的飽和蒸氣壓較高，要特別注意泵的安裝高度若泵的允許安裝高度較低，可采用的措施①盡量減小吸入管路的壓頭損失②把泵安裝在貯液面以下，使液體利用位差自動(dòng)灌入泵體內(nèi)，“倒灌”第57頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)當(dāng)離心泵安裝到特定管路系統(tǒng)中操作時(shí)，實(shí)際工作的壓頭和流量不僅遵循泵特性曲線關(guān)系，而且要受到管路特性曲線制約。第58頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）管路特性令而第59頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月管路特性曲線：表示在特定管路系統(tǒng)中，流體流經(jīng)該管路時(shí)所需的壓頭與流量的關(guān)系，由管路布局和操作條件確定，與泵的性能無關(guān)。第60頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）離心泵的工作點(diǎn)將泵的H~Q線和管路的He~Q線畫在一張圖上，得到交點(diǎn)A如圖所示，該點(diǎn)稱為泵在管路上的工作點(diǎn)，此時(shí)H=He。在工作點(diǎn)處泵的輸液量即為管路的流量Q，泵提供的壓頭（揚(yáng)程）H必恰等于管路所要求的壓頭He。當(dāng)工作點(diǎn)是在高效區(qū)（η不低于92％ηmax），則該工作點(diǎn)是適宜工作點(diǎn)，說明泵選擇的較好。OQQHH1管路He～Q離心泵的工作點(diǎn)泵H～Q泵～QA第61頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：①管路特性曲線He=K+BQ2為開口向上的拋物線，它在縱軸截距反映了管路上下游總勢能差；B反映了管路阻力的大?。籅↑，同樣流量下管路的阻力越大，B較大的管路稱為高阻管路，反之則稱為低阻管路；②泵特性曲線中流量的單位可能是m3/s或m3/h；求工作點(diǎn)時(shí)，管路特性曲線的整理應(yīng)注意保持單位一致；③離心泵工作點(diǎn)的求法：解析法即當(dāng)泵的特性曲線已知，可與管路特性曲線聯(lián)立求工作點(diǎn)；若泵特性曲線未知，只有特性曲線圖，則用圖解法即將管路特性曲線畫在泵特性曲線圖上，兩線的交點(diǎn)即為工作點(diǎn)。OQ2Q1QHe2H221低阻高阻H1第62頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)就是設(shè)法改變工作點(diǎn)的位置，有以下兩種方法：

a）改變管路特性曲線在離心泵出口處的管路上安裝調(diào)節(jié)閥。改變出口閥門的開度即改變管路阻力系數(shù)，可改變管路特性曲線的位置，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。OQ2Q1QHe2H221低阻高阻H1

優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、靈活，應(yīng)用范圍廣。對(duì)于調(diào)節(jié)幅度不大而經(jīng)常需要改變流量的場合，此法尤為適用。

缺點(diǎn)：不僅增加了管路阻力損失（在閥門關(guān)小時(shí)），且使泵在低效率點(diǎn)工作，在經(jīng)濟(jì)上很不合理。因閥門關(guān)小多消耗的功率為第63頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月b）改變泵的特性曲線由前述比例定律、切割定律可知，改變泵的轉(zhuǎn)速、切削葉輪都可以達(dá)到改變泵的特性曲線的目的。如圖所示，泵的轉(zhuǎn)速由n1減小至n2時(shí)，泵的H～Q線下移，工作點(diǎn)由點(diǎn)A1移至點(diǎn)A2，流量由Q1減小至Q2。

優(yōu)點(diǎn)：不額外增加管路阻力，在一定范圍內(nèi)可保持泵在高效率區(qū)工作（n改變<20％時(shí)，可基本保持效率η不變，如圖中兩種轉(zhuǎn)速下的效率曲線所示），能量利用較為經(jīng)濟(jì)，這對(duì)大功率泵是重要的。

缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)不方便，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。OQ1H1A1n2n1H2n1>n2圖改變泵的特性曲線A2Q2第64頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-4：①某管路安裝一臺(tái)水泵，其特性曲線如圖所示。將水池中的水送至高度為10m，表壓為9.81104Pa的密閉容器內(nèi)，管內(nèi)流量為16.7L/s，試求管路特性曲線(λ為定值)及輸送每千克水所需要的能量；②若將閥門關(guān)小，使管內(nèi)流量減小25％，管路特性曲線有何變化？此時(shí)輸送每千克水所需要的能量為多少？第65頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月解:求管路特性曲線：①由泵特性曲線知：當(dāng)Q＝16.7L/s時(shí),泵的揚(yáng)程H=50m,此時(shí)He=50m,第66頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月管路的特性曲線為②關(guān)小閥門后第67頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月管路的特性曲線為由泵特性曲線知：當(dāng)Q＝12.5L/s時(shí),泵的揚(yáng)程H=57m,此時(shí)He=57m,第68頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月c）離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)并聯(lián)流量并聯(lián)=2×流量單QHaCbQ并Q1H并AB并聯(lián)后的實(shí)際工作點(diǎn)a點(diǎn)：并聯(lián)后泵的特性曲線：第69頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)壓頭串聯(lián)=2×壓頭單Q串H串12串聯(lián)后泵的特性曲線：串聯(lián)后的實(shí)際工作點(diǎn)a點(diǎn)：第70頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月—須用串聯(lián)若He~QeH~Q離心泵組合方式的選擇第71頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月單泵特性曲線低阻管路(管路特性曲線較為平坦)—宜用并聯(lián)—宜用串聯(lián)ABA’B’兩泵串聯(lián)的合成曲線高阻管路(管路特性曲線較為陡峭)高阻管路低阻管路兩泵并聯(lián)的合成曲線若第72頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-5：由水庫將水打入一水池，水池水面比水庫水面高50m，兩水面上的壓力均為常壓，要求的流量90m3/h，輸送管徑為156mm，在閥門全開時(shí)，管長和各種局部阻力的當(dāng)量長度的總和為1000m，對(duì)所使用的泵在Q=65～135m3/h范圍內(nèi)屬于高效區(qū)，在高效區(qū)中，泵的性能曲線可以近似地用直線H=124.5-0.392Q表示，此處H為泵的揚(yáng)程單位是m，Q為泵的流量單位是m3/h，泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，摩擦系數(shù)λ=0.025，水的密度ρ=1000kg/m3。試確定：（1）此泵能否滿足要求？（2）如泵的效率在Q=90m3/h時(shí)可取為68%，求泵的軸功率，如果是用閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)的，由閥門關(guān)小而損失的功率為多少？（3）如將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)為2600r/min，并輔以閥門調(diào)節(jié)使流量達(dá)到要求的90m3/h，損失的功率為多少？第73頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月解：在1-1、2-2間列伯努利方程Q=90m3/h時(shí)，H=124.5-0.392Q=89.22mH>He，所以泵滿足要求50m1122基準(zhǔn)面第74頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）用閥門調(diào)節(jié)損失的壓頭為損失的功率為OQ2=90QH2H(m)A2關(guān)小閥門改變泵的工作點(diǎn)A1He2Q(m3/h)第75頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月泵的特性曲線變?yōu)镼=90m3/h時(shí)，H′=100-0.351Q=68.41m用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，輔以閥門調(diào)節(jié)損失的壓頭為損失的功率為（3）轉(zhuǎn)速改變后，由比例定律得OQ2=90Q1’H2’H(m)減小轉(zhuǎn)速并輔以閥門調(diào)節(jié)流量A1’He2=64A1Q(m3/h)Q1A2’第76頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月離心泵——輸液性質(zhì)—水泵耐腐蝕泵油泵雜質(zhì)泵吸液方式—單吸泵雙吸泵葉輪數(shù)目—單級(jí)泵多級(jí)泵壓頭高低—低壓泵中壓泵高壓泵(H<20m水柱)(H>50m水柱)(H=20~50m水柱)1.離心泵的類型六、離心泵的類型、選擇與使用第77頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）清水泵—性質(zhì)與水相似的液體IS型(原B型)——單級(jí)單吸懸臂式第78頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月H：5-125m，Q：6.3-400意義：第79頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月D型——多級(jí)泵壓頭較高H：14-351m，Q：10.8-850第80頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月流量較大S型(原Sh型)——雙吸泵H：9-140m，Q：120-12500第81頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)耐腐蝕泵(F型)——酸、堿液等與被輸送流體接觸的材料全是耐腐蝕材料密封要求高，一般采用機(jī)械密封。H—灰口鑄鐵—濃硫酸B—鉻鎳合金鋼—弱腐蝕性液體M—鉻鎳鉬鈦合金鋼—濃硝酸100-泵吸入口徑（mm）

F-單吸單級(jí)懸臂式耐腐蝕離心泵。

B-泵與輸送介質(zhì)接觸過流部分為不銹鋼1Cr18Ni9Ti制造。

37-泵設(shè)計(jì)點(diǎn)揚(yáng)程值（m）

A-葉輪外徑第一次切割。100FB-37A第82頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)油泵(Y型)——石油產(chǎn)品軸封嚴(yán)格、冷卻良好100Y-120×2吸入口直徑,mm單吸油泵單級(jí)揚(yáng)程級(jí)數(shù)YS——雙吸油泵第83頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)雜質(zhì)泵(P型)——懸浮液和稠漿液葉片少、流道寬(開式或半閉式)

PN型泥漿泵實(shí)物圖第84頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2.離心泵的選擇液體性質(zhì)泵的類型確定流量(Qe)和壓頭(He)確定泵的型號(hào)，列出主要性能參數(shù)核算軸功率第85頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月例：若某輸水管路系統(tǒng)所要求的流量為50m3h-1，壓頭為28m，試選擇一臺(tái)適宜的離心泵，并確定該泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的軸功率及因用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的軸功率。已知水的密度為1000kgm-3。解：(1)確定泵的類型由于被輸送液體為清水，故選用清水泵。由IS型、D型及Sh型水泵的流量范圍和揚(yáng)程范圍可知，IS型和D型水泵都可滿足所要求的流量和壓頭，但D型水泵的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格也較高，所以選用IS型水泵。第86頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)確定泵的型號(hào)根據(jù)Qe=50m3h-1及He=28m，由附錄21查得IS80-65-160型水泵較為適宜，該泵的轉(zhuǎn)速為2900rmin-1，在最高效率點(diǎn)下的主要性能參數(shù)為:Q=50m3h-1，H=32m，N=5.97kW，=73%，(3)該泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的軸功率:該泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的軸功率實(shí)際上是泵工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的軸功率。當(dāng)該泵在Q=50m3h-1下運(yùn)行時(shí)，所需的軸功率為5.97kW。第87頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)

因用閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的功率由該泵的主要性能參數(shù)可知，當(dāng)Q=50m3h-1時(shí)，H=32m及=73%。而管路系統(tǒng)要求的流量為Qe=50m3h-1，壓頭為He=28m。為保證達(dá)到要求的輸水量，應(yīng)改變管路特性曲線，即用泵出口閥來調(diào)節(jié)流量。操作時(shí)，可關(guān)小出口閥，增加管路的壓頭損失，使管路系統(tǒng)所需的壓頭也為32m。閥門調(diào)節(jié)流量而多消耗的壓頭為H=32-28=4m多消耗的軸功率為第88頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月安裝高度<Hg——防氣蝕；啟動(dòng)前灌液——防氣縛；啟動(dòng)前關(guān)閉出口閥——N=Nmin；停泵前關(guān)閉出口閥——防倒沖；冬天停泵應(yīng)排盡液體——防凍裂。3、離心泵的安裝和操作第89頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、往復(fù)泵

第二節(jié)其他類型液體輸送機(jī)械活塞與單向閥之間的空隙稱為工作室?；钊麖淖蠖它c(diǎn)到右端點(diǎn)的距離叫沖程（S）。(1)工作原理：結(jié)構(gòu)原理吸液排液按照作用方式可分：有自吸能力(無需灌液)第90頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月單動(dòng)往復(fù)泵：活塞往復(fù)一次只吸液和排液一次。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，排液量不均。其流量變化服從正弦曲線規(guī)律。圖a單缸單動(dòng)往復(fù)泵的流量曲線第91頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月雙動(dòng)往復(fù)泵：活塞兩邊都在工作，每個(gè)行程均在吸液和排液。

圖b單缸雙動(dòng)往復(fù)泵的流量曲線第92頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月三聯(lián)往復(fù)泵：是由三臺(tái)泵連在一根曲拐上，互成120度，實(shí)質(zhì)上就是三臺(tái)泵并聯(lián)構(gòu)成。該泵流量較均勻。

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

三缸往復(fù)泵的流量曲線第93頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月其理論流量：流量活塞截面積活塞往復(fù)次數(shù)活塞沖程m()位移單動(dòng)泵（2）性能參數(shù)和特性曲線實(shí)際流量：

第94頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月活塞桿的截面積雙動(dòng)泵活塞桿的直徑往復(fù)泵的總效率，一般η=0.65-0.85

往復(fù)泵的功率與效率第95頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月HQ0H～QH～QT（c）往復(fù)泵的特性曲線QT僅與活塞每次掃過的體積AS及活塞往復(fù)次數(shù)nr有關(guān)，而與管路的特性無關(guān)。往復(fù)泵的實(shí)際流量Q＝ηvQT，ηv<1，Q<QT,第96頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（d）往復(fù)泵工作點(diǎn)正位移泵的特性是：①流量Q與管路特性無關(guān)；②壓頭（揚(yáng)程）H只決定于管路情況。

往復(fù)泵是正位移泵。往復(fù)泵的工作點(diǎn)第97頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月流量調(diào)節(jié)：①改變往復(fù)速率或沖程；②回(旁)路調(diào)節(jié)——能損大。不可關(guān)閉出口閥啟動(dòng)適用于小流量、高壓頭、高粘度流體不適于腐蝕性流體、懸浮液（3）往復(fù)泵流量調(diào)節(jié)：

第98頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月a、旁路調(diào)節(jié)第99頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）齒輪泵（Gearpumps）：靠齒輪的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流體輸送

2、旋轉(zhuǎn)泵（Rotarypumps）齒輪泵較高壓頭、高粘度液體第100頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第101頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月螺桿泵高壓頭、高粘度液體（2）螺桿泵（Screwpumps）：靠螺桿的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流體輸送第102頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：各類泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用（1）離心泵靠高速回轉(zhuǎn)的葉輪完成輸送任務(wù)，故易于達(dá)到大流量，較難產(chǎn)生高壓頭。離心泵適用性廣，價(jià)格低廉，得到廣泛應(yīng)用。（2）往復(fù)泵靠往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞擠壓排送液體，因而易于獲得高壓頭而難以獲得大流量。流量較大的往復(fù)泵設(shè)備龐大，造價(jià)昂貴。（3）旋轉(zhuǎn)泵（齒輪泵、螺桿泵等）靠擠壓作用產(chǎn)生壓頭，輸液腔一般很小，故只適用于流量小而壓頭較高的場合，對(duì)高粘度料液尤其適用。第103頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)氣體輸送與壓縮機(jī)械氣體輸送與壓縮機(jī)械的應(yīng)用：（1）氣體輸送（2）產(chǎn)生高壓氣體（3）產(chǎn)生真空第104頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體輸送機(jī)械的分類：按工作原理分為離心式、旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式以及噴射式等；按出口壓力和壓縮比不同分為如下幾類：（1）通風(fēng)機(jī)：出口壓力<14.7kPa（表壓），壓縮比1至1.15；（2）鼓風(fēng)機(jī)：出口壓力14.7kPa

~294kPa

（表壓），壓縮比小于4；（3）壓縮機(jī)：出口壓力>294kPa

（表壓），壓縮比大于4；（4）真空泵：用于減壓，出口壓力約為常壓，壓縮比由真空度決定。第105頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體輸送機(jī)械的結(jié)構(gòu)和原理與液體輸送機(jī)械大體相同，液體輸送機(jī)械能否用于輸送氣體呢？不能。為什么？因?yàn)闅怏w與液體的性質(zhì)有較大區(qū)別：（1）氣體的密度比液體的密度小得多（如空氣密度1.293kg/m3，水的密度為1000kg/m3）；在同樣條件下，氣體在輸送機(jī)械內(nèi)產(chǎn)生的離心力小，所以氣體輸送機(jī)械的葉輪轉(zhuǎn)速比液體輸送機(jī)械來得快，且葉片數(shù)目多以提高離心力；（2）氣體的粘度小，液體粘度大（空氣粘度0.0177cp，水的粘度1cp）（3）氣體的流速比液體的流速大得多，由于氣體密度小在同樣質(zhì)量流量下，氣體的的流速高于液體的流速，一般液體的適宜流速為1~3m/s，氣體的適宜流速為15~25m/s；所以氣體輸送機(jī)械需要更大的壓頭以克服氣體流動(dòng)的阻力損失；也正因?yàn)榇藲怏w輸送需要較大的流速，氣體輸送機(jī)械的葉輪多采用徑向葉片或前彎葉片；第106頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）氣體具有可壓縮性，液體壓縮性小可視為不可壓縮流體；氣體經(jīng)輸送機(jī)械做功靜壓提高受壓縮，產(chǎn)生熱效應(yīng)，故壓縮比大的氣體輸送機(jī)械具有中間冷卻裝置；（5）氣體的動(dòng)壓頭不可忽略而位壓頭可忽略，液體則正好相反。

總之，氣體輸送機(jī)械與液體輸送機(jī)械相比：多采用前彎葉片或徑向葉片，葉輪轉(zhuǎn)速高、葉片數(shù)目多、設(shè)備體積大，對(duì)高壓縮比氣體輸送機(jī)械具有中間冷卻裝置。第107頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、通風(fēng)機(jī)（