化工原理概述

2．流體輸送機械提高流體的總機械能或靜壓能、動能、位能中的一項或兩項，必須使用各種流體輸送機械。

目的輸送氣體的機械：通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵等。流體輸送機械輸送液體的機械：

泵泵正位移泵離心泵依靠活塞的往復運動或齒輪的轉動而給流體提供能量依靠離心力的作用將流體的動壓能轉換成靜壓能1/31/20241化學化工學院迪麗努爾2．1概述2．2離心泵2·3往復泵2．4其他化工用泵2.5氣體輸送機械2．流體輸送機械

1/31/20242化學化工學院迪麗努爾一輸送流體所需的能量－管路特性曲線二流體輸送機械的壓頭和流量三流體輸送機械的分類2．1概述

1/31/20243化學化工學院迪麗努爾輸送流體所需的能量－管路特性曲線1管路特性方程2管路特性曲線2．1概述

1/31/20244化學化工學院迪麗努爾1、管路特性方程圖2－1表示包括輸送機械在內的某管路系統(tǒng)。為將流體由低能位1處向高能位2處輸送，單位重量流體需補加的能量為H.

則：

z1+p1/ρg+u12/2g+H=z2+p2/ρg+u22/2g+∑Hf輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/20245化學化工學院迪麗努爾或移項可得式中:△ψ/ρg為管路兩端勢能差,當輸送任務確定后,為一定值,不因流量而變.△u2/2g與∑Hf能夠合并為一項,體現(xiàn)在∑Hf中Σζ的變化況且,在一般情況下（如圖2-1所示的輸送系統(tǒng)）中的動能差△u2/2g項可以略去.輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/20246化學化工學院迪麗努爾現(xiàn)推導管路所需的能量與通過管路的流量的關系

:

輸送管路中的流速為:令輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/20247化學化工學院迪麗努爾則:∑Hf=Kqv2 (2-3)值由管路特性決定。當管內流動已進人阻力平方區(qū)，系數(shù)K是一個與管內流量無關的常數(shù)。輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/20248化學化工學院迪麗努爾此式稱為管路特性方程式，它表明管路中流體的流量與所需補加能量的關系輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/20249化學化工學院迪麗努爾管路特性曲線管路特性方程式如圖2－2中的曲線所示，圖中曲線稱為管路特性曲線。qvH21輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/202410化學化工學院迪麗努爾由式（2－4）可知，需向流體提供的能量用于提高流體的勢能和克服管路的阻力損失；其中阻力損失項與被輸送的流體量有關。顯然:管路阻力越低,K越小,特性曲線越平坦（曲線1），反之亦然:（曲線2）輸送流體所需的能量－管路特性曲線1/31/202411化學化工學院迪麗努爾管路特性的影響因素阻力部分：1、管徑d2、管長3、相對粗糙度qvH增加1/31/202412化學化工學院迪麗努爾管路特性的影響因素勢能增加部分：1、位差2、壓差3、密度qvH21增加1/31/202413化學化工學院迪麗努爾二、流體輸送機械的壓頭和流量流體輸送機械是用于為輸送系統(tǒng)提供足夠的能量，以完成規(guī)定的輸送量。為此，流體輸送機械需補給單位重量輸送流體的能量，其數(shù)量應與式(2-4)的H值相等1/31/202414化學化工學院迪麗努爾壓頭或揚程通常將輸送機械向單位重量流體提供的能量稱為該機械的壓頭或揚程。因此:流量與壓頭是流體輸送機械的主要術指標,壓頭和流量存在著一定的關系由輸送機械本身的特性決定。討論流體輸送機械特性的中心問題即是討論壓頭和流量的關系，此亦為本章的主要內容。二、流體輸送機械的壓頭和流量1/31/202415化學化工學院迪麗努爾三、流體輸送機械的分類化工生產涉及的流體可能是強腐蝕性、有毒、易爆、高溫或低溫以及含有固體懸浮物等，其性質干差萬別。在不同場合下，對輸送量和補加能量的要求也相差懸殊。為適應各種不同的需要，研制了多種型式的輸送機械。1/31/202416化學化工學院迪麗努爾依作用原理不同，可將它們作如下分類動力式（葉輪式）：包括離心式、軸流式等；容積式（正位移式）：包括往復式、旋轉式等；其他類型：指不屬于上述兩類的其他型式，如噴射式等。氣體的密度及壓縮性與液體有顯著區(qū)別，從而導致氣體與液體輸送機械在結構和特性上有不同之處。三、流體輸送機械的分類1/31/202417化學化工學院迪麗努爾2．2離心泵2．2．1離心泵的工作原理2·2·2離心泵的特性曲線2.2.3離心泵的流量調節(jié)和組合操作2·2·4離心泵的安裝高度2．2．5離心泵的類型與選用1/31/202418化學化工學院迪麗努爾2．2．1離心泵的工作原理

一、離心泵的主要構件——葉輪和蝸殼二、工作原理三、離心泵的“氣縛”現(xiàn)象四、離心泵的理論壓頭五、葉片形狀、流量對理論壓頭的影響六、液體密度的影響1/31/202419化學化工學院迪麗努爾1/31/202420化學化工學院迪麗努爾

一、離心泵的主要構件——葉輪和蝸殼

離心泵的種類很多，但因工作原理相同，構造大同小異，其主要工作部件是旋轉葉輪和固定的泵殼（如圖2－3）。葉輪是離心泵直接對液體做功的部件，其上有若干后彎葉片，一般為4～8片。2．2．1離心泵的工作原理1/31/202421化學化工學院迪麗努爾葉輪：迫使液體高度旋轉，形成中心加入低勢能，低動能液體外緣輸出高勢能，高動能液體蝸殼：流道逐漸擴大，將動能部分轉化成勢能2．2．1離心泵的工作原理1/31/202422化學化工學院迪麗努爾二、工作原理離心泵在工作時，葉輪由動力驅動作高速旋轉運動，迫使葉片間的液體作旋轉運動，同時因離心力的作用，使液體由葉輪中心向外緣作徑向運動,同時由于流道變寬,從而使一部分動能轉化成勢能。在葉輪中心處吸入低勢能(根據(jù)需要可以是真空)、低動能的液體,液體在流經葉輪的運動過程中獲得能量，在葉輪外緣可獲得高勢能、高動能的液體。液體進入蝸殼后，由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉化為勢能，最后沿切向流入壓出管道。在液體受迫由葉輪中心流向外緣的同時，在葉輪中心形成低壓.液體在吸液口和葉輪中心處的勢能差的作用下源源不斷地吸入葉輪。2．2．1離心泵的工作原理1/31/202423化學化工學院迪麗努爾2．2．1離心泵的工作原理1/31/202424化學化工學院迪麗努爾三、離心泵的“氣縛”現(xiàn)象離心泵啟動時須先使泵內充滿液體，這一操作稱為灌泵。如果不進行灌泵,泵內充滿空氣,則由于空氣密度太小，造成的壓差或泵吸入口的真空度很小而不能將液體吸人泵內，此稱為“氣縛”現(xiàn)象當然，如果系入口置于吸入液面之下，液體可靠位差自動進入泵內，則毋須人工灌泵。因此,泵在運轉時吸入管路如果漏入空氣，泵內流體的平均密度下降。將無法吸上液體

2．2．1離心泵的工作原理1/31/202425化學化工學院迪麗努爾1/31/202426化學化工學院迪麗努爾四、離心泵的理論壓頭經推導離心泵的理論壓頭試中：u2——葉片最外側的切向速度；A2——葉片最外側的面積β2——葉片的彎曲角2．2．1離心泵的工作原理1/31/202427化學化工學院迪麗努爾五、葉片形狀、流量對理論壓頭的影響1/31/202428化學化工學院迪麗努爾六、液體密度的影響可以看出離心泵的理論壓頭與液體的密度無關，即同一臺泵無論輸送何種液體，它所能夠提供的理論壓頭是相同的2．2．1離心泵的工作原理1/31/202429化學化工學院迪麗努爾2·2·2離心泵的特性曲線一.離心泵的主要特性參數(shù):流量、揚程、功率、效率二.離心泵的特性曲線三.液體粘度對特性曲線的影響四.轉數(shù)對特性曲線的影響1/31/202430化學化工學院迪麗努爾流量Q泵的流量(由稱送液能力)是指單位時間內泵所輸送的液體的體積.單位:m3/s、m3/h2·2·2離心泵的特性曲線(2)、揚程H泵的揚程(又稱壓頭)是指單位重量液體(1N)流經泵所獲得的能量.

單位J/N=m

離心泵的揚程與流量有關.可通過實驗測得.1/31/202431化學化工學院迪麗努爾(3)功率Pa功率—單位時間所作的功J/s=W功率:軸功率Pa、有效功率Pe J/s=W軸功率Pa：原動機傳給泵軸的功率J/s=W有效功率Pe：單位時間內液體從泵獲得的有效能量J/s=WPe=HeqVgρ

泵軸做功不能全部被液體所獲得,所損失的能量包括:容積損失、水力損失和機械損失(4)效率η效率=有效功率/軸功率即:η=Pe/Pa2·2·2離心泵的特性曲線1/31/202432化學化工學院迪麗努爾二.離心泵的特性曲線由三條基本曲線組成:如圖2－10所示H－qv

qv增加,H減少Pa－qv

qv增加,Pa增加η－qv

,qvaqv21HtH－qvPa－qvη－qv2·2·2離心泵的特性曲線1/31/202433化學化工學院迪麗努爾泵最好在零流量下啟動,已將低起動功率.η－qv

此曲線存在已最高效率點,再此流量下工作，泵的效率最高ηMAX,

此點稱為泵的設計點,泵的名牌上的參數(shù)即為泵的設計點處的參數(shù),通常,將η≧0.92ηMAX的區(qū)域叫高效區(qū),選泵時,狀態(tài)點在此區(qū)域內即為合適.由于泵的特性曲線是在一定的轉數(shù)下輸送20℃的水測出的,因此,特性曲線將隨轉數(shù),粘度等改變。2·2·2離心泵的特性曲線1/31/202434化學化工學院迪麗努爾四.轉數(shù)對特性曲線的影響通過推導得: q’v/qv=n’/n

H’e/He=(n’/n)2

P’a/Pa=(n’/n)3用上式可從某一轉速下的特性曲綫換算出另一轉速下的特性曲綫,但是但是僅限土20％以內為限。當轉速變化超出此范圍，則將導致很大誤差，2·2·2離心泵的特性曲線三.液體粘度對特性曲線的影響

μ越大,qv.H.η曲線降低,Pa增加1/31/202435化學化工學院迪麗努爾2.2.3離心泵的流量調節(jié)和組合操作管路特性－反應管路通過流量和所需要的壓頭之間的關系泵特性—反應泵通過流量和所提供的壓頭之間的關系安裝在管路中的泵在同樣的流量下,泵提供的揚程必然等于管路所要求的壓頭。因此，離心泵的實際工作情況（流量、壓頭）是由泵特性和管路特性共同決定的1/31/202436化學化工學院迪麗努爾2.2.3離心泵的流量調節(jié)和組合操作一、離心泵的工作點二、流量調節(jié)

三、泵的組合操作四、組合方式的選擇1/31/202437化學化工學院迪麗努爾一、離心泵的工作點若管路內的流動處于阻力平方區(qū)，安裝在管路中的離心泵其工作點（揚程和流量）必同時滿足：管路特性方程H=f(qv)=△ψ/ρg+Kqv2（2－27）泵的特性方程H=φ(qv)（2－28）。2.2.3離心泵的流量調節(jié)和組合操作1/31/202438化學化工學院迪麗努爾聯(lián)立求解此兩方程即得管路特性曲線和泵特性曲線的交點，參見圖2－13。此交點為泵的工作點qvqvqvOHoH1`1a`a1/31/202439化學化工學院迪麗努爾二、流量調節(jié)

如果工作點的流量大于或小于所需要的輸送量，應設法改變工作點的位置，即進行流量調節(jié)1)改變管路特性曲線----調節(jié)閥門開度2)改變泵的特性曲線----改變轉速3)兩種方法比較2.2.3離心泵的流量調節(jié)和組合操作1/31/202440化學化工學院迪麗努爾改變管路特性曲線----調節(jié)閥門開度改變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使調節(jié)后管路特性曲線與泵特性曲線的交點移至適當位置，滿足流量調節(jié)的要求關小閥門:管路特性曲線由a移至a’，工作點由1移至l’，流量由qv減小為q`v

qvqvqvOHoH1`1a`a二、流量調節(jié)

1/31/202441化學化工學院迪麗努爾2)改變泵的特性曲線----改變轉速如圖2-14所示:降低轉速n’<n:泵特性曲線由a移至a’，工作點由1移至l’，流量由qv減小為q`v

n>n`nN`11`HH`Hoqvqv二、流量調節(jié)

1/31/202442化學化工學院迪麗努爾3)兩種方法比較:調節(jié)閥門:

優(yōu)點:操作簡便、靈活、可無級調速缺點:管路阻力損失（在閥門關小時）增加，泵得效率降低,在經濟上很不合理。對于調節(jié)幅度不大而經常需要改變流量時，此法尤為適用。二、流量調節(jié)

1/31/202443化學化工學院迪麗努爾改變轉速:優(yōu)點:不額外增加管路阻力，而且在一定范圍內可保持泵在高效率區(qū)工作，能量利用較為經濟，這對大功率泵是重要的。缺點:需增加無級變速電機,否則,不能實現(xiàn)無級調速.二、流量調節(jié)

1/31/202444化學化工學院迪麗努爾三、泵的組合操作當需較大幅度增加流量或壓頭時可將幾臺泵加以組合。離心泵的組合方式原則上有兩種：離心泵的組合方式：并聯(lián)和串聯(lián)。2.2.3離心泵的流量調節(jié)和組合操作1/31/202445化學化工學院迪麗努爾下面以兩臺特性相同的泵為例，討論離心泵組合后的特性。1)并聯(lián)泵的合成特性曲線2)并聯(lián)泵的工作點3)串聯(lián)的合成特性曲線4)串聯(lián)泵的工作點1/31/202446化學化工學院迪麗努爾并聯(lián)泵的合成特性曲線

設有兩臺型號相同的離心泵并聯(lián)工作（圖2－15），而且各自的吸入管路相同則兩泵的流量和壓頭必相同。因此，在同樣的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍。即:q并=q1+q2H并=H1=H2這樣，將單臺泵特性曲線A的橫坐標加倍縱坐標保持不變，便可求得兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線B。

三、泵的組合操作1/31/202447化學化工學院迪麗努爾并聯(lián)泵的工作點并聯(lián)泵的工作點有由并聯(lián)后泵合成特性曲線與管路特性曲線的交點a決定，(并聯(lián)泵的總效率與每臺泵的效率（圖中b點的單泵效率）相同。)由圖可見由于管路阻力損失的增加，兩臺泵并聯(lián)的總輸送量qV并必小于原單泵輸送量qV的兩倍。qV并≠