化工原理(第四版)王志魁 第二章 流體輸送機械

工作介質(zhì)：液體——泵氣體——風(fēng)機或壓縮機工作原理：動力式(葉輪式)：離心式、軸流式等；容積式（正位移式）：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等；流體作用式：噴射式。分類：第二章流體輸送機械2025/5/41一、離心泵的工作原理葉輪泵殼吸入管路排出管路泵軸底閥第一節(jié)離心泵1-葉輪；2-泵殼，3-泵軸；4-吸入管；5-底閥；6-壓出管離心泵裝置簡圖2025/5/42

由于泵內(nèi)存有空氣，空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，此時雖啟動離心泵，也不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。

——表明離心泵無自吸能力充液（灌泵）排液:出口切線方向吸液：葉輪中心2025/5/43二、離心泵的主要部件（1）葉輪作用：將原動機的能量傳給液體，使液體靜壓能及動能都有所提高——給能裝置半開（閉）式閉式開式按結(jié)構(gòu)分為：2025/5/44（2）

泵殼作用：匯集葉輪甩出的液體；實現(xiàn)動能到靜壓能的轉(zhuǎn)換——轉(zhuǎn)能裝置；減少能量損失。（3）軸封裝置作用：防止高壓液體沿軸漏出；防止外界氣體進入泵殼內(nèi)。2025/5/45三、離心泵的主要性能參數(shù)①

流量qV單位時間內(nèi)泵所輸送液體的體積，m3/s或m3/h。②

壓頭或揚程H單位重量的液體經(jīng)泵后所獲得的能量，J/N或m液柱。③

效率

容積損失；水力損失；機械損失一般，小型泵，效率為60~85%，大型泵效率可達90%。2025/5/46④軸功率P軸功率P，有效功率Pe

2025/5/47四、離心泵的特性曲線H~qV

、P~qV

、

~qV：廠家實驗測定一定轉(zhuǎn)速、常壓、20℃清水（一）離心泵的特性曲線2025/5/48離心泵特性曲線n一定2025/5/49①H~qV曲線：較大范圍內(nèi)，qV

H②P~qV曲線：qVPqV=0時，PPmin離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉出口閥門2025/5/410③

~qV曲線：離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點

——離心泵的設(shè)計點離心泵銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)均為最高效率點下之值。離心泵的高效工作區(qū)：2025/5/411（二）離心泵性能的改變與換算（1）

密度的影響qV不變，H不變，基本不變，P隨變化。（2）粘度的影響H，qV，而P2025/5/412（3）

離心泵轉(zhuǎn)速的影響當(dāng)液體的粘度不大，轉(zhuǎn)速變化小于20%時，認(rèn)為效率不變，有：——比例定律2025/5/413（一）管路特性曲線五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)

在截面1-1′與2-2′間列柏努利方程，有：特定的管路系統(tǒng)：

一定操作條件一定：其中：2025/5/414而認(rèn)為流體流動進入阻力平方區(qū)，

變化較小。為一常數(shù)亦為一常數(shù)2025/5/415則——管路特性方程管路特性曲線HqV管路特性曲線反映了被輸送液體對輸送機械的能量要求泵特性曲線工作點2025/5/416（二）工作點解析法：管路特性方程泵特性方程工作點：管路特性曲線與泵特性曲線交點。

（三）流量調(diào)節(jié)改變管路特性：調(diào)出口閥門；改變泵特性：調(diào)轉(zhuǎn)速。2025/5/417(1)改變出口閥門開度適用：調(diào)節(jié)幅度不大，而經(jīng)常需要改變的場合。關(guān)小出口閥

le

qV,H

管特線變陡工作點左上移特點：方便、快捷，流量連續(xù)變化；閥門消耗阻力，不經(jīng)濟。2025/5/418(2)改變泵的轉(zhuǎn)速適用：調(diào)節(jié)幅度大，時間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)。n

泵H～qV曲線上移

工作點右上移，

H

，qV

特點：泵在高效率下工作，能量利用經(jīng)濟;

需變速裝置或切削葉輪。2025/5/419（3）離心泵的組合操作①

并聯(lián)操作qV并<2qV單

H并>H單

2025/5/420②

串聯(lián)操作qV串>qV單

H串

<2H單

2025/5/421③組合方式的選擇低阻時，并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻時，串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。，則只能采用串聯(lián)操作；如果單臺泵所提供的最大壓頭小于管路兩端的2025/5/422六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度（一）汽蝕現(xiàn)象11’00’離心泵的安裝高度Hg葉輪入口處最低壓力，液體汽化，產(chǎn)生汽泡，受壓縮后破滅，周圍液體以高速涌向汽泡中心。葉輪受沖擊而出現(xiàn)剝落，泵體振動并發(fā)出噪音。2025/5/423（二）有效汽蝕余量與必需汽蝕余量有效汽蝕余量必需汽蝕余量允許汽蝕余量泵入口處壓頭葉輪壓力最低處壓頭飽和蒸汽壓頭必需汽蝕余量

hr有效汽蝕余量

ha2025/5/424判別汽蝕條件：

ha>

hr,pk>pv時，不汽蝕

ha＝

hr,pk＝pv時，開始發(fā)生汽蝕

ha<

hr,pk<pv時，嚴(yán)重汽蝕2025/5/425（三）離心泵的安裝高度在0-0’和1-1’間列柏努利方程：11’00’離心泵的安裝高度Hg最大安裝高度最大允許安裝高度2025/5/426七、離心泵的類型與選用（一）離心泵的類型（1）清水泵（IS型、D型、Sh型）（2）耐腐蝕泵（F型）（3）油泵（Y型）2025/5/427（二）離心泵的選用（1）確定泵的類型；（2）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭；（3）選擇泵的型號；

qV泵

>qV需,H泵

>H需

（4）核算泵的功率。2025/5/428第二節(jié)其他類型化工用泵一、往復(fù)泵（一）構(gòu)造與工作原理主要部件：泵缸、活塞和單向活門。2025/5/429工作原理：——活塞對流體直接做功，提供靜壓能單動往復(fù)泵——流量不均勻2025/5/430雙動往復(fù)泵：2025/5/431（二）往復(fù)泵的性能參數(shù)①流量單動泵：理論流量實際流量

V——泵的容積效率，在0.9~0.97之間。——流量由泵特性決定，而與管路特性無關(guān)。2025/5/432流量調(diào)節(jié)方法：1.改變活塞的往復(fù)次數(shù)或沖程；2.

旁路調(diào)節(jié)。2025/5/433②壓頭（揚程）在電機功率范圍內(nèi)，由管路特性決定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV——正位移特性流量只與泵特性有關(guān)，而壓頭只與管路特性有關(guān)qVqV理2025/5/434③功率與效率

——往復(fù)泵的總效率，一般為0.65~0.85。適用壓頭高、流量小的液體，但不能輸送腐蝕性大及有固體的懸浮液。2025/5/435二、齒輪泵具有正位移特性。2025/5/436三、旋渦泵（一）結(jié)構(gòu)一種特殊的離心泵。2025/5/437（二）特點1.啟動泵時，要打開出口閥門，改變流量時，旁路調(diào)節(jié)比安裝調(diào)節(jié)閥更經(jīng)濟；2.能量損失大，效率低（20%~40%），不適合輸送高粘度液體；3.壓頭比離心泵高2~4倍，適用于高壓頭、小流量、低粘度清潔液體。2025/5/438分類：按出口壓力或壓縮比分為：通風(fēng)機p出(表)<15kPaγ=1～1.15

鼓風(fēng)機p出(表)=15~300kPaγ<4

壓縮機p出(表）>300kPaγ>4

真空泵p出(表）=0壓縮比由真空度決定第三節(jié)氣體輸送機械2025/5/439（一）工作原理與結(jié)構(gòu)一、離心式通風(fēng)機2025/5/440（二）性能參數(shù)與特性曲線1.性能參數(shù)（1）風(fēng)量qV單位時間從風(fēng)機出口排出的氣體體積，m3/h或m3/s。注意：qV應(yīng)以風(fēng)機進口狀態(tài)計。2025/5/441（2）全風(fēng)壓pt與靜風(fēng)壓ps全風(fēng)壓：單位體積的氣體經(jīng)風(fēng)機后所獲得的能量，Pa或mmH2O以單位質(zhì)量的氣體為基準(zhǔn)

以單位體積的氣體為基準(zhǔn)

2025/5/442動風(fēng)壓靜風(fēng)壓全風(fēng)壓2025/5/443（3）軸功率與效率2.特性曲線

用20℃、101.3kPa的空氣（

=1.2kg/m3）測定。風(fēng)機的全風(fēng)壓與氣體的密度成正比。

~qVP~qVqVpt~qVpS~qVn一定2025/5/444(三)離心通風(fēng)機的選用

1.計算輸送系統(tǒng)所需的全風(fēng)壓，再換算成標(biāo)定狀態(tài)下的全風(fēng)壓；3.根據(jù)qV、pt0

選風(fēng)機的型號。

qV

>

qV需，pt0>pt0需2.根據(jù)氣體的性質(zhì)及風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機的類型；2025/5/445二、鼓風(fēng)機（一）離心鼓風(fēng)機特點：外形離心泵外殼直徑與厚度之比較大葉片數(shù)目較多轉(zhuǎn)速較高單級出口表壓多在30kPa以內(nèi)；多級可達0.3MPa2025/5/446（二）羅茨鼓風(fēng)機2025/5/447流量調(diào)節(jié)——旁路調(diào)節(jié)或調(diào)轉(zhuǎn)速；開機時打開出口閥門；操作溫度<

85℃

，以免轉(zhuǎn)子受熱卡住。——正位移特性2025/5/448三、壓縮機（一）離心壓縮機特點：多級（10級以上）；大葉輪；高轉(zhuǎn)速（n>5000rpm）2025/5/449（二）往復(fù)式壓縮機2025/5/4501.工作過程假設(shè)理想氣體；氣體流經(jīng)吸氣、排氣閥時流動阻力忽略不計；壓縮機無泄漏。

2025/5/451（1）理想壓縮循環(huán)壓縮過程（12）恒壓排氣過程（23）恒壓吸氣過程（41）理想壓縮循環(huán)功：等溫絕熱2025/5/452等溫壓縮絕熱壓縮2025/5/453（2）實際壓縮循環(huán)余隙：排氣終了時，活塞與氣缸之間的空隙。12壓縮過程23排氣過程41吸氣過程34膨脹過程余隙氣體膨脹吸氣壓縮排氣2025/5/454（3）余隙系數(shù)與容積系數(shù)

Ⅰ.余隙系數(shù)低壓氣缸：ε<8%，高壓氣缸：ε可達12%。Ⅱ.容積系數(shù)2025/5/455二者關(guān)系：討論：2025/5/4562.多級壓縮2025/5/457