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1、第一章 流体的流动和输送 5 液体输送机械,化工生产中，物料,流体输送设备,流体输送机械就是对流体做功 以完成输送任务的机械或设备,鼓风机,离心泵,流体输送机械按其工作原理分类： 1. 动力式（或叶轮式）：利用高速旋转的叶轮使流体的动能增大，动能又继而转变为静压能。如离心泵、鼓风机等。 2. 容积式（或正位移式）：利用活塞或转子积压使流体升压并推动其前进。如往复泵、压缩机等。 3. 其它类型：不属于上述两种的其它形式，例如喷射泵等。,为气体提供能量的输送设备则按不同情况称为机或泵。,离心泵 往复泵 旋转泵 旋涡泵 ,为液体提供能量的输送设备称为泵。,通风机 鼓风机 压缩机 真空泵 ,离心泵,基
2、本结构 工作原理 性能参数 特性曲线 离心泵的安装高度 类型、选择与使用,一、离心泵的主要部件和工作原理,离心泵是利用快速旋转的叶轮向液体作功，使液体获得离心力并转化成静压能和动能，从而使液体能克服流动时的摩擦阻力及外压力而被输送。,优 点： 结构简单，操作容易，便于调节； 流量均匀，效率较高； 流量和压强的适用范围较广； 适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。,标准离心式清水泵外观示意图,离心泵泵体的主要构件： 叶轮 蜗形泵壳(ke) 轴封装置,轴封装置,叶轮由电动机带动而快速旋转，将机械能传给液体，使液体的静压能和动能都有所提高。,闭式,半闭式,开式,叶轮通常由612片的后弯叶片（或盖板）组
3、成,适用于输送清洁液体， 一般离心泵多采用这种叶轮,由于流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的悬浮液,无盖板,前盖板,后盖板,离心泵的泵壳通常制成蜗牛形，又称蜗壳,叶轮在泵壳内沿着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近液体的出口，流道截面积愈大，流速逐渐降低，使部分动能静压能。,泵壳不仅是汇集由叶轮流出的液体的部件， 而且是一个转能装置。,泵壳的作用,将泵轴穿过泵壳的环隙作成密封圈，于其中填入软填料(例如浸油或涂石墨的石棉绳)，以将泵壳内、外隔开，而泵轴仍能自由转动。,a. 添料密封,防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。常用：填料密封和机械密封,b. 机械密封,机械密封主要的是靠装在轴上的
4、动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。,动环硬度大，常用硬质合金、陶瓷等 静环硬度较小，常用石墨制品、聚四氟乙烯等,1-叶轮 2-泵壳 3-轴封装置 4-吸入口 5-吸入管 6-低阀 7-滤网 8-排出口 9-排出管 10-调节阀,离心泵的主要部件,6,7,5,4,10,9,8,1,2,3,6. 底阀：防止启动前灌入的液体从泵内流出 7.滤网：阻拦液体中的固体杂质吸入 10.调节阀：供开、停车和调节流量使用,借离心作用获得能量，提高压强。,离心泵工作原理：,甩出 真空 吸入,二、离心泵的气缚现象 离心泵若在启动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力
5、也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，这种现象就称为“气缚”。,为了避免每次启动离心泵时都需灌液，一般在吸入管路的端部安一个单向底阀。,解决方法,泵在正常运转时若吸入管路漏入空气，是否会气缚？,2). 扬程（压头）：泵对单位重量(1N)的液体所提供的有效能量。由泵的结构、尺寸和转数所决定，不同型号的泵具有不同的扬程。He (m),1). 流量：单位时间内泵输送的液体体积，又称排液量或输送能力。取决于泵结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速。qv (L/s或m3/h),离心泵的主要性能参数有 流量qv、扬程He、功率P 、效率和转速n,四、离心泵的主要
6、性能参数,离心泵的扬程（压头）,离心泵把水送至水塔顶部，槽内和水塔液位恒定。需外加能量，可由截面12柏努利方程求得：,H1 + + + He = H2 + + +Hf,则 He =H + + + Hf,He即为泵的压头，也称泵的扬程 单位为m,扬程 = 液体升举的高度 + 静压能的增量 + 动压头增量（一般可忽略）+ 损失压头,3). 功率：P (W或kW) 轴功率Pa：由电机传送给泵轴的功率 有效功率Pe：液体从叶轮获得的能量 4). 效率：泵轴转动所做的功不能全部为液体获得，通常用效率表示能量的损失。 Pe = Pa ,例：某泵效率为83，轴功率为6.2 kW，则有效功率Pe = 6.2
7、0.83 = 5.15 kW,axis effective,一般小型泵的效率为0.5 0.7，大型泵为0.9。,Pe = qm He g qm 为质量流量 (kg/s),同一离心泵的流量与转速n的关系为: qv1/qv2 = n1/n2 扬程与转速的关系为: He1/He2 = n12/n22 功率与转速的关系为: P1/P2 = n13/n23,5). 转速: n,2. 扬程、轴功率、效率与流量之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线（工作性能曲线） 各种型号的离心泵有其本身独自的特性曲线。,特性曲线厂家在说明书中附带，以清水为介质测定。 若输送液体与水的物理性质差别较大时，泵的特性曲线必须进行校
8、正。,He-qv曲线：当流量等于零时，离心泵有最高的扬程；随流量的增大下降。 Pa-qv曲线：轴功率在流量为零时为零，随流量增大而增大。 离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减少，以保护电机 。 -qv曲线：泵在一定转速下有一最高效率点，称为泵的设计点。,泵的标牌上的数值只指该泵在最高效率点上的性能。 泵在与最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济，所以最高效率点对应的扬程、功率和效率值称为最佳工况参数。,3. 泵的运转范围:,五、离心泵的汽蚀现象与允许安装高度,H1 + + = H2 + + + Hf,= Hg + + + Hf,Hg,P2,Hg：泵的吸入口与吸入贮槽液面间的垂直距离
9、,1. 汽蚀,汽蚀：当叶轮入口处压强液体的饱和蒸气压时，该处就会汽化并产生气泡，这些气泡消失后会产生局部真空，周围的液体以极高的速度流向原汽泡占据的空间，产生极大的冲击力。,泵壳和叶轮损坏, 产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行。,汽蚀的危害：, 泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。, 泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命。,发生汽蚀的原因：,泵的安装高度超过允许值； 泵输送液体的温度过高； 泵吸入管路的局部阻力过大。,P叶片入口过低的原因:,压强差是有限的，所以液体被压上去的高度是有限的，因此，泵的安装高度有一个最大限度，称为允许吸上（真空）高度。,2、离心泵的允许安装
10、高度,由离心泵的吸入管路到离心泵入口，并无外界对液体作功，液体是由于离心泵入口的静压强低于外界压强而使液体进入泵内的。,允许安装高度 = 允许吸上真空高度,当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度。 为保证泵在运转中不发生气蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度，规定留有0.3米的安全量。,允吸高度越高，泵的吸水性能越好，即抗气蚀性能越好。,离心泵的安装高度 离心泵的安装高度Hg根据泵的允许吸上(真空)高度Hs确定。（Hs是按大气压为10m水柱、输送20清水、在指定流量下实验测定的, 为离心泵的性能之一。） 输送清水的B型泵的Hs一般为47m。,H0 当地大气压，以m水柱表示; Hv 输送液
11、的蒸气压，以m水柱表示; v2/2g 吸入管路中液体的动压头，一般可忽略; Hf 吸入管路中的压头损耗，m水柱。,Hg与Hs的关系为: Hg = Hs+ (H0 10) (Hv 0.24) v2/2g Hf,所得Hg还应将水柱换算成液柱。输送温度较高或蒸气压较高的液体时,泵的安装高度往往很低,有时甚至出现负值,即泵的安装位置要低于液面才能保证泵的正常运转。 把泵安装在贮罐液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内“倒灌”。,（一）按工作叶轮数目分类 1. 单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。 2. 多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。 （二）按工作压力分类
12、 1. 低压泵：压力低于100米水柱； 2. 中压泵：压力在100650米水柱之间； 3. 高压泵：压力高于650米水柱。,七、离心泵的类型、选择,（三）按叶轮进水方式分类 单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口； 双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。流量比单吸式泵大一倍。,（四）按液体性质和使用条件 清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵、高温泵、低温泵、高温高压泵、排灰泵、磁力泵等,单吸式,双吸式,双吸式叶轮具有较大的吸液能力,各种类型离心泵按其结构特点自成一个系列，同一系列中又有各种规格。 如水泵主要有三种类型： IS型：国际标准单级单吸清水离心泵，全系列扬程8-98
13、m，流量4.5-360 m3/h。 D型：多级离心泵。用于扬程较高而流量不大。扬程14-351 m，流量10.8-850 m3/h。 Sh：双吸离心泵。用于流量较大而扬程不高。扬程9-140 m，流量120-12500 m3/h。,单级单吸清水离心泵,吸入口直径, mm,排出口直径，mm,叶轮尺寸，mm,离心泵的安装和操作,主要参考说明书,注意以下问题,1. 离心泵的安装高度必须低于允许吸上高度。 2. 离心泵在启动前必须向泵内充满待输送的液体。 3. 关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机；停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵
14、使用寿命。 4. 离心泵在运转中应定时检查和维修，注意泵轴液体泄漏、发热等情况，保持泵的正常操作。,二、往复泵,往复泵是容积式输送机械。依靠活塞 往复泵主要由泵缸、活塞和单向活门组成。,活塞由蒸汽机经连杆机构或由电动机经曲轴连杆机构带动而作往复运动。 当活塞向右运动时，工作室的容积增大，形成负压，将液体经吸入阀吸入工作室； 当活塞向左运动时，工作室的容积缩小，形成高压，将液体经排出阀排出工作室。,吸入单向阀 排出单向阀,活塞往复一次，各吸入和排出一次液体，称为一个工作循环；这种泵称为单动泵。 若活塞往返一次，各吸入和排出两次液体，称为双动泵。 工作原理：靠活塞在泵缸内左右两端点间作往复运动而吸
15、入和压出液体。,此距离叫做冲程或位移,活塞往复运动，直接以静压能形式向液体供能 单动泵：供液不连续；双动泵：连续,往复泵在化工生产中用于要求压头大而排液量较小的场合。 往复泵具有效率较高(70-90%)的优点,但设备笨重,部件要求精密度高,在不少方面已逐步为其他型式的泵所替代。 往复泵用途之一是作为化工生产时的计量泵。可以准确地获得要求的送液量。,两种泵的概括比较,三、旋转泵转子泵,旋转泵也属于正位移泵，利用转子移动吸入和排出液体。,齿轮泵 主动齿轮：由电动机直接联轴转动 从动齿轮 齿轮间很好地啮合，齿轮旋转时液体被吸入，随齿轮推动液体从压出口排出。,齿轮泵的压头高，流量小。适合输送黏稠液体以
16、至膏状物，但不能输送含有固体的悬浮液。,例 用泵将碱液槽中碱液抽往吸收塔顶，经喷头喷出作吸收剂用。碱液池中碱液深度为1.5 m，池底至塔顶喷头口的垂直距离为16 m。泵的摄入管为Dg70水管，压出管为Dg50水管。碱液在喷头口前的静压力按压力表指示为30 kPa(表压)，密度为1100 kgm-3。输送系统中压头损失为3米碱液柱。计划送液量为25 th-1。若泵的效率为55%，试求泵所需的功率。,地面为基准，取两个截面 H1 = 1.5 m碱液柱 H2 = 16 m碱液柱,= 301000/(1100g) = 2.78 m,解：列柏努利方程,表压压强为（将单位统一为m液柱）：p1 = 0,贮槽液面下降极慢，vl 0；Dg50管d = 53 mm,前导管流速：,Pe = qmHeg = 6.949.8120.64 = 1405 m2kgs-3 = 1.405 kW,已知Hf = 3 m,代入柏努利方程，得：,求质量流量：,求理论功率：,泵效率为55%，实际需功率Pa为： Pa = 1.405/0.55 = 2.56 kW 实际选用时，选用轴功率大于2.56 kW的泵。,