第二章流體輸送機(jī)械

1、第二章 流體輸送機(jī)械本章學(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、操作特性及其選型。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。流體輸送機(jī)械是指為流體提供機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備分類：（1）動(dòng)力式：借助于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得能 量。包括離心式、軸流式輸送機(jī)械（2）容積式：利用活塞或轉(zhuǎn)子的擠壓使

2、流體升壓以獲得能量。包括往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式輸送機(jī)械（3）流體作用式：依靠能量轉(zhuǎn)換原理以實(shí)現(xiàn)輸送流體任務(wù)。如噴射泵第一節(jié) 液體輸送機(jī)械離心泵離心泵的主要部件離心泵的工作原理離心泵的性能參數(shù)離心泵的特性曲線影響離心泵性能的因素和性能換算離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)離心泵的類型與選擇（一）離心泵的主要部件包括葉輪和泵軸的旋轉(zhuǎn)部件由泵殼、填料函和軸承組成的靜止部件離心泵由兩個(gè)主要部分構(gòu)成：（二）離心泵的工作原理液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下自葉輪中心被甩向外周并獲得了能量，使流向葉輪外周的液體的靜壓強(qiáng)提高，流速增大。液體離開葉輪進(jìn)入蝸殼，因蝸殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而使流體速度減慢，液

3、體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜壓能。于是，具有較高壓強(qiáng)的液體從泵的排出口進(jìn)入排出管路，被輸送到所需的管路系統(tǒng)。123456離心泵的性能參數(shù) 1.流量（Q） : 離心泵在單位時(shí)間送到管路系統(tǒng)的液體體積，常用單位為L(zhǎng)/s或m3/h； 2.壓頭（H） ：離心泵對(duì)單位重量的液體所能提供的有效能量，其單位為m； 3.效率（） ：由原動(dòng)機(jī)提供給泵軸的能量不能全部為液體所獲得，通常用效率來反映能量損失； 4.軸功率（N）： 指離心泵的泵軸所需的功率，單位為W或kW離心泵的能量損失反映離心泵能量損失，包括：容積損失：容積損失：由于崩的泄漏所造成的損失。一部份已獲得能量的高壓液體由葉輪出口處通過葉輪與泵殼間的縫隙或從平衡

4、孔漏返回到葉輪入口處的低壓區(qū)造成的能量損失。水力損失：水力損失：進(jìn)入離心泵的粘性液體產(chǎn)生的摩擦阻力以及在泵的局部處因流速與方向改變引起的環(huán)流和沖擊而產(chǎn)生的局部阻力。機(jī)械損失：機(jī)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面與液體之間產(chǎn)生的機(jī)械摩擦引起的能量損失。離心泵的特性曲線 通常，離心泵的特性曲線由制造廠附于泵的樣本或說明書中，是指導(dǎo)正確選擇和操作離心泵的主要依據(jù)。 1. H-Q曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系 2. N-Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系 3.-Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系020406080100120140048121620242832360102030

5、40506070809004812n=2900r/minIS00-80-160B 離心泵 H mQ/ m3/h % N kW離心泵的壓頭H一般是隨流量Q的增大而下降，這是離心泵的一個(gè)重要特性。 離心泵的有效功率是指液體從葉輪獲得的實(shí)際能量，通常用Ne表示，其可由泵的流量和揚(yáng)程求得有效功率與軸功率的比值為離心泵的效率gHQNeNNe102QHN 影響離心泵性能的因素和性能換算1.液體物性的影響（a）密度的影響（b）黏度的影響2.離心泵轉(zhuǎn)速的影響3.離心泵葉輪直徑的影響泵的生產(chǎn)部門所提供的離心泵特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下，以常溫的清水為工質(zhì)做實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。若所輸送的液體性質(zhì)與此相差較大時(shí)，泵的特性

6、曲線將發(fā)生變化，應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行換算。由離心泵的基本方程可看出，離心泵的壓頭、流量均與液體的密度無關(guān)，說明 離心泵特性曲線中的HQ及Q曲線保持不變。但離心泵所需的軸功率則隨液體密度的增加而增加，即 NQ曲線要變，此時(shí)泵的軸功率可按式（2-14）重新計(jì)算。a. 流體密度的影響b. 黏度的影響 液體粘度的改變將直接改變其在離心泵內(nèi)的能量損失，因此，HQ、NQ、Q曲線都將隨之而變。當(dāng)液體運(yùn)動(dòng)粘度 2010-8 m2/s 時(shí)，離心泵的性能則需按下式進(jìn)行換算，即 Q = CQQ H = CHH = C 轉(zhuǎn)速變化特性曲線變化， 在轉(zhuǎn)速變化小于20%范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速的影響比例定律比例定律葉輪直徑的影響切割定律切割定律

7、2121nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNN 22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN 減小葉輪直徑特性參數(shù)隨之而變，對(duì)葉輪圓周進(jìn)行少量車削在葉輪直徑變化小于20%當(dāng)泵的葉輪直徑和其他尺寸均發(fā)生變化222)(DDHH222)(DDQQ522)(DDNN例：用清水測(cè)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(cè)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(cè)壓截面的垂直距離為0.5m。試由該組實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)確定出與泵的特性曲線相關(guān)的其

8、它性能參數(shù)。 1z2z真空表壓力表解：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(cè)出，壓頭和效率則需進(jìn)行計(jì)算。 以真空表和壓力表兩測(cè)點(diǎn)為1，2截面，對(duì)單位重量流體列柏努力方程222121211 22fppuuHHzzgg 6212120.280.025100.531.6mH O1000 9.81ppHzzg%2 .6435. 315. 2NNe把數(shù)據(jù)代入，得在工作流量下泵的有效功率為泵軸功率為kW15. 2W2150360081. 91000256 .31HQgNe1.離心泵的氣蝕現(xiàn)象2.離心泵的抗氣蝕性能 a.離心泵的氣蝕余量 b.

9、離心泵的允許吸上真空度3.離心泵的允許安裝（吸上）高度離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度 當(dāng)泵葉片入口附近的最低壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體飽和蒸 汽壓時(shí)，部分液體將在該處汽化并產(chǎn)生的汽泡，被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處凝結(jié)或破裂。由于凝結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間真空，造成周圍液體高速?zèng)_擊該點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈的水擊。Hg11KK000p氣蝕現(xiàn)象現(xiàn)象：噪聲大、泵體振動(dòng)，流量、壓頭、效率都明顯下降。嚴(yán)重時(shí)，泵不 能正常工作防止措施：把離心泵安裝在恰當(dāng)?shù)母叨任恢蒙?，確保泵內(nèi)壓強(qiáng)最低點(diǎn)處的靜壓超過工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓。原 因離心泵的氣蝕余量在泵入口1-1和葉輪入口k-k兩截面間列柏努利方程式，可得 為了避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象

10、，在離心泵的入口處液體的靜壓頭p1/g與動(dòng)壓頭u12/2g之和必須大于操作溫度下的液體飽和蒸汽壓頭pv/g某一數(shù)值，此數(shù)值即為離心泵的氣蝕余量（NPSH)，即gugpgpNPSH2211kfkHgugpgugp1 ,221min, 122離心泵的臨界氣蝕余量（NPSH)c變形可得kfkcHgugugppNPSH1 ,221min, 122)(離心泵的允許吸上真空度 Hs值的大小與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。通常由泵的制造工廠在98.1kPa下，用20 為介質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。若輸送其他液體，或操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，應(yīng)按下式進(jìn)行換算，即若以輸送液體的液柱高度來計(jì)算離

11、心泵入口處的最高真空度，則此真空度稱為離心泵的允許吸上真空度，以Hs來表示，即gppHaS11000)24. 01081. 9()10(3pHHHaSS假設(shè)離心泵在可允許的安裝高度下操作，于儲(chǔ)槽液面0-0與泵入口處1-1兩截面間列柏努利方程式，可得避免發(fā)生汽蝕離心泵的 Hg,泵入口允許的最小壓強(qiáng) p1 應(yīng)滿足 離心泵的允許安裝（吸上）高度10 ,21102fgHgugppH若儲(chǔ)槽上方與大氣相通，則p0 即為大氣壓強(qiáng)pa，上式可表示為10,2112fagHgugppHgugpgpNPSH2211離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)管路特性曲線離心泵的流量調(diào)節(jié)表示在特定管路系統(tǒng)中，于固定操作條件下，流體流經(jīng)該

12、管路時(shí)所需的壓頭與流量的關(guān)系 泵的特性曲線H-Q線與所在管路特性曲線HeQe線的交點(diǎn)（M 點(diǎn))。 離心泵的工作點(diǎn)離心泵流量的調(diào)節(jié)就是改變泵的工作點(diǎn)。方法有二：1.改變閥門的開度 即改變離心泵出口管路上調(diào)節(jié)閥門開度改變管路特性曲線，靈活方便，耗能大；2.改變泵的轉(zhuǎn)速 改變泵轉(zhuǎn)速實(shí)質(zhì)上是改變泵特性曲線，節(jié)能，投資大。 離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，該點(diǎn)稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)，設(shè)計(jì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量、壓頭和軸功率稱為額定流量、額定壓頭和額定軸功率，標(biāo)注在泵的銘牌上。一般將最高效率值的92%的范圍稱為泵的高效區(qū)，泵應(yīng)盡量在該范圍內(nèi)操作。設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)點(diǎn)改變閥門開度時(shí)流量變化改變泵的轉(zhuǎn)速時(shí)流量變化離心泵的并聯(lián)與串聯(lián)離心泵

13、并聯(lián)和串聯(lián)，將組合安裝的兩臺(tái)型號(hào)相同離心泵視為一個(gè)泵組，泵組的特性曲線或稱合成特性曲線，據(jù)此確定泵組工作點(diǎn)。離心泵并聯(lián)操作時(shí)，泵在同一壓頭下工作，兩臺(tái)并聯(lián)泵的流量等于單臺(tái)泵的兩倍。據(jù)此，并聯(lián)離心泵組的H-Q特性曲線。離心泵串聯(lián)操作時(shí)，泵送流量相同，兩臺(tái)串聯(lián)泵的揚(yáng)程為該流量下單臺(tái)泵的揚(yáng)程兩倍。離心泵串連工作時(shí)的合成特性曲線離心泵的并聯(lián)離心泵的串聯(lián)清水泵 用于輸送物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的清潔液體。最簡(jiǎn)單的清水泵為單級(jí)單吸式，系列代號(hào)為“IS”，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖，若需要的揚(yáng)程較高，則可選D系列多級(jí)離心泵。若需要流量很大，則可選用雙吸式離心泵，其系列代號(hào)為“Sh” 。防腐蝕泵防腐蝕泵 當(dāng)輸送酸、堿等腐蝕性

14、液體時(shí)應(yīng)采用耐腐蝕泵。耐腐蝕泵所有與液體介質(zhì)接觸的部件都采用耐腐蝕材料制作。離心耐腐蝕泵有多種系列，其中常用的系列代號(hào)為F。油泵油泵 用于輸送石油產(chǎn)品，油泵系列代號(hào)為Y。因油類液體具有易燃、易爆的特點(diǎn)，因此對(duì)此類泵密封性能要求較高。輸送200以上的熱油時(shí)，還需設(shè)冷卻裝置。雜質(zhì)泵雜質(zhì)泵 用于輸送懸浮液及稠厚的漿液等，其系列代號(hào)為P，又可分為污水泵、砂泵、泥漿泵等。這類泵的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪上葉片數(shù)目少，葉片間流道寬，有的型號(hào)泵殼內(nèi)還襯有耐磨材料。離心泵的類型與選擇離心泵的類型1-泵體；2-泵蓋；3-葉輪；4-軸；5-密封環(huán)；6-葉輪螺母；7-止動(dòng)墊圈；8-軸蓋；9-填料壓蓋；10-填料環(huán)；11-填料；12-懸架軸承部件 （1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭 液體的輸送量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定，如果流量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，選泵時(shí)應(yīng)按最大流量考慮。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努力方程計(jì)算在最大流量下管路所需的壓頭。 （2）選擇泵的類型與型號(hào) 首先應(yīng)根據(jù)輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，然后按已確