化工原理之流體輸送機(jī)械課件

第二章流體輸送機(jī)械

第二章流體輸送機(jī)械1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。本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)1本章學(xué)習(xí)的目的2流體輸送機(jī)械的分類流體輸送機(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)。如噴射泵流體輸送機(jī)械的分類流體輸送機(jī)械是指為流體提供機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備32.1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2.1離心泵離心泵的主要部件4離心泵的工作原理和主要部件離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，流量易于調(diào)節(jié)，且能適用于多種特殊性質(zhì)物料，因此在工業(yè)生產(chǎn)中普遍被采用。工作原理：（1）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)。（2）由于離心力的作用，泵的進(jìn)出口出產(chǎn)生壓力差，從而使流體流動(dòng)。離心泵的工作原理和主要部件離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容5離心泵的主要部件（1）葉輪：葉輪是離心泵的核心部件，由葉片組成，構(gòu)成了數(shù)目相同的液體通道。按有無蓋板分為開式、閉式和半開式。（2）泵殼：泵體的外殼，它包圍葉輪，在葉輪四周開成一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道。此外，泵殼還設(shè)有與葉輪所在平面垂直的入口和切線出口。（3）泵軸：位于葉輪中心且與葉輪所在平面垂直的一根軸。它由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。離心泵的主要部件6葉輪葉輪7化工原理之流體輸送機(jī)械課件8平衡孔平衡孔9化工原理之流體輸送機(jī)械課件10化工原理之流體輸送機(jī)械課件11化工原理之流體輸送機(jī)械課件12葉輪外周安裝導(dǎo)輪，使泵內(nèi)液體能量轉(zhuǎn)換效率高。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。葉輪外周安裝導(dǎo)輪，使泵內(nèi)液體能量轉(zhuǎn)換效率高。13軸封裝置：保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。軸封裝置的作用：離心泵在工作是泵軸旋轉(zhuǎn)而殼不動(dòng)，其間的環(huán)隙如果不加以密封或密封不好，則外界的空氣會(huì)滲入葉輪中心的低壓區(qū)，使泵的流量、效率下降。嚴(yán)重時(shí)流量為零——?dú)饪`。通常，可以采用機(jī)械密封或填料密封來實(shí)現(xiàn)軸與殼之間的密封。軸封裝置：保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。14液體吸上原理：依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開，從而在葉輪中心形成低壓，低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。液體吸上原理：依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體以很15氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。灌泵:為防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵啟動(dòng)前要用外來的液體將泵殼內(nèi)空間灌滿。這一步操作稱為灌泵。為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；如果泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)時(shí)無需灌泵。氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中16離心泵的基本方程式離心泵的基本方程式17離心泵的基本方程式離心泵的理論壓頭：在理想情況下可能達(dá)到的最大的壓頭。離心泵的理論壓頭與如下幾個(gè)假定條件相對(duì)應(yīng)：①葉輪內(nèi)葉片數(shù)目無限多，液體完全沿著葉片的彎曲表面流動(dòng)，無任何環(huán)流現(xiàn)象；②液體為粘度等于零的理想流體，液體在流動(dòng)中沒有阻力。在這兩個(gè)假定條件下，離心泵的理論壓頭可以表示為：其中：D2—葉輪外徑；u2—葉輪旋轉(zhuǎn)速度；QT—泵的體積流量；b2—葉片寬度；β2——葉片裝置角。離心泵的基本方程式離心泵的理論壓頭：在理想情況下可能達(dá)到18化工原理之流體輸送機(jī)械課件19離心泵的基本方程式的討論：①裝置角是葉片的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)其值小于90度時(shí)稱為后彎葉片；等于90度時(shí)稱為徑向葉片；大于90度時(shí)稱為前彎葉片。葉片后彎時(shí)液體流動(dòng)能量損失小，所以一般都采用后彎葉片。離心泵的基本方程式的討論：20離心泵的基本方程式的討論：②當(dāng)采用后彎片時(shí)，可知理論壓頭隨葉輪直徑、轉(zhuǎn)速及葉輪周邊寬度的增加而增加，隨流量的增加呈線性規(guī)律下降。③理論壓頭與流體的性質(zhì)無關(guān)。離心泵的基本方程式的討論：21理論流量與理論壓頭的關(guān)系理論流量與理論壓頭的關(guān)系22實(shí)際操作中，由于以下三方面的原因，使得單位重量液體實(shí)際獲得的能量，即實(shí)際壓頭，與離心泵的理論壓頭有一定的差距：（A）葉片間環(huán)流；（B）阻力損失；（C）沖擊損失?？紤]以上三方面之后，壓頭與流量之間的線性關(guān)系也將發(fā)生變化。實(shí)際操作中，由于以下三方面的原因，使得單位重量液23理論壓頭與液體密度的關(guān)系理論壓頭與液體密度沒有關(guān)系離心泵出口壓強(qiáng)與密度成正比理論壓頭與液體密度的關(guān)系242.1.3離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線離心泵的性能參數(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kW2.1.3離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線離心泵的性能參數(shù)25離心泵的能量損失

反映離心泵能量損失，包括：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：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：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。離心泵的能量損失26功率：（A）有效功率：離心泵單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流體做的功；（B）軸功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)由電機(jī)輸入離心泵的能量。功率：27離心泵的特性曲線特性曲線：在固定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的基本性能參數(shù)（流量、壓頭、功率和效率）之間的關(guān)系曲線。強(qiáng)調(diào)：特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測(cè)出的，只適用于該轉(zhuǎn)速，故特性曲線圖上都注明轉(zhuǎn)速n的數(shù)值。離心泵的特性曲線28化工原理之流體輸送機(jī)械課件29離心泵的特性曲線一般由離心泵的生產(chǎn)廠家提供，標(biāo)繪于泵產(chǎn)品說明書中，其測(cè)定條件一般是20℃清水，轉(zhuǎn)速也固定。

離心泵的特性曲線一般由離心泵的生產(chǎn)廠家提供，30討論①?gòu)腍～Q特性曲線中可以看出，隨著流量的增加，泵的壓頭是下降的，即流量越大，泵向單位重量流體提供的機(jī)械能越小。但是，這一規(guī)律對(duì)流量很小的情況可能不適用。②軸功率隨著流量的增加而上升，所以大流量輸送一定對(duì)應(yīng)著大的配套電機(jī)。另外，這一規(guī)律還提示我們，離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥的情況下啟動(dòng)，這樣可以使電機(jī)的啟動(dòng)電流最小。

討論31③泵的效率先隨著流量的增加而上升，達(dá)到一最大值后便下降，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選泵時(shí)，應(yīng)使泵在最高效率點(diǎn)附近工作，其范圍內(nèi)的效率一般不低于最高效率點(diǎn)的92%。④離心泵的銘牌上標(biāo)有一組性能參數(shù)，它們都是與最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)。例題2-2③泵的效率先隨著流量的增加而上升，達(dá)到一最大值后便下降，根據(jù)32影響離心泵性能的因素和性能換算

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)，泵的特性曲線將發(fā)生變化，應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行換算。

a.流體密度的影響：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H—Q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N—Q曲線要變。影響離心泵性能的因素和性能換算泵的生產(chǎn)部門所提33b.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，H—Q、N—Q、

—Q曲線都將隨之而變。當(dāng)液體運(yùn)動(dòng)粘度

γ>2010-8m2/s時(shí)，離心泵的性能則需按下式進(jìn)行換算，即

Qˊ=CQQHˊ=CHH

ηˊ=Cηη例題2-3b.黏度的影響34C.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律轉(zhuǎn)速變化特性曲線變化，在轉(zhuǎn)速變化小于±20%范圍內(nèi)可做如下的假設(shè)：液體離開葉輪處的速度三角形相似不同轉(zhuǎn)速下離心泵的效率相同C.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律35d.葉輪直徑的影響—切割定律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)生變化可作如下的假設(shè)液體離開葉輪時(shí)的出口速度三角形相似葉輪出口截面積基本不變離心泵的效率相同d.葉輪直徑的影響—切割定律362.1.4離心泵的氣蝕現(xiàn)象和允許安裝高度離心泵的安裝高度：離心泵的安裝高度是指要被輸送的液體所在貯槽的液面到離心泵入口處的垂直距離，如圖。由此產(chǎn)生了這樣一個(gè)問題，在安裝離心泵時(shí)，安裝高度是否可以無限制的高，還是受到某種條件的制約。2.1.4離心泵的氣蝕現(xiàn)象和允許安裝高度離心泵的安裝高度：37氣蝕現(xiàn)象：葉輪中心處的壓力下降到被輸送流體在操作溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，則在泵內(nèi)會(huì)產(chǎn)生：①被輸送流體在葉輪中心處發(fā)生汽化，產(chǎn)生大量汽泡；②汽泡在由葉中心向周邊運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于壓力增加而急劇凝結(jié)，產(chǎn)生局部真空，周圍液體以很高的流速?zèng)_向真空區(qū)域；③當(dāng)汽泡的冷凝發(fā)生在葉片表面附近時(shí)，眾多液滴尤如細(xì)小的高頻水錘撞擊葉片；氣蝕現(xiàn)象：38離心泵在氣蝕狀態(tài)下工作的危害：①泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音；②壓頭、流量在幅度下降，嚴(yán)重時(shí)不能輸送液體；③時(shí)間長(zhǎng)久，在水錘沖擊和液體中微量溶解氧對(duì)金屬化學(xué)腐蝕的雙重作用下，葉片表面出現(xiàn)斑痕和裂縫，甚至呈海綿狀逐漸脫落。離心泵在氣蝕狀態(tài)下工作的危害：39汽蝕余量NPSH：泵入口處的動(dòng)壓頭與靜壓頭之和與以液柱高度表示的被輸送液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓之差。為了避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，在離心泵的入口處液體的靜壓頭p1/ρg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/ρg某一數(shù)值，此數(shù)值即為離心泵的氣蝕余量（NPSH)，即汽蝕余量NPSH：泵入口處的動(dòng)壓頭與靜壓頭之和與以液柱40離心泵的臨界氣蝕余量（NPSH)c：在泵入口1-1ˊ和葉輪入口k-kˊ兩截面間列柏努利方程式，可得變形得出：通常將所測(cè)到得臨界氣蝕余量加上一定得安全量，成為必需氣蝕余量記為（NPSH)r離心泵的臨界氣蝕余量（NPSH)c：41化工原理之流體輸送機(jī)械課件42離心泵的允許吸上真空度若以輸送液體的液柱高度來計(jì)算離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Hsˊ來表示，即

Hsˊ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2-22.離心泵的允許吸上真空度43假設(shè)離心泵在可允許的安裝高度下操作，于儲(chǔ)槽液面0-0ˊ與泵入口處1-1ˊ兩截面間列柏努利方程式，可得避免發(fā)生汽蝕離心泵的允許安裝高度

Hg假設(shè)離心泵在可允許的安裝高度下操作，于儲(chǔ)槽液面0-0ˊ44討論(1)汽蝕是由于安裝高度太高引起的，事實(shí)上汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生可以有以下三方面的原因：①離心泵的安裝高度太高；②被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；③吸入管路的阻力或壓頭損失太高。允許安裝高度這一物理量正是綜合了以上三個(gè)因素對(duì)汽蝕的貢獻(xiàn)。推論：一個(gè)原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生汽蝕，如被輸送物料的溫度升高，或吸入管線部分堵塞。討論45（2）有時(shí)，計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。（3）允許安裝高度的大小與泵的流量有關(guān)。由其計(jì)算公式可以看出，流量越大，計(jì)算出的越小。因此用可能使用的最大流量來計(jì)算是最保險(xiǎn)的。（4）安裝泵時(shí)，為保險(xiǎn)計(jì)，實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。（如考慮到操作中被輸送流體的溫度可能會(huì)升高；或由貯槽液面降低而引起的實(shí)際安裝高度的升高）。（5）歷史上曾經(jīng)有過允許吸上真空度和允許氣蝕余量并存的時(shí)期，二者都可用以計(jì)算允許安裝高度，前者曾廣泛用于清水泵的計(jì)算；而后者常用于油泵中。（2）有時(shí)，計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說明該泵應(yīng)該安裝在462.1.5離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)管路特性曲線：表示在特定管路系統(tǒng)中，于固定操作條件下，流體流經(jīng)該管路時(shí)所需的壓頭與流量的關(guān)系。He＝K＋BQe2離心泵的工作點(diǎn)：泵的特性曲線H-Q線與所在管路特性曲線He~Qe線的交點(diǎn)（M點(diǎn))。M2.1.5離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)管路特性曲線：47化工原理之流體輸送機(jī)械課件48He＝K＋BQe2

說明

①為管路特性曲線在H軸上的截距，表示管路系統(tǒng)所需要的最小外加壓頭。

②當(dāng)流動(dòng)處于阻力平方區(qū)，摩擦因數(shù)與流量無關(guān)，管路特性方程可以表示為：

③高阻管路，其特性曲線較陡；低阻管路其特性曲線較平緩。

He＝K＋BQe2

說明

①為管路特49①泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定，可通過聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；②安裝在管路中的泵，其輸液量即為管路的流量；在該流量下泵提供的揚(yáng)程也就是管路所需要的外加壓頭。因此，泵的工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泵壓頭既是泵提供的，也是管路需要的；③工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各性能參數(shù)（）反映了一臺(tái)泵的實(shí)際工作狀態(tài)。①泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定，可通過聯(lián)50例題：用一離心泵將貯水池中的冷卻水經(jīng)換熱器送到高位槽。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管路總長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為400m，管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為32（u2/2g），摩擦系數(shù)取0.03，離心泵的特性曲線方程為：He=45－9.2×105Q2m，式中Q的單位是m3/s。試求：（1）管路特性曲線；（2）泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)的流量及壓頭。例題：用一離心泵將貯水池中的冷卻水經(jīng)換熱器送到高位槽。已知高51解：（1）管路特性曲線

解：（1）管路特性曲線52（2）泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)的流量及壓頭。泵的特性曲線方程為：He=45－9.2×105Q2管路特性曲線方程為：He=10＋5.01×105Q2解之得：Q=4.96×10-3m3/s=17.87m3/hHe=22.34m（2）泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)的流量及壓頭。53離心泵的流量調(diào)節(jié)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；離心泵的流量調(diào)節(jié)542.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。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，55設(shè)計(jì)點(diǎn)

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。P106例2-8設(shè)計(jì)點(diǎn)56離心泵的并聯(lián)與串聯(lián)離心泵并聯(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。

離心泵的并聯(lián)與串聯(lián)57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)程為該流量下單泵的揚(yáng)程兩倍。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)58離心泵組合方式的選擇：（1）K大于單泵可提供最大壓頭的情況：必須采用串聯(lián)操作；

（2）低阻管路：并聯(lián)（3）高阻管路：串聯(lián)離心泵組合方式的選擇：59計(jì)算：有兩臺(tái)相同的離心泵，單泵性能曲線方程為H=45－9.2×105Q2m，式中Q的單位是m3/s。當(dāng)兩泵并聯(lián)操作，可將6.5L/s的水從低位槽輸至高位槽。兩槽皆敞口，兩槽水面垂直位差13m。輸水管終端淹沒于高位水槽水中。問：若二泵改為串聯(lián)操作，水的流量為多少？計(jì)算：有兩臺(tái)相同的離心泵，單泵性能曲線方程為H=45－60化工原理之流體輸送機(jī)械課件61化工原理之流體輸送機(jī)械課件622.1.6離心泵的類型、選擇與使用按泵輸送的液體分：清水泵（IS：?jiǎn)渭?jí)單吸懸臂式；D：多級(jí)泵；Sh：雙吸泵）耐腐蝕泵（F）油泵（Y）雜質(zhì)泵（P）按葉輪吸入方式分：?jiǎn)挝谩㈦p吸泵按葉輪數(shù)目分：?jiǎn)渭?jí)泵、多級(jí)泵2.1.6離心泵的類型、選擇與使用按泵輸送的液體分：63離心泵的類型清水泵：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”，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：當(dāng)輸送酸、堿等腐蝕性液體時(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。離心泵的類型64化工原理之流體輸送機(jī)械課件65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：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。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66離心泵的選擇（1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭：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，然后按已確定的流量Qe和壓頭He從泵的樣本或產(chǎn)品目錄中選出合適的型號(hào)。型號(hào)選出后，應(yīng)列出該泵的各種性能參數(shù)。

（3）核算泵的軸功率：若輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，可按2-14核算泵的軸功率。例題2-10離心泵的選擇67離心泵的操作和安裝的注意點(diǎn)：安裝高度啟動(dòng)前要灌泵啟動(dòng)和關(guān)閉前都有關(guān)閉出口閥門使用期間要注意檢查離心泵的操作和安裝的注意點(diǎn)：682.2其他類型液體輸送機(jī)械往復(fù)泵往復(fù)泵裝置簡(jiǎn)圖1—泵缸;2—活塞;3—活塞桿;4—吸入閥;5—排出閥2.2其他類型液體輸送機(jī)械往復(fù)泵69工作原理：①活塞由電動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，把曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)；或直接由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，使活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。②當(dāng)活塞從左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)形成低壓，排出閥受排出管內(nèi)液體的壓力而關(guān)閉；吸出閥由于受池內(nèi)液壓的作用而打開，池內(nèi)液體被吸入缸內(nèi)；③當(dāng)活塞從右向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于缸內(nèi)液體壓力增加，吸入閥關(guān)閉，排出閥打開向外排液工作原理：70雙動(dòng)往復(fù)泵單缸單作用往復(fù)泵流量曲線單缸雙作用往復(fù)泵流量曲線雙缸雙作用往復(fù)泵流量曲線雙動(dòng)往復(fù)泵單缸單作用往復(fù)泵流量曲線單缸雙作用往復(fù)泵流量曲線雙71往復(fù)泵的壓頭因?yàn)槭强繑D壓作用壓出液體，往復(fù)泵的壓頭理論上可以任意高。但實(shí)際上由于構(gòu)造材料的強(qiáng)度有限，泵內(nèi)的部件有泄漏，故往復(fù)泵的壓頭仍有一限度。而且壓頭太大，也會(huì)使電機(jī)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載過大而損壞。討論：往復(fù)泵的理論流量是由單位時(shí)間內(nèi)活塞掃過的體積決定的，而與管路的特性無關(guān)。而往復(fù)泵提供的壓頭則只與管路的情況有關(guān)，與泵的情況無關(guān)，管路的阻力大，則排出閥在較高的壓力下才能開啟，供液壓力必然增大；反之，壓頭減小。這種壓頭與泵無關(guān)，只取決定管路情況的特性稱為正位移特性。往復(fù)泵的壓頭72往復(fù)泵的操作要點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)往復(fù)泵的效率一般都在70%以上，最高可達(dá)90%，它適用于所需壓頭較高的液體輸送。往復(fù)泵可用以輸送粘度很大的液體，但不宜直接用以輸送腐蝕性的液體和有固體顆粒的懸浮液。（1）由于往復(fù)泵是靠貯池液面上的大氣壓來吸入液體，因而安裝高度有一定的限制。（2）往復(fù)泵有自吸作用，啟動(dòng)前無需要灌泵。（3）一般不設(shè)出口閥，即使有出口閥，也不能在其關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)。（4）往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)方法：①用旁路閥調(diào)節(jié)流量：泵的送液量不變，只是讓部分被壓出的液體返回貯池，使主管中的流量發(fā)生變化。顯然這種調(diào)節(jié)方法很不經(jīng)濟(jì)，只適用于流量變化幅度較小的經(jīng)常性調(diào)節(jié)。②改變曲柄轉(zhuǎn)速：改變活塞自往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

往復(fù)泵的操作要點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)73化工原理之流體輸送機(jī)械課件74二、計(jì)量泵在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的計(jì)量泵是往復(fù)泵的一種，它正是利用往復(fù)泵流量固定這一特點(diǎn)而發(fā)展起來的。它可以用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪從而實(shí)現(xiàn)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。偏心輪的偏心度可以調(diào)整，柱塞的沖程就發(fā)生變化，以此來實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。計(jì)量泵主要應(yīng)用在一些要求精確地輸送液體至某一設(shè)備的場(chǎng)合，或?qū)追N液體按精確的比例輸送。如化學(xué)反應(yīng)器一種或幾種催化劑的投放，后者是靠分別調(diào)節(jié)多缸計(jì)量泵中每個(gè)活塞的行程來實(shí)現(xiàn)的。二、計(jì)量泵75三隔膜泵隔膜泵也是往復(fù)泵的一種，它用彈性薄膜（耐腐蝕橡膠或彈性金屬片）將泵分隔成互不相通的兩部分，分別是被輸送液體和活柱存在的區(qū)域。

隔膜泵1—吸入活門;2－壓出活門;3—活柱;4—水（或油）缸;5—隔膜三隔膜泵隔膜泵1—吸入活門;2－壓出活門;3—活76隔膜泵隔膜泵77四齒輪泵泵殼內(nèi)有兩個(gè)齒輪，一個(gè)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)被嚙合著向相反方向旋轉(zhuǎn)。齒輪泵的壓頭較高而流量較小，可用于輸送粘稠液體以至膏狀物料，（如輸送封油），但不能用于輸送含有固體顆粒的懸浮液。齒輪泵

四齒輪泵齒輪泵78齒輪泵齒輪泵79螺桿泵

五螺桿泵螺桿泵內(nèi)有一個(gè)或一個(gè)以上的螺桿。在單螺桿泵中，螺桿在有內(nèi)螺旋的殼內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使液體沿軸向推進(jìn)，擠壓到排出口。在雙螺桿泵中，一個(gè)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)另一個(gè)螺桿，螺紋互相嚙合，液體被攔截在嚙合室內(nèi)沿桿軸前進(jìn)，從螺桿兩端被擠向中央排出。螺桿泵效率高，噪音小，適用于在高壓下輸送粘稠性液體，并可以輸送帶顆粒的懸浮液。螺桿泵五螺桿泵80螺桿泵螺桿泵81六旋渦泵旋渦泵是一種特殊類型的離心泵。它的葉輪是一個(gè)圓盤，四周銑有凹槽，成輻射狀排列。葉輪在泵殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其間有引水道。泵內(nèi)液體在隨葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，又在引水道與各葉片之間，因而被葉片拍擊多次，獲得較多能量。液體中旋渦泵中獲得的能量與液體在流動(dòng)過程中進(jìn)入葉輪的次數(shù)有關(guān)。當(dāng)流量減小時(shí)，流道內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)速度減小，液體流入葉輪的平均次數(shù)增多，泵的壓頭必然增大；流量增大時(shí)，則情況相反。

六旋渦泵82旋渦泵的特點(diǎn)如下：①啟動(dòng)時(shí)應(yīng)打開出口閥，改變流量時(shí)，旁路調(diào)節(jié)比安裝調(diào)節(jié)閥經(jīng)濟(jì)。②在葉輪直徑和轉(zhuǎn)速相同的條件下，旋渦泵的壓頭比離心泵高出2~4倍，適用于高壓頭、小流量的場(chǎng)合。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，且可采用各種耐腐蝕的材料制造。④輸送液體的粘度不宜過大，否則泵的壓頭和效率都將大幅度下降。⑤輸送液體不能含有固體顆粒。旋渦泵的特點(diǎn)如下：83常用化工用泵的性能比較全開全開全開關(guān)閉啟動(dòng)時(shí)出口閥門關(guān)閉與否有有部分型號(hào)有無是否有自吸能力較高高低稍低效率較高高低不大壓頭大小旁路旁路或轉(zhuǎn)速、行程調(diào)節(jié)旁路出口閥門流量調(diào)節(jié)方式小小小大流量大小不隨管路特性而變（恒定）隨管路特性而變流量與管路關(guān)系旋轉(zhuǎn)泵（齒輪泵、螺杠泵）往復(fù)泵（計(jì)量泵、隔膜泵）漩渦泵離心泵正位移泵非正位移泵泵的類型常用化工用泵的性能比較全開全開全開關(guān)閉啟動(dòng)時(shí)出口閥門關(guān)閉與否842.3氣體輸送和壓縮機(jī)械氣體輸送機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用氣體輸送：為了克服管路的阻力，需要提高氣體的壓力。純粹為了輸送的目的而對(duì)氣體加壓，壓力一般都不高。但氣體輸送往往輸送量很大，需要的動(dòng)力往往相當(dāng)大。產(chǎn)生高壓氣體：化學(xué)工業(yè)中一些化學(xué)反應(yīng)過程需要在高壓下進(jìn)行，如合成氨反應(yīng)，乙烯的本體聚合；一些分離過程也需要在高壓下進(jìn)行，如氣體的液化與分離。這些高壓進(jìn)行的過程對(duì)相關(guān)氣體的輸送機(jī)械出口壓力提出了相當(dāng)高的要求。生產(chǎn)真空：相當(dāng)多的單元操作是在低于常壓的情況下進(jìn)行，這時(shí)就需要真空泵從設(shè)備中抽出氣體以產(chǎn)生真空。2.3氣體輸送和壓縮機(jī)械氣體輸送機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用85氣體輸送機(jī)械的一般特點(diǎn)①動(dòng)力消耗大：因此氣體輸送管中的流速比液體要大得多，前者經(jīng)濟(jì)流速（15~25m/s）約為后者（1~3m/s）的10倍。這樣，以各自的經(jīng)濟(jì)流速輸送同樣的質(zhì)量流量，經(jīng)相同的管長(zhǎng)后氣體的阻力損失約為液體的10倍。因而氣體輸送機(jī)械的動(dòng)力消耗往往很大。②氣體輸送機(jī)械體積一般都很龐大，對(duì)出口壓力高的機(jī)械更是如此。③由于氣體的可壓縮性，故在輸送機(jī)械內(nèi)部氣體壓力變化的同時(shí)，體積和溫度也將隨之發(fā)生變化。這些變化對(duì)氣體輸送機(jī)械的結(jié)構(gòu)、形狀有很大影響。氣體輸送機(jī)械的一般特點(diǎn)86氣體輸送機(jī)械的分類氣體輸送機(jī)械也可以按工作原理分為離心式旋轉(zhuǎn)式往復(fù)式噴射式等氣體輸送機(jī)械的分類87按出口壓力（終壓）和壓縮比不同分為如下幾類：①通風(fēng)機(jī)：終壓（表壓，下同）不大于15kPa（約1500mmH2O）,壓縮比1至1.15②鼓風(fēng)機(jī)：終壓15~300kPa，壓縮比小于4。③壓縮機(jī)：終壓在300kPa以上，壓縮比大于4。④真空泵：在設(shè)備內(nèi)造成負(fù)壓，終壓為大氣壓，壓縮比由真空度決定。按出口壓力（終壓）和壓縮比不同分為如下幾類：882.3.1離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)離心通風(fēng)機(jī)及葉輪1—機(jī)殼;2—葉輪;3—吸入口;4—排出口22.3.1離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)離心通風(fēng)機(jī)及葉輪289離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)離心式通風(fēng)機(jī)工作原理與離心泵相同，結(jié)構(gòu)也大同小異。①為適應(yīng)輸送風(fēng)量大的要求，通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑一般是比較大的。②葉輪上葉片的數(shù)目比較多。③葉片有平直的、前彎的、后彎的。通風(fēng)機(jī)的主要要求是通風(fēng)量大，在不追求高效率時(shí)，用前彎葉片有利于提高壓頭，減小葉輪直徑。④機(jī)殼內(nèi)逐漸擴(kuò)大的通道及出口截面常不為圓形而為矩形。離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)90離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和特性曲線（1）風(fēng)量：按入口狀態(tài)計(jì)的單位時(shí)間內(nèi)的排氣體積。m3/s，m3/h（2）風(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積氣體通過風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的能量，J/m3，Pa離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和特性曲線91特性曲線：與離心泵一樣，離心通風(fēng)機(jī)的特性參數(shù)也可以用特性曲線表示。特性曲線由離心泵的生產(chǎn)廠家在1atm、20℃的條件用空氣測(cè)定。HH特性曲線：HH92離心式的鼓風(fēng)機(jī)離心式鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：離心式鼓風(fēng)機(jī)的外形與離心泵相象，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有許多相同之處。離心式鼓風(fēng)機(jī)的蝸殼形通道亦為圓形；外殼直徑與厚度之比較大；葉輪上葉片數(shù)目較多；轉(zhuǎn)速較高；葉輪外周都裝有導(dǎo)輪。單級(jí)出口表壓多在30kPa以內(nèi)；多級(jí)可達(dá)0.3MPa。離心式鼓風(fēng)機(jī)的選型方法與離心式通風(fēng)機(jī)相同。離心式的鼓風(fēng)機(jī)93化工原理之流體輸送機(jī)械課件94羅茨鼓風(fēng)機(jī)

2.3.2旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)羅茨鼓風(fēng)機(jī)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理與齒輪泵類似。機(jī)殼內(nèi)有兩個(gè)漸開擺線形的轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，可使氣體從機(jī)殼一側(cè)吸，從另一側(cè)排出。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的縫隙很小，使轉(zhuǎn)子能自由運(yùn)動(dòng)而無過多泄漏。屬于正位移型的羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，與出口壓強(qiáng)無關(guān)。該風(fēng)機(jī)的風(fēng)量范圍可自2至500m3/min，出口表壓可達(dá)80kPa，在40kPa左右效率最高。該風(fēng)機(jī)出口應(yīng)裝穩(wěn)壓罐，并設(shè)安全閥。流量調(diào)節(jié)采用旁路，出口閥不可完全關(guān)閉。操作時(shí)，氣體溫度不能超過85℃，否則轉(zhuǎn)子會(huì)因受熱臌脹而卡住。羅茨鼓風(fēng)機(jī)2.3.2旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)952.3.3往復(fù)式壓縮機(jī)其結(jié)構(gòu)和工作原理與往復(fù)泵類似。①開始時(shí)刻：②壓縮階段：③排氣階段：④吸氣階段：2.3.3往復(fù)式壓縮機(jī)96實(shí)際上此時(shí)活塞與氣缸蓋之間必須留有一定的空隙，以免活塞桿受熱臌脹后使活塞與氣缸相撞。這個(gè)空隙就稱為余隙。余隙系數(shù)ε=余隙體積/活塞推進(jìn)一次掃過的體積容積系數(shù)λ=實(shí)際吸氣體積/活塞推進(jìn)一次掃過的體積實(shí)際上此時(shí)活塞與氣缸蓋之間必須留有一定的空隙，97壓縮類型等溫壓縮是指壓縮階段產(chǎn)生的熱量隨時(shí)從氣體中完全取出，氣體的溫度保持不變。絕熱壓縮是另一種極端情況，即壓縮產(chǎn)生的熱量完全不取出。實(shí)際是壓縮過程既不是等溫的，也不是絕熱的，而是介于兩者之間，稱為多變壓縮。壓縮類型98多級(jí)壓縮

多級(jí)壓縮是指在一個(gè)氣缸里壓縮了一次的氣體進(jìn)入中間冷卻器冷卻之后再送入次一氣缸進(jìn)行壓縮，經(jīng)幾次壓縮才達(dá)到所需要的終壓。討論：（1）采用多級(jí)壓縮的原因：①若所需要的壓縮比很大，容積系數(shù)就很小，實(shí)際送氣量就會(huì)很??；②壓縮終了氣體溫度過高，會(huì)引起氣缸內(nèi)潤(rùn)滑油碳化或油霧爆炸等問題③機(jī)械結(jié)構(gòu)亦不合理：為了承受很高的終壓，氣缸要做的很厚，為了吸入初壓很低的氣體氣缸體積又必須很大。多級(jí)壓縮99（2）級(jí)數(shù)越多，總壓縮功越接近于等溫壓縮功，即最小值。然而，級(jí)數(shù)越多，整體構(gòu)造使越復(fù)雜。因此，常用的級(jí)數(shù)為2至6，每級(jí)壓縮比為3至5。（3）理論上可以證明，在級(jí)數(shù)相同時(shí)，各級(jí)壓縮比相等，則總壓縮功最小。（2）級(jí)數(shù)越多，總壓縮功越接近于等溫壓縮功，即最小值。然而，100化工原理之流體輸送機(jī)械課件1012.3.4真空泵真空泵的一般特點(diǎn)真空泵就是從真空容器中抽氣、一般在大氣壓下排氣的輸送機(jī)械。若將前述任何一種氣體輸送機(jī)械的進(jìn)口與設(shè)備接通，即成為從設(shè)備抽氣的真空泵.（1）由于吸入氣體的密度很低，要求真空泵的體積必須足夠大；（2）壓縮比很高，所以余隙的影響很大。真空泵的主要性能參數(shù)有：（1）極限剩余壓力（或真空度）：這是真空泵所能達(dá)到最低壓力；（2）抽氣速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)真空泵在極限剩余壓力下所吸入的氣體體積，亦即真空泵的生產(chǎn)能力。2.3.4真空泵真空泵的一般特點(diǎn)102往復(fù)式真空泵與往復(fù)式壓縮式的構(gòu)造顯著區(qū)別，但也有其自身的特點(diǎn)：（1）在低壓下操作，氣缸內(nèi)、外壓差很小，所用的活門必須更加輕巧；（2）當(dāng)要求達(dá)到較好的真空度時(shí)，壓縮比會(huì)很大，余隙容積必須很小，否則就不能保證較大的吸氣量。（3）為減少余隙的影響，設(shè)有連通活塞左右兩側(cè)的平衡氣道。干式往復(fù)真空泵可造成高達(dá)96~99.9%的真空度；濕式則只能達(dá)到80~85%往復(fù)式真空泵103化工原理之流體輸送機(jī)械課件104噴射真空泵噴射泵是利用高速流體射流量壓力能向動(dòng)能轉(zhuǎn)換所造成的真空，將氣體吸入泵內(nèi)，并在混合室通過碰撞、混合以提高吸入氣體的機(jī)械能，氣體和工作流體一并排出泵外。噴射泵的流體可以水，也可以是水蒸汽，分別稱為水噴射泵和蒸汽噴射泵。單級(jí)蒸汽噴射泵僅能達(dá)到90%的真空度，為獲得更高的真空度可采用多級(jí)蒸汽噴射泵。噴射泵的優(yōu)點(diǎn)是工作壓強(qiáng)范圍大，抽氣量大，結(jié)構(gòu)