化工原理第二章第一節(jié)

第二章流體輸送機械掌握化工中常用的流體輸送機械，特別是離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，能夠根據(jù)輸送任務，正確地選擇輸送機械的類型和規(guī)格，決定輸送機械在管路中的位置，計算所消耗的功率等，使輸送機械能在高效率下可靠地運行。學習目的與要求2024/1/31第二章

流體輸送機械

第一節(jié)

液體輸送機械

2-1-1離心泵離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型離心泵的基本方程式

離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

離心泵性能的改變

離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)2-1-2其他類型的泵2024/1/31流體輸送機械液體輸送機械

——泵氣體輸送機械離心泵正位移泵往復泵旋轉(zhuǎn)泵通風機鼓風機壓縮機真空泵2024/1/312-1-1離心泵離心泵在化工生產(chǎn)中應用最為廣泛，這是因為離心泵具有以下優(yōu)點:①結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，便于調(diào)節(jié)和自控;②流量均勻，效率較高;③流量和壓頭的適用范圍較廣;④適用于輸送腐蝕性或含有懸浮物的液體。2024/1/311．離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型灌泵葉輪旋轉(zhuǎn)離心力液體壓力、動能增大泵殼動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能較高靜壓強進入排出管路葉輪中心真空吸入管兩端壓差液體被吸入離心泵輸送液體葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力泵內(nèi)有空氣真空度小氣縛（不上量）泵不能吸液2024/1/31泵殼葉輪吸入口排出口泵軸圖2-1離心泵裝置簡圖

1-葉輪2-泵殼3-泵軸4-吸入口5-吸入管6-底閥7-濾網(wǎng)8-排出口9-排除管10-調(diào)節(jié)閥2024/1/312024/1/312024/1/312．離心泵的主要部件1）葉輪作用將電動機的機械能傳給液體,使液體的靜壓能和動能都有所提高分類按結(jié)構(gòu)開式閉式半閉式按吸液方式單吸式雙吸式2024/1/312024/1/312024/1/312024/1/312024/1/312）泵殼

作用a.匯集液體，作導出液體的通道。b.使液體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。導葉輪引導液體在泵殼的通道內(nèi)平緩的改變方向，使能量損失減小，使動能向靜壓能的轉(zhuǎn)換更為有效。2024/1/313）軸封裝置作用

為了防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內(nèi)。分類軸封裝置填料密封機械密封（端面密封）2024/1/312024/1/312024/1/312024/1/313．離心泵的分類按軸上葉輪數(shù)目的多少單級泵多級泵按葉輪上吸入口的數(shù)目單吸泵雙吸泵按離心泵的不同用途水泵（單級“B”、雙吸“Sh”、多級“D”）耐腐蝕泵（F型）油泵（Y型）雜質(zhì)泵（Z型）污水泵砂泵泥漿泵2024/1/31二、離心泵的基本方程式

1）離心泵基本方程式的導出假設：泵葉輪的葉片數(shù)目為無限多個，也就是說葉片的厚度為無限薄，液體質(zhì)點沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。輸送的是理想液體，流動中無流動阻力。在這種理想條件下的壓頭稱為理論壓頭，是離心泵所能提供的最大壓頭。液體質(zhì)點的運動隨葉輪的旋轉(zhuǎn)運動沿葉輪向外的運動2024/1/31u1、u2——液體與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的速度，方向與所處圓周的切線方向一致

2024/1/31w1、w2——液體沿葉片表面運動的相對速度，方向為液體質(zhì)點所處葉片的切線方向c1,c2——這兩個速度的合成速度，稱為絕對速度。HT∞——單位重量理想液體獲得的能量，理論壓頭。單位重量液體由點1到點2獲得的機械能為:2024/1/31靜壓能增加項HP主要由于兩方面的因素促成：液體在葉輪內(nèi)接受離心力所作的外功葉輪中相鄰的兩葉片構(gòu)成自中心向外沿逐漸擴大的液體流道，部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能單位重量流體經(jīng)葉輪后的靜壓能增加為：2024/1/31根據(jù)余弦定理α1=900，即cosα1=0——離心泵的基本方程式

2024/1/31理論流量——離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑、葉輪的幾何形狀間的關系。式中：D2－－葉輪的外徑，m

b2－－葉輪出口寬度，m2024/1/31理論壓頭與理論流量之間呈線性關系，可表示為：2）離心泵基本方程式的討論離心泵的理論壓頭與葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑的關系當葉片幾何尺寸（b2，β2）與理論流量一定時，離心泵的理論壓頭隨葉輪的轉(zhuǎn)速或直徑的增加而加大。離心泵的理論壓頭與葉片幾何形狀的關系

后彎葉片(β2<90°)，ctgβ2>0。泵的理論壓頭隨流量的增大而減小。2024/1/31

徑向葉片（β2=90°），ctgβ2=0。泵的理論壓頭不隨流量而變化。

前彎葉片(β2>90°)，ctgβ2<0。泵的理論壓頭隨理論流量的增大而增大。2024/1/31離心泵的設計中選用何種形式的葉片合理，請分析。一般都采用后彎葉片2024/1/31圖2-9、與的關系曲線2024/1/313）實際壓頭流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失葉片間的環(huán)流阻力損失沖擊損失2024/1/31三．離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

1．離心泵的性能參數(shù)1）離心泵的流量

離心泵的流量（送液能力）Q

——離心泵在單位時間里所輸送的液體體積，m3/h。與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸及轉(zhuǎn)速等有關，還與其所在管路情況有關。2）離心泵的壓頭離心泵的壓頭（揚程）H——泵對單位重量的液體所提供的有效能量，m。與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和流量等有關。

2024/1/31abc2024/1/31

離心泵的壓頭又稱揚程。必須注意，揚程并不等于升舉高度△Z，升舉高度只是揚程的一部分。

2024/1/313）效率η效率η——有效功率與泵軸功率之比。η大小取決于三方面的損失容積損失ηV：由于泵的泄漏造成的。機械損失ηm:泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間、葉輪蓋板外表與液體之間產(chǎn)生摩擦引起的能量損失水力損失ηh：實際流體在葉片間和泵殼通道內(nèi)流動時損失的機械能2024/1/314）軸功率及有效功率軸功率N：

電機輸入離心泵的功率,單位為J/s,W或kW。有效功率Ne：排送到管道的液體從葉輪獲得的功率軸功率和有效功率之間的關系為：有效功率可表達為

軸功率可直接利用效率計算2024/1/312、離心泵的特性曲線

1）H～Q曲線：離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時可能有例外）2）N～Q曲線：離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小。3）η～Q曲線：隨著流量的增大，泵的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。2024/1/31設計點最佳工況參數(shù)高效區(qū)2024/1/31四、離心泵性能的改變

1、液體性質(zhì)的影響

1）液體密度的影響

與液體密度無關。

與液體的密度無關

H～Q曲線不因輸送的液體的密度不同而變。泵的效率η不隨輸送液體的密度而變。

離心泵的軸功率與輸送液體密度有關。2024/1/312）粘度的影響

當輸送的液體粘度大于常溫清水的粘度時，泵的壓頭減小泵的流量減小泵的效率下降泵的軸功率增大

泵的特性曲線發(fā)生改變，選泵時應根據(jù)原特性曲線進行修正當液體的運動粘度小于20cst時，粘度的影響可不進行修正。2024/1/312、轉(zhuǎn)速對離心泵特性的影響

——比例定律

3、葉輪直徑的影響

1）屬于同一系列而尺寸不同的泵，葉輪幾何形狀完全相似，b2/D2保持不變，當泵的效率不變時，

2024/1/312）某一尺寸的葉輪外周經(jīng)過切削而使D2變小，b2/D2變大

若切削前、后葉輪出口的截面積也可認為大致相等,此時有：

-----切割定律

注意：切割定律只是在葉輪直徑變化不大于20％時才適用。2024/1/31五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

1、氣蝕現(xiàn)象

汽化高壓區(qū)氣泡破裂高速沖擊氣蝕現(xiàn)象:液體流量明顯下降壓頭、效率也大幅度降低避免方法具體措施:安裝高度低于允許的最大值2024/1/312024/1/312、離心泵的允許吸上高度

離心泵的允許吸上高度（允許安裝高度）

Hg

——泵的吸入口與貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離。貯槽液面0-0’與入口處1-1’兩截面間列柏努力方程，2024/1/31若貯槽上方與大氣相通，則P0即為大氣壓強Pa

3、離心泵的允許吸上真空度

——離心泵的允許吸上真空度定義式——允許吸上高度的計算式2024/1/31HS’值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安裝高度Hg越高。HS’隨Q增大而減小確定離心泵安裝高度時應使用泵最大流量下的HS’進行計算若輸送其它液體，且操作條件與上述實驗條件不符時，需對HS’進行校正。

2024/1/314、氣蝕余量

——氣蝕余量定義式——允許吸上高度的計算式將

代入

2024/1/31△h隨Q增大而增大計算允許安裝高度時應取最大流量下的△h值。校正系數(shù)小于1，不在進行校正4、離心泵的實際安裝高度注意事項:a.使用最大額定流量值進行計算b.盡量減少吸入管路的阻力,選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等c.允許安裝高度為負值,應將離心泵安裝于貯槽液面以下.2024/1/31六、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)

1、管路特性曲線與泵的工作點

1）管路特性曲線

管路特性曲線：

流體通過某特定管路時所需的壓頭與液體流量的關系曲線。

2024/1/31式中：上式簡化為

2024/1/31——管路的特性方程2）離心泵的工作點在特定管路中輸送液體時，管路所需的壓頭隨所輸送液體流量Q的平方而變

2024/1/312、離心泵的流量調(diào)節(jié)1）改變出口閥開度——改變管路特性曲線

2024/1/312）改變泵的轉(zhuǎn)速——改變泵的特性曲線2024/1/313、離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)1）串聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺相同型號的離心泵串聯(lián)組合，在同樣的流量下，其提供的壓頭是單臺泵的兩倍

。2024/1/312）并聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)，若其各自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單泵的兩倍。

2024/1/313）離心泵組合方式的選擇

低阻輸送管路----并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路----串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。2024/1/31例：假設某臺離心泵的特性曲線可近似用H=20-2Q2表示，式中H為泵的揚程（m），Q為流量（m3/min）?，F(xiàn)將該泵用于兩敞口容器之間送液，已知單泵使用時流量為1。欲使流量增加50％，試問應將兩泵串聯(lián)還是并聯(lián)使用？兩容器的液位差為10m。解：設管路的特性曲線為He=A+BQ2，根據(jù)已知條件：Q＝0時，He＝10m；當Q＝1時（單泵），H=20-2×12＝18m故管路的特性曲線方程為He=10+8Q22024/1/31由單泵的特性曲線H=20-2Q2得：兩臺相同泵串聯(lián)時的特性曲線H=40-4Q2，兩臺相同泵并聯(lián)時的特性曲線H=20-0.5Q2。因此，將串、并聯(lián)組合的特性曲線方程分別與管路的特性曲線聯(lián)立，可得：串聯(lián)時：Q＝1.58m3/min并聯(lián)時：Q＝1.08m3/min故：欲使流量增加50％，需采用兩泵的串聯(lián)組合。2024/1/311．離心泵的選用

根據(jù)所輸送的流體的性質(zhì)和操作條件，確定泵的類型；確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭選擇泵的型號核算軸功率2．離心泵的安裝和使用

泵的安裝高度啟動前先“灌泵”離心泵應在出口閥門關閉時啟動七、離心泵的選用、安裝與操作

2024/1/31關泵的步驟先關閉泵的出口閥，再停電機

運轉(zhuǎn)時應定