流體輸送機教學(xué)課程

流體輸送機械

一.概述為了將流體從一處送到另一處，不論是提高其位置高度或增加其壓強，還是克服管路的沿程阻力，都需要向流體施加外部機械能。流體輸送機械就是向流體作功,把原動機的機械能轉(zhuǎn)化為被輸送流體的能量，以提高其機械能的裝置。

1.輸送機械的用途及分類補充能量：將流體從一處輸送到另一處提高壓強：給流體加壓造成設(shè)備真空：給流體減壓泵：輸送和提升液體的流體機械。風(fēng)機：輸送和提升氣體（空氣或煙氣）并提高氣體能量的流體機械。2.輸送機械應(yīng)滿足生產(chǎn)要求滿足工藝上對流率和能量的要求。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，投資費用低。運行可靠，操作效率高，日程操作費用低。能適應(yīng)被輸送流體的特性，其中包括粘性、腐蝕性、毒性、可燃性、爆炸性、含固體雜質(zhì)等。3.泵與風(fēng)機的分類分類原理例特點葉片式利用軸帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉片與被輸送的流體發(fā)生力的作用，使流體的壓能和動能增加。離心泵軸流泵效率高、啟動迅速、工作穩(wěn)定、容易調(diào)節(jié)

容積式利用工作室容積周期性的變化，以增加流體的機械能，達(dá)到輸送流體的目的。活塞泵齒輪泵其他類型如利用流體射流為動力的射流泵二.離心泵

1.離心泵的基本結(jié)構(gòu)離心泵主要由葉輪、泵殼等組成，由若干彎曲葉片組成的葉輪緊固在泵軸上安裝在蝸殼形的泵殼內(nèi)。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連，側(cè)旁的排出口與排出管路連接。

2.離心泵的工作原理泵殼內(nèi)灌滿所輸送的液體電機→泵軸旋轉(zhuǎn)→葉輪旋轉(zhuǎn)→葉片間的液體旋轉(zhuǎn)→受離心力的作用使液體向葉輪外緣作徑向運動。流體通過葉輪獲得了能量，并以15～25m/s的速度進入泵殼。

在蝸殼中由于流道的逐漸擴大，又將大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強，使壓強進一步提高，最終以較高的壓強沿切向進入排出管道，實現(xiàn)輸送的目的，此即為排液原理。當(dāng)液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心處形成了低壓。在液面壓強與泵內(nèi)壓強差的作用下，液體經(jīng)吸入管路進入泵的葉輪內(nèi)，以填補被排除液體的位置，此即為吸液原理。只要葉輪旋轉(zhuǎn)不停，液體就被源源不斷地吸入和排出，這就是離心泵的工作原理。

若離心泵在啟動前泵殼內(nèi)不是充滿液體而是空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心區(qū)形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，此時雖啟動離心泵但不能夠輸送液體，這種現(xiàn)象稱作氣縛。表示離心泵無自吸能力。因此在啟動泵前一定要使泵殼內(nèi)充滿液體。通常若吸入口位于貯槽液面上方時，在吸入管路中安裝一單向底閥和濾網(wǎng)，以防止停泵時液體從泵內(nèi)流出和吸入雜物。3.離心泵的主要部件(1)葉輪:它通常由6～12片后彎葉片所組成，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途分為開式、半開式和閉式三種。閉式葉輪：適于輸送較清潔的流體，輸送效率高，一般離心泵多采用這種葉輪。半開式葉輪(半閉式葉輪)：適于輸送含小顆粒的溶液，輸送效率低。開式葉輪：適于輸送含大顆粒的溶液，效率低。

(2)泵殼泵殼亦稱為蝸殼、泵體，構(gòu)造為蝸牛殼形，其作用是將葉輪封閉在一定空間內(nèi)，匯集引導(dǎo)液體的運動，并將液體的大部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。這是因為隨葉輪旋轉(zhuǎn)方向，葉輪與泵殼間的通道截面逐漸擴大至出口時達(dá)到最大，使能量損失減少的同時實現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化。為了減少由葉輪外緣拋出的液體與泵殼的碰撞而引起能量損失，有時在葉輪與泵殼間還安裝一固定不動而帶有葉片的導(dǎo)輪以引導(dǎo)液體的流動方向。(3)軸封裝置在泵軸伸出泵殼處，轉(zhuǎn)軸和泵殼間存有間隙，在旋轉(zhuǎn)的泵軸與泵殼之間的密封，稱為軸封裝置。其作用是防止高壓液體沿軸泄漏，或者外界空氣以相反方向漏入。常用的有填料密封和機械密封。填料密封裝置：由填料函殼、軟填料和填料壓蓋構(gòu)成，軟填料為浸油或涂石墨的石棉繩，將其放入填料函與泵軸之間，將壓蓋壓緊迫使它產(chǎn)生變形達(dá)到密封。機械密封裝置：由裝在泵軸上隨之轉(zhuǎn)動的動環(huán)和固定在泵殼上的靜環(huán)組成，兩環(huán)形端面由彈簧力使之緊貼在一起達(dá)到密封目的。動環(huán)用硬質(zhì)金屬材料制成，靜環(huán)一般用浸漬石墨或酚醛塑料等制成。機械密封的性能優(yōu)良，使用壽命長。部件的加工精度要求高，安裝技術(shù)要求比較嚴(yán)格，價格較高。用于輸送酸、堿、鹽、油等密封要求高的場合。4.離心泵的性能參數(shù)為了正確地選擇和使用離心泵，就必須熟悉其工作特性和它們之間的相互關(guān)系。反映離心泵工作特性的參數(shù)稱為性能參數(shù)，主要有轉(zhuǎn)速、流量、揚程、軸功率和效率、氣蝕余量等。離心泵一般由電機帶動，因而轉(zhuǎn)速是固定的，其性能參數(shù)通常在離心泵的銘牌或樣本說明書中標(biāo)明，以供選用時參考。流量：離心泵在單位時間內(nèi)排出的液體體積，用Q表示，單位為m3／h。離心泵的流量與其結(jié)構(gòu)、尺寸(葉輪直徑和寬度)、轉(zhuǎn)速、管路情況有關(guān)。揚程：指離心泵對單位重量的液體所提供的有效能量，用H表示，單位為m。泵的揚程與泵的結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)速、流量等有關(guān)。對于一定的泵和轉(zhuǎn)速，揚程與流量間有一定的關(guān)系。揚程的值由實驗測定。效率：指泵軸對液體提供的有效功率與泵軸轉(zhuǎn)動時所需功率之比，稱為泵的總效率，用η表示，恒小于100%。它的大小反映泵在工作時能量損失的大小?？傂剩盒”茫害?50～70％大泵：η>90％離心泵的能量損失主要包括：(1)容積損失：由于泵的泄漏、液體的倒流等所造成，使得部分獲得能量的高壓液體返回去被重新作功而使排出量減少浪費的能量。容積損失用容積效率ηV表示。(2)機械損失：由于泵軸與軸承間、泵軸與填料間、葉輪蓋板外表面與液體間的摩擦等機械原因引起的能量損失。機械損失用機械效率ηm表示。(3)水力損失：由于液體具有粘性，在泵殼內(nèi)流動時與葉輪、泵殼產(chǎn)生碰撞、導(dǎo)致旋渦等引起的局部能量損失。水力損失用水力效率ηh表示。5.離心泵的特性曲線在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率隨流量的變化關(guān)系稱為特性曲線。它反映泵的基本性能的變化規(guī)律，可做為選泵和用泵的依據(jù)。各種型號離心泵的特性曲線不同，但都有共同的變化趨勢。揚程一般隨流量增大而下降(流量極小時可例外)。軸功率隨流量增大而增大，流量為零時軸功率最小。因而啟動離心泵時應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動電流減小，保護電機，待運轉(zhuǎn)正常后再開啟閥門,調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)牧髁俊Ｐ孰S流量增大而上升，達(dá)到一最大值后隨流量增加而下降。說明在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵存在一最高效率點，稱為設(shè)計點。離心泵在與最高效率點相對應(yīng)的Q和H下工作最為經(jīng)濟，效率最高點對應(yīng)的參數(shù)Q、H、N稱為最佳工況參數(shù)(泵銘牌所標(biāo)出即指此)。在選用離心泵時應(yīng)使其在該點附近工作，一般規(guī)定一個工作范圍，稱為高效區(qū)，為最高效率的92%左右。三.離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)據(jù)離心泵特性曲線知離心泵的工作運行范圍很大，但實際工作時的運行狀況要受到管路的制約，因為泵是安置在管路上工作的。因此要了解其工作狀況，就必須了解管路的工作特性以及和泵特性之間的關(guān)系。1.管路特性曲線管路特性曲線反映的是在特定的管路中，液體所需揚程(He)與流量(Qe)的關(guān)系。這種關(guān)系只與管路的布置條件有關(guān)，而與泵的性能無關(guān)。11‘22‘2.離心泵的工作點當(dāng)離心泵安裝在一管路中時，泵所提供的揚程與流量，必然和管路所要求的壓頭與流量相一致才能工作，因此同時滿足管路特性和泵特性的點稱為泵的工作點。在H-Q圖中即為管路特性曲線和泵特性曲線的交點M，M點表示了離心泵在特定管路中實際能輸送的流量和提供的揚程。H=HeQ=QeH=QHe=QeMHQ3.離心泵的流量調(diào)節(jié)當(dāng)選好的泵在管路提供的流量符要求或者生產(chǎn)任務(wù)變動時需進行流量調(diào)節(jié)，其實質(zhì)是改變泵的工作點。由于泵的工作點由兩條特性曲線所決定，因而改變其中之一或者同時改變即可實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。QMHQQ1M1（1）改變閥門開度通過改變管路特性曲線來改變泵的工作點。方法是在泵出口管路上裝一調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度，將改變管路的局部阻力，從而使管路特性曲線發(fā)生變化，導(dǎo)致泵的工作點隨之變化。如閥門關(guān)小時，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由M上移至M1點，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。優(yōu)點：調(diào)節(jié)流量，簡便易行，可連續(xù)變化缺點：關(guān)小閥門時增大了流動阻力，額外消耗了部分能量，經(jīng)濟上不夠合理。(2)改變泵的轉(zhuǎn)速

改變泵的轉(zhuǎn)速，實質(zhì)是改變泵特性曲線。泵轉(zhuǎn)速增加，泵特性曲線上移，工作點隨之由M上移至M1，流量由Q增大到Q1。優(yōu)點：較經(jīng)濟，無額外能量損失，缺點：因需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，故改變困難，且難以做到連續(xù)調(diào)節(jié)，一般很少采用。MQHQQ1M14.離心泵的組合操作

組合方式為：串聯(lián)和并聯(lián)（1）離心泵的串聯(lián)組合操作當(dāng)單臺泵達(dá)不到壓頭要求時，采用串聯(lián)組合。串聯(lián)泵的流量和壓頭由工作點決定

QHH1QQ串H串2（2）離心泵的并聯(lián)組合操作

當(dāng)單臺泵達(dá)不到流量要求時，采用并聯(lián)組合。并聯(lián)泵的實際流量和壓頭由工作點決定QHQH1Q并H并2（3）離心泵組合方式的選擇

如何選擇組合方式，還與管路特性有關(guān)，一般：當(dāng)單泵壓頭遠(yuǎn)達(dá)不到要求時，必須采用串聯(lián)；在某些情況下，并串聯(lián)都可提高流量和壓頭，這時與管路特性有關(guān)。對低阻型輸送管路1，并聯(lián)組合優(yōu)于串聯(lián)組合，即并聯(lián)可獲得更高的流量和壓頭，選并聯(lián)；對高阻型輸送管路2，串聯(lián)組合優(yōu)于并聯(lián)組合，即串聯(lián)可獲得更高的流量和壓頭，選串聯(lián)。

單串單并QH125.離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度（1）氣蝕現(xiàn)象離心泵在葉輪入口處壓強最低，壓強愈低愈容易吸液。當(dāng)該處壓強小于或等于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(p≤pv)液體將部分汽化，形成大量的蒸汽泡。這些氣泡隨液體進入葉輪后，由于壓強的升高將受壓破裂而急劇凝結(jié)。氣泡消失產(chǎn)生的局部真空，使周圍的液體以極高的速度涌向原氣泡處，產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力，致使金屬表面腐蝕疲勞而受到破壞。由于氣泡產(chǎn)生、凝結(jié)而使泵體、葉輪腐蝕損壞加快的現(xiàn)象，稱為氣蝕。氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時，將使泵體振動發(fā)出噪音；金屬材料損壞加快，壽命縮短；泵的流量、壓頭等下降。嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)斷流，不能正常工作。為避免氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，必須在操作中保證泵入口處的壓強大于輸送條件下液體的飽和蒸汽壓，這就要求泵的安裝高度不能太高，應(yīng)有一限制。（2）允許吸上真空度為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)使葉片入口處最低壓強大于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓。泵入口處允許的最低絕對壓強，以p1表示。習(xí)慣上常把p1表示為真空度，并以被輸送液體的液柱高度為計量單位，稱為允許吸上真空度，以HS′表示。（3）離心泵的安裝高度指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可達(dá)到的最大垂直距離。Hg11‘00‘四.離心泵的類型與選用1.離心泵的類型

按被輸送液體性質(zhì)分水泵耐腐蝕泵油泵雜質(zhì)泵單吸泵雙吸泵按吸入方式分單級泵多級泵按葉輪數(shù)目分分（1）水泵：用于輸送工業(yè)用水，鍋爐給水，地下水及物理、化學(xué)性質(zhì)與水相近的清潔液體。（2）耐腐蝕泵：用于輸送酸、堿、鹽等腐蝕性液體。（3）油泵：用于輸送具有易燃易爆的石油化工產(chǎn)品。（4）雜質(zhì)泵：用于輸送懸浮液及稠厚的漿液2.離心泵的選擇（1）根據(jù)輸送液體性質(zhì)以及操作條件來選定泵類型。液體性質(zhì)：密度、粘度、腐蝕性等操作條件：壓強－影響壓頭溫度－影響泵的允許吸上高度（2）計算管路系統(tǒng)所需He、Qe。（3）根據(jù)He、Qe查泵樣本表或產(chǎn)品目錄中性能曲線或性能表，確定規(guī)格。注意：①應(yīng)使流量和壓頭比實際需要多10～15％余裕量； ②考慮到生產(chǎn)的變動，按最大量選取； ③應(yīng)使泵在高效區(qū)內(nèi)工作，選好后列出該泵的性能參數(shù)H、Q、N、η、n、Hs等。（4）校核軸功率。3.離心泵的安裝、使用和維護

（1）泵的實際安裝高度應(yīng)小于計算安裝高度，以免出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象和吸不上液體，并按要求固定在基座上；（2）啟動前須向泵內(nèi)灌滿被輸送液體，以防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，并檢查泵軸轉(zhuǎn)動是否靈活；（3）啟動時應(yīng)關(guān)閉出口閥門，啟動后先打開進口閥，待運行平穩(wěn)后，緩緩開啟出口閥。防止軸功率突然增大，損壞電機；（4）停泵時先關(guān)閉出口閥，再關(guān)閉進口閥，然后停車；（5）運轉(zhuǎn)過程定時檢查密封泄漏，電機發(fā)熱，潤滑注油等問題。五.其它類型液體輸送機械1.往復(fù)泵往復(fù)泵是一種典型的容積式輸送機械。主要用于小流量，高壓強的場合，輸送高粘度液體時效果比離心泵好。不能用于腐蝕性流體及有固體粒子的懸浮液的輸送。Qθ2.計量泵計量泵是往復(fù)泵的一種形式，它的傳動裝置是通過偏心輪把電機的旋轉(zhuǎn)運動變成柱塞的往復(fù)運動。偏心輪的偏心距是可調(diào)的，用來改變柱塞的沖程，這樣就可以達(dá)到嚴(yán)格地控制和調(diào)節(jié)流量的目的。計量泵通常用于要求精確而且便于調(diào)整的場合。3.隔膜泵實際上是柱塞泵，其結(jié)構(gòu)特點是借彈性薄膜將被輸送液體與活柱隔開，從而使得活柱和泵缸得以保護。彈性薄膜采用耐腐蝕橡膠或金