流體流動(dòng)及輸送機(jī)械(3)

1、第一章第一章 流體流動(dòng)及輸送機(jī)械流體流動(dòng)及輸送機(jī)械 (3)教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求(1) (1) 了解流體輸送設(shè)備的分類及應(yīng)用；了解流體輸送設(shè)備的分類及應(yīng)用；(2) (2) 掌握掌握離心泵的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、工作原理、主離心泵的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性參數(shù)、特性曲線、選型的依據(jù)及使用要特性參數(shù)、特性曲線、選型的依據(jù)及使用注意事項(xiàng)；注意事項(xiàng)；第一節(jié)第一節(jié) 概述概述流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械：向流體提供能量的設(shè)備。向流體提供能量的設(shè)備。向向液體液體提供能量的設(shè)備提供能量的設(shè)備泵泵向向氣體氣體提供能量的設(shè)備提供能量的設(shè)備風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及真空泵風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及真空泵流體輸送機(jī)械的分類流體輸送機(jī)械的分類：清水泵清

2、水泵 B B耐腐蝕泵耐腐蝕泵 F F油泵油泵 Y Y雜質(zhì)泵雜質(zhì)泵 P P液體性質(zhì)液體性質(zhì)葉片泵：葉片泵：離心泵離心泵、軸流泵、漩渦泵、軸流泵、漩渦泵往復(fù)式泵：活塞泵、往復(fù)式泵：活塞泵、柱塞泵柱塞泵、隔膜泵、隔膜泵旋轉(zhuǎn)式泵：齒輪泵、旋轉(zhuǎn)式泵：齒輪泵、螺桿泵螺桿泵、滑片泵、滑片泵 工作原理工作原理泵的分類：泵的分類： 葉輪數(shù)目葉輪數(shù)目單級(jí)泵單級(jí)泵多級(jí)泵多級(jí)泵吸液口數(shù)目吸液口數(shù)目單吸泵單吸泵雙吸泵雙吸泵風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)按壓力大小按壓力大小通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)真空泵真空泵 第二節(jié)第二節(jié) 離心泵離心泵食品工廠使用的飲料泵或奶泵食品工廠使用的飲料泵或奶泵一、一、 主要部件和工作原理主要部件和工作原

3、理葉輪泵殼葉輪泵殼1.1.主要部件主要部件（1 1）葉輪）葉輪葉片（葉片（+ +蓋板）蓋板）無(wú)蓋板無(wú)蓋板_開(kāi)式開(kāi)式后蓋板后蓋板-半開(kāi)半開(kāi)前、后蓋板前、后蓋板-閉式閉式 液體入口液體入口中心中心（2 2）泵殼：）泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪泵體的外殼，包圍葉輪截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形（通截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形（通常稱為常稱為蝸殼蝸殼）通道。）通道。出出 口口切線切線（3 3）泵軸：）泵軸： 垂直葉輪面垂直葉輪面 葉輪中心葉輪中心 電機(jī)軸電機(jī)軸2 2 離心泵裝置簡(jiǎn)圖離心泵裝置簡(jiǎn)圖蝸牛形通道；蝸牛形通道；葉輪偏心放；葉輪偏心放；可減少能耗，有利于動(dòng)能可減少能耗，有利于動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。轉(zhuǎn)化為靜壓能。

4、葉輪葉輪泵殼泵殼底閥底閥(防止防止“氣縛氣縛”)濾網(wǎng)濾網(wǎng)(阻攔固阻攔固體雜質(zhì)體雜質(zhì))3 3離心泵的工作原理離心泵的工作原理 液體通過(guò)底閥，由吸入管路進(jìn)入離心泵；液體通過(guò)底閥，由吸入管路進(jìn)入離心泵；（1 1）離心泵工作流程）離心泵工作流程再經(jīng)蝸道壓出管路排出。再經(jīng)蝸道壓出管路排出。經(jīng)葉輪提供能量經(jīng)葉輪提供能量；事先充滿被輸送液體事先充滿被輸送液體（2 2）泵殼的作用）泵殼的作用液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換（動(dòng)能（動(dòng)能靜壓能靜壓能）（3 3）吸上原理與氣縛現(xiàn)象）吸上原理與氣縛現(xiàn)象氣縛氣縛：泵腔內(nèi)充滿空氣時(shí)，不能吸液。：泵腔內(nèi)充滿空氣時(shí)，不能吸液。啟動(dòng)前啟動(dòng)前灌泵、安裝底閥、安裝位置

5、灌泵、安裝底閥、安裝位置。吸上（液）原理：吸上（液）原理：液體高速離開(kāi)葉輪，形成中心低壓。液體高速離開(kāi)葉輪，形成中心低壓。二二 離心泵的性能參數(shù)與離心泵的性能參數(shù)與特性特性曲線曲線1 1離心泵的性能參數(shù)離心泵的性能參數(shù)（1 1）( (葉輪葉輪) )轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n：100010003000rpm3000rpm；2900rpm2900rpm常見(jiàn)。常見(jiàn)。（2 2）( (體積體積) )流量流量V V: :m m3 3/h/h，葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速。，葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速。（3 3）揚(yáng)程揚(yáng)程( (壓頭壓頭)H)H：1 1N N流體通過(guò)泵獲得的機(jī)械能，流體通過(guò)泵獲得的機(jī)械能，J/NJ/Nm m（4 4）軸

6、功率軸功率N N：?jiǎn)挝粫r(shí)間泵軸的從電機(jī)獲得的能量單位時(shí)間泵軸的從電機(jī)獲得的能量有效功率有效功率N Ne e：?jiǎn)挝粫r(shí)間液體從泵獲得的能量單位時(shí)間液體從泵獲得的能量 eNHVgw單位：（5 5）效率）效率 ： = = N Ne e/N/N 100%100%泵的能量損失泵的能量損失: :容積損失，水力損失，機(jī)械損失容積損失，水力損失，機(jī)械損失 容積損失是由于泵的容積損失是由于泵的泄漏泄漏造成的。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)造成的。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通過(guò)葉輪與過(guò)程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通過(guò)葉輪與泵殼之間的泵殼之間的間隙間隙流回吸入口。流回吸入口。 從泵排出的實(shí)際流量要比理論排出

7、流量為低，從泵排出的實(shí)際流量要比理論排出流量為低，其比值稱為容積效率其比值稱為容積效率v v。p容積損失容積損失 原因：機(jī)械損失是泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在原因：機(jī)械損失是泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在軸承、軸封裝軸承、軸封裝置等機(jī)械部件接觸處由于置等機(jī)械部件接觸處由于機(jī)械摩擦機(jī)械摩擦而消耗部分能量。而消耗部分能量。 泵的軸功率大于泵的理論功率（即理論壓頭與理論泵的軸功率大于泵的理論功率（即理論壓頭與理論流量所對(duì)應(yīng)的功率）。理論功率與軸功率之比稱為機(jī)流量所對(duì)應(yīng)的功率）。理論功率與軸功率之比稱為機(jī)械效率械效率h h。p機(jī)械損機(jī)械損失失 離心泵的效率與泵的類型、尺寸、制造精度、離心泵的效率與泵的類型、尺寸、制造精度、液體的流

8、量和性質(zhì)等有關(guān)。一般小型離心泵的效率液體的流量和性質(zhì)等有關(guān)。一般小型離心泵的效率為為50-70%50-70%，大型泵可高達(dá)，大型泵可高達(dá)9090。 原因：水力損失是由于流體流過(guò)葉輪、泵殼時(shí)，原因：水力損失是由于流體流過(guò)葉輪、泵殼時(shí)，由于由于流速大小和方向要改變流速大小和方向要改變，且發(fā)生，且發(fā)生沖擊沖擊，而產(chǎn)生的，而產(chǎn)生的能量損失。能量損失。p水力損失水力損失3(/)V mh/HmNNVHV V/ kw泵的型號(hào)泵的型號(hào)4B204B20 n n2900rpm2900rpm2 2、離心泵的、離心泵的特性曲線特性曲線(P49)表征離心泵性能參數(shù)間的關(guān)系曲線稱為表征離心泵性能參數(shù)間的關(guān)系曲線稱為特性曲

9、線特性曲線。說(shuō)明：說(shuō)明： H HV V曲線，曲線， V V ，H H 。 N NV V曲線：曲線： V V ，N N 。關(guān)閉出口閥時(shí)，軸功率最小，因此關(guān)閉出口閥時(shí)，軸功率最小，因此啟動(dòng)泵時(shí)必須將出口閥啟動(dòng)泵時(shí)必須將出口閥關(guān)閉關(guān)閉。 V V曲線曲線：?。盒 V ， ；大大V V ， maxmax泵的泵的銘牌參數(shù)銘牌參數(shù)為為 maxmax對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)的性能參數(shù)選型時(shí)盡可能達(dá)到選型時(shí)盡可能達(dá)到 max 泵在最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的條件下操作最經(jīng)濟(jì)合理，但實(shí)際上泵在最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的條件下操作最經(jīng)濟(jì)合理，但實(shí)際上泵往往不可能正好在該條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，一般只能規(guī)定一個(gè)工作范泵往往不可能正好在該條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，一般只

10、能規(guī)定一個(gè)工作范圍，稱為圍，稱為泵的高效率區(qū)泵的高效率區(qū)。高效率區(qū)的效率應(yīng)不低于最高效率的。高效率區(qū)的效率應(yīng)不低于最高效率的92%92%。 注意注意：泵在泵在銘牌銘牌上所標(biāo)明的都是上所標(biāo)明的都是最高效率下最高效率下的流量、壓的流量、壓頭和功率。離心泵產(chǎn)品頭和功率。離心泵產(chǎn)品目錄和說(shuō)明書目錄和說(shuō)明書上還常常上還常常注明高效率區(qū)注明高效率區(qū)的的流量、壓頭和功率的范圍等。流量、壓頭和功率的范圍等。泵的高效率區(qū)泵的高效率區(qū)3 3離心泵特性曲線的影響因素離心泵特性曲線的影響因素 （1 1）流體的性質(zhì)：流體的性質(zhì)： 密度：密度： （H H，V V， ）與）與 無(wú)關(guān)，即無(wú)關(guān)，即H HV V、V V曲線不變，

11、但曲線不變，但 P P，P P=P=P/ /0 0粘度：粘度：，（，（H H，V V， ） ; ; N N （查圖）（查圖）工作流體與工作流體與2020清水清水差別大小。差別大小。（2 2） 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速（n n）比例定律比例定律2211VnVn21212nnHH32211NnNn（n n 20%20%以內(nèi)）以內(nèi)）(3)(3) 葉輪直徑葉輪直徑切割定律切割定律2211VDVD21212DDHH32211PDPD（D D在在5 5% %以內(nèi)）以內(nèi)）n=constn=const例例1-10： 離心泵特性曲線的測(cè)定離心泵特性曲線的測(cè)定 采用采用圖圖1-40所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定離心泵的性所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)

12、測(cè)定離心泵的性能。泵的吸入管內(nèi)徑為能。泵的吸入管內(nèi)徑為95mm，排出管內(nèi)，排出管內(nèi)徑為徑為62mm，兩測(cè)壓表盤中心間垂直距離，兩測(cè)壓表盤中心間垂直距離因安裝誤差為因安裝誤差為0.01m，泵的轉(zhuǎn)速為，泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，用，用20的水測(cè)定，測(cè)出流量為的水測(cè)定，測(cè)出流量為6L/s，泵出口處壓強(qiáng)表讀數(shù)為，泵出口處壓強(qiáng)表讀數(shù)為0.15MPa，泵入口處壓強(qiáng)讀數(shù)為泵入口處壓強(qiáng)讀數(shù)為0.031MPa，功率表，功率表測(cè)得電動(dòng)機(jī)所消耗的功率為測(cè)得電動(dòng)機(jī)所消耗的功率為1.5KW，泵由，泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的效率為電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的效率為95%。試求該泵在輸送條件下的壓頭、軸功率和試求該泵在輸

13、送條件下的壓頭、軸功率和效率。效率。P50P50（重點(diǎn)掌握）（重點(diǎn)掌握）解：解：（1 1）設(shè)以兩壓強(qiáng)表連接處所在的界面）設(shè)以兩壓強(qiáng)表連接處所在的界面為為1-11-1和和2-22-2界面，以液面為位能界面，以液面為位能基準(zhǔn)面，在兩界面間列出以基準(zhǔn)面，在兩界面間列出以1N1N液體為液體為基準(zhǔn)的伯努利方程：基準(zhǔn)的伯努利方程：1 21 2221122122222efefpupuzHzHggpuHzHg 120.095m, 0.062ddm312213122244 6 100.85 / , 0.09544 6 101.99 /0.062Vum sdVum sd 測(cè)壓口間的管路很短，忽略流動(dòng)阻力損失，則泵

14、的壓頭為：測(cè)壓口間的管路很短，忽略流動(dòng)阻力損失，則泵的壓頭為：54521.5 10( 3.1 10 ) 1.990.850.0118.63 m 1000 9.812 9.81eH （2 2） 1.5 0.95 1.43 NW（3 3） 3100%6 101000 9.81 18.63100%1.43 100076.7%V gHN 通過(guò)改變閥門的開(kāi)度，可以測(cè)得多組數(shù)據(jù)，通過(guò)改變閥門的開(kāi)度，可以測(cè)得多組數(shù)據(jù)，繪制出離心泵的特性曲線。繪制出離心泵的特性曲線。 五、離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)五、離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)1.1.管路管路特性特性曲線曲線所需外加壓頭所需外加壓頭：1 222112212(J/

15、N=m)22efpupuzHzHgggg 2222epuLuHggdgpg220ug與管路中液體流量無(wú)關(guān)，在輸液高度與管路中液體流量無(wú)關(guān)，在輸液高度和壓力不變的情況下為一和壓力不變的情況下為一常數(shù)常數(shù)，以符，以符號(hào)號(hào)表示表示。若貯槽與受槽的截面都很大，該處若貯槽與受槽的截面都很大，該處流速與管路相比可忽略不計(jì)流速與管路相比可忽略不計(jì). .222482eSLdpuHVggdg 上式表明：在特定管路中輸送液體時(shí)，上式表明：在特定管路中輸送液體時(shí)，所需外加壓頭所需外加壓頭隨隨液體液體流量流量V V的平方的平方而變化，此關(guān)系所描繪的而變化，此關(guān)系所描繪的V V曲線，稱為曲線，稱為管管路特性曲線路特性曲

16、線。22248eSSLpdHVABVgdg A AV VH H管路的特性曲線管路的特性曲線H-VH-V泵的特性曲線泵的特性曲線H-VH-V管路特性曲線管路特性曲線注意：注意：管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件有關(guān)，有關(guān)，而與泵的性能無(wú)關(guān)。而與泵的性能無(wú)關(guān)。高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。 管路特性系數(shù)管路特性系數(shù)B B2 2離心泵的工作點(diǎn)離心泵的工作點(diǎn)管路特性曲線與泵的特性方程聯(lián)立求解，可以得管路特性曲線與泵的特性方程聯(lián)立求解，可以得到同時(shí)符合管路和泵的流量和壓頭，稱為到同時(shí)符合管路和泵的流量和壓頭，稱為

17、離心泵離心泵的工作點(diǎn)的工作點(diǎn)。A Aq qv vH H管路的特性曲線管路的特性曲線泵的特性曲線泵的特性曲線工作點(diǎn)工作點(diǎn)說(shuō)明：說(shuō)明： 工作點(diǎn)：泵的特性曲線和管路的特性曲線的交點(diǎn)工作點(diǎn)：泵的特性曲線和管路的特性曲線的交點(diǎn)工作點(diǎn)確定：工作點(diǎn)確定： a.a.聯(lián)解兩特性方程聯(lián)解兩特性方程; ;b.b.作圖，兩曲線交點(diǎn)。作圖，兩曲線交點(diǎn)。 泵裝于管路泵裝于管路泵供流量泵供流量= =管路得到的流量管路得到的流量泵供壓頭泵供壓頭= =流體得到的壓頭流體得到的壓頭 工作點(diǎn)應(yīng)該在泵的工作點(diǎn)應(yīng)該在泵的高效率區(qū)。高效率區(qū)。3 3離心泵的流量調(diào)節(jié)離心泵的流量調(diào)節(jié) （1 1）調(diào)節(jié)管路特性曲線的位置）調(diào)節(jié)管路特性曲線的位置

18、關(guān)小出口閥關(guān)小出口閥 l le e ， B B H H ，V V 管特線變陡管特線變陡 工作點(diǎn)左上移工作點(diǎn)左上移開(kāi)大出口閥開(kāi)大出口閥 lele ，B B H H ，V V 管特線變緩管特線變緩 工作點(diǎn)右下移工作點(diǎn)右下移改變出口閥開(kāi)度改變出口閥開(kāi)度（2 2）改變泵的特性曲線）改變泵的特性曲線n n 泵泵H HV V曲線上移曲線上移工作點(diǎn)右上移工作點(diǎn)右上移， H H ， V V 車削葉輪直徑車削葉輪直徑D D 泵泵H HV V曲線曲線下移下移改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速2211vvqnqn2211vvqDqD六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度安裝高度安裝高度: :液面到泵入口處的垂直距離液面到泵

19、入口處的垂直距離( (安裝高度：安裝高度：H Hg g) ) 問(wèn)題：安裝高度有無(wú)限制？問(wèn)題：安裝高度有無(wú)限制？0-00-01-11-1截面能量衡算截面能量衡算2012gfppuHHggH Hg g ，則則p p1 1 氣泡進(jìn)入泵體氣泡進(jìn)入泵體汽泡被泵內(nèi)高壓淬滅汽泡被泵內(nèi)高壓淬滅 局部空間局部空間被四周的液體涌入填充被四周的液體涌入填充 撞擊葉片撞擊葉片( (水錘水錘) )汽蝕汽蝕現(xiàn)象現(xiàn)象p p1 1- -被輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓，查表。被輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓，查表。 葉片葉片可能損壞可能損壞 引起泵體振動(dòng)引起泵體振動(dòng) 流體輸送效率大大下降流體輸送效率大大下降安裝高度過(guò)高安裝高度過(guò)高流

20、體到達(dá)入口前發(fā)生氣化流體到達(dá)入口前發(fā)生氣化安裝高度安裝高度 ，汽蝕越嚴(yán)重。汽蝕越嚴(yán)重。如何確定如何確定H Hg g的的上限上限泵的安裝高度泵的安裝高度現(xiàn)象現(xiàn)象泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音；泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音；H H、V V , , 嚴(yán)重時(shí)不送液；嚴(yán)重時(shí)不送液；時(shí)間長(zhǎng)久，水錘沖擊葉輪發(fā)生時(shí)間長(zhǎng)久，水錘沖擊葉輪發(fā)生點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕，損壞葉片，損壞葉片 汽蝕余量汽蝕余量hh是指離心泵入口處，液體的靜壓頭是指離心泵入口處，液體的靜壓頭p p1 1/g /g 與動(dòng)壓頭與動(dòng)壓頭u u1 12 2/2g/2g之和之和超過(guò)超過(guò)液體在操作溫度下的液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭飽和蒸汽壓頭p pv v/g/g的某一最小的某一最小指

21、定值指定值，即，即1 1、汽蝕余量、汽蝕余量NPSHNPSH（h hn n）- -正靜吸入壓頭正靜吸入壓頭2112vppungggh式中式中 h hn n 汽蝕余量，汽蝕余量，m m；查手冊(cè)查手冊(cè)或泵的或泵的說(shuō)明書說(shuō)明書。 p pv v 操作溫度下液體飽和蒸汽壓，操作溫度下液體飽和蒸汽壓，PaPa。2012gfppuHHggg將將代入式代入式則則0vgnfppHhHgg2112vppungggh注意：注意： 為了安全起見(jiàn)，泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比為了安全起見(jiàn)，泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比兩種方法求得的兩種方法求得的HgHg還要低還要低0.5m0.5m以上。以上。七、離心泵的選用七、離心泵的選用1.1.按輸送液體的性質(zhì)不同，確定類型。按輸送液體的性質(zhì)不同，確定類型。（1 1）清水