化工原理第二章第一節(jié)

1、2022-4-12第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械 掌握化工中常用的流體輸送機械，特別是離心泵的基本結構、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2022-4-12第第 二二 章章 流體輸送機械流體輸送機械第第 一一 節(jié)節(jié) 液體輸送機械液體輸送機械 2-1-1 離心泵離心泵離心泵的操作原理、構造與類型離心泵的操作原理、構造與類型 離心泵的基本方程式離心泵的基本方程式 離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線線 離心泵性能的改變離心泵性能的改變 離心泵

2、的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度度離心泵的工作點與流量調節(jié)離心泵的工作點與流量調節(jié)2-1-2 其他類型的泵其他類型的泵2022-4-12流體輸送機械流體輸送機械液體輸送機械液體輸送機械 泵泵氣體輸送機械氣體輸送機械離心泵離心泵正位移泵正位移泵往復泵往復泵旋轉泵旋轉泵通風機通風機鼓風機鼓風機壓縮機壓縮機真空泵真空泵2022-4-122-1-1離心泵離心泵 離心泵在化工生產中應用最為廣泛，這是離心泵在化工生產中應用最為廣泛，這是因為離心泵具有以下優(yōu)點因為離心泵具有以下優(yōu)點: :結構簡單，操作容易，便于調節(jié)和自控結構簡單，操作容易，便于調節(jié)和自控; ;流量均勻，效率較高流量均勻，

3、效率較高; ;流量和壓頭的適用范圍較廣流量和壓頭的適用范圍較廣; ;適用于輸送腐蝕性或含有懸浮物的液體。適用于輸送腐蝕性或含有懸浮物的液體。2022-4-12灌泵灌泵葉輪旋轉葉輪旋轉離心力離心力液體壓力、動能增大液體壓力、動能增大泵殼泵殼動能轉變?yōu)殪o壓能動能轉變?yōu)殪o壓能較高靜壓強進入排出管路較高靜壓強進入排出管路葉輪中心真空葉輪中心真空吸入管兩端壓差吸入管兩端壓差液體被吸入液體被吸入離心泵輸送液體離心泵輸送液體葉輪旋轉產生的離心力葉輪旋轉產生的離心力泵內有空氣泵內有空氣真空度小真空度小氣縛（不上量）氣縛（不上量）泵不能吸液泵不能吸液2022-4-12泵殼葉輪吸入口排出口泵軸圖2-1 離心泵裝置

4、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 8-排出口9-排除管 10-調節(jié)閥2022-4-122022-4-122022-4-12作用作用將電動機的機械能傳給液體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使液體的靜壓能和動能都有所提高分類分類 按結構按結構 開式開式閉式閉式半閉式半閉式 按吸液方式按吸液方式 單吸式單吸式雙吸式雙吸式 2022-4-122022-4-122022-4-122022-4-122022-4-12 作用作用a. 匯集液體，作導出液體的通道。匯集液體，作導出液體的通道。b. 使液體的能量發(fā)生轉換，一部使液體的能量發(fā)生轉換，一

5、部 分動能轉變?yōu)殪o壓能。分動能轉變?yōu)殪o壓能。導葉輪導葉輪引導液體在泵殼的通道內平緩的引導液體在泵殼的通道內平緩的改變方向，使能量損失減小，使改變方向，使能量損失減小，使動能向靜壓能的轉換更為有效。動能向靜壓能的轉換更為有效。 2022-4-12作用作用 為了防止高壓液體從泵殼內沿軸的四周而漏出，或者外為了防止高壓液體從泵殼內沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內。界空氣漏入泵殼內。分類分類軸封裝置軸封裝置填料密封填料密封機械密封（端面密封）機械密封（端面密封）2022-4-122022-4-122022-4-122022-4-12單級單級“B” 、雙吸雙吸“Sh” 、多級多級 “D” ）20

6、22-4-12二、離心泵的基本方程式二、離心泵的基本方程式 假設假設 ：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，液體質點沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。限薄，液體質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。下的壓頭稱為理論壓頭，是離心泵所能提供的最大壓頭。 液體質點的運動液體質點的運動 隨葉輪的旋轉運動隨葉輪的旋轉運動 沿葉輪向外的運動沿葉輪向外的運動2022-4-12u1

7、、u2液體與葉輪一起旋轉的速度，方向與所處圓周的液體與葉輪一起旋轉的速度，方向與所處圓周的切線方向一致切線方向一致 111602rnru222602rnru2022-4-12w1、w2液體沿葉片表面運動的相對速度液體沿葉片表面運動的相對速度，方向為液體質點方向為液體質點所處葉片的切線方向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。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。單位重量理想液體獲得的能量，理論壓頭。 單位重量液體由點單位重量液體由點1到點到點2獲得的機械能為獲得的機械能為:cpTHHHgCCgPP22122122022-4-

8、12靜壓能增加項靜壓能增加項HP主要由于兩方面的因素促成：主要由于兩方面的因素促成：液體在葉輪內接受離心力所作的外功液體在葉輪內接受離心力所作的外功21rrFdrdrrrr212)(221222rr22122uu葉輪中相鄰的兩葉片構成自中心向外沿逐漸擴大的液體流道，葉輪中相鄰的兩葉片構成自中心向外沿逐漸擴大的液體流道，部分動能轉化為靜壓能部分動能轉化為靜壓能22221ww 單位重量流體經葉輪后的靜壓能增加為：單位重量流體經葉輪后的靜壓能增加為： gwwguuHP22222121222022-4-12 222212222212122,gccgwwguuHT111212121cos2ucucw根據(jù)

9、余弦定理根據(jù)余弦定理222222222cos2ucucwgcucuHT/ )coscos(111222,1=900，即即cos1=0 gcuHT/cos222, 2022-4-12理論流量理論流量2222,sincbDqTV222222sincosctgcuc)sin(22222,ctgcuguHTTVqbDgctgugu,222222離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉速和直徑、離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉速和直徑、葉輪的幾何形狀間的關系。葉輪的幾何形狀間的關系。 式中：式中：D2葉輪的外徑，葉輪的外徑，m b2葉輪出口寬度，葉輪出口寬度，m2022-4-12理論壓頭與理論流量之間呈

10、線性關系，可表示為：理論壓頭與理論流量之間呈線性關系，可表示為：TVTBqAH,離心泵的理論壓頭與葉輪的轉速和直徑的關系離心泵的理論壓頭與葉輪的轉速和直徑的關系 當葉片幾何尺寸（當葉片幾何尺寸（b2，2）與理論流量一定時，離心泵與理論流量一定時，離心泵的的理論壓頭隨葉輪的轉速或直徑的增加而加大。理論壓頭隨葉輪的轉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離心泵的理論壓頭與葉片幾何形狀的關系 后彎葉片后彎葉片(20 。泵的理論壓頭隨流量的泵的理論壓頭隨流量的增大而減小。增大而減小。 TVTqbDgctguguH,222222,2022-4-12 徑向葉片徑向葉片（2=90） ，c

11、tg2=0 。泵的泵的理論壓頭不隨流理論壓頭不隨流量而變化。量而變化。 前彎葉片前彎葉片(290) ，ctg20 。泵的泵的理論壓頭隨理論流理論壓頭隨理論流量的增大而增大。量的增大而增大。2022-4-12一般都采用后彎葉片一般都采用后彎葉片。302522022-4-12圖2-9 、 與 的關系曲線THPH22022-4-12流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失葉片間的環(huán)流葉片間的環(huán)流阻力損失阻力損失 沖擊損失沖擊損失 2022-4-12三離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線三離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線 離心泵的流量（送液能力）離心泵的流量（送液能力）Q 離心泵在

12、單位時間里所輸離心泵在單位時間里所輸 送的液體體積，送的液體體積，m3/h 。與泵的與泵的結構、尺寸及轉速結構、尺寸及轉速等有關，還與其等有關，還與其所在管路所在管路情況有關。情況有關。離心泵的壓頭離心泵的壓頭 （揚程）（揚程）H 泵對單位重量的液體所提供的泵對單位重量的液體所提供的 有效能量，有效能量，m。與泵的與泵的結構、尺寸、轉速和流量結構、尺寸、轉速和流量等有關。等有關。 2022-4-12abc2022-4-12bcfccbbhgugPZHgugP)(2222bcfbcbchguugPPZH)(222gPPZHbc/ )( 離心泵的壓頭又稱揚程。必須注意，離心泵的壓頭又稱揚程。必須注

13、意，揚程并不等于升舉揚程并不等于升舉高度高度Z Z，升舉高度只是揚程的一部分升舉高度只是揚程的一部分。 2022-4-12效率效率有效功率與泵軸功率之比。有效功率與泵軸功率之比。 大小取決于三方面的損失大小取決于三方面的損失 容積損失容積損失V：由于泵的泄漏造成的。由于泵的泄漏造成的。機械損失機械損失m :泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間、葉輪蓋泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間、葉輪蓋 板外表與液體之間產生摩擦引起的能量損失板外表與液體之間產生摩擦引起的能量損失水力損失水力損失 h：實際流體在葉片間和泵殼通道內流動時損失的實際流體在葉片間和泵殼通道內流動時損失的 機械能機械能 hmV2022-

14、4-12軸功率軸功率N： 電機輸入離心泵的功率電機輸入離心泵的功率, , 單位為單位為J/s, ,W或或kW。有效功率有效功率Ne ： 排送到管道的液體從葉輪獲得的功率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軸功率和有效功率之間的關系為 ：/eNN 有效功率可表達為有效功率可表達為 gQHNe軸功率可直接利用效率計算軸功率可直接利用效率計算/gQHN 2022-4-122 2、離心泵的特性曲線、離心泵的特性曲線 1）HQ曲線曲線：離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降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）（流量很小時可能有例外）2）NQ曲線曲線：離心泵的

15、軸功率隨流量的增加而上升，流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。量為零時軸功率最小。3）Q曲線曲線：隨著流量的增大，泵的效率將上升并達到隨著流量的增大，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。一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。2022-4-12設計點最佳工況參數(shù)高效區(qū)2022-4-12四、離心泵性能的改變四、離心泵性能的改變 1 2222sin2cbrQT與液體密度無關。與液體密度無關。 gcuHT/cos222,與液體的密度無關與液體的密度無關 HQ曲線不因輸送的液體的密度不同而變曲線不因輸送的液體的密度不同而變 。泵的效率泵的效率不隨輸送液體的

16、密度而變。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離心泵的軸功率與輸送液體密度有關 。/gQHN 2022-4-12 當輸送的液體粘度大于常溫清水的粘度時，當輸送的液體粘度大于常溫清水的粘度時，泵的泵的壓頭減小壓頭減小泵的泵的流量減小流量減小泵的泵的效率下降效率下降泵的泵的軸功率增大軸功率增大 泵的特性曲線發(fā)生改變，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當液體的運動粘度小于2020cstcst時，粘度的影響可不進行修正。時，粘度的影響可不進行修正。2022-4-12nnQQ2)(nnHH3)(nnNN比例定律比例

17、定律 1 1）屬于同一系列而尺寸不同的泵，葉輪幾何形狀完全相）屬于同一系列而尺寸不同的泵，葉輪幾何形狀完全相似，似，b2/D2保持不變，當泵的效率不變時，保持不變，當泵的效率不變時， 322)(DDQQ222)(DDHH522)(DDNN2022-4-122 2）某一尺寸的葉輪外周經過切削而使）某一尺寸的葉輪外周經過切削而使D2變小，變小，b2/D2變大變大 若切削前、后葉輪出口的截面積也可認為大致相等若切削前、后葉輪出口的截面積也可認為大致相等, , 此時有：此時有： 22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN-切割定律切割定律 注意：切割定律只是在葉輪直徑變化不大于注意：切割定律只是

18、在葉輪直徑變化不大于20時才適用。時才適用。2022-4-12五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度 VKpp 汽化汽化 高壓區(qū)高壓區(qū)氣泡破裂氣泡破裂高速沖擊高速沖擊氣蝕氣蝕現(xiàn)象現(xiàn)象:液體流量明顯下降液體流量明顯下降 壓頭、效率也大幅度降低壓頭、效率也大幅度降低 避免方法避免方法VKpp具體措施具體措施: 安裝高度低于允許的最大值安裝高度低于允許的最大值2022-4-122022-4-12 離心泵的允許吸上高度（允許安裝高度）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泵的吸入口與貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離。直距離。

19、貯槽液面貯槽液面0-0與入口處與入口處1-1兩截面間列柏努力方程，兩截面間列柏努力方程， 1021102fHgugppHg2022-4-12若貯槽上方與大氣相通，則若貯槽上方與大氣相通，則P0即為大氣壓強即為大氣壓強Pa 102112faHgugPPHg gppHaS/ )(1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定義式10212fSHguHHg2022-4-12HS值越大值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安安裝高度裝高度Hg越高。越高。 HS隨隨Q增大而減小增大而減小確定離心泵安裝高度時應使用泵確定離心泵安裝高度時應使用泵最大流量

20、最大流量下的下的HS進行計算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，需若輸送其它液體，且操作條件與上述實驗條件不符時，需對對HS進行校正。進行校正。 1000)24. 01081. 9()10(3vaSSPHHH2022-4-12 gpgugphv2211100fvgHhgpgpH將將 gpgugphv2211代入代入 1021102fgHgugppH2022-4-12h隨隨Q增大而增大增大而增大計算允許安裝高度時應取計算允許安裝高度時應取最大流量最大流量下的下的h值值。校正系數(shù)小于校正系數(shù)小于1 1，不在進行校正，不在進行校正mHHgg) 15 . 0(實注意事項注意事項:a

21、. 使用使用最大額定流量值最大額定流量值進行計算進行計算b. 盡量減少吸入管路的阻力盡量減少吸入管路的阻力, 選用較大的吸入管路，減少吸選用較大的吸入管路，減少吸 入管路的彎頭、閥門等入管路的彎頭、閥門等 c. 允許安裝高度為允許安裝高度為負值負值 , 應將離心泵安裝于貯槽應將離心泵安裝于貯槽液面以下液面以下 . 2022-4-12六、六、離心泵的工作點與流量調節(jié)離心泵的工作點與流量調節(jié) 管路特性曲線：管路特性曲線： 流體通過某特定流體通過某特定管路時所需的壓管路時所需的壓頭與液體流量的頭與液體流量的關系曲線。關系曲線。 2022-4-12feHgugpzH22Kgpz式中：式中：022gu上

22、式簡化為上式簡化為 feHKH)21()4)(220gdQdllHcefBgddllce4201)(2022-4-122BQKHe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量Q的平方而變的平方而變 2022-4-12改變管路特性曲線改變管路特性曲線 2022-4-122022-4-12 兩臺相同型號的兩臺相同型號的離心泵串聯(lián)離心泵串聯(lián)組合，在同樣的流量下，其提組合，在同樣的流量下，其提供的供的壓頭是單臺泵的兩倍壓頭是單臺泵的兩倍 。2022-4-12 兩臺相同型號的兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)離心泵并聯(lián)，若其各自有相同的吸入管，若其各

23、自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單泵的兩倍流量為單泵的兩倍。 2022-4-123 3）離心泵組合方式的選擇）離心泵組合方式的選擇 低阻輸送管路低阻輸送管路-并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路高阻輸送管路-串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。2022-4-12例：假設某臺離心泵的特性曲線可近似用例：假設某臺離心泵的特性曲線可近似用H=20-2Q2表表示，式中示，式中H為泵的揚程（為泵的揚程（m），），Q為流量（為流量（m3/min）。）?，F(xiàn)將該泵用于兩敞口容器之間送液，已知單泵使用時現(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流量為1。欲使

24、流量增加。欲使流量增加50，試問應將兩泵串聯(lián)還是，試問應將兩泵串聯(lián)還是并聯(lián)使用？兩容器的液位差為并聯(lián)使用？兩容器的液位差為10m。解：設管路的特性曲線為解：設管路的特性曲線為He=A+BQ2，根據(jù)已知條件：根據(jù)已知條件： Q0時，時，He10m；當當Q1時（單泵），時（單泵）， H=20-21218m故管路的特性曲線方程為故管路的特性曲線方程為 He=10+8Q22022-4-12由單泵的特性曲線由單泵的特性曲線H=20-2Q2得：得：兩臺相同泵串聯(lián)時的特性曲線兩臺相同泵串聯(lián)時的特性曲線 H=40-4Q2，兩臺相同泵并聯(lián)時的特性曲線兩臺相同泵并聯(lián)時的特性曲線 H=20-0.5Q2。 因此，將串

25、、并聯(lián)組合的特性曲線方程分別與因此，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：管路的特性曲線聯(lián)立，可得： 串聯(lián)時：串聯(lián)時：Q1.58m3/min 并聯(lián)時：并聯(lián)時： Q1.08m3/min故：欲使流量增加故：欲使流量增加50，需采用兩泵的串聯(lián)組合。，需采用兩泵的串聯(lián)組合。2022-4-12 根據(jù)所輸送的流體的性質和操作條件，確定泵的類型；根據(jù)所輸送的流體的性質和操作條件，確定泵的類型； 確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭 選擇泵的型號選擇泵的型號 核算軸功率核算軸功率 泵的安裝高度泵的安裝高度 啟動前先啟動前先“灌泵灌泵” 離心泵應在出口閥門關閉時啟動離心泵應在出口閥門關閉時啟動 七、離心泵的選用、安裝與操作七、離心泵的選用、安裝與操作 2022-4-12關泵的步驟關泵的步驟 先關閉泵的出口閥，再停電機先關閉泵的出口閥，再停電