1、第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械 第一節第一節 概述概述第二節第二節 離心泵離心泵第三節第三節 往復泵往復泵第四節第四節 其他化工用泵其他化工用泵第五節第五節 氣力輸送機械氣力輸送機械 流體在流動過程中將損失部分機械能，只能由高能位流體在流動過程中將損失部分機械能，只能由高能位向低能位處流動。但在多數情況下需將流體由低能位向高向低能位處流動。但在多數情況下需將流體由低能位向高能位處輸送，因而為完成輸送任務必須依靠輸送機械向流能位處輸送，因而為完成輸送任務必須依靠輸送機械向流體補加足夠的機械能。體補加足夠的機械能。 用以輸送液體的機械通稱為用以輸送液體的機械通稱為泵泵 輸送氣體的機械按不同

2、的情況稱為輸送氣體的機械按不同的情況稱為通風機通風機， 鼓風機鼓風機，壓縮機壓縮機，真空泵真空泵等。等。 本章主要介紹常用輸送機械的工作原理和特性，以便本章主要介紹常用輸送機械的工作原理和特性，以便選擇與使用。選擇與使用。 第一節第一節 概述概述一、離心泵作用一、離心泵作用向流體提供能量：用于提高流體勢能（低能位向高能位向流體提供能量：用于提高流體勢能（低能位向高能位輸送流體）和克服管路的阻力損失。輸送流體）和克服管路的阻力損失。 允許汽蝕余量允許汽蝕余量軸功率和效率軸功率和效率壓頭壓頭流量流量轉速轉速銘牌:二、輸送流體所需能量二、輸送流體所需能量 1、管路特性曲線方程、管路特性曲線方程221

3、12212f22pupuZHZHgggg222fVV24248()28()lludHqKqdgd gldKd g2f2uHHggPH：單位重量流體需補加的能量：單位重量流體需補加的能量z11221pK由管路特性決定由管路特性決定 管路特性方程管路特性方程 該式表明了管路中流體的該式表明了管路中流體的 流量與需補加能量的關系流量與需補加能量的關系一般情況下，動能差一項可忽略一般情況下，動能差一項可忽略222fV22uuHHKqggggPP2VHKqgP管路特性曲線管路特性曲線低阻管路低阻管路高阻管路高阻管路Hqv12gP248()ldKd g2、壓頭（、壓頭（揚程揚程）與流量是輸送機械的主要技術

4、指標）與流量是輸送機械的主要技術指標 壓頭He：指輸送機械向單位重量流體提供的有效能量，J/N輸送機械向流體提供的能量He應與管路所需補加能量H相等流體輸送機械在不同流量下壓頭也不同，壓頭與流量的關系由輸送機械本身特性決定，是流體輸送機械的主要技術指標，討論HeqV關系，即確立泵的特性方程是本章的主要內容。 He = H三、流體輸送機械分類三、流體輸送機械分類 按流體性質按流體性質輸送液體泵：離心泵、往復泵輸送氣體機：通風機、鼓風機、壓縮機 按工作原理按工作原理 容積式（正位移式）： 壓縮機、旋轉泵 動力式（葉輪式）：離心泵、軸流泵 1、泵結構、泵結構第二節第二節 離心泵離心泵 葉輪葉輪(1、

5、2、3、4） 向流體做功向流體做功 泵殼泵殼 使動能使動能勢能，是能量轉化裝置勢能，是能量轉化裝置 一、離心泵工作原理一、離心泵工作原理2、旋轉流體的考察方法、旋轉流體的考察方法第一章中只是介紹了流體在第一章中只是介紹了流體在重力場重力場中的能量守恒及轉換中的能量守恒及轉換 流體質點的考察方法：流體質點的考察方法：拉格朗日法及歐拉法拉格朗日法及歐拉法 旋轉流體的考察方法：旋轉流體的考察方法：靜止坐標參照系靜止坐標參照系旋轉坐標參照系旋轉坐標參照系2 2puZgg本節離心泵中是旋轉液體，因而存在著離心力，在中，其重力場離心力則應為位能（ ） 壓強能（） 離心力場勢能（場總勢能）3、離心力場中的機

6、械能守恒、離心力場中的機械能守恒 （1）液體在葉片間的運動）液體在葉片間的運動 u切向速度（流體隨葉輪旋轉具有的速度）切向速度（流體隨葉輪旋轉具有的速度） w相對速度（流體沿葉輪間通道流動，相對于葉輪的速度）相對速度（流體沿葉輪間通道流動，相對于葉輪的速度）C 絕對速度（絕對速度（ 與與 的向量和）的向量和）uwc2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 1（2）離心泵流量：）離心泵流量： 注：注： 出口截面積出口截面積 222br2222sinsincw徑向管口流速徑向管口流速22222222sin2sin2wbrcbrqV11111111sin2sin2wbrcbrqV1112121

7、21cos2uCuCw222222222cos2uCuCw三者關系：三者關系： （余弦定理）（余弦定理） c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 1r2b2u2c2w2旋轉坐標系：葉輪水平放置，葉輪進出口截面列柏氏方程：旋轉坐標系：葉輪水平放置，葉輪進出口截面列柏氏方程：)2(2111guZgp為總勢能，包括常規勢能和離心力場勢能為總勢能，包括常規勢能和離心力場勢能 gw221以相對速度計的動能以相對速度計的動能 （3）機械能守恒）機械能守恒 假定：理想流體無阻力損失、定態流動假定：理想流體無阻力損失、定態流動gwguZgpgwguZgp22222222222121112222212

8、112 22uuwwgggPP1212uu 說明說明： 葉輪通道內，切向速度葉輪通道內，切向速度u與半徑有關與半徑有關 ru21ww 相對速度相對速度 w 與葉片間流道有關，與葉片間流道有關，外緣流道寬，相對速度外緣流道寬，相對速度 w 小。小。122222212112 22uuwwgggPP靜止坐標系：靜止坐標系：離心泵理論壓頭離心泵理論壓頭 2222112221211T21222TpCpCCCZHZHgggggg；（）PP222222211221T2222uuwwCCHggg；（ ）222221211222uuwwgggPP（1）、（2）式表明：離心泵以勢能和動能兩種形式向流體提供能量。對

9、于常用的后彎葉片葉輪， ，而且w1w2，說明提供能量中勢能所占比例更大。2222212122CCuugg離心泵設計:為使HT大，cos1=0，因此使流體從徑向進入葉輪，此時1=90 消去其中w1、w2，得：gCuCuHT111222coscos 故：故： 222Tcosu CHg離心泵理論壓頭離心泵理論壓頭c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 1（1）流量對壓頭的影響）流量對壓頭的影響 由圖可知：由圖可知： 3、離心泵理論壓頭的影響因素、離心泵理論壓頭的影響因素 2222222sinsin2wAwbrqV22222 2222T22222cos2sinsincoscosVVqqwu

10、CrbAHgCuw代入c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 1二式代入上式二式代入上式 中：所以中：所以 TH222TV22uuHq ctgggA902902902THVqgu /22離心泵理論離心泵理論HT - qV圖圖c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 1（2）葉輪形狀對理論壓頭的影響）葉輪形狀對理論壓頭的影響 2290 0 TVctgHq徑向葉輪，與無關2290 0VTctgqH后彎葉輪，2290 0VTctgqH前彎葉輪，222TV22uuHq ctgggA22w2c2u2(a)22w2c2u2(b)2c22w2u2(c)為什么采用后彎葉片？為什么采用后彎葉片

11、？后彎可獲得較高能量利用率理論壓頭 = 勢能 + 動能前彎C2大，動能 雖大，但流體動能經蝸殼部分轉化為勢能過程中，阻力損失也大。為獲得較高的能量利用率，采用后彎葉片。gc22222w2c2u2(a)2221212TCCHggPP（3）液體密度對壓頭的影響）液體密度對壓頭的影響 但是在同一壓頭下，泵進出口的壓差與但是在同一壓頭下，泵進出口的壓差與成正比成正比對對11及及22截面間用柏努利方程截面間用柏努利方程 121212e, ppZZ uuHgg所以 2121eppHppgHeg根據：根據： 222TV22uuHq ctgggA 同一臺泵提供的理論壓頭相同，HT與 無關，p12氣縛：由于沒有

12、灌泵，或泵體密封不嚴，使得泵內存氣，啟動泵后發生吸不上液體的現象。這一現象稱氣縛 ，氣縛現象發生后，泵無液體排出，無噪音、振動。為避免氣縛應灌泵或檢查泵體的密封性。 離心泵啟動時為什么要先灌泵？離心泵啟動時為什么要先灌泵？epgHHp T根據：盡管壓頭為定值，若泵體內有空氣，導致 很小，則也很小，將不能使液體吸入泵內。因此啟動前灌泵，目的使泵內充滿液體，趕走空氣。如不灌泵則易發生氣縛現象。1、泵的有效功率和效率、泵的有效功率和效率 機械損失：機械損失：軸承機械摩擦 MeeVPgq HeaPPHeTH 有效壓頭，低于 qv 實際流量Pe 有效功率 Pa 軸功率，由電機輸入 泵總效率 k水力損失水

13、力損失：流體沖擊形成旋渦，管道沿程阻力 容積損失容積損失：出口液體因縫隙泄漏返回入口 VVkM 二、離心泵特性曲線二、離心泵特性曲線小型水泵：小型水泵： 一般為一般為50 70%，大型泵：大型泵： 可達可達90%以上以上222TV22uuHq ctgggA902902902THVqgu /22離心泵理論離心泵理論HT - qV圖圖a理論壓頭理論壓頭b環流損失環流損失d沖擊損失沖擊損失c阻力損失阻力損失HTqV離心泵有效離心泵有效He - qV圖圖有效壓頭有效壓頭泵的理論壓頭與有效壓頭的關系泵的理論壓頭與有效壓頭的關系 2、離心泵的特性曲線、離心泵的特性曲線 前面討論的前面討論的管路特性曲線，表

14、明的是管路中流體流量管路特性曲線，表明的是管路中流體流量與所需補加能量的關系與所需補加能量的關系管路特性方程管路特性方程2VHKqgPgP高勢能高勢能低勢能流動低勢能流動V1 低阻力管路系低阻力管路系2高阻力管路系統高阻力管路系統0有效壓頭與流量的關系有效壓頭與流量的關系 HeqV效率與流量的關系效率與流量的關系 qV軸功率與流量的關系軸功率與流量的關系 Pa qV 通過實驗測定通過實驗測定 具體測定方法具體測定方法見見p74.74.例例2-1離心泵特性曲線：離心泵特性曲線：離心泵離心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%

15、60%50%40%30%20%0He /mPa kWqV /(m3/h)aPeH離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線 流 量 計 真 空 表 壓 力 表 h0 b c 離心泵的 He、Pa 都與離心泵的 qV有關，它們之間的關系由確定離心泵壓頭的實驗來測定，實驗測出的一組關系曲線：He qV 、 qV、Pa qV 離心泵的特性曲線注意：特性曲線隨轉速而變。各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點 離心泵在一定轉速下有一最高效率點。離心泵在與最高效率點相對應的流量及壓頭下工作最為經濟。與最高效率點所對應的qV、He、Pa值稱為最佳工況參數。離心泵的銘牌上標明的就是指該泵

16、在運行時最高效率點的狀態參數。離心泵離心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0He /mPa kWqV /(m3/h)aPeH離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線思考：1、離心泵啟動和關閉時出口閥門應關閉還是打開，why？離心泵啟動時，應關閉出口閥，使啟動電流最小，以保護電機。停泵前關閉泵的出口閥門是為了防止高壓液體倒流，對泵造成損害。2、離心泵啟動時，出口閥門應關閉，此時qV0時，Pa=0？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。離心泵離心泵n2900r/min30262218

17、1410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0He /mPa kWqV /(m3/h)aPeH離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線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）液體性質的影響）液體性質的影響 密度密度2222sin2cbrqV離心泵的流量 與液體密度無關。 離心泵的壓頭 gcuHT/cos222與液體的密度無關 HeqV曲線不因輸送液體的密度而發生變化，泵的效率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 。aaeVaPP/HgqP，粘度粘度 當輸送液體粘度大于常溫

18、（20）清水的粘度時，阻力損失，HeqV下降急劇。最高效率點處： qV 、 He 、均，Pa。 此時泵的特性曲線發生改變，選泵時應根據原特性曲線進行修正。實驗表明，當輸送液體粘度P1min ，保證PK PV 不發生汽蝕，因此引入實際汽蝕余量NPSH和必需汽蝕余量NPSHr221,minV1kf (1)22kCppuuHNPSHgggg臨界汽蝕余量NPSHr與流量有關，流量越大， NPSHr也越大。按使用過程中可能的最大流量計算。2kf (1)(2rCkCuNPSHNPSHHNPSHg 安全量）NPSH NPSH r +0.5米米 2V112rppuNPSHNPSHggg，3、最大安裝高度、最大

19、安裝高度Hg,max與最大允許安裝高度與最大允許安裝高度Hg 當泵的安裝位置達到某一極限高度時，剛好發生汽蝕現象，這一極限高度稱為泵的最大安裝高度。最大安裝高度， maxgH最大允許安裝高度gHmax 0.3gH，通常將減去（米）作為安全高度的上限稱最大允許安一定量裝高度。00及KK截面間列機械能衡算式 已知 求算 泵廠提供(0)2020max(0 1)(1)0max(0 1)0(0 1)220.5fkkkVkgffkVgfCVgfrppuHHgggppuHHHggppHHNPSHgppHHNPSHg，maxggHH，和的求算0gf (0 1)VppHHNPSHgHgp0K10討論：討論：影響

20、影響Hg的因素的因素Hg越大越有利于使用越大越有利于使用0Vgf (0 1)C2kf (1 k)0.5 0.52ppHHNPSHgNPSHNPSHuHg壓差要大p0 ， pV；流體降溫則PVHg阻力損失要小Hf 0-1，一般d吸d出，以減小進口管直租hf，泵進口管路盡量少用管件閥門以減小進口管路局阻hf 。Hgp0K10例題例題2. 教材教材p96. 習題第習題第2-10題題. (習題習題2-9附圖改為習題附圖改為習題2-10附圖）附圖） g3.5m5.07mH 故不能正常，應將泵下移 1.6 m或塔上升 1.6 m 0maxf (0 1)CVgppHHNPSHgg0Vg0.874.25.07

21、ppH ；則0gf (0 1)r0.5VppHHNPSHgg 作業：作業：P96頁：頁：10五、離心泵的類型與選用五、離心泵的類型與選用離心泵的類型離心泵的類型清水泵 IS（單級單吸） D（多級） Sh（雙吸）耐腐蝕泵 F油泵 Y YS（雙吸）液下泵 FY（工作原理）屏蔽泵 電機葉輪聯為整體，無泄漏泵，也叫無密封泵離心泵的選用（選效率最高的）(1)根據被輸送液體的性質和操作條件確定泵的類型(2)根據具體管路對泵提出的流量和壓頭要求確定泵的型號第三節往復泵第三節往復泵一、往復泵的一、往復泵的基本結構基本結構與與作用原理作用原理通過活塞的往復運動直接以壓強能的形式向液體提供能量。 泵缸，活塞，活門

22、。 曲柄連桿機構帶動023Vq圖圖a 單缸單動往復泵單缸單動往復泵的流量曲線的流量曲線023Vq圖圖b 單缸雙動往復泵單缸雙動往復泵的流量曲線的流量曲線02Vq 三缸單動往復泵三缸單動往復泵的流量曲線的流量曲線流量不均勻性 多缸多缸 壓縮空氣室 二、往復泵的流量調節二、往復泵的流量調節單動泵單動泵1，2： VSVT6060ZqnZFSnq雙動泵雙動泵1，2：VSVT(2)6060Zq nZFf SnqZ泵缸數目 n活塞往復頻率1/min S行程m F活塞截面積 f活塞桿截面積 活塞往復一次壓出體積 VSq參考參考P83P83圖圖2-262-26往復泵的流量計算：流量調節流量調節 往復泵理論流量

23、僅由活塞掃過的體積決定，與管路情況無關，而提供的壓頭只取決于管路情況 正位移特性 注：往復泵壓頭與流量無注：往復泵壓頭與流量無關，離心泵壓頭與流量有關，離心泵壓頭與流量有關，二者存在不同之處。關，二者存在不同之處。特性方程 =常數，與管路無關。 VTqVSVT6060ZqnZFSnqHVq0往復泵的工作點往復泵的工作點離心泵流量調節可通過出口閥門開度大小調節，實質是調節管路特性。而往復泵流量與管路特性無關，不可安裝調節閥，否則可能造成危險（壓強升高）：機件破損或電機燒毀調節：（1）旁路調節，1：總流量不變，主管與旁路之間流量分配改變，不經濟。（2）改變曲柄轉速和活塞行程改變曲柄轉速和活塞行程

24、（改變泵的特性曲線），常用且經濟（改變泵的特性曲線），常用且經濟V1VS 11V2VS22/60/60qZqnnqZqnn第四節第四節 其它化工用泵其它化工用泵 一、非正位移泵一、非正位移泵 1、軸流泵軸流泵：適于壓頭較小，輸液量大 。 一般不設出口閥，通過改 變泵特性曲線調節流量。2、漩渦泵漩渦泵：適于高壓頭，小流量，效率低 二、正位移泵二、正位移泵 1、隔膜泵，隔膜泵，1 輸送腐蝕性液體或懸浮液 ，工作狀態2、計量泵、計量泵 精確輸送流量恒定的液體或比例輸送幾種液體 3、齒輪泵齒輪泵 高壓頭，流量小，用以輸送粘稠液體 4、螺桿泵螺桿泵，1 高粘度液體，效率高于齒輪泵隔膜泵計量泵齒輪泵螺桿泵

25、第五節第五節 氣體輸送機械氣體輸送機械 通風機通風機 鼓風機鼓風機 壓縮機壓縮機 真空泵真空泵（1）體積流量大）體積流量大（2）流速大、阻力損失大）流速大、阻力損失大一、氣體輸送的特點：一、氣體輸送的特點：mgVgmlVl11000 (1000qqqq水空氣若，因為：）2ggVggg22Vgglllllll4101010004d uqduqdudududu經濟流速：；因為（）輸送管路阻力損失輸送管路阻力損失:氣體氣體是液體是液體10100倍倍22glfgflgl:10:122uullhhdd則相差則相差100倍倍 2f2uh局對氣體輸送機械的要求：對氣體輸送機械的要求：（1）高壓頭）高壓頭（阻

26、力損失大造成 ） 離心式或軸流式：流量大，但是壓頭不夠 （2）大流量）大流量（氣體密度小體積大，體積流量大） 氣體輸送機械結構與原理：與流體輸送機械基本相同正位移式：高壓頭，但流量通常小，需大設備二、氣體輸送機械分類：二、氣體輸送機械分類： 一般以出口壓強大小進行分類，或壓縮比（進出口壓強比）（1）通風機：出口壓強15Kpa（表壓），壓縮比11.15 （2）鼓風機：出口壓強15Kpa0.3Mpa（表壓），壓縮比 0.3Mpa（表壓），壓縮比 4（4）真空泵：用于減壓，出口壓力0.1Mpa（表壓） 壓縮比由真空度決定 。1、通風機、通風機 （1）分類 軸流式：排送量大，風壓甚小，用以通風換 氣，

27、不用于輸送氣體（風扇） 離心式：工作原理同離心泵，結構也相同。 （2）離心通風機離心通風機 主要參數：流量qV（風量），全壓PT（風壓），功率和效率 說明：離心泵壓頭以單位重量流體為基準，因次為L ,m通風機壓頭以單位體積氣體為基準，因次為ML-1T-2,Pa（壓強單位因次） 因出口氣速大，動風壓（動能差）不能忽略，不同于離心泵進出口動能差很小，可忽略靜風壓 + 動風壓則2221SK()2TupppPP22212121()()()2uugHg ZZpp風機進出口列機守方程得：22212121()()() 2TTuug ZZppgHPP則全壓：； 看出：212111 () 2 0g ZZZZu（）可以忽略，因為 同時 很小（ ）空氣由大氣進入通風機時，換算：換算： 1.2TTPP注：注： , TTPP試驗狀況實際需要風壓通風機特性曲線測定：通風機特性曲線測定：0.1Mpa，20空氣空氣（ ）31.2 /kg mTPgH