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化工原理流体输送解析

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化工原理(第四版)谭天恩-第二章-流体输送机械

化工原理(第四版)谭天恩-第二章-流体输送机械

注意安全防护
在操作流体输送机械时，应注意安全防护 ，穿戴好防护用品，避免发生意外事故。
THANKS
感谢观看
高效节能设计
优化流体输送机械的结构和运行方式，降低能耗，提高能效比。
减少排放
采取有效的措施减少流体输送机械在运行过程中产生的污染物排放， 如采用密封性能好的机械部件、回收利用排放的余热等。
环保材料
选择对环境友好的材料和润滑剂，减少对环境的污染。
资源循环利用
对流体输送机械中的可回收利用部分进行回收再利用，减少资源浪费 。
化工原理(第四版)谭 天恩-第二章-流体 输送机械
目录
• 流体输送机械概述 • 离心泵 • 其他类型的泵 • 流体输送机械的性能比较与选用 • 流体输送机械的维护与故障处理
01
CATALOGUE
流体输送机械概述
流体输送机械的定义与分类
定义
流体输送机械是用于将流体从一 个地方输送到另一个地方的机械 设备。
05
CATALOGUE
流体输送机械的维护与故障处理
流体输送机械的日常维护与保养
定期检查
对流体输送机械进行定期检查，确保其正 常运转，包括检查泵、管道、阀门等部件
是否完好无损，润滑系统是否正常等。
清洗与清洁
定期对流体输送机械进行清洗，清除残留 物和污垢，保持机械内部的清洁，防止堵 塞和腐蚀。
更换磨损部件
流体输送机械的应用
工业生产
在化工、石油、制药等领 域，流体输送机械广泛应 用于原料、半成品和成品 的输送。
能源与环保
流体输送机械在燃煤、燃 气等能源输送以及通风、 除尘等环保领域也有广泛 应用。
城市供暖与空调
在集中供暖和空调系统中 ，流体输送机械用于将热 源或冷源输送到各个用户 。

化工原理第二章 流体输送机械

化工原理第二章 流体输送机械

3、适应被输送流体的特性
二、 流体输送机械的分类
输送液体——泵
1、流体根据输送介质不同
输送气体——风机或压缩机
动力式
2、根据工作原理不同 容积式
流体作用式
离心泵的外观
第一节 离心泵
一、 离心泵的工作原理和基本结构
1、离心泵的主要构造： （1）叶轮 ——叶片（+盖板）
1）叶轮
a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
一般都采用后弯叶片。2=25-30o
（4）理论流量
当离心泵确定，其β2、b2、D2一定，
当转速一定时，理论压头和流量呈直 线关系，
H A BqT
采用后弯叶片。2<90o，B>0，因此，H随q增大而减小。
3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流 体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
H e K Bqv2 ——管路特性方程
对于气体输送系统，由于 常数 ，列伯努利方程以单位
体积为基准
HT
gZ
P
u 2 2
gH f
由于气体密度较小，位风压 gZ 一项一般可以忽略。
2、管路系统对输送机械的其他性能要求
1、结构简单，重量轻，投资费用低
2、运行可靠，操作效率高，日常操作费用低
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
实际压头和流量关系： H A BqT2
二、离心泵的主要性能参数和特性曲线
1、离心泵的主要性能参数
流量 q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 压头 H，泵对单位重量流体提供的有效能量（扬程），m。 轴功率和效率p，电机输入离心泵的功率，单位W 或kW。 允许汽蚀余量 △h，泵抗气蚀性能参数，m 。

化工原理第二章-流体输送机械

化工原理第二章-流体输送机械

w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
c2 c2
c2
uuu222
前径后弯向弯叶叶叶片片片
3) 理论流量
H T
u22 g
u2ctg2 gD2b2
若离心泵的几何尺寸（b2、D2、β2）和转速n一定，则式可表示
为
表示HT∞与QT呈线性关系，该直线的斜率与叶 片形状β2有关，即 β2>90°时，B<0, HT∞随QT的增加而增大。 β2=90°时，B=0, HT∞与QT的无关。 β2<90°时，B>0, HT∞随QT的增加而减少。
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。
N Ne
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直
接由泵的流量和扬程求得
Ne = HgQρ
N QH 102
电机
泵
2. 离心泵特性曲线及其换算
用20C清水测定
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线
QgH
N
由图可见： Q，H ，N，
有最大值。
思考： ➢ 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ ➢为什么Q＝0时，N0？
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
1）液体性质的影响 （1）密度:
思考：泵壳的主要作用是什么？
①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵 壳之间的密封。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。

《化工原理》第二章流体输送

《化工原理》第二章流体输送

聊城大学东昌学院化生系
泵性能实验装臵示意图
聊城大学东昌学院化生系
2.1.3 离心泵的安装高度与气蚀现象 一、离心泵的安装高度 液面较低的液体能被吸入泵的进 口，是由于叶轮将液体从中央甩向 外周，在叶轮中心进口处形成负压 （真空），从而在液面与叶轮进口 之间形成一定的压差，液体籍此压 差被吸入泵内。现在的问题是离心 泵的安装高度Hg。 离心泵的安装高度 Hg p0 0-0
汽蚀现象产生的原因


安装高度太高；
被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； 吸入管路阻力或压头损失太高。
为避免汽蚀现象发生: ① 泵的安装位臵不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被 输送液体的饱和蒸汽压pv; ② 可采取p0↑；
③ ∑hf(0-k)↓。
聊城大学东昌学院化生系
三、安装高度Hg 在o-o与k-k截面间列伯努利方程
2、湍流时的速度分布(不作考虑)
聊城大学东昌学院化生系
第二章 流体输送
聊城大学东昌学院化生系
流体分为液体和气体。
通常，将输送液体的机械称为泵； 将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、 鼓风机、压缩机和真空泵。 流体输送机械按工作原理分为： 动力式（叶轮式）：离心式、轴流式 容积式（正位移式）：往复式、旋转式
聊城大学东昌学院化生系
2.离心泵的主要部件
以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地
工作，还需其它的辅助部件： 底阀（单向阀）：当泵体安装位臵高于贮槽液面时，常装
有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流
到贮槽中。 滤网：防止液体中杂质进入泵体。
聊城大学东昌学院化生系
2.1.2 离心泵的性能参数与特性曲线 1．离心泵的主要性能参数

化工原理课件第2章：流体输送

化工原理课件第2章：流体输送
3. 离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、 阀门等管件，以减少吸入管路的阻力损失。
4. 当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现[Hg]为负的情况， 此时应将离心泵安装于贮槽液面以下。
化工原理——流体输送机械
2.2.6 离心泵的类型与选用 1. 类型 ① 清水泵——单级、多级、双吸 ②耐腐蚀泵——用耐腐蚀材料 ③油泵——密封良好 ④液下泵——轴封要求不高 ⑤屏蔽泵——无密封、无泄漏
qV' D' qV D
H
' e
He

D' D
2
Pa' Pa


D' D
3
——切割定律
化工原理——流体输送机械
2.2.4 离心泵的工作点与流量调节 1. 管路特性曲线
K：由管路特性决定， 一般为高度湍流，与流 量无关
化工原理——流体输送机械
管路特性的影响因素 化工原理——流体输送机械
7. 效率：有效功率与轴功率之比，即
Pe
Pa
化工原理——流体输送机械
8. 泵内的能量损失 a. 容积损失
高压液体泄漏到低压处，qV
b. 水力损失 液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，He c. 机械损失 轴与轴承，轴封的摩擦
化工原理——流体输送机械
轴功率：电机提供给泵轴的功率，W
Pa

Pe
H串 2 A 2BoqV2串
并联时的特性曲线为：
H并

A
Bo

qV并 2
2
H串＜2H单 qV串＞qV单
qV 并＜2qV 单 H并＞H单
化工原理——流体输送机械

化工原理流体输送机械

化工原理流体输送机械
减小能量损失。
③轴封装置： 泵轴与泵壳之间旳密封称为轴封。 作用：预防高压液体漏出或分界空气漏入泵内 填料密封： 盘根：为浸油或涂石墨旳石棉绳
机械密封： 适合于密封要求较高旳场合。 优点：密封性能好，使用寿命长、轴不易磨损、功耗小。 缺陷：加工程度高、构造复杂、安装要求高、价格高。
三、离心泵旳类型：
第二章 流体输送机械
第一节：概述：
流体输送机械驱动流体经过多种设备，将流体从一处送到他处，不论 是提升其位置或是使其压力升高或只需克服沿路旳阻力，都能够经过向流 体提供机械能旳措施来实现。
流体从输送机械取得机械能后，其直接体现是净压头旳增大。新增旳 净压头在输送过程中再转变为其他压头或消耗克服流动阻力，所以，流体 输送就是向流体作功并提升其机械能。
阻力加大，要多 耗一部分能量，不经济 ②变化泵旳转速： 实质是变化泵旳特征曲线 优：保持管路特征曲线不变，动力消耗少 缺：需变速装置或价格昂贵旳变速原动机，流量不能连续。
三、离心泵旳安装高度
1.离心泵旳气蚀现象：
定义：当叶片入口附近旳最低压强等于或不大于输送温度下液体旳饱
和蒸气压时，液体就在该处发愤怒化并产愤怒泡，随同液体从低压区流向
三、离心泵性能旳影响原因：
离心泵特征曲线是在一定转速和常压下，以常温旳清水为工质做 试验测得旳。
1. 密度旳影响 作离心泵旳速度三角形，最终推得可旳：（离心泵基本方程式）
HT∞=
u
2
c2Cos
2
g
u1c1Co31
HT∞
= u22 g
u2ctg 2 gD2b2
QT
令：A = u22
g
B = u2cty2 gD2b2
机械损失：泵运转时，泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间， 叶轮盖外表面与液体之间均产生摩擦，而引起能量损失。

流体输送技术—流体的流动(化工原理课件)


dy
表示垂直于流体流动方 向的速度变化率，称为 速度梯度，单位1/s
B
牛顿黏性定律
比例系数μ称为黏性系数， 或动力黏度，简称黏度， 单位Pa•s
A
剪 应 力 du
dy
表示垂直于流体流动方 向的速度变化率，称为 速度梯度，单位1/s
B
服从此定律的流体 称为牛顿型流体
. du
dy
不服从此定律的 称为非牛顿型流
象
来的着色细直线开始呈波浪形，但仍保持较清晰的轮廓。
结
这种现象是一种过渡状态，不是一种独立的流动形态，受
果 外界条件以及流动干扰的控制。
流速 较大
现 继续增大阀门，管内水流速度较大时，着色水与管内的水流 象 完全混合。
结 流体质点除沿轴线方向作主体流动外，还在各个方向有剧烈 果 的随机运动，称为湍流，又可称为紊流。
玻璃直管
阀门
流速 较小
现 水槽中的液位恒定，当管内水流速度较小时，着 象 色水在管内沿轴线方向呈一条清晰的细直线。
结 流体质点沿管轴方向作直线运动，分层流动，称 果 为层流，又可称为滞流。
本 流体层流流动时，流体内部的分子通过微观随机 质 运动来传递动量、热量和质量。
流速 增大
现
阀门开度增大，管内水流速度增大，当增至某一值时，原
流体在圆管内分层流动
流体在圆管内以不同的速度如同一层 层的同心圆筒平行地向前运动。 运动着的流体内部相邻两流体层间的 相互作用力，称为流体的内摩擦力，是流 体黏性的表现，又称黏滞力或黏性摩擦力。
牛顿黏性定律
比例系数μ称为黏性系数， 或动力黏度，简称黏度， 单位Pa•s
A
内摩擦力
F A du
1 m2/s=104St=106cSt

化工原理-2章流体输送机械——总结


e、平衡孔 ——闭式或半闭式叶轮
后盖板与泵壳之间空腔液 体的压强较吸入口侧高
→轴向推力 →磨损 如何 解决？ 平衡孔
平衡孔
F
平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。
2.2.2 离心泵的特性曲线 泵内造成功率损失的原因：
①阻力损失（水力损失） ——产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。 ②流量损失（容积损失）
标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。
NPSH = (NPSH)r + 0.5
三、允许安装高度[Hg]
最大允许安装高度为：
2.2.5离心泵的类型与选用
一、离心泵的类型
按叶轮数目分类:单级、多级； 按吸液方式分类：单吸、双吸； 按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵； 1) 清水泵---化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型－单级、单吸； 以IS100-80-125为例： IS—国际标准单级单吸清水离心泵； 100—吸入管内径，mm； 80—排出管内径,mm； 125—叶轮直径,mm
P 2 H Kqv g
1—低阻管路系统 2—高阻管路系统
由图得：需向流体提供的能量高于提高流体势能和克服 管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有 关。
（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量
①扬程和升举高度是否相同？
扬程－能量概念；非升举高度 升举高度－泵将流体从低位升至高位 时，两液面间的高度差。
2.3.1往复泵的作用原理和类型
（1）作用原理
如图所示为曲柄连杆机构带动的往复
泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活 门组成。活柱在外力推动下作往复运动， 由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打 开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体 的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的 往复运动直接以压强能的形式向液体提供

化工原理第二章流体输送设备

化工原理第二章流体输送设备
输送设备是工业生产中常用的一类机械设备，它可以负责物料在工厂
内各处之间的移动，包括粉状、粒状或液体状的物料，其目的是为实现物
料的自动传输。

输送设备的发展为物料处理的自动化提供了可靠的基础，
在工厂，许多不同的技术正在使用输送设备来移动物料。

其中，最常用的
是流体输送设备。

流体输送设备主要用于输送以液体或气体为输送介质的物料，如液体、气体、非固体等物料。

它是利用流体动力原理，使用输送介质提供的压力
和动能来输送物料。

它的主要工作原理是利用轴泵（动力泵）将输送介质
的能量转化为压力，然后将其引入输送管道，在输送管道中将输送介质的
动能转移给实际输送的物料，使物料能够朝着设定的方向输送。

流体输送设备的选型和设计依赖于物料的性质、输送介质的类型、输
送路径和输送量，根据这些条件，可以选择合适的输送设备，如螺杆泵、
活塞泵、离心泵等。

此外，流体输送设备还可以采用不同的控制方式来满
足特殊的输送要求。

在流体输送设备的设计和制造中，除了要考虑物料的性质外，还必须
考虑输送环境，包括输送位置、气压和温度等，确定输送设备的结构形式、尺寸和规格。

化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解


试问：
P 100Pa
1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？
2）用倾斜U型管压差计，θ=30°，指示液为苯，其读 数R’为多少？ 3）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大 室截面积远远大于U型管截面积，此时读数R〃为多少？ R〃为R的多少倍？
已知：苯的密度 c 879kg / m3 水的密度 A 998kg / m3
密度 1 800kg / m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
P1 P2 i gR Agz
指示液 所测液体
当管子平放时： P1 P2 i gR
——两点间压差计算公式
当被测的流体为气体时， i ， 可忽略,则
P1 P2 i gR
若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气相通， 那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气压之差，也 就是被测流体的表压。
3. 流体的密度和相对密度 1)密度 ρ = m/V kg/m3 对于理想气体：PV=nRT PM=nMRT/V=mRT/V=ρRT
∴ρ= PM/RT（附录六）
2)相对密度 d=ρi/ρH2O(4℃) =(ρi kg/m3)/(103kg/m3) ∴ ρi = 103 d kg/m3
4.压 强 1、压强的定义
∴ h1/h2=P1 /P2 即柱高与压强成正比
例1. 计算大气压的Pa值，1atm = ？ Pa 解：P = hρg = 0.76*13600*9.81 = 101325Pa
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2020/10/30
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3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界
空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类 填料密封：主要由填料函壳、软填料和填料压盖组
轴封装置
成，普通离心泵采用这种密封。
机械密封：主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 端面密封 定于泵壳上的静环组成，两个环形端面
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆 阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开 停车和调节流量。
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2、基本部件和构造 1）叶轮 a)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类
闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）
杂质泵
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输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。
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二、离心泵的基本方程式
1、离心泵基本方程式的导出
假设如下理想情况： 1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度 为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任 何环流现象。 2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。
一．离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理
• 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮置于 具有蜗壳通道的泵 壳之内。
• 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。
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• 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。
• 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。 离心泵的工作过程： • 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 • 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
第 二章 流体输送机械
第一节 液体输送机械
2-1-1 离心泵
•离心泵的操作原理、构造与类型 •离心泵的基本方程式 •离心泵的主要性能参数与特性曲 线 •离心泵性能的改变 •离心泵的气蚀现象与允许吸上高 度 •离心泵的工作点与流量调节
2-1-2 其他类型的泵
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流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。 • 输送液体的机械通称为泵；
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2）泵壳 A. 泵壳的作用 • 汇集液体，作导出液体的通道； • 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。 B. 导叶轮
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间 有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶 轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方 向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适 应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量 损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所 产生的离心力，因此称为离心泵。
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气缚
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
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起到密封作用。
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3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况；
多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。
此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。
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• 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 出口流入排出管道。 • 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。
根据结构 开式叶轮 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。
半闭式叶轮只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。
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按吸液方式
单吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入，结 构简单。
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶 轮背靠背并在了一起，可以从两 侧吸入液体，具有较大的吸液能 力，而且可以较好的消除轴向推 力。
2）按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。
双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。
2020/10/30
2020/10/30
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3）按离心泵的不同用途
水泵
输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很
少的液体的泵, （B型）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 • 输送气体的机械按不同的工况分别称为:
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原 理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计 算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
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2-1-1离心泵
两个速度的合成速度就是液体质点在点1或点2处相对于静
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在高速旋转的叶轮当中，液 体质点的运动包括： • 液体随叶轮旋转 ； • 经叶轮流道向外流动。
液体与叶轮一起旋转的速度u1或u2方向与所处圆周的切线方
向一致，大小为：
u1
2r1n
60
u2
2r2 n
60
2020/10/30
Hale Waihona Puke 液体沿叶片表面运动的速度ω1、ω2，方向为液体质点所
处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关