化工原理第二章

-刘宇-
兰州理工大学 石油化工学院
第二章 流体输送机械
授课人：张栋强 联系方式：zhangdq@
流体输送机械：就是向流体做功以提高其机械能 的装置。
按照输送流体的性质分类：
液体输送机械 泵
流体输送机械
气体输送机械
通风机 鼓风机 压缩机 真空泵
泵按照其工作原理和结构可分为:
（二）轴功率、有效功率及效率 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为W或kW
有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 效率： 反映泵对外加能量的利用程度，无量纲，用表示。
三者关系（如图）： N e QgH
N
N
电
电功率
N电出 传 N
N N 电出 传 N电出 电功电率机电
叶片式：如离心式、 轴流式、喷射式等
泵
特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能
容积式：如往复式、回转式等 特点：机械内部的工作容积不断发生变化
一、离心泵的构造和工作原理 二．离心泵主要构件的结构及功能 三、离心泵的主要性能参数 四、离心泵的工作点与流量调节 五、离心泵的安装高度 六、离心泵的选用、安装与操作
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
闭式叶轮的内漏最小，故效率最 高，敞式叶轮的内漏最大。 敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵 塞现象
平衡孔：在后盖板上钻有小孔，以 把后盖前后空间连通起来。
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。
考虑这一因素后，图中 理论压头线a变为直线b 。
（2）阻力损失 此损失可近似视为与流速的平方呈正比。 考虑到这项损失后，压头线变为曲线c 。
b c
（3）冲击损失
在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越 远，则冲击损失越大。
考虑到这项损失后，压 头线应为曲心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保 护电机。
3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
Q，H ，N，有最大值。
高效区 与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
此处是标题
注意：
离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高 效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。 离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。 在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般 要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
（3）理论压头H与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单
位重量流体所能提供的能量是相同的。
（4) 在叶轮转速、直径一定时，流量 Q与理论压头H 的关系受 装置角2的影响如下：
叶片后弯，2<90，ctg2>0， 即H随流量增大而减小；
叶片径向，2=90，ctg2=0， 即H不随流量而变化；
复习：
一、离心泵的构造和工作原理 1.离心泵的构造（叶轮；泵壳；泵轴及轴封装置） 1）叶轮（作用；分类） 2）泵壳（作用；导叶轮） 3）轴封装置（作用；分类） 2.工作原理（灌泵—叶轮旋转产生离心力—中心形成负 压—吸入液体） 二、离心泵的主要性能参数 1.转速；流量；压头；轴功率及效率；允许气蚀余量
叶片前弯，2>90，ctg2<0， 即H随流量增大而增大。
w2
w2
2
2
后弯叶片
径向叶片
w2 2
前弯叶片
思考：前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片 是最佳形式的叶片吗？NO！
由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的 实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降 低。 一般都采用后弯叶片。
所产生的离心力，因此称为离心泵。
此处是标题
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思考：泵启动前为什么要灌满液体
气缚现象：
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”。
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。
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）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）
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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。
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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
具体原因如下：
（1）叶片间的环流运动
主要取决于叶片数目、 装置角2、叶轮大小等 因素，而几乎与流量大 小无关。
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
轴封装置
组成，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 端面密封 固定于泵壳上的静环组成，两个环形
端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对
pb ub2 H g 2g
pc g

uc2 2g

h0

hf
H pc pb pc (表) pb (真)
g
g
流量计
真空表 压力表
c
h0
b
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。 2.变压头流量计（测速管、孔板流量计和文丘里流量计 ） 3.变截面流量计（转子流量计） 4. 流体输送机械（液体输送机械；气体输送机械） 5. 泵的分类（叶片式；容积式）
意义：表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮 的转速和叶轮的几何形状间的关系。
w2
2

2
c2 2
u2
w1 c1
1 1 u1
2）离心泵基本方程式的讨论
H

1 g
[(r2 )2

Q cot 2 2 b 2
]
（1）理论压头与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和 构造r2、b2、2）有关；
（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；
运动，起到密封作用。
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4、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。
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。
3．离心泵主要构件的结构及功能
1）叶轮 ——叶片（+盖板）
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
根据结构
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。
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。
杂质泵
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、离心泵的理论压头和实际压头
1、压头的意义
泵的压头：泵向单位重量流体提供的机械能。用H表 示，单位是m。
管道输送流体系统正常工作时：H=he
注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基 本相似，具有共同的特点 。
1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头 普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）
2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴 功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。
第一节 离心泵
一、离心泵的构造和工作原理
1、叶轮： 1、离心泵的构造：2、泵壳：
3、泵轴及轴封装置：
压出导管
泵壳
叶轮
泵轴
吸入导管
底阀
2. 离心泵的操作原理：
1）开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 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。
般用Q表示，单位为m3/s或m3/h。又称为泵的送液能力 。 2 离心泵的压头
泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单 位为m。又称为泵的扬程。