化工原理(第四版)谭天恩第二章流体输送机械

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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
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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。

化工原理流体输送设备课件优秀课件

离心泵的主要性能参数(performance parameter)
离心泵的流量(pumping output)：单位时间排出液体体积。与叶轮结构、尺寸和转速有关。
与转速成正比
扬程(delivery lift)He：又称为泵的压头，是指泵对单位重量的流体所做的功。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。
按工作原理分类：动力式（叶轮式）正位移式(容积式)：往复式、旋转式流体作用式（如喷射式）
2. 2 离心泵(centrifugal pump)
离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械。其突出特点是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。
2. 2 离心泵(centrifugal pump)
离心泵的构造
主要组成部分是叶轮 (impeller)和蜗形泵壳 (pump case)。叶轮安装在泵壳内，液体入口在泵壳中央，正对叶轮中心，并与吸入导管相连。压出口在泵壳旁侧，联结压出导管。
叶轮：由4～12片向后弯曲的叶片(vane,blade)组成，安装在泵轴上，由电动机带动而快速旋转。
离心泵的操作
1）“灌泵”：在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止 2。）启动：离心泵应在出口阀门关闭时启动 3）运转：逐步开启出口阀门，调节流量 4）停车：一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。
2.3 往复泵(reciprocating pump)
往复泵主要部件: 泵缸(working barrel) 活塞(piston) 单向活门(check valve)
往复泵是依靠活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量。

化工原理-流体输送机械(第二章)

13
第2章流体输送机械
2.1 离心泵 2.1.1 离心泵的工作原理和主要部件 2.1.2 离心泵的基本方程式
14
一、液体通过叶轮的流动
离心泵的基本方程式从理论上表达了泵的压头与其结构、尺寸、转速及流量等因素之间的关系，它是用于计算离心泵理论压头的基本公式。
离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵可能达到的最大压头。
HT
u22 g
u2 cot 2
gπD2b2
QT
20
二、离心泵基本方程的推导
H T
u22 u12 2g
12 22
2g
c22 c12 2g
H T
u2 c2
cos 2
g
HT
u22 g
u2 cot 2
gπD2b2
QT
离心泵基本方程式
21
三、离心泵基本方程式的讨论
1. 叶轮的转速和直径
HT
u22 g
17
二、离心泵基本方程的推导
采用由离心力作功导出离心泵基本方程式。
根据伯努利方程，单位重量的理想液体通过离心泵叶片入口截面1-1′到叶片出口截面2-2′ 所获得的机械能为
H T
Hp
HcLeabharlann p2 p1gc22 c12 2g
静压头的增量
动压头的增量
18
二、离心泵基本方程的推导
Hp
u22 u12 12 22
6
一、离心泵的工作原理
1-叶轮 3-泵轴 5-吸入管 7-滤网 9-排除管
2-泵壳 4-吸入口 6-底阀 8-排出口 10-调节阀
排出口叶轮
泵壳
泵轴吸入口
图2-1 离心泵装置简图

化工原理第02章课件

②管路特性曲线下移，
p
因 g ↓，图解思维
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时，泵特性曲线为
He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用降低转速的办法使流量
减少30% (流动处于阻力平方区) 。求：转速n’应降至多少？
解：应当满足①安装高度②扬程
①
[Hg ]
p0
g
pV
g
H
f
01
[( NPSH
)r
0.5]
=10.33-0.24-1-3.5=5.59m>Hg=3m ②两槽液面之间列管路方程
H=ΔZ+ΣHf=20+1+6=27m<32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。
2.2.5 离心泵的类型与选用 2.2.5.1 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——转轴特别长 (5)屏蔽泵——无密封、无泄漏 2.2.5.2 选用 (1)根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等
应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡的原则加以解决。
2.1.3 流体输送机械分类按作用原理分：
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；其它类型：喷射式，流体作用式等。按流体可压缩性分：液体输送机械：统称为泵；气体输送机械：通风机
Pe=ρgqVHe Pa基本上随流量qV单调上升泵启动时关出口阀（3）泵的效率 Pe
Pa
容积损失：根据需要可选用不同类型的叶轮

第2章化工原理中的流体输送

(2) 兰州地区的安装高度为： H g max
85000 19919 4.5 1 1.13 m 1000 9.81 1000 9.81
在兰州地区安装高度应更低，才能正常运行。所以该设计图用于兰州地区，则应该根据兰州地区大气压数据进行修改。
这个例题说明，同样的工艺流程，用于海拔不同的地区，离心泵安装高度是不同的。若在天津地区输送20℃的水，安装高度又如何变化？
试计算： 1）（泵的安装高度。已知 60 oC 水的饱和蒸汽压为19910P a ，天津地区平均大气压为0.101 MP a 。（2）若该设计图用于兰州地区某化工厂，该泵能否正常运行？已知兰州地区平均大气压为0.085 MP a 。
解:
(1) H g max
p0 p 101330 19919 v h h f 4 .5 1 2 .8 m g g 1000 9.81 1000 9.81
P
扬程的确定，分别在吸入口处和排出口处取两个截面，能量损失忽略不计：
2 2 u1 P u2 P 1 Z1 H Z2 2 2g g 2g g 2 2 u 2 u1 P2 P 1 H Z 2 Z1 2g g
泵的铭牌上标出的性能参数指最高效率下的参数
三、离心泵的特性曲线
η
H
H
P
qv
影响特性曲线的因素：比例定律，切割定律
泵性能实验装置示意图
泵性能实验原理图。泵的流量，压头，功率，效率之间的关系，可以用实验方法测得。在这套实验装置中，水是循环的，水泵前后安装了真空表和压力表，还有流量计和电功率表。改变水的流量，读得真空表，压力表，功率表数据，即为一组数据。读10—15组数据，就可以得到泵性能曲线。

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第二章流体输送机械第一节概述
一.流体输送的需要 2
2
He
e
工程上经常出现以下情况：
送要求。
1
1.1〈2
1
2.

2

hf

u 2

可通过机械对流体作功，使流体获得机械能，以满足输
gz1
z1
He
合理选择，正确使用。

p1
p1 g
g

u12 2
u12 2g
u 2 2g
We

He
Hf
gz2

z2
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。

化工原理(第四版)习题解第二章课件- 流体输送机械

第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。

若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。

解水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压）压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==，流速 / ./(.)1221540360015603544V q u m s d ππ===⨯. ../.221212035156199031d u u m s d ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭扬程 222102M V p p u u Ηh ρg g--=++ ()(.)(.)....⨯--⨯-=++⨯⨯332235010301019915603599579812981....m =++=0353890078393 水柱【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。

若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。

解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。

（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。

(3)液体密度ρ增大，则轴功率V q gHP ρη=将增大。

【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h ，扬程为20m(H 2O)。

试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱，有效功率 .e V P q gH W ρ==⨯⨯⨯=181000981209813600(2) 转速 /m i n 11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱转速/m i n 21250n r = 流量 ./322111250181551450V V n q q m h n ==⨯= 扬程 .2222121125020149m H O 1450n H H n ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa ，两槽液位相差4m 且维持恒定。

化工原理[第四版]习题解第二章流体输送机械

若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。

解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。

（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。

(3)液体密度ρ增大，则轴功率V q gHP ρη=将增大。

【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h ，扬程为20m(H 2O)。

试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱，有效功率 .e V P q gH W ρ==⨯⨯⨯=181000981209813600(2) 转速 /m i n 11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱转速 /m i n 21250n r = 流量 ./322111250181551450V V n q q m h n ==⨯= 扬程 .2222121125020149m H O 1450n H H n ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa ，两槽液位相差4m 且维持恒定。

化工原理第二章流体输送机械 (1).

第二章流体输送机械
2.1.3 离心泵的特性曲线-改变与校正
3.转速n对特性曲线的影响
泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化 <20%，可认为液体离开叶轮时
2 不变,泵的效率不变(等效率)，则：的速度三角形相似，
qv c2 u2 n qv n2 qv n1
p u 2 H f g 2g
第二章流体输送机械
管路特性曲线方程的推导
2 qv 2 l l u H f 4 d 2g 2g d
当pKpv,叶轮中心液体汽化汽泡被抛向外围
压力升高>pv 汽泡破裂，蒸汽凝结
局部真空周围液体高速冲向汽泡中心撞击叶片(水锤) 叶片冲击与腐蚀
——汽蚀现象
第二章流体输送机械
2.1.5 离心泵的安装高度
伴随现象： ①泵体振动并发出噪音；
②H , Q , 严重时不送液； ③水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
表示的是管路流动所需要的最小外加压头；
4.高阻管路曲线陡(B大)；低阻管路曲线平缓(B小)。
第二章流体输送机械
例：在内径为160mm、长度为280m的管路系统中，用离心泵输送甲苯。已知该管路局部阻力的当量长度为 85m；摩擦系数可取为0.03。若为20m甲苯柱，试求管路特性方程。解：因Ｈ＝K＋BQ2 =12000 所以Ｈ＝20+12000Q2 根据上式可绘管路特性曲线。
第二章流体输送机械
2.1.5 离心泵的安装高度
1.汽蚀现象
液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。泵内压强最低处是叶轮中心进口 K K 处，在 0 0 面与 K K 面之间到机械能衡算式并以 0 0 面为基准水平面，得： p0 pK uK 2 Hg H f (0 K ) g g 2g

化工原理第2章

工作时，Q H N ?
一.管路特性曲线与离心泵工作点离心泵工作点
—— 管路特性曲线（Q~H）与泵特性曲线（Q~H）的交点。
1、管路特性方程 —— 管路流量~所需外加压头
外加压头：
p u 2 H e z H f， 2 1 g 2g
H ~Q
Q ，Hf ，H
假设：
~叶片数——液体无环流 ~理想流体——无能量损失
u 2 c 2 cos 2 1 Q 2 H r ctg A BQ g g 2b 2 g
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。
液体从截面1到截面2，静压头的变化来自两方面：
介质：液体 —— 泵气体 —— 风机、压缩机工作原理：离心式正位移式：往复式、旋转式其它（如喷射式）
2-1-1
离心泵
离心泵的外观
一主要部件
（1）叶轮 —— 叶片（含盖板）
4 ~ 8个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道。前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮
半开式开式
（2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮
2 1
2g
2 2
即
因此： H T，
2 2 2 u 2 u1 1 2 C2 C1 2 2 2 2g 2g 2g
Cr2
u2-Cr2ctgβ2
根据余弦定律及圆周速度u、相对速度ω 和绝对速度C之间的关系：
c u 2c1u1 cos1
2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2
H~Q曲线： N~Q曲线： ~Q曲线：
Q
Q Q
H
N

H [ m]

化工原理-第二章-流体输送机械PPT课件

总效率：
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为4B20型离心泵
在转速n＝ 2900r/min 时的特
性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响

化工原理-第四版课后习题及思考题答案(全)

133
答：按照强制对流公式 4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面不容易形成滴状冷凝，蒸汽冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些？答：在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。影响膜状冷凝的因素有：（1）冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时，若温度差加大，则蒸汽冷凝速率增加，因而液膜层厚度增加，使冷凝传热系数降低。（2）流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。（3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸汽和液膜同向流动，则摩擦力将是液膜加速，厚度减薄，使传热系数增大；若逆向流动，则相反。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面，此时随蒸汽流速的增加，对流传热系数急剧增大。（4）蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。因此在冷凝器的设计和操作中，都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷凝器，其计算方法需参考有关资料。（5）冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降，故在设计和安装冷凝器时，应正确安放冷凝壁面。例如，对于管束，冷凝液面从上面各排流到下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流过， 4-13 液体沸腾的两个基本条件是什么？答：一是液体的温度要达到沸点,二是需要从外部吸热。 4-14 为什么核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的传热系数大？影响核状沸腾的因素主要有哪些？答：核状沸腾，气泡的生成速度、成长速度以及浮升速度都加快。气泡的剧烈运动使液体受到剧烈的搅拌作用，增大。膜状沸腾传热需要通过气膜，所以其值比核状沸腾小。影响核状沸腾的因素主要有：液体物性；温度差；操作压力；加热面状况；设备结构、加热面形状和材料性质以及液体深度等。 4-15 同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大？答：因为相变热比液体的热容大很多，所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大。 4-16 换热器中冷热流体在变温条件下操作时，为什么多采用逆流操作？在什么情况下可以采用并流操作？答：逆流时的平均温度差最大，并流时的平均温度差最小，其它流向的平均温度差介于逆流和并流两者之间，因此就传热推动力而言，逆流优于并流和其它流动型式。当换热器的传热量 Q 即总传热系数 K 一定时，采用逆流操作，所需的换热器传热面积较小。在某些生产工艺要求下，若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。 4-17 换热器在折流或错流操作时的平均温差如何计算？

化工原理第二章流体输送设备

u1 = Q /（d12π /4）= 4Q / πd12 = 4×15×10－3 / π×0.12 = 1.91 m/s u2 = 4×15×10－3 / π×0.082 = 2.98 m/s 两测压口间的管路很短，共间流动阻力可忽略不计，即Hf,1－2=0。故泵的压头为：
(2) 泵的轴功率功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵为电动机直接带动，传功效率可视为100%，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。
为通用机械。本章将结合化工生产的特点，讨论流体输送机械的作用原理、基本构造与性能及有关计算，以达到能正确选择和使用的目的。
第一节
液体输送设备
液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不，分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。
2—1—1
离心泵
一、离心泵的工作原理和主要部件 1、离心泵的工作原理
板，制造简单，效率较低。它适用于输送含杂质的悬浮液。半闭式叶轮如图2—2(b)所示，叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板。它也适用于输送悬浮液。闭式叶轮如图2—2(a)所示，叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广，但只适用于输送清洁液体。按吸液方式的不同，叶轮还有单吸和双吸两种。单吸式叶轮的结构简单，如下图2—3(a)所示，液体只能从叶轮一侧被吸入。
2
2
8m
1
1
式中： Z1=0m， Z2=8m， u1=u2， λ = 0.03， p1=p2， d =0.05m， l+∑le =10+50=60m， u = V/A， A=0.785×0.052=1.9625×10-3m2 Hf = ∑hf /g = λ（l+∑le）/d×（u2/2g） = 0.03×60/0.05×（V/1.9625×10-3）2/（2×9.81） = 4.764×105V2

第四版第二章流体输送机械

2g
特定的管路系统： z、 l le、d、一定操作条件一定： p一定
2019/11/9
14
令
p
H0 z g
为一常数
而
Hf

l le d
u2 2g

l le d
1

qV
2
2
g

4
d
2

8
2g
l
le d5
qV2
认为流体流动进入阻力平方区，变化较小。
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6
④ 轴功率P
轴功率P，有效功率Pe
Pe 100%
P
而 Pe qV H g W
或
Pe

qV H 9.81
1000

qV H
102
kW
P qV H kW 102
2019/11/9
7
四、离心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲线
H~qV 、P~qV 、~qV：厂家实验测定
（三）流量调节
H f (qV ) H (qV )
改变管路特性：调出口阀门；改变泵特性：调转速。
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17
(1) 改变出口阀门开度
关小出口阀 le 管特线变陡工作点左上移
H
M
1
M
M 2
qV ,H
q VM1
Байду номын сангаасq VM
q VM2
q V
特点：方便、快捷，流量连续变化；
（一）汽蚀现象
叶轮入口处最低压力 pK pV ，液体汽化，产生汽泡，受压缩后 Hg 破灭，周围液体以高速涌向汽泡中心。叶轮受冲击而出现剥落，

《化工原理》第二章液体输送机械

二、液体输送机械的分类
由于被输送液体的性质,如黏性、腐蚀性、混悬液的颗粒等都有较大差别，温度、压力、流量也有较大的不同，因此，需要用到各种类型的泵。根据施加给液体机械能的手段和工作原理的不同，大致可分为四大类，如表2-1所示。
第一节概述
表2-1液体输送机械的分类
其中离心泵具有结构简单、流量大而且均匀、操作方便等优点，在化工生产中的使用最为广泛。本章重点讲述离心泵、往复泵，对其它类型的泵作一般介绍。
第二节离心泵
叶轮按其吸液方式的不同可分为单吸式和双吸式两种，如图2-3所示。单吸式叶轮构造简单，液体从叶轮一侧被吸入；双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入液体。显然，双吸式叶轮具有较大的吸液能力，并较好地消除轴向推力。故常用于大流量的场合。
(2)泵壳泵壳是一个截面逐渐扩大的状似蜗牛壳形的通道称蜗壳，如图2-5所示。叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转,愈接近液体出口,通道截面积愈大。因此,液体从叶轮外缘以高速被抛出后,沿泵壳的蜗牛形通道而向排出口流动,流速便逐渐降低,减少了能量损失,且使大部分动能有效地转变为静压能。所以泵壳不仅作为一个汇集和导出液体的通道，同时其本身又是一个转能装置。
图2-1离心泵装置
示意图 1-叶轮；2-泵壳； 3-泵轴；4-吸入口； 5-吸入管；6-底阀； 7-滤网；8-排出口； 9-排出管； 10-调节阀
第二节离心泵
泵在启动前,首先向泵内灌满被输送的液体，这种操作称为灌泵。同时关闭排出管路上的流量调节阀，待电动机启动后，再打开出口阀。离心泵启动后高速旋转的叶轮带动叶片间的液体作高速旋转，在离心力作用下，液体便从叶轮中心被抛向叶轮的周边，并获得了机械能，同时也增大了流速，一般可达15～25m/s,其动能也提高了。当液体离开叶片进入泵壳内，由于泵壳的流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低而压强逐渐增大，最终以较高的压强沿泵壳的切向从泵的排出口进入排出管排出，输送到所需场所，完成泵的排液过程。

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N
N
电
电功率
N 电出
传
N
N N电出传电机 N电出电功率电
《化工原理》电子教案/第二章

Ne
Ne N
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泵
三．离心泵的主要性能参数
轴功率和效率与效率有关的各种能量损失：（1）容积损失：
内漏
转速流量压头轴功率和效率允许汽蚀余量
c1
17/67
理论压头H
1 1 2 Qu2 Q 2 H u2 cot 2 r2 cot 2 g 2r2 b2 2b2 g
r2
c2r c2
c2u b2
思考：与H有关的因素有哪些？分别是怎样的关系？ w2 讨论：（ 1 ） H 与流量 Q 、叶轮转速、叶 2 2 轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；
理论压头H
似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H 为最高。但实际上泵的设计都采用后弯叶片。Why？ w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
回忆：思考：为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？
c2 c2
c2
u2 u2 u2
后弯叶片径向叶片前弯叶片
w2

c2
2
c 2 u2 cos 2 c1 u1 cos 1 H g
u2
w1
1
《化工原理》电子教案/第二章
c1
u1
16/67
理论压头H
r2
c2r c2
c 2 u2 cos 2 c1 u1 cos 1 H g
离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90 则cos1=0。于是
2 2 u u 1 2 2 1 r2 r12 2 2 2

1
c1
14/67
《化工原理》电子教案/第二章
理论压头H
H
2 p 2 p1 c 2 c12 g 2g
2 p2 p1 u2 u12 原因一：离心力作功 2 1 原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大， w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。 c 2 2 2 p 2 p1 w1 w2 2 g 2g 2
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《化工原理》电子教案/第二章
实际压头H 实际压头比理论压头要小。具体原因如下：
（1）叶片间的环流运动请点击观看动画此损失只与叶片数、液体黏度等有关，与流量几乎无关。考虑这一因素后，图中理论压头线a变为直线b 。
b
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《化工原理》电子教案/第二章
实际压头H （2）阻力损失此损失可近似视为与流速的平方呈正比。
（2）水力损失
环流损失、阻力损失和冲击损失
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
机械容积损失损失
水力损失
小型水泵：一般为5070% 大型泵：可达90%以上
N
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Ne
《化工原理》电子教案/第二章
三．离心泵的主要性能参数
转速流量压头轴功率和效率允许汽蚀余量
叶片后弯，2<90，cot2>0，即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，cot2=0，即H不随流量而变化；叶片前弯，2>90，cot2<0，即H随流量增大而增大。
w2 2 w2 2 2 w2
2>90
2=90

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后弯叶片
径向叶片《化工原理》电子教案/第二章前弯叶片
3．导轮
请点击观看动画
固定不动
思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？
答案见后面的内容
《化工原理》电子教案/第二章
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二．离心泵主要构件的结构及功能
4. 轴封装置 ----减少泵内高压液体外流，或防止空气侵入泵内。
填料密封请点击观看动画填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维和膨胀石墨等，填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。请点击观看动画机械密封
由(2) 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同。
《化工原理》电子教案/第二章
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理论压头H
液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:
周向运动：
u r
w2

沿叶片表面的运动：处处与叶片相切，速度w
思考：u1、u2孰大？ w1 、w2孰大？
c2
2
u2
w1
1
《化工原理》电子教案/第二章
第三节通风机、鼓风机、压缩机和真空泵
一、离心通风机二、往复压缩机
2
《化工原理》电子教案/目录
第二章流体输送机械
液体输送机械泵流体输送机械通风机鼓风机气体压送机械压缩机真空泵
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《化工原理》电子教案/第二章
离心泵特性曲线的影响因素液体性质密度:
对H~Q曲线、~Q曲线无影响，但 N 故，N~Q曲线上移。 Why？黏度: 当比20℃清水的大时，H，N，实验表明，当<20倍清水的黏度（ 20℃ ）时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。
铭牌
10/67
《化工原理》电子教案/第二章
转速流量
转速流量压头轴功率和效率 n，单位r.p.s或r.p.m 允许汽蚀余量 Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。
三．离心泵的主要性能参数
可测量。压头 H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。可用如图装置测量。
c1
u1
13/67
理论压头H
在1与2之间列伯努利方程式，得：
2 p 2 p1 c 2 c12 g 2g
H
p2 p1 g 产生的原因：
原因一：离心力作功
1 kg液体受到的离心力为：Fc
r2 r
2r
c2

2
2 p2 p1 2 F dr c rdr 1 r1 r1
目录
第二章流体输送机械
第一节离心泵
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、离心泵的特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节习题课六、离心泵的安装高度七、离心泵的类型、选用、安装与操作
1
《化工原理》电子教案/目录
目录
第二节其它类型泵
一、其它叶片式泵二、容积式泵三、各类泵在化工生产中的应用
c2u b2
c 2 u2 cos 2 c 2 u u2 H g g
w2

又 Q 2r2 b2 c 2r u2 c 2 u cot 2 c2r
c2 u
2 2
2
c2
c2r
c2u
u2
Q u2 cot 2 2r2 b2
《化工原理》电子教案/第二章
w1
1
1
u1
u1
《化工原理》电子教案/第二章
三．离心泵的主要性能参数
轴功率和效率有效功率Ne=mswe＝QgH，单位W 或kW 轴功率，用N表示，单位W 或kW 效率，无量纲三者关系（如图）： N e QgH
转速流量压头轴功率和效率允许汽蚀余量
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《化工原理》电子教案/第二章
四．离心泵的特性曲线
由图可见： Q，H ，N，有最大值（设计点）。
思考：离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开，why？为什么Q＝0时， N 0 ？
《化工原理》电子教案/第二章
０2
高效区
最高效率5％～8％区域为泵高效区
设计点
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《化工原理》电子教案/第二章
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1 Qu2 1 2 Q 2 H u2 cot g 2 r2 cot 2 理论压头 H g 2r2 b2 g 2b2
（4）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。
第二章流体输送机械
按泵的工作原理分:
叶片式：如离心式、轴流式、混流式等特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能泵容积式：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。其它式：射流式、旋涡泵等。
特点：工作原理无法归到上述两者的泵
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《化工原理》电子教案/第二章
允许汽蚀余量将在后面介绍。
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《化工原理》电子教案/第二章
四．离心泵的特性曲线
上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由厂家测定，并用曲线表示出来，称为离心泵特性曲线。常用的共有三条线，如图。
平坦型 H~Q曲线陡降型驼峰型
N~Q曲线 ~Q曲线测定条件：固定转速， 20C清水
1
《化工原理》电子教案/第二章
c1
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理论压头H
2 2 2 2 2 2 u2 u1 w1 w2 c2 c1 H 2g 2g
根据余弦定理可知：
w c u 2c1 u1 cos 1
2 1 2 1 2 1
2 2 2 w2 c2 u2 2c 2 u2 cos 2
在泵进口b 、泵出口 c 间列机械能衡算式：
2 2 p b ub p c uc H h0 h f g 2 g g 2 g

化工原理(第四版)谭天恩第二章流体输送机械

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