温州大学
课程教案
学院化学与材料工程学院课程名称化工原理
学时 36
教材化工原理
授课教师熊静
授课对象 05应用化学本
2008年2月22日
授课时间：第七周（2008-4-7）
授课类型：理论课
授课题目：流体输送设备transportation machine of fluid
本授课单元教学目标：
掌握离心泵的构造、分类和工作原理；掌握离心泵的特性曲线和主要参数。
本授课单元教学重点和难点：
重点：离心本工作原理和操作、特性曲线
难点：离心泵的工作原理、特性参数及曲线。
本授课单元教学过程设计：
流体在化工管道或设备中流动，会遇到阻力，克服阻力需要能量。流体从低处输送到高处，或经过各种设备、反应装置都需要能量。为了达到生产预期目标，必须对流体提供机械能，以克服流体阻力并补充输送所不足的能量。可以向流体作功并提高其机械能的装置称为流体输送机械。
用于输送液体的机械——泵pump
用于输送气体的机械——风机和压缩机compressor
输送气体的机械——风机和压缩机
流体输送机械
输送液体的机械——泵
离心泵
往复泵
齿轮泵
旋涡泵
喷射泵
（最常用）
为了能达到正确选择和使用流体输送机械的目的，本节以离心泵和压缩机为代表，分别讨论其操作原理、基本结构和性能，并计算其功率消耗。
1、离心泵pump
（1）离心泵的构造和工作原理
离心泵主要由蜗形泵壳和工作叶轮组成。按叶轮的数目，离心泵有单级泵和多级泵之分。单级泵在泵轴上只安装一个叶轮，多级泵在同一泵轴上安装多个叶轮，液体顺序地流经一系列叶轮，所产生的压头为各个叶轮所产生的压头之和。若按液体进入叶轮的方法，离心泵又分为单吸泵和双吸泵。
离心泵
离心泵
蜗形泵壳：工作叶轮：单级泵多级泵（按叶轮的数目）
——泵轴上只安装一个叶轮
——同一泵轴上安装多个叶轮离心泵
（按液体进入叶轮的方法）
单吸泵
双吸泵
构造：
分类：
叶轮中有6~12片向后弯曲的叶片
与泵轴之间有密封装置“轴封”
叶轮中有6~12片向后弯曲的叶片。泵壳与泵轴之间有密封装置——轴封，以防止泵轴旋转时产生泄漏现象。离心泵启动之前，应在泵壳内充满待输送的液体。启动时电动机转动，使得泵轴带动叶轮旋转，液体充满叶轮间，在离心力作用下，从叶轮中心被甩到叶轮外围边沿，获得较大的动能。液体流进蜗形道后，由于截面积逐渐扩大，流体的流速逐渐下降，大部分动能变为静压能。于是液体以较高的压力从压出口进入压出管路。同时，随叶轮中心液体被甩出，叶轮中心的吸入口就处于负压，在吸入管外部压力作用下便迫使液体经底阀吸入管路进入泵内，填充液体排出后的空间。因此，只要叶轮正常旋转，液体就源源不断地吸入、排出，以满足液体输送的需要。
离心泵借助离心力的作用输送液体。离心力大小除与叶轮转速、叶轮尺寸有关，还与流体密度有关。流体密度越大，产生的离心力就越大。离心泵启动前，泵壳内未充满液体，即存有空气时，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小，叶轮中心难以形成足够的负压。虽被启动的离心泵叶轮在高速旋转，但不能输送液体，这种现象称为气缚。防止气缚发生的措施：①启动泵前须向泵壳内注满被输送的液体。②运转过程也要防止气体漏入。
（2）离心泵的主要性能参数characteristic numbers
主要的性能参数：泵的送液能力或者流量、扬程、功率、效率
①、泵的送液能力（流量）flow rate——指单位时间内泵所输送液体的体积。用符号
q v表示，常用的单位为m3/s或m3/h。泵的流量决定于泵的结构、尺寸和转速。
②扬程lift（head）——泵对单位重量的流体所做的功。又称为泵的压
头，用符号He表示，单位为m液柱。
泵的扬程是由泵本身的结构、尺寸和转速决定
的，不同型号的泵具有不同的扬程。一般离心
泵的扬程都是通过实验测定的。如何测定？
测量泵的扬程，通常在泵的吸入口安装一个真空表，其绝对压力为P 1；在泵的压出口安装一个压力表，其绝对压力为P 2，两测压口之间的垂直距离为H o ，为了计算液体在吸入口和压出口的流速，在压出管路安装孔板流量计1。取泵吸入口为1-1′截面，压出口为2-2′截面。以1-1′截面为基准面列柏努利方程
z 1+
p 1pg
u 12
2g
+
+He
=z 2+
p 2pg
u 22
2g
+
+h f
∑
两侧压点管路很短，∑h f 忽略不计，∴∑h f =0，
z 1+
p 1u 12
He =z 2p 2 -u 22+
-2g
-ρg
③功率Power
有效功率——单位时间泵对液体所作的有效功，或者液体流经泵后实际得到的功率，符号：
N e ，单位：W
N e =q v ρgH e
轴功率——单位时间离心泵轴所消耗的功，它包括机械摩擦消耗的能量等，是电动机转动时
直接传给泵轴的功率。符号：N a
由于泵轴所做的功不可能全部转变为液体的机械能，其中一部分消耗于泵内，如：①泵内液体泄漏造成容积损失。②液体流经叶轮、泵壳时因流速大小、方向改变，发生冲击而产生水力损失。③泵轴与轴承和轴封之间机械摩擦损失等等。故泵的轴功率＞泵的有效功率。
④效率efficicency
表示能量的损失，符号：η，
Ne ηN a =
η一般为50~70%，大型泵可达90%。
选配电动机时要根据泵的轴功率进行，但要考虑传动效率ηt ≈1，电动机效率ηm ≈0.95和安全系数β，因此，泵所配的电动机功率＞泵的轴功率。一般安全系数β=1.1～１.2,根据轴功率选配的电机的实际功率=β•N a 。
（3）离心泵的特性曲线characteristic curves of pump 离心泵在出厂时，铭牌上一般都标有转数（n ）、排液量（q v ）、压头或扬程（He ）、功率（Na ）和效率（η）等数据。这些数据是在泵的最高工作效率时的数值。但在实际应用中，当其中一个发生变化时，其他指标也会随之变化。也就是说，离心泵的主要性能参数之间是互相联系互相制约的。当流量变化时，扬程和功率也相应地随之变化。它们之间的关系可以通过实验测定。即离心泵在固定转速下，将离心泵的基本性能参数如实际送液能力、压头、功率、效率的关系用曲线表示出来，称为该泵的特性曲线。它是分析和选用泵的重要依据。
例如是国产4B20型离心水泵，转速n=1450转/
分的特性曲线。
