流体输送机械课件

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1、第2章 流体输送机械2.1 概述 （Introduction）2.2 离心泵（Centrifugal pump）2.3 往复泵（ Reciprocating pump）（略）2.4 其他化工用泵 （Other kinds of pumps）（略）2.5 气体输送机械（ Gas transportation machine）（略） 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结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操操作原理、基本构造与性能作原理、基本构造与性能，合理地，合理地选择其类型、决选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的定规格、计算功率消耗、正确安排在管路

2、系统中的位置等，位置等，使输送机械能在高效率下可靠地运行。使输送机械能在高效率下可靠地运行。如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与工厂之间联系的通道的话，则流体输送机械是这种联系的工厂之间联系的通道的话，则流体输送机械是这种联系的动力所在。动力所在。2.1 概述概述 流体从流体从 低处低处 高高 处处； 低压处低压处 高压处高压处； 所在地所在地 较远处较远处； 需要对流体做功，需要对流体做功，增加流体的机械能增加流体的机械能。流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置。流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置。流体输

3、送 流体输送机械的作用静压能位能阻力损失 流体输送及输送机械在化工生产中的普遍性、广泛性流体输送机械真空泵压缩机鼓风机通风机气体压送机械泵液体输送机械提高流体的机械能 一、流体输送机械一、流体输送机械二、流体输送机械分类二、流体输送机械分类特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能 特点：机械内部的工作容积不断发生变化。速度式：如离心式、轴流式、喷射式等流体输送机械（按工作原理）容积式：如往复式、回转式等离心泵外观离心泵外观2.2 2.2 离心泵离心泵2、离心泵工作原理离心泵的工作过程离心泵的工作过程： 1.1. 开泵前，开泵前，先在泵内先在泵内灌满要输送的液体灌满要输送的液体。 2. 2.开泵后，

4、泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在开泵后，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，并此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以以 很高的速度（很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳）流入泵壳。3.3.在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢流速减慢，使，使 大部分动能转化为压力能大部分动能转化为压力能。最后液体最后液体以较高的静压强从排以较高的静压强从排 出口流入排出管道。出口流入排出管道。4.4.泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在

5、液面压在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便强（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经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。填补了被排除液体的位置。 由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为现象称为气缚现象气缚现象。 表明离心泵无自吸能力表明离心泵

6、无自吸能力充液（灌泵）充液（灌泵）排液排液: 出口切线方向出口切线方向吸液：叶轮中心吸液：叶轮中心气缚现象气缚现象 叶轮 ：2.2.2 离心泵的主要部件离心泵的主要部件* 作用作用 传递能量传递能量* 结构结构 前弯叶片、前弯叶片、后弯叶片后弯叶片、径向叶片、径向叶片* 类型类型 开式、半开式、闭式开式、半开式、闭式* 吸入方式吸入方式 单吸式、双吸式单吸式、双吸式流体通过叶轮的流动流体通过叶轮的流动绝对速度绝对速度c c是是u u与与的合成速度的合成速度在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括： 液体随叶轮旋转液体随叶轮旋转 u u方向与圆周的切线方

7、向一致方向与圆周的切线方向一致经叶轮流道向外流动经叶轮流道向外流动 方向为叶片的切线方向方向为叶片的切线方向 w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1叶片形状对压头的影响泵压头HT与流量之间的关系22222TvuuHq ctgggA22w2c2u2(a)(a)20，qv，HT 22w2c2u2(b)(b)2= 90o为径向叶片为径向叶片，ctg2 =0，HT不随不随qv变化变化2c22w2u2(c)(c) 2 90o为前弯叶为前弯叶片，片，ctg2 0，qv，HT902902902THvqgu /22 离心泵离心泵HT - qv图图 由此可见，前弯叶片产生的由此可见，前弯叶片产生

8、的 最大，似乎前弯叶片最有利，实际最大，似乎前弯叶片最有利，实际 情况是不是这样呢？情况是不是这样呢？ TH分析：分析： =位头（ ）+静压头（ ）+动压头（ ） THzpg22ug 相同流量下，相同流量下， 的前弯叶片流体出口的绝对速的前弯叶片流体出口的绝对速度度 很大，而后弯叶片的动能较小。动压头通过蜗壳部分很大，而后弯叶片的动能较小。动压头通过蜗壳部分地转化为静压头时，但由于地转化为静压头时，但由于 大，液体在泵壳内产生的冲大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率较低。故击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率较低。故为获得较多的能量利用率，为获得较多的能量利

9、用率，离心泵总是采用后弯叶片离心泵总是采用后弯叶片。2902c2c叶轮的分类叶轮的分类 根据结根据结构构闭式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮 叶片的内侧带有叶片的内侧带有前后盖板前后盖板，适于，适于输送干净流体，效率较高。输送干净流体，效率较高。没有前后盖板没有前后盖板，适合输送含有固，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。体颗粒的液体悬浮物。只有只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低含固体悬浮物的液体，效率较低。按吸液方式按吸液方式 单吸式叶轮单吸式叶轮双吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶液体只能从叶轮一侧被吸入，轮一侧被吸入，结构简单。结构简单。相当于两个没有盖板

10、的单吸式叶相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，轮背靠背并在了一起，可以从两可以从两侧吸入液体侧吸入液体，具有较大的吸液能，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力，而且可以较好的消除轴向推力。力。 叶片（+盖板）离心泵的叶轮离心泵的叶轮 泵壳（蜗壳）: 思考：泵壳的主要作用是什么？导轮（导叶轮）：导轮上叶片与叶轮上叶片方向相反 B. 实现动能向静压能转变。作用: A. 汇集叶轮所抛出的液体； 作用：起缓冲作用，减少能量损耗，提高泵效率 泵轴泵轴轴封装置机械密封填料密封减小泄漏，防止气缚，提高效率位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴

11、。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。作用：防止高压液体沿轴漏出防止高压液体沿轴漏出 防止外界气体进入泵壳内。防止外界气体进入泵壳内。2.2.3 2.2.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 转速转速流量流量压头压头轴功率和效率轴功率和效率允许汽蚀余量允许汽蚀余量1. 1.流量流量qv 单位时间内泵实际输出的液体体积，单位时间内泵实际输出的液体体积，m3/s或或m3/h 送液能力送液能力2. 2.扬程扬程( (压头压头) )He 离心泵对单位重量离心泵对单位重量( (1N) )液体所提供的有效能量，液体所提供的有效能量，单位为单位为J/N或或m 扬程的实

12、验测量扬程的实验测量 feHgugpzHgugpz22222221110fH222102epuuHhgg 离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。 3 3. .轴功率及有效功率轴功率及有效功率（效率）轴功率轴功率P Pa a：单位时间内由原动机单位时间内由原动机( (一般为电动机一般为电动机) )向泵轴输入的功向泵轴输入的功 有效功率有效功率P Pe e：单位时间内液体从泵中叶轮获得单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量的有效能量 evepqgHeaPp2.2.4离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线HqV 、PqV 、 qV：厂家实验测定厂家实验测定一定转

13、速、常压、一定转速、常压、20清水清水（一）离心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲线离心泵特性曲线VqH Vq VPqHP Vq1）Hq qv v曲线曲线：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 2）P Pq qv v曲线：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。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。3 3）q qv v曲线：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。 离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与

14、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qv、H、P值称为最佳工况参数。离心泵的铭离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。高效率点的状态参数。 注意：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%。（二）离心泵特性曲线的影响因素（二）离心泵特性曲线的影响因素v液体性质 密度密度:黏度黏度:当比20清水的大时，H，P， 实验表明，当DD2)n1nn2n2(D2)n ( D )n1(D1)M2MM1H适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。n泵

15、泵HqV曲线上移曲线上移工作点右上移，工作点右上移， H ， qV 特点：泵在高效率下工作，特点：泵在高效率下工作， 能量利用经济能量利用经济; 需变速装置（或切削叶轮）。需变速装置（或切削叶轮）。（3）离心泵的组合操作离心泵的组合操作 并联操作并联操作H并H单HqV单qV并qVBAqV并并 H单单 CD管路特性曲线管路特性曲线并联特性曲线并联特性曲线 串联操作串联操作H单H串HqV单qV串qVBAqV串串 qV单单 H串串 qV需需, H泵泵 H需需 （4） 核算泵的功率。核算泵的功率。2.3 2.3 往复泵往复泵 一、往复泵的作用原理及类型一、往复泵的作用原理及类型往复泵的结构及作用原理往

16、复泵的结构及作用原理主要部件：泵缸、活塞主要部件：泵缸、活塞( (活活栓栓) )、活门、活门类型类型-动力来源：电动往复泵、动力来源：电动往复泵、气动往复泵气动往复泵-作用方式：单动往复泵、作用方式：单动往复泵、双动往复泵双动往复泵 往复泵是一种容积式泵，它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。 往复泵的工作原理往复泵的工作原理当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大，形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，工作室的容积最大。 活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞

17、移到左端时，排液完毕，完成了一个工作循环，此后开始另一个循环。 活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。 活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能排液，因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联泵 l 具有自吸能力，不必灌液具有自吸能力，不必灌液l 安装高度也受限制安装高度也受限制 2、与离心泵比较：、与离心泵比较：l 流量与压头几乎无关流量与压头几乎无关 由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。制，泵的扬程不可能无限增大。 压头

18、越大，漏损越大。压头越大，漏损越大。 H 0 Ql 输液量不均匀、不连续输液量不均匀、不连续l 流量调节不可用出口阀门调节方法。流量调节不可用出口阀门调节方法。 数数改改变变活活塞塞行行程程或或往往复复次次旁旁路路调调节节流流量量调调节节方方法法 适用于小流量、高压头的情况下输送适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体高粘度的液体。l 效效率率高高，通通常常为为 7 72 2 9 93 3% %。旁旁路路2.4 2.4 其他化工用泵其他化工用泵2.4.1 2.4.1 非正位移泵非正位移泵2.4.1.1 2.4.1.1 轴流泵轴流泵（一）结构（一）结构（二）特点（二）特点1. 1. H-qH

19、-qv v曲线很陡，最大压头（曲线很陡，最大压头（q qv v0 0）可能达到额定值的可能达到额定值的1.51.52 2倍。倍。2. 2. 流量越小，所需功率越大。流量越小，所需功率越大。 q qv v0 0时时其功率可能高出额定值的其功率可能高出额定值的20%40%20%40%；3. 3. 适用于低压头、适用于低压头、大流量大流量的流体输送。的流体输送。4. 4. 一般不设置出口阀，调节流量是采一般不设置出口阀，调节流量是采用改变泵的特性曲线的办法来实现的。用改变泵的特性曲线的办法来实现的。螺旋桨式叶片，消除液体的径向流动螺旋桨式叶片，消除液体的径向流动（一）（一）结构结构一种特殊的离心泵。

20、一种特殊的离心泵。2.4.1.2 2.4.1.2 旋涡泵旋涡泵（二）特点（二）特点1. 1. 启动泵时，要打开出口阀门，改变启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；济；2. 2. 能量损失大，效率低（能量损失大，效率低（20%40%20%40%），），不适合输送高粘度液体；不适合输送高粘度液体；3. 3. 压头比离心泵高压头比离心泵高2424倍，适用于高压倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。头、小流量、低粘度清洁液体。4. 4. 结构简单、加工容易，可采用各种结构简单、加工容易，可采用各种耐腐蚀材料制造。耐腐蚀材料制造。5. 5.

21、 输送液体不能含有固体。输送液体不能含有固体。2.4.2 2.4.2 正位移泵正位移泵1. 1. 隔隔膜泵膜泵2. 2. 计量计量泵泵3.齿轮泵3.螺杆泵第三节第三节 气体输送机械气体输送机械 一、概述一、概述1.气体输送机械在工业生产中的应用气体输送机械在工业生产中的应用-气体输送气体输送 -产生高压气体产生高压气体 -生产真空生产真空2.气体输送机械的一般特点气体输送机械的一般特点-动力消耗大动力消耗大 -气体输送机械体积一般都很庞大气体输送机械体积一般都很庞大-特殊性特殊性气体的可压缩性气体的可压缩性3.气体输送机械的分类 工作原理工作原理离心式离心式 旋转式旋转式 往复式往复式 喷射式

22、喷射式出口压力出口压力( (终压终压) )和压缩比和压缩比通风机：终压通风机：终压( (表压表压)15 kPa,)15 kPa,压缩比压缩比1 11.151.15鼓风机：终压鼓风机：终压1515300 kPa300 kPa， 压缩比压缩比4 4压缩机：终压压缩机：终压300 kPa300 kPa， 压缩比压缩比4 4。真空泵：在设备内造成负压，终压为大气压，压真空泵：在设备内造成负压，终压为大气压，压缩比由真空度决定缩比由真空度决定二、二、离心式通风机离心式通风机 （一）离心式通风机的结构特点（一）离心式通风机的结构特点叶轮直径比较大叶轮直径比较大 叶片的数目比较多叶片的数目比较多 不追求高效

23、率时，用前弯叶片有利于提不追求高效率时，用前弯叶片有利于提高压头，减小叶轮直径高压头，减小叶轮直径 机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为为矩形为矩形（二）性能参数与特性曲线（二）性能参数与特性曲线（1）风量）风量qV单位时间从风机出口排出的气体体积，单位时间从风机出口排出的气体体积， m3/h或或 m3/s。注意：注意： qV应以风机进口状态计。应以风机进口状态计。1. 性能参数性能参数（2）风压）风压22212121()()()2tefpWzzgppuuh 以单位体积的气体为基准以单位体积的气体为基准 221211221122efppz guhz guh 以单

24、位质量的气体为基准，在风机进、出口间列伯努利方程以单位质量的气体为基准，在风机进、出口间列伯努利方程 22122)(upppt 动风压动风压 222dpu 静风压静风压 12ppps全风压全风压tsdppp0)(12 gzz 0fh 01 u22212121()()()2tefpWzzgppuuh 全风压（全风压（pt）：单位体积的气体经风机后所获得的能量，：单位体积的气体经风机后所获得的能量，Pa或或mmH2O（3）轴功率与效率轴功率与效率W WVtq pP 2. 特性曲线特性曲线 用用20、101.3kPa的的空气空气（ =1.2kg/m3）测）测定。定。 风机的全风压与风机的全风压与气体

25、的密度成正比气体的密度成正比。qVPqVqVptqVpSqVn一定一定( (三三) ) 离心通风机的选用离心通风机的选用 1. 计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；态下的全风压；tttppp 2 . 100 3. 根据根据qV、pt0 选风机的型号。选风机的型号。 qV qV需需 ， pt0 pt0需需2. 根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；二、鼓风机二、鼓风机（一）离心鼓风机（一）离心鼓风机特点：特点：外形外形 离心泵离心泵外壳直径与厚度之比较大外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多叶片数

26、目较多转速较高转速较高 单级出口表压多在单级出口表压多在30kPa30kPa以内；以内；多级可达多级可达0.3MPa 0.3MPa （二）（二）罗茨鼓风机罗茨鼓风机 流量调节流量调节旁路调节或调转速；旁路调节或调转速； 开机时打开出口阀门；开机时打开出口阀门； 操作温度操作温度 5000rpm）优点优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维护方便。（二）（二）往复式压缩机往复式压缩机四、真空泵 （Vacuum Pump）（一）（一）水环真空泵水环真空泵 水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长

27、，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为30%30%- -50%50%，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。 （二）旋片真空泵（二）旋片真空泵特点：可达较高的真空度，如能有效控制管路与泵等接口处的空气漏入，且采特点：可达较高的真空度，如能有效控制管路与泵等接口处的空气漏入，且采用高质量的真空油，真空度可达用高质量的真空油，真空度可达99.99%99.99%以上。以上。 （三）往复式真空泵（三）往复式真空泵 工作原理与往复式压缩机相同，只是因抽工作原理与往复式压缩机相同，只是因

28、抽吸气体压强很小，结构上要求排出和吸入阀门吸气体压强很小，结构上要求排出和吸入阀门更加轻巧灵活，易于启动。更加轻巧灵活，易于启动。 往复式真空泵属干式真空泵，不适宜抽吸往复式真空泵属干式真空泵，不适宜抽吸含有较多可凝性蒸汽的气体。含有较多可凝性蒸汽的气体。 （四）喷射真空泵（四）喷射真空泵 结构简单，无运动部件，但效率低，工作流体消耗大。单级可达结构简单，无运动部件，但效率低，工作流体消耗大。单级可达90%90%的真空的真空度，多级喷射泵可获得更高的真空度。度，多级喷射泵可获得更高的真空度。 CP 型系列喷射泵第二章 流体输送机械往复泵： （与离心泵对比）往复泵： （与离心泵对比） 工作原理工

29、作原理 特性曲线的形状特性曲线的形状 流量调节方法流量调节方法 安装安装 通风机： （与离心泵对比）通风机： （与离心泵对比） 主要性能参数：风量、风压、功率、效率主要性能参数：风量、风压、功率、效率 特性曲线的形状特性曲线的形状 一、填空题1.离心泵的额定点是指在（ 离心泵工作效率最高 ）对应的扬程、流量、效率和轴功率等的数值。2.离心泵的工作点是指（ 管路 ）特性曲线和（ 离心泵）特性曲线的交点。3.离心泵的泵壳做成蜗壳状，其作用是（ 汇集流体 ）和（ 转换能量） 4. 为防止泵发生汽蚀，则要求装置的汽蚀余量 大于 泵的必需汽蚀余量。（大于、小于、等于）5. 离心泵特性曲线中轴功率P随着体

30、积流量增大而增大 。（减小、增大、不变）1.离心泵的轴功率N与流量Q的关系为（ A ）。A、Q增大，N增大； B、Q增大，N减小；C、Q增大，N先增大后减小； D、Q增大，N先减小后增大。2. 正常情况下，离心泵的最大允许安装高度随泵的流量增大而（ B ） A. 增大； B. 减少 ； C. 不变；D. 不定。3. 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( A )。 A. 气缚现象 B. 汽蚀现象 C. 汽化现象 D. 气浮现象二、选择题4. 离心泵在一定的管路系统工作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)则( D ) A. 任何情况下扬程与无关 B. 只有当 时扬程与无关 C. 只有在阻力损失为0时扬程与无关D. 只有当 时扬程与无关5. 离心泵体积流量qv与转速n之间的关系（ A ）A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方6. 高阻力特性曲线适合离心泵（ A ）方式A. 串联 B. 并联 C. 都可以 7. 离心泵输送任务完成后，结束方式（ B ）先关电机后关出口阀门 先关出口阀门后关电机A. 都可以