02中農(nóng)食品工程原理課件

1、 為流體提供能量的機械稱為流體輸送機械。為流體提供能量的機械稱為流體輸送機械。 在食品的生產(chǎn)加工中，常常需要將流體在食品的生產(chǎn)加工中，常常需要將流體 q從低處輸送到高處；從低處輸送到高處； q從低壓送至高壓；從低壓送至高壓； q沿管道送至較遠的地方。沿管道送至較遠的地方。 為達到此目的，必須對流體加入外功，以克服流體阻力為達到此目的，必須對流體加入外功，以克服流體阻力 及補充輸送流體時所不足的能量。及補充輸送流體時所不足的能量。 泵；泵； 輸送液體輸送液體 風機風機; 壓縮機；壓縮機； 真空泵。真空泵。 輸送氣體輸送氣體 常用的流體輸送機械常用的流體輸送機械 泵的分類泵的分類 1 按工作原理分

2、按工作原理分 葉片式泵葉片式泵 有高速旋轉的葉輪。有高速旋轉的葉輪。 如離心泵、軸流泵、渦流泵。如離心泵、軸流泵、渦流泵。 往往 復復 泵泵 靠往復運動的活塞排擠液體。如活塞泵、柱塞泵等?？客鶑瓦\動的活塞排擠液體。如活塞泵、柱塞泵等。 旋轉式泵旋轉式泵 靠旋轉運動的部件推擠液體。如齒輪泵、螺桿泵等?？啃D運動的部件推擠液體。如齒輪泵、螺桿泵等。 清水泵清水泵 適用于粘度與水相近的、無腐蝕性、不含雜質的流體，如適用于粘度與水相近的、無腐蝕性、不含雜質的流體，如 離心泵。離心泵。 油泵油泵 適用于高粘度的流體。如齒輪泵、旋轉泵等。適用于高粘度的流體。如齒輪泵、旋轉泵等。 耐腐蝕泵耐腐蝕泵 雜質泵雜

3、質泵： 2 按用途分按用途分 離心泵離心泵（centrifugal pumpcentrifugal pump）的特點：的特點： v 結構簡單；結構簡單； v 流量大而且均勻；流量大而且均勻； v 操作方便。操作方便。 1 結構結構 2 工作原理工作原理 葉輪葉輪 軸軸 612片葉片片葉片 機殼等。機殼等。 蝸牛形通道；蝸牛形通道； 葉輪偏心放；葉輪偏心放； 可減少能耗，有利于動可減少能耗，有利于動 能轉化為靜壓能。能轉化為靜壓能。 葉輪葉輪 機殼機殼 底閥底閥(防止防止“氣縛氣縛”) 濾網(wǎng)濾網(wǎng)(阻攔阻攔 固體雜質固體雜質) 由于離心力的作用，泵的進出口出產(chǎn)生壓力差，由于離心力的作用，泵的進出口

4、出產(chǎn)生壓力差， 從而使流體流動。從而使流體流動。 3 工作過程工作過程 v啟動后，葉輪旋轉，并帶動液體旋轉。啟動后，葉輪旋轉，并帶動液體旋轉。 v液體在液體在離心力的作用離心力的作用下，沿葉片向邊緣拋出，獲得能量，液體下，沿葉片向邊緣拋出，獲得能量，液體 以較高的靜壓能及流速流入機殼以較高的靜壓能及流速流入機殼( 沿葉片方向，沿葉片方向，u , P靜 靜 )。由于 。由于 渦流通道的截面逐漸增大，渦流通道的截面逐漸增大， P動 動 P靜 靜 。液體以較高的壓力 。液體以較高的壓力排出排出 泵體泵體，流到所需的場地。，流到所需的場地。 v葉片不斷轉動，液體不斷被吸入、排出，形成葉片不斷轉動，液體

5、不斷被吸入、排出，形成連續(xù)流動連續(xù)流動。 v由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一定的真空度，泵外流體的由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一定的真空度，泵外流體的 壓力較高，壓力較高，在壓力差的作用下被吸入泵口在壓力差的作用下被吸入泵口，填補拋出液體的空間。，填補拋出液體的空間。 v啟動前，前段機殼須啟動前，前段機殼須灌滿被輸送的液體灌滿被輸送的液體，以防止氣縛。，以防止氣縛。 離心泵實際安裝示意圖離心泵實際安裝示意圖 敞開式半開式封閉式敞開式半開式封閉式 泵殼：泵殼：蝸牛殼形通道。蝸牛殼形通道。 有利于將葉輪拋出液體的動能轉變成靜壓能；有利于將葉輪拋出液體的動能轉變成靜壓能； 有利于減少能耗。有利

6、于減少能耗。 葉輪：葉輪： 離心泵壓頭的大小取決于泵的結構（如葉輪直徑離心泵壓頭的大小取決于泵的結構（如葉輪直徑 的大小，葉片的彎曲情況等）、轉速及流量。的大小，葉片的彎曲情況等）、轉速及流量。 如右圖所示，在泵的進出口處如右圖所示，在泵的進出口處 分別安裝真空表和壓力表，在真分別安裝真空表和壓力表，在真 空表與壓力表之間列柏努得方程空表與壓力表之間列柏努得方程 式，即式，即 實驗：泵壓頭的測定實驗：泵壓頭的測定 真空計真空計 壓強表壓強表 離心泵離心泵 儲槽儲槽 式中：式中：pM 壓力表讀出壓力（表壓），壓力表讀出壓力（表壓），N/m2； pV真空表讀出的真空度，真空表讀出的真空度，N/m2

7、； u1、u2吸入管、壓出管中液體的流速，吸入管、壓出管中液體的流速，m/s； Hf兩截面間的壓頭損失，兩截面間的壓頭損失，m。 fg uu g pp HhH vm 20 2 1 2 2 （2-12-1） 兩截面之間管路很短，其壓頭損失兩截面之間管路很短，其壓頭損失HHf f可忽略不計可忽略不計 g uu vM HHhH 20 2 1 2 2 (2-2)(2-2) 簡化式（簡化式（2-12-1） 若以若以H HM M及及H HV V分別表示壓力表真空表上的讀數(shù)，以米分別表示壓力表真空表上的讀數(shù)，以米 液柱（表壓）計。液柱（表壓）計。 fg uu g pp HhH vm 20 2 1 2 2 （

8、2-12-1） 例例- - 某離心泵以某離心泵以2020水進行性能實驗，測得體水進行性能實驗，測得體 積流量為積流量為720m720m3 3/h/h，泵出口壓力表讀數(shù)為，泵出口壓力表讀數(shù)為3.3.82kgf/cm82kgf/cm2 2， 吸入口真空表讀數(shù)為吸入口真空表讀數(shù)為210210mmHgmmHg，壓力表和真空表間垂直，壓力表和真空表間垂直 距離為距離為410mm410mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為350mm350mm及及 300mm300mm。試求泵的壓頭。試求泵的壓頭。 解：根據(jù)泵壓頭的計算公式，則有解：根據(jù)泵壓頭的計算公式，則有 g uu vM HHhH 2

9、0 2 1 2 2 smu/83. 2 2 30. 0785. 0 3600/720 2 smu/28.0 2 352.0785.0 3600/720 1 查得水在查得水在20時密度為時密度為998 kg/m3，則，則 HM=3.8210.0=38.2 mH2O HV=0.21013.6=2.86 H2O OmHH 281. 92 08. 283. 2 7 .4186. 22 .3841. 0 22 計算進出口的平均流速計算進出口的平均流速 將已知數(shù)據(jù)代入，則將已知數(shù)據(jù)代入，則 泵內(nèi)部損失主要有三種：泵內(nèi)部損失主要有三種： 容積損失容積損失 水力損失水力損失 機械損失機械損失 容積損失是由于泵

10、的泄漏造成的。離心泵在容積損失是由于泵的泄漏造成的。離心泵在 運轉過程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通運轉過程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通 過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口。過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口。 從泵排出的實際流量要比理論排出流量為從泵排出的實際流量要比理論排出流量為 低，其比值稱為容積效率低，其比值稱為容積效率1 1。 原因：水力損失是由于流體流過葉輪、泵原因：水力損失是由于流體流過葉輪、泵 殼時，由于流速大小和方向要改變，且發(fā)生殼時，由于流速大小和方向要改變，且發(fā)生 沖擊，而產(chǎn)生的能量損失。沖擊，而產(chǎn)生的能量損失。 泵的實際壓頭要比泵理論上所能提供的壓泵的實際壓頭要比

11、泵理論上所能提供的壓 頭為低，其比值稱為水力效率頭為低，其比值稱為水力效率2 2。 原因：機械損失是泵在運轉時，在軸承、原因：機械損失是泵在運轉時，在軸承、 軸封裝置等機械部件接觸處由于機械磨擦而消軸封裝置等機械部件接觸處由于機械磨擦而消 耗部分能量。耗部分能量。 泵的軸功率大于泵的理論功率（即理論壓頭泵的軸功率大于泵的理論功率（即理論壓頭 與理論流量所對應的功率）。理論功率與軸功與理論流量所對應的功率）。理論功率與軸功 率之比稱為機械效率率之比稱為機械效率3 3。 泵的有效功率泵的有效功率N Ne e ：流體所獲得的功率。 ：流體所獲得的功率。 式中式中 Ne 泵的有效功率，泵的有效功率，W

12、； Q 泵的流量，泵的流量，m3/s； H 泵的壓頭，泵的壓頭，m ； 液體的密度，液體的密度，kg/m3； g 重力加速度，重力加速度，m/s2。 NeQH g (2-4) 已知已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，則式（，則式（2-4）可用）可用kW單位單位 表示，即表示，即 )( 1021000 kWgQHN QHgQH e (2-4a) 泵在運轉時可能發(fā)生超負荷，所配電動機的功率應泵在運轉時可能發(fā)生超負荷，所配電動機的功率應 比泵的軸功率大。比泵的軸功率大。 在機電產(chǎn)品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊在機電產(chǎn)品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊 說明以外，均系指輸送清水時的數(shù)

13、值。說明以外，均系指輸送清水時的數(shù)值。 (2-5) e N N 軸功率指泵軸所獲得的功率。軸功率指泵軸所獲得的功率。 由于有容積損失、由于有容積損失、 水力損失與機械損失，故泵的軸功率要大于液體實際水力損失與機械損失，故泵的軸功率要大于液體實際 得到的有效功率，即得到的有效功率，即 注意：注意： 特性曲線特性曲線（characteristic curves）：在固定的轉速下，離：在固定的轉速下，離 心泵的基本性能參數(shù)（流量、壓頭、功率和效率）之間的關系心泵的基本性能參數(shù)（流量、壓頭、功率和效率）之間的關系 曲線。曲線。 強調：特性曲線是在固定轉速下測出的，只適用于該轉速，強調：特性曲線是在固定

14、轉速下測出的，只適用于該轉速， 故特性曲線圖上都注明轉速故特性曲線圖上都注明轉速n n的數(shù)值。的數(shù)值。 圖上繪有三種曲線圖上繪有三種曲線 Q Q曲線曲線 Q Q曲線曲線 Q Q曲線曲線 048 12 16 20 24 28 32 0204060 80100 120 10 12 14 16 18 20 22 24 26 0 2 4 6 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 4B20 n=2900r/min N H ,l/s m3/s 離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線 變化趨勢變化趨勢：離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)是離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)是 隨流量增大而減小的。不同型號的離

15、心泵，隨流量增大而減小的。不同型號的離心泵，Q Q 曲線的形狀有所不同。曲線的形狀有所不同。 較平坦的曲線，適用于壓頭變化不大而流量變化較平坦的曲線，適用于壓頭變化不大而流量變化 較大的場合；較大的場合； 較陡峭的曲線，適用于壓頭變化范圍大而不允許較陡峭的曲線，適用于壓頭變化范圍大而不允許 流量變化太大的場合。流量變化太大的場合。 變化趨勢變化趨勢：Q Q曲線表示泵的流量曲線表示泵的流量Q Q和軸功率和軸功率 的關系，隨的關系，隨Q Q的增大而增大。顯然，當?shù)脑龃蠖龃?。顯然，當Q=0Q=0時，泵時，泵 軸消耗的功率最小。軸消耗的功率最小。啟動離心泵時，為了減小啟動功啟動離心泵時，為了減小啟動

16、功 率，應將出口閥關閉率，應將出口閥關閉。 變化趨勢變化趨勢：開始：開始隨隨Q Q的增大而增大，達到最的增大而增大，達到最 大值后，又隨大值后，又隨Q Q的增大而下降。的增大而下降。 QQ曲線最大值相當于效率最高點。泵在該點所曲線最大值相當于效率最高點。泵在該點所 對應的壓頭和流量下操作，其效率最高，故該點為對應的壓頭和流量下操作，其效率最高，故該點為 離心泵的設計點離心泵的設計點。 泵在最高效率點條件下操作最為經(jīng)濟合理，但實泵在最高效率點條件下操作最為經(jīng)濟合理，但實 際上泵往往不可能正好在該條件下運轉，一般只能規(guī)際上泵往往不可能正好在該條件下運轉，一般只能規(guī) 定一個工作范圍，稱為定一個工作范

17、圍，稱為泵的高效率區(qū)泵的高效率區(qū)。高效率區(qū)的效高效率區(qū)的效 率應不低于最高效率的率應不低于最高效率的92%92%左右。左右。 強調強調：泵在銘牌上所標明的都是最高效率點下的流泵在銘牌上所標明的都是最高效率點下的流 量，壓頭和功率。離心泵產(chǎn)品目錄和說明書上還常常量，壓頭和功率。離心泵產(chǎn)品目錄和說明書上還常常 注明最高效率區(qū)的流量、壓頭和功率的范圍等。注明最高效率區(qū)的流量、壓頭和功率的范圍等。 泵的高效率區(qū)泵的高效率區(qū) 式（式（2-6）稱為比例定律，當轉速變化小于）稱為比例定律，當轉速變化小于20%時，時， 可認為效率不變，用上式進行計算誤差不大。可認為效率不變，用上式進行計算誤差不大。 (2-6

18、) 2 1 2 1 n n Q Q 2 )( 2 1 2 1 n n H H 3 )( 2 1 2 1 n n N N 當轉速由當轉速由n1 改變?yōu)楦淖優(yōu)閚2 時，其流量、壓頭及功率的時，其流量、壓頭及功率的 近似關系為：近似關系為： 式（式（2-7）稱為）稱為切割定律切割定律。 (2-7) 2 1 2 1 D D Q Q 2 )( 2 1 2 1 D D H H 3 )( 2 1 2 1 D D N N 當葉輪直徑變化不大，轉速不變時，葉輪直徑、當葉輪直徑變化不大，轉速不變時，葉輪直徑、 流量、壓頭及功率之間的近似關系為：流量、壓頭及功率之間的近似關系為： 泵生產(chǎn)部門所提供的特性曲線是用清水

19、作實驗求泵生產(chǎn)部門所提供的特性曲線是用清水作實驗求 得的。當所輸送的液體性質與水相差較大時，要考慮得的。當所輸送的液體性質與水相差較大時，要考慮 粘度及密度對特性曲線的影響。粘度及密度對特性曲線的影響。 所輸送的液體粘度愈大，泵體內(nèi)能量損失愈多。所輸送的液體粘度愈大，泵體內(nèi)能量損失愈多。 結果泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則結果泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則 要增大，所以特性曲線改變。要增大，所以特性曲線改變。 離心泵的壓頭與密度無關。（定性分析）離心泵的壓頭與密度無關。（定性分析） 注：注：當被輸送液體的密度與水不同時，不能使當被輸送液體的密度與水不同時，不能使 用

20、該泵所提供的曲線，而應按（用該泵所提供的曲線，而應按（2-4a）及（）及（2- 5）重新計算。）重新計算。 泵的軸功率隨液體密度而改變。泵的軸功率隨液體密度而改變。 如果輸送的液體是水溶液，濃度的改變必然影響如果輸送的液體是水溶液，濃度的改變必然影響 液體的粘度和密度。濃度越高，與清水差別越大。濃液體的粘度和密度。濃度越高，與清水差別越大。濃 度對離心泵特性曲線的影響，同樣反映在粘度和密度度對離心泵特性曲線的影響，同樣反映在粘度和密度 上。上。 Hg pa 1 1 00 p1pa , p1 有一定真空度，有一定真空度， 真空度越高，吸力越大真空度越高，吸力越大, Hg 越大。越大。 當當p1

21、小于一定值后小于一定值后(p1pv, pv 為環(huán)境溫度下液體的飽和為環(huán)境溫度下液體的飽和 蒸汽壓蒸汽壓)，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。 pv100 =760mmHg, p pv v 40=55.32mmHg =55.32mmHg 為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應限制為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應限制p p1 1不能太低，不能太低， 或或H Hg g不能太大，即泵的安裝高度不能太高。不能太大，即泵的安裝高度不能太高。 安裝高度安裝高度Hg的計算方法一般有兩種：的計算方法一般有兩種： v允許吸上真空高度法；允許吸上真空高度法； v氣蝕余量法。氣蝕余量法。 允許吸上真空高度允許吸上真空高度H Hs s 泵入口處

22、壓力泵入口處壓力p1所允許的最大真空度。所允許的最大真空度。 mH2O OmHH g p s a 2 33.10 Hs與泵的結構、液體的物化特性等因素有關。與泵的結構、液體的物化特性等因素有關。 一般，一般， Hs 57 mH2O. g pp s a H 1 （2-82-8） 式中式中 p pa a大氣壓，大氣壓，N/mN/m2 2 被輸送液體密度，被輸送液體密度，kg/mkg/m3 3 Hg p0 1 1 00 如何用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？如何用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？ H Hg g 泵的安裝高度；泵的安裝高度； u u2 2/2g/2g 進口管動能；進口管動能； HH

23、f f 進口管阻力進口管阻力; ; H Hs s 允許吸上真空高度，由泵的生產(chǎn)廠家給出。允許吸上真空高度，由泵的生產(chǎn)廠家給出。 提高提高Hg的方法的方法 取截面取截面0-0，1-1，并以截面，并以截面0-0為基準面，在兩截為基準面，在兩截 面間柏努利方程，可得面間柏努利方程，可得 fg u sg HHH 2 2 1 若貯槽為敞口，則若貯槽為敞口，則p p0 0為大氣壓為大氣壓p pa a，則有，則有 fg u g H g pp H 2 10 2 1 （2-92-9） （2-102-10） 泵制造廠只能給出泵制造廠只能給出H Hs s值，而不能直接給出值，而不能直接給出H Hg g值。值。 因為

24、每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也因為每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也 各異，有不同的各異，有不同的u u2 2/2g/2g 和和HHf f 值，所以，只能由使值，所以，只能由使 用單位根據(jù)吸入管路具體的布置情況，由計算確定用單位根據(jù)吸入管路具體的布置情況，由計算確定 H Hg g。 問題問題：泵制造廠能直接給出泵的安裝高度嗎？：泵制造廠能直接給出泵的安裝高度嗎？ Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24) (2-11) 式中式中 Hs操作條件下輸送水時允許吸上真空高度，操作條件下輸送水時允許吸上真空高度，mH2O； Hs 泵樣本中給出的允許吸上真空高度， 泵樣本中給出的允許吸上真空

25、高度，mH2O； Ha 泵工作處的大氣壓， 泵工作處的大氣壓，mH2O； Hv泵工作溫度下水的飽和蒸汽壓，泵工作溫度下水的飽和蒸汽壓，mH2O； 0.24實驗條件下水的飽和蒸汽壓，實驗條件下水的飽和蒸汽壓，mH2O。 原因原因：在泵的說明書中所給出的：在泵的說明書中所給出的Hs是大氣壓為是大氣壓為10mH2O，水溫，水溫 為為20狀態(tài)下的數(shù)值。如果泵的使用條件與該狀態(tài)不同時，則狀態(tài)下的數(shù)值。如果泵的使用條件與該狀態(tài)不同時，則 應把樣本上所給出的應把樣本上所給出的Hs值，按下式換算成操作條件下的值，按下式換算成操作條件下的Hs值。值。 泵允許吸上真空高度的換算泵允許吸上真空高度的換算 泵安裝地點

26、的海拔越高，大氣壓力就越低，允許吸上泵安裝地點的海拔越高，大氣壓力就越低，允許吸上 真空高度就越小。真空高度就越小。 輸送液體的溫度越高，所對應的飽和蒸汽壓就越高，輸送液體的溫度越高，所對應的飽和蒸汽壓就越高， 這時，泵的允許吸上真空高度也就越小。這時，泵的允許吸上真空高度也就越小。 海拔高度海拔高度，液體溫度，液體溫度Hg 不同海拔高度時大氣壓力值可查表。不同海拔高度時大氣壓力值可查表。 汽蝕余量汽蝕余量hh是指離心泵入口處，液體的靜壓頭是指離心泵入口處，液體的靜壓頭p p1 1/g /g 與動壓頭與動壓頭 u u1 12 2/2g/2g之和超過液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭之和超過液體在操

27、作溫度下的飽和蒸汽壓頭 p pv v/g/g的某一最小指定值，即的某一最小指定值，即 汽蝕余量汽蝕余量 (2-12) g p g u g p v h 2 2 11 式中式中 h h 汽蝕余量，汽蝕余量，m m； p pv v 操作溫度下液體飽和蒸汽壓，操作溫度下液體飽和蒸汽壓，N/mN/m2 2。 將式（將式（2-9）與（）與（2-12）合并可導出汽蝕余量）合并可導出汽蝕余量 h與允許安與允許安 裝高度裝高度Hg之間關系為之間關系為 上式中上式中p p0 0為液面上方的壓力，若為敞口液面則為液面上方的壓力，若為敞口液面則p p0 0=p=pa a。 (2-13) fg p g p g HhH

28、v 0 如何利用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？如何利用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？ 只要已知允許吸上真空高只要已知允許吸上真空高H Hs s與汽蝕余量中的任一個參數(shù)，均與汽蝕余量中的任一個參數(shù)，均 可確定泵的安裝高度?？纱_定泵的安裝高度。 注注：泵性能表上的值也是按輸送：泵性能表上的值也是按輸送2020水而規(guī)定的。當輸送其水而規(guī)定的。當輸送其 它液體時，需進行校正。具體校正方法可參閱有關文獻。它液體時，需進行校正。具體校正方法可參閱有關文獻。 例例2-2 2-2 某臺離心泵從樣本上查得允許吸上真空高度某臺離心泵從樣本上查得允許吸上真空高度 H Hs s=6m=6m，現(xiàn)將該泵安裝在海拔

29、高度為，現(xiàn)將該泵安裝在海拔高度為500m500m處，若夏季平處，若夏季平 均水溫為均水溫為4040。問修正后的。問修正后的H Hs s應為多少？若吸入管應為多少？若吸入管 路的壓頭損失為路的壓頭損失為1mH1mH2 2O O，泵入口處動壓頭為，泵入口處動壓頭為0.2mH0.2mH2 2O O。 問該泵安裝在離水面問該泵安裝在離水面5m5m高度處是否合適？高度處是否合適？ 解解: 當水溫為當水溫為40時，時，Hv=0.75m。查表得。查表得Ha=9.74m。 Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24) =6(9.7410)(0.750.24) =5.23m 泵的安裝高度為泵的安裝高度為: H =Hs

30、 u12/2g Hf =5.230.21 =4.93m5m 故泵安裝在離水面故泵安裝在離水面5m高度處不合適。高度處不合適。 fg u g p HzH 2 2 離心泵在特定管路系統(tǒng)中工作時，液體要求泵供離心泵在特定管路系統(tǒng)中工作時，液體要求泵供 給的壓頭給的壓頭可由柏努利方程式求得，即可由柏努利方程式求得，即 g p z 0 2 2 g u 上式可簡化為上式可簡化為 Hf (2-14) 與管路中液體流量無關，在輸液高度與管路中液體流量無關，在輸液高度 和壓力不變的情況下為一常數(shù)，以符和壓力不變的情況下為一常數(shù)，以符 號表示。號表示。 若貯槽與受槽的截面都很大，該處若貯槽與受槽的截面都很大，該處

31、 流速與管路相比可忽略不計流速與管路相比可忽略不計. . 此式中壓頭損失為此式中壓頭損失為 2 8 2 1 2 )()()()( 522 4 2 QH d ll gd Q gd ll g u d ll f eee 式中式中Q為管路系統(tǒng)的流量，為管路系統(tǒng)的流量，m3/s (2-15) 對于特定的管路系統(tǒng)，對于特定的管路系統(tǒng)，l l、l le e、d d 均為定值，湍流均為定值，湍流 時摩擦系數(shù)的變化也很小，令時摩擦系數(shù)的變化也很小，令 B d ll g e )( 52 8 則式（則式（2-142-14）可簡化為）可簡化為 BQ2 (2-16)(2-16) 上式表明：在特定管路中輸送液體時，所需壓

32、頭上式表明：在特定管路中輸送液體時，所需壓頭 隨液體流量隨液體流量Q Q的平方而變化，此關系所描繪的的平方而變化，此關系所描繪的 Q Q曲線，稱為曲線，稱為管路特性曲線管路特性曲線。它表示在特定的管路中。它表示在特定的管路中 ，壓頭隨流量的變化關系。，壓頭隨流量的變化關系。 注意注意：管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件有：管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件有 關，而與泵的性能無關。關，而與泵的性能無關。 A Q H 管路的特性曲線管路的特性曲線 泵的特性曲線泵的特性曲線 離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線H-QH-Q與其所在管路的特性曲線與其所在管路的特性曲線He-He- QeQe的交點

33、稱為泵在該管路的的交點稱為泵在該管路的工作點工作點，如圖所示。，如圖所示。 H=He Q=QeQ或或Qe H-Q M He-Qe H或或He 工作點所對應的流量工作點所對應的流量 與壓頭既滿足管路系統(tǒng)與壓頭既滿足管路系統(tǒng) 的要求，又為離心泵所的要求，又為離心泵所 能提供。能提供。 q工作點所對應的流量工作點所對應的流量Q Q與壓頭既是管路系與壓頭既是管路系 統(tǒng)所要求，又是離心泵所能提供的統(tǒng)所要求，又是離心泵所能提供的; ; q若工作點所對應效率是在最高效率區(qū)，則該若工作點所對應效率是在最高效率區(qū)，則該 工作點是適宜的。工作點是適宜的。 泵的工作點表示泵的工作點表示 改變離心泵的轉速或改變?nèi)~輪外

34、徑，以改變泵的特性曲線。改變離心泵的轉速或改變?nèi)~輪外徑，以改變泵的特性曲線。 調節(jié)流量實質上就是改變離心泵的特性曲線或管調節(jié)流量實質上就是改變離心泵的特性曲線或管 路特性曲線，從而改變泵的工作點。路特性曲線，從而改變泵的工作點。 離心泵的流量調節(jié)，通常從兩方面考慮：離心泵的流量調節(jié)，通常從兩方面考慮： 兩者均可以改變泵的工作點，以調節(jié)流量。兩者均可以改變泵的工作點，以調節(jié)流量。 在排出管線上裝適當?shù)恼{節(jié)閥，以改變管路特性曲線；在排出管線上裝適當?shù)恼{節(jié)閥，以改變管路特性曲線； 當閥門關小時，管路局部阻力當閥門關小時，管路局部阻力 加大，管路特性曲線變陡，泵的加大，管路特性曲線變陡，泵的 工作點由

35、工作點由M M移到移到M M1 1。流量由。流量由Q QM M減小減小 到到Q QM1 M1。 。 改變閥門開度以調節(jié)流量，實質是用開大或關小閥門的方改變閥門開度以調節(jié)流量，實質是用開大或關小閥門的方 法來改變管路特性曲線。法來改變管路特性曲線。 M1 M M2 QM1QMQM2 Q或或Qe H或或He H-Q 1 2 當閥門開大時，管路局部阻力當閥門開大時，管路局部阻力 減小，管路特性曲線變得平坦一減小，管路特性曲線變得平坦一 些，工作點移到些，工作點移到M M2 2，流量加大到，流量加大到 Q QM2 M2。 。 要把泵的轉數(shù)提高到要把泵的轉數(shù)提高到n n1 1，泵，泵 的特性曲線就上移到

36、的特性曲線就上移到n nM1 M1位置， 位置， 工作點由工作點由M M移到移到M M1 1，流量和壓頭，流量和壓頭 都相應加大都相應加大; ; 改變離心泵的轉數(shù)以調節(jié)流量，實質上是維持管路特性曲改變離心泵的轉數(shù)以調節(jié)流量，實質上是維持管路特性曲 線不變，而改變泵的特性曲線。線不變，而改變泵的特性曲線。 M1 M M2 Q或或Qe H或或He H-Q He-Qe n1 n n2 若把泵的轉數(shù)降到若把泵的轉數(shù)降到n n2 2，泵的特性，泵的特性 曲線就移到曲線就移到n nM2 M2位置，工作點移到 位置，工作點移到 M M2 2，流量和壓頭都相應地減小。，流量和壓頭都相應地減小。 車削葉輪的外徑

37、是離心泵調節(jié)流量的一種獨特車削葉輪的外徑是離心泵調節(jié)流量的一種獨特 方法。在車床上將泵葉輪的外徑車小，這時葉輪直方法。在車床上將泵葉輪的外徑車小，這時葉輪直 徑、流量、壓頭和功率之間關系，可按式（徑、流量、壓頭和功率之間關系，可按式（2-72-7） 進行計算。進行計算。 采用什么方法來調節(jié)流量，關系到能耗問題。采用什么方法來調節(jié)流量，關系到能耗問題。 改變閥門開度調節(jié)流量改變閥門開度調節(jié)流量 方法簡便，應用廣泛。方法簡便，應用廣泛。 但關小閥門會使阻力加大，因但關小閥門會使阻力加大，因 而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，該法不經(jīng)濟而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，該法不經(jīng)濟 的。的

38、。 改變轉速調節(jié)流量改變轉速調節(jié)流量 可保持管路特性曲線不變，流量隨轉速下降而減小，可保持管路特性曲線不變，流量隨轉速下降而減小， 動力消耗也相應降低，因節(jié)能效果顯著，但需要變速裝動力消耗也相應降低，因節(jié)能效果顯著，但需要變速裝 置，難以做到流量連續(xù)調節(jié)。置，難以做到流量連續(xù)調節(jié)。 改變?nèi)~輪直徑改變?nèi)~輪直徑 可改變泵的特性曲線，但可調節(jié)流量范圍不大，且直可改變泵的特性曲線，但可調節(jié)流量范圍不大，且直 徑減小不當還會降低泵的效率。徑減小不當還會降低泵的效率。 在輸送流體量不大的管路中，一般都用閥門來在輸送流體量不大的管路中，一般都用閥門來 調節(jié)流量，只有在輸液量很大的管路才考慮使用調調節(jié)流量，只

39、有在輸液量很大的管路才考慮使用調 速的方法。速的方法。 在實際工作中，當單臺離心泵不能滿足輸送在實際工作中，當單臺離心泵不能滿足輸送 任務的要求或者為適應生產(chǎn)大幅度變化而動用備任務的要求或者為適應生產(chǎn)大幅度變化而動用備 用泵時，都會遇到泵的并聯(lián)與串聯(lián)使用問題。這用泵時，都會遇到泵的并聯(lián)與串聯(lián)使用問題。這 里僅討論二臺性能相同泵的并聯(lián)與串聯(lián)的操作情里僅討論二臺性能相同泵的并聯(lián)與串聯(lián)的操作情 況。況。 聯(lián)合特性曲線的作法：在每一個壓頭條聯(lián)合特性曲線的作法：在每一個壓頭條 件下，使一臺泵操作時的特性曲線上的流量增件下，使一臺泵操作時的特性曲線上的流量增 大一倍而得出。大一倍而得出。 當一臺泵的流量不

40、夠時，可以用兩臺泵并當一臺泵的流量不夠時，可以用兩臺泵并 聯(lián)操作，以增大流量聯(lián)操作，以增大流量。 He-Qe 0 H H H并并 QQQ并 并 曲線表示一臺泵的特性曲線曲線表示一臺泵的特性曲線 曲線曲線表示兩臺相同的泵并聯(lián)表示兩臺相同的泵并聯(lián) 操作時的聯(lián)合特性曲線操作時的聯(lián)合特性曲線 注意：對于同一管路，其并聯(lián)操作時泵的流量不會增大一注意：對于同一管路，其并聯(lián)操作時泵的流量不會增大一 倍，如圖所示。因為兩臺泵并聯(lián)后，流量增大，管路阻力亦倍，如圖所示。因為兩臺泵并聯(lián)后，流量增大，管路阻力亦 增大。增大。 Q Q并 并 2Q 2Q 當生產(chǎn)上需要利用原有泵提高泵的壓頭時，可以考慮將泵當生產(chǎn)上需要利用

41、原有泵提高泵的壓頭時，可以考慮將泵 串聯(lián)使用。串聯(lián)使用。 兩臺相同型號的泵串聯(lián)工作兩臺相同型號的泵串聯(lián)工作 時，每臺泵的壓頭和流量也是相時，每臺泵的壓頭和流量也是相 同的。同的。在同樣的流量下，串聯(lián)泵在同樣的流量下，串聯(lián)泵 的壓頭為單臺泵的兩倍。的壓頭為單臺泵的兩倍。 0 H H H串串 QQQ串 串 聯(lián)合特性曲線的作法：將單聯(lián)合特性曲線的作法：將單 臺泵的特性曲線的縱坐標加倍臺泵的特性曲線的縱坐標加倍 ，橫坐標保持不變，可求得兩臺，橫坐標保持不變，可求得兩臺 泵串聯(lián)后的聯(lián)合特性曲線泵串聯(lián)后的聯(lián)合特性曲線 ， H H串 串 2H 2H （1 1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓

42、頭 流量一般為生產(chǎn)任務所規(guī)定。流量一般為生產(chǎn)任務所規(guī)定。 根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程式計算管路所根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程式計算管路所 需的壓頭。需的壓頭。 選擇離心泵的基本原則，是以能滿足液體輸送選擇離心泵的基本原則，是以能滿足液體輸送 的工藝要求為前提的。的工藝要求為前提的。 選擇步驟為：選擇步驟為： （2 2）選擇泵的類型與型號）選擇泵的類型與型號 根據(jù)輸送液體性質和操作條件確定泵的類型；根據(jù)輸送液體性質和操作條件確定泵的類型； 按確定的流量和壓頭從泵樣本產(chǎn)品目錄選出合適的型號；按確定的流量和壓頭從泵樣本產(chǎn)品目錄選出合適的型號； 如果沒有適合的型號，則應選定泵的壓頭和

43、流量都稍大的如果沒有適合的型號，則應選定泵的壓頭和流量都稍大的 型號；型號； 如果同時有幾個型號適合，則應列表比較選定；如果同時有幾個型號適合，則應列表比較選定； 按所選定型號，進一步查出其詳細性能數(shù)據(jù)。按所選定型號，進一步查出其詳細性能數(shù)據(jù)。 （3）校核泵的特性參數(shù)）校核泵的特性參數(shù) 如果輸送液體的粘度和密度與水相差很大，則應核算泵如果輸送液體的粘度和密度與水相差很大，則應核算泵 的流量與壓頭及軸功率。的流量與壓頭及軸功率。 例例2-4 2-4 如附圖所示，今有一輸送河水的任務，要求如附圖所示，今有一輸送河水的任務，要求 將某處河水以將某處河水以80m80m3 3/h/h的流量，輸送到一高位

44、槽中，已的流量，輸送到一高位槽中，已 知高位槽水面高出河面知高位槽水面高出河面10m10m，管路系統(tǒng)的總壓頭損失，管路系統(tǒng)的總壓頭損失 為為7mH7mH2 2O O。試選擇一適當?shù)碾x心泵。試選擇一適當?shù)碾x心泵. .并估算由于閥門調并估算由于閥門調 節(jié)而多消耗的軸功率。節(jié)而多消耗的軸功率。 11 22 10m 解解 根據(jù)已知條件，選用清水泵。以河面根據(jù)已知條件，選用清水泵。以河面1-1截面為基準面，并截面為基準面，并 取取1-1與與2-2截面列柏努利方程式，則截面列柏努利方程式，則 由于所選泵壓頭較高，操作時靠關小閥門調節(jié)，因此多消耗由于所選泵壓頭較高，操作時靠關小閥門調節(jié)，因此多消耗 功率為：

45、功率為： m HzH fg u g p 1770010 2 2 kWN HQ 838. 0 78. 0102 1000)1720()3600/80( 102 根據(jù)流量根據(jù)流量Q(80m3/h) 和和H(17m) 可選可選4B20型號的泵。由附錄查型號的泵。由附錄查 得該泵性能為：得該泵性能為： 流量流量90m3/h；壓頭；壓頭20mH2O；軸功率；軸功率6.36kW； 效率效率78% 。 例題：用泵把例題：用泵把2020的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為300 300 l l/ /minmin。高位槽液面比貯罐液面高。高位槽液面比貯罐液面高10m10m。泵吸入管用

46、。泵吸入管用 89894mm4mm的的 無縫鋼管，直管長為無縫鋼管，直管長為15m15m，管上裝有一個底閥，管上裝有一個底閥( (可初略地按旋啟可初略地按旋啟 式止回閥全開時計算式止回閥全開時計算) )、一個標準彎頭；泵排出管用、一個標準彎頭；泵排出管用 57573.5mm3.5mm的無縫鋼管，直管長度為的無縫鋼管，直管長度為50m50m，管路上裝有一個全開，管路上裝有一個全開 的截止閥和三個標準彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設的截止閥和三個標準彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設 貯罐液面維持恒定。試選擇合適的泵。貯罐液面維持恒定。試選擇合適的泵。 11 22 10m 7m 7m f u

47、pup hgzWgz 2221 2 22 2 11 式中，式中，z1=0, z2=10m, p1=p2, u1 0, u2 0 W=9.8110+hf 局直fff hhh 解：解： 依題意，繪出流程示意圖。取截面和基準面，依題意，繪出流程示意圖。取截面和基準面， 如圖所示。如圖所示。在兩截面間列柏努利方程，則有在兩截面間列柏努利方程，則有 2 2 u d l f h 直 進口段：進口段： 局直（進口段） hhh f d=89-24=81mm, l=15m 5 105 . 6 88097. 0081. 0 1006. 1 4 du e R smu/97. 0 2 4 081. 0601000 3

48、00 0037. 0,3 . 0 81 3 . 0 d mm 查圖，查圖， 得得 =0.029 22 22 eu f u d l f hh 局局 或 進口段的局部阻力：進口段的局部阻力： 底閥：底閥：le=6.3m 彎頭：彎頭：le=2.73m 進口阻力系數(shù)：進口阻力系數(shù)： =0.5 kgJ h u d ll f e /28.4 5.0029.0 )( 2 97.0 081.0 )7.23.6(15 2 2 2 （進口段） 局直（出口段） hhh f 2 2 u d l f h 直22 22 eu f u d l f hh 局局 或 d=57-23.5=50mm, l=50m smu/55.

49、2 2 4 05. 0601000 300 5 105 . 6 88097. 005. 0 1073. 1 4 du e R 006. 0,3 . 0 50 3 . 0 d mm 查圖，查圖， 得得 =0.0313 出口段：出口段： 出口段的局部阻力：出口段的局部阻力： 全開閘閥：全開閘閥： le=0.33m 全開截止閥：全開截止閥：le=17m 標準彎頭標準彎頭(3)：le=1.63=4.8m 出口阻力系數(shù)：出口阻力系數(shù)： =1.0 kgJ h u d ll f e /150 10313. 0 )( 2 55. 2 05. 0 13.2250 2 2 2 （進口段） kgJhhh fff /3 .15415028. 4 出口進口 總阻力：總阻力： kgJW/4 .2523 .1541 .98 軸功率：軸功率： 選泵選泵 Q泵 泵=1.1 30060/1000=19.8 m3/h H泵 泵=1.1 (w/g)=1.1(252.4/9.81)=28.33 m 從離心泵的產(chǎn)品目錄中選擇泵：從離心泵的產(chǎn)品目錄中選擇泵：2B31，其參數(shù)為：，其參數(shù)為： 流量：流量： 20 m3/h； 揚程：揚程： 30.8 m; 轉速：轉速： 2900 r/min; 功率：功率： 2.6 kW; 效率：效率： 64%； 允許吸上真空高度：允許吸上真空高度： 7.2m )(38. 2 6