流體輸送機械市公開課一等獎省賽課獲獎課件

3.6流體輸送機械流體輸送機械——為流體提供機械能機械設備輸送液體機械——泵輸送氣體機械——壓縮機或風機（負壓條件下工作壓縮機稱為真空泵）流體輸送機械第1頁泵與壓縮機可分為（按其工作原理）：⑴離心式、軸流式(統(tǒng)稱葉輪式)利用高速旋轉(zhuǎn)葉輪使流體取得動能并轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能⑵容積式或正位移式(往復式、旋轉(zhuǎn)式)利用活塞或轉(zhuǎn)子周期性擠壓使流體取得靜壓能與動能⑶流體動力式利用流體高速噴射時動能與靜壓能相互轉(zhuǎn)換原理吸引輸送另一個流體。本節(jié)以離心泵為代表重點討論其工作原理、結(jié)構(gòu)和工作特征。流體輸送機械第2頁離心式、軸流式圖3-17離心泵結(jié)構(gòu)與工作原理簡圖

1－葉輪2－泵殼3－泵軸

4－吸入管路5－底閥6－排出管路流體輸送機械第3頁容積式或正位移式(往復式、旋轉(zhuǎn)式)流體輸送機械第4頁流體動力式流體輸送機械第5頁3.6.1

離心泵離心泵關(guān)鍵部件：高速旋轉(zhuǎn)葉輪(通常6～8片)——給能部件固定泵殼（蝸殼流道）——轉(zhuǎn)能部件離心泵特點:

泵流量與壓頭靈活可調(diào)輸送量穩(wěn)定適用介質(zhì)范圍廣

3.5.1.1

離心泵工作原理離心泵工作過程：液體從低壓吸入管路連續(xù)地進入葉輪葉輪向液體提供能量蝸殼內(nèi)液體動能轉(zhuǎn)換為靜壓能氣縛現(xiàn)象流體輸送機械第6頁一、離心泵理論流量圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形：隨葉輪旋轉(zhuǎn)切向速度(又叫牽連速度)

切向速度(牽連速度)相對速度液體在葉輪中絕對速度cr2cr1D1、D2—葉輪進、出口直徑b1、b2—葉輪進、出口處流道寬度1、2—葉片厚度占據(jù)空間使流道面積減小系數(shù)

葉輪進、出口處流道面積b

:葉輪轉(zhuǎn)速

r:液體所在位置半徑

：沿葉片表面相對于葉輪相對速度(方向為流體質(zhì)點所在葉片處切線方向)相對于葉輪徑向流速流體輸送機械第7頁圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形切向速度(牽連速度)相對速度液體在葉輪中絕對速度cr2cr1離心泵理論流量與液體徑向流速關(guān)系:

相對于葉輪徑向流速葉輪進、出口處速度三角形確實定：*設葉輪為葉片數(shù)無限多理想葉輪(流體運動軌跡與葉片形狀完全一致）*速度三角形底邊

和高cr*葉輪上葉片安置角b（相對速度與牽連速度反方向夾角） 泵流量、壓頭和功率與速度三角形大小和形狀直接相關(guān)

三角形余弦定理Backto10流體輸送機械第8頁二、離心泵理論壓頭在葉輪進出口截面列柏努利方程泵理論壓頭或揚程圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形切向速度(牽連速度)相對速度液體在葉輪中絕對速度cr2cr1相對于葉輪徑向流速*以葉輪中心線為軸線、且隨葉輪一起勻速旋轉(zhuǎn)柱坐標系*離心力場作用下理想流體在該坐標系中運動規(guī)律服從歐拉方程(2.3-24)

*在旋轉(zhuǎn)坐標系中液體速度為*液體所受體積力主要是半徑方向離心力

(重力作用已忽略不計)類似于重力場中理想流體柏努利方程推導方法(見式2.3-52～57)Backto10流體輸送機械第9頁液體在葉輪上沿葉片運動dt時間內(nèi)取得動能增量

從葉輪入口到出口積分

以葉輪進、出口速度三角形參數(shù)表示離心泵理論壓頭公式Goto9Goto8流體輸送機械第10頁入口速度三角形夾角a1=90o(稱為無預旋進液,理論壓頭H最大)圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形cr2cr1三、影響離心泵理論壓頭原因無預旋進液離心泵理論壓頭與理論流量及出口處葉片幾何參數(shù)關(guān)系。b2又稱為葉片離角或流動角

流體輸送機械第11頁圖3-19葉片形狀對理論壓頭影響b2=900，徑向葉片，ctgb2=0，H與qV無關(guān)；b2<900，后彎葉片，

ctgb2>0,H隨qV增加而降低；b2>900，前彎葉片ctgb2<0,H隨qV增加而增加。流體輸送機械第12頁1.

離心泵特征曲線離心泵主要性能參數(shù):

流量qV

壓頭(揚程)H軸功率N效率

離心泵特征曲線:H—qV曲線

N—qV曲線

—qV曲線

離心泵揚程(壓頭)H

——在工作條件下離心泵對單位重量流體所能提供機械能，m液柱。H大小取決于泵結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和泵流量。離心泵流量qV——在單位時間里，離心泵排到管路系統(tǒng)液體體積，M3/s或M3/h。qV大小取決于泵結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和泵壓頭。離心泵效率——有效功率與軸功率比值離心泵軸功率N——電機輸入到泵軸功率離心泵有效功率Ne——流體從泵取得實際功率流體輸送機械第13頁

*

值反應了離心泵運轉(zhuǎn)過程中能量損失，主要包含：

容積損失——一部份已取得能量高壓液體由葉輪出口處經(jīng)過葉輪與泵殼間縫隙或從平衡孔漏返回到葉輪入口處低壓區(qū)造成能量損失。

水力損失——進入離心泵粘性液體在整個流動過程中產(chǎn)生摩擦阻力、局部阻力以及液體在泵殼中由沖擊而造成能量損失。

機械損失——泵軸與軸承之間、泵軸與密封填料之間等產(chǎn)生機械摩擦造成能量損失。容積效率ηv機械效率ηm水力效率ηh離心泵效率η=

ηv·ηh·ηm流體輸送機械第14頁一定轉(zhuǎn)速下：*泵壓頭隨輸送流量增加而下降*泵軸功率隨輸送流量增加而增大，流量為零時，軸功率最小。*泵效率隨流量增大出現(xiàn)一極大值即最高效率點

離心泵特征曲線:H—qV曲線

N—qV曲線

—qV曲線

-qVH-qVN-qV注意：離心泵銘牌上標出H、qV、N性能參數(shù)為最高效率時數(shù)據(jù)普通將最高效率值92%范圍稱為泵高效區(qū)Backto16高效區(qū)Backto24IS100-80-160附錄二十三泵規(guī)格流體輸送機械第15頁2、特征曲線變換

樣本中離心泵特征曲線測定：在一定轉(zhuǎn)速下，20℃清水為工質(zhì)。

(1)、液體密度影響H—qV曲線η—qV曲線N—qV曲線不隨ρ變——隨ρ變Goto15(2)、液體粘度影響H—qV曲線N—qV曲線—qV曲線隨μ變流體輸送機械第16頁(3)、葉輪轉(zhuǎn)速影響H—qV曲線N—qV曲線—qV曲線隨n變離心泵百分比定律

流體輸送機械第17頁用清水測定某離心泵特征曲線，試驗裝置如附圖所表示。當調(diào)整出口閥使管路流量為25m3/h時，泵出口處壓力表讀數(shù)為0.28MPa（表壓），泵入口處真空表讀數(shù)為0.025MPa，測得泵軸功率為3.35kW，電機轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分，真空表與壓力表測壓截面垂直距離為0.5m。試由該組試驗測定數(shù)據(jù)確定出與泵特征曲線相關(guān)其它性能參數(shù)。【例3-13】與泵特征曲線相關(guān)性能參數(shù):

n、qV、H、N、

解：以真空表和壓力表兩測點為1，2截面，對單位重量流體列柏努力方程

流體輸送機械第18頁3.

離心泵汽蝕現(xiàn)象與泵安裝高度汽蝕現(xiàn)象：泵入口處壓強低至輸送液體溫度下飽和蒸汽壓時，部分液體汽化現(xiàn)象。氣縛現(xiàn)象：？葉輪內(nèi)緣液體入口截面

對1-1和K-K截面列柏努方程令汽蝕發(fā)生時p1為p1,min一定流量下，pk=pv時

，汽蝕發(fā)生20℃水飽和蒸汽壓Pv=2.34kPa

流體輸送機械第19頁Dhmin——離心泵最小汽蝕余量，m。反應離心泵汽蝕性能主要參數(shù)主要與泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送流量相關(guān)經(jīng)過試驗測定汽蝕發(fā)生時泵入口處壓強p1,min來確定Dh——泵樣本中給出允許汽蝕余量，m。

Dh

>Dhmin泵入口允許最小壓強p1,允>p1,min實際安裝高度Hg<Hg，允

提升Hg辦法：增大管徑降低吸入管路阻力流體輸送機械第20頁

用轉(zhuǎn)速為1850轉(zhuǎn)/分50WG型離心雜質(zhì)泵將溫度為20℃，密度為1080kg/m3鉆井廢水從敞口沉砂池送往一處理池中，泵流量為22.0m3/h。由泵樣本查得，在該流量下，泵汽蝕余量為5.3m。受安裝位置所限，泵入口較沉砂池液面高出了2.5m。試求：

（1）泵吸入管路允許最大阻力損失為多少？

（2）若泵吸入管長為20m（包含局部阻力當量長度），管路摩擦系數(shù)取0.03，泵入口管路直徑最少應為多大？【例3-15】20℃水飽和蒸汽壓Pv=2.34kPa

流體輸送機械第21頁4.離心泵調(diào)整與組合

1、離心泵工作點離心泵工作點：泵揚程曲線(H—qV曲線)與管路特征曲線(HL—qV曲線)交點。Goto24Goto152、離心泵調(diào)整調(diào)整出口閥*改變管路H—qV

曲線流體輸送機械第22頁Goto252、離心泵調(diào)整*改變泵H-qV

曲線

調(diào)整出口閥調(diào)整泵轉(zhuǎn)速*改變管路H—qV

曲線離心泵百分比定律：流體輸送機械第23頁對一定管路系統(tǒng)管路特征方程K——

*代表了管路系統(tǒng)阻力特征

*K值大管路阻力大，要求提供壓頭HL大。管路特征曲線代表一定管路系統(tǒng)輸送流量與所需提供機械能關(guān)系k2k1VHL1HL2Backto22流體輸送機械第24頁3、離心泵并聯(lián)和串聯(lián)

并聯(lián)泵組特點：在同一壓頭下，泵組流量為該壓頭下各泵對應流量之和。

泵組特征曲線(合成特征曲線)串聯(lián)操作特點：在同一流量下，泵組揚程為該流量下各泵揚程之和

泵組特征曲線(合成特征曲線)同型號兩臺泵

同型號兩臺泵

流體輸送機械第25頁離心泵安裝和操作（1）離心泵安裝高度必須低于允許安裝高度；（2）離心泵在開啟前必須使泵內(nèi)灌滿所輸送流體；（3）離心泵應在關(guān)閉出口閥門時開啟，使其開啟功率最??；（4）停泵前應先關(guān)閉出口閥門，或在泵出口管線上裝單向閥，以免流體倒流入泵內(nèi)損壞葉輪；（5）運轉(zhuǎn)中應定時檢驗、保養(yǎng)和潤滑等。流體輸送機械第26頁離心泵類型與選取1、離心泵類型化工生產(chǎn)中慣用離心泵：清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵、液下泵、屏蔽泵潛水泵、低溫泵、磁力泵等等，

1-泵體；2-泵蓋；3-葉輪；4-軸；5-密封環(huán)；6-葉輪螺母；7-止動墊圈；8-軸蓋；9-填料壓蓋；10-填料環(huán)；11-填料；12-懸架軸承部件圖2-29IS型離心泵結(jié)構(gòu)圖(1)、清水泵IS系列（單級單吸式）D系列（多級式）Sh系列（雙吸式）

IS100-80-160流體輸送機械第27頁(2)、耐腐蝕泵與流體介質(zhì)接觸部件采取耐腐蝕材料制作。慣用系列代號F(3)、油泵油泵用于輸送石油及油類產(chǎn)品，油泵系列代號為Y，雙吸式為YS。這類泵密封性能要求較高

(4)、雜質(zhì)泵分為污水泵、無堵塞泵、渣漿泵、泥漿泵等。主要結(jié)構(gòu)特點是葉輪上葉片數(shù)目少，葉片間流道寬，有型號泵殼內(nèi)還襯有耐磨材料。(5)、液下泵液下泵是一個立式離心泵，整個泵體浸入在被輸送液體貯槽內(nèi)，經(jīng)過一根長軸，由安放在液面上電機帶動。(6)、屏蔽泵屏蔽泵是一個無泄漏泵。其結(jié)構(gòu)特點是葉輪直接固定在電機軸上，并置于同一密封殼體內(nèi)。流體輸送機械第28頁2、離心泵選取

步驟：*確定泵類型（取決于所輸送液體性質(zhì)和操作條件）*確定泵型號（取決于輸送流量qV、所需壓頭HL）注意：*所選泵提供流量V和壓頭H能力應比管路系統(tǒng)所要求大

*所選泵應在高效區(qū)范圍工作IS100-80-160-VH-VN-VHLH滿足：H>HL流體輸送機械第29頁3.6.2

往復泵

*往復泵經(jīng)典容積式泵*主要結(jié)構(gòu)有泵缸、活塞、活塞桿、吸入和排出單向閥(活門)*有電動和汽動兩種驅(qū)動形式1.

往復泵工作原理往復泵是依靠外界與泵內(nèi)壓強差而吸入液體，所以和離心泵一樣往復泵吸上高度也受限制

流體輸送機械第30頁2

.

往復泵流量調(diào)整A——活塞面積m2

a——活塞桿截面積m2S——活塞沖程m

n——活塞往復頻率1/min理論平均流量：

實際平均流量V：單缸單動泵單缸雙動泵V——容積效率小型泵(V＝

0.1～30m3/h)V=0.85～0.90，中型泵(V＝30～300m3/h)V=0.90～0.95大型泵(V≥300m3/h)V=0.95～0.99特征曲線：*往復泵流量與管路特征曲線無關(guān)*泵提供壓頭取決于管路情況(含有這種特征泵稱為正位移泵)流體輸送機械第31頁3.6.3

其它化工用泵8.1.1.1

計量泵計量泵又稱百分比泵，其工作原理與往復泵相同。計量泵傳動裝置是經(jīng)過偏心輪把電機旋轉(zhuǎn)運動變成柱塞往復運動。偏心輪偏心距可調(diào)，以此來改變柱塞往復行程，從而到達調(diào)整和控制泵流量目標。計量泵普通用于要求輸液量十分準確或幾個液體要求按一定配比輸送場所。3.6.3.1計量泵(百分比泵)工作原理與往復泵相同。其傳動裝置是經(jīng)過偏心輪把電機旋轉(zhuǎn)運動變成柱塞往復運動。偏心輪偏心距可調(diào)，以此來改變柱塞往復行程，到達調(diào)整和控制泵流量目標。

隔膜泵3.6.3.2隔膜泵

用彈性金屬薄片或耐腐蝕性橡皮制成隔膜將活柱與被輸送液體隔開，與活柱相通一側(cè)則充滿油或水。當活柱往復運動時，迫使隔膜交替向兩側(cè)彎曲，將液體吸入和排出。1-吸入活門；4-水（或油）缸；2-壓出活門；5-隔膜；3-活柱；流體輸送機械第32頁8.1.1.1

計量泵計量泵又稱百分比泵，其工作原理與往復泵相同。計量泵傳動裝置是經(jīng)過偏心輪把電機旋轉(zhuǎn)運動變成柱塞往復運動。偏心輪偏心距可調(diào)，以此來改變柱塞往復行程，從而到達調(diào)整和控制泵流量目標。計量泵普通用于要求輸液量十分準確或幾個液體要求按一定配比輸送場所。

隔膜泵3.6.3.3齒輪泵運動時，兩個齒輪在泵吸入口脫離嚙合，形成低壓區(qū)，液體被吸入并隨齒輪轉(zhuǎn)動被強行壓向排出端。在排出端兩齒輪又相互嚙合形成高壓區(qū)將液體擠壓出去。

3.6.3.4螺桿泵螺桿泵按螺桿數(shù)目，有單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵以及五螺桿泵。螺桿泵工作原理與齒輪泵相同，是借助轉(zhuǎn)動螺桿與泵殼上內(nèi)螺紋、或螺桿與螺桿相互嚙合將液體沿軸向推進，最終由排出口排出。流體輸送機械第33頁3.6.3.5旋渦泵旋渦泵是一個特殊類型離心泵。主要由葉輪和泵體組成，葉輪是一個圓盤，四面由凹槽組成葉片成輻射狀排列，葉片數(shù)目可多達幾十片。葉輪旋轉(zhuǎn)過程中泵內(nèi)液體隨之旋轉(zhuǎn)同時，又在徑向環(huán)隙作用下屢次進入葉片重復作旋轉(zhuǎn)運動，從而取得較高能量。

旋渦泵特征曲線-VH-VN-VIS100-80-160流體輸送機械第34頁3.7

氣體輸送機械與液體輸送機械相比：相同——作用類似，即對流體做功，提升流體機械能（壓強能）不一樣——可壓縮性差異用途：氣體輸送氣體壓縮（產(chǎn)生高壓氣體）產(chǎn)生真空質(zhì)量流量相同時：*氣體輸送體積流量大，輸送機械體積必定大*氣體輸送管路流速大*氣體輸送管路阻力大*氣體輸送要求提供壓頭對應更高流體輸送機械第35頁氣體輸送機械分類：以氣體出口壓強或者進、出口壓縮比分類：通風機：出口壓強小于15kPa(表壓)，壓縮比為1～1.15鼓風機：出口壓強為15kPa～0.3MPa(表壓)，壓縮比小于4壓縮機：出口壓強0.3MPa以上(表壓)，壓縮比大于4真空泵：用于減壓抽吸，出口壓強為大氣壓，

Goto2流體輸送機械第36頁3.7.1

通風機結(jié)構(gòu)形式:離心式軸流式按產(chǎn)生風壓大小分為:

低壓離心通風機：出口風壓小于1.0kPa(表壓)

中壓離心通風機：出口風壓1.0～3.0kPa(表壓)

高壓離心通風機：出口風壓3.0～15.0kPa(表壓)1、離心通風機結(jié)構(gòu)1－機殼；2－葉輪；3－吸入口；4－排出口

*為多葉片葉輪，葉輪直徑較大，葉片較短。*葉片形式有平直、前彎和后彎。平直葉片慣用于低壓通風機；前彎葉片通風機送風量大，但效率低；高效通風機葉片通常是后彎葉片。蝸殼氣體通道截面：矩形和圓形流體輸送機械第37頁2、離心通風機特征曲線

離心通風機主要性能參數(shù)：風量(體積流量)

V風壓(壓頭)HT軸功率N效率離心通風機特征曲線:

HT—qV曲線

Hp—qV曲線

N—qV曲線

—qV曲線

風量qV——氣體經(jīng)過進風口體積流量（按通風機進口狀態(tài)計）風壓HT(全風壓)——單位體積氣體經(jīng)過風機后所取得能量，N/m2

特征曲線測試條件：

20℃、0.1MPa條件下用空氣測定（密度為1.2kg/m3

）附錄二十四9-19型離心通風機規(guī)格流體輸送機械第38頁取通風機進、出口為1、2截面以單位體積氣體為基準列柏努利方程靜風壓動風壓全風壓J/kgM流體柱Pa(J/m3)流體輸送機械第39頁離心通風機選取步驟：*確定風機類型（取決于所輸送氣體性質(zhì)和操作條件）

*確定風機型號（取決于輸送流量V、所需壓頭HT）實際輸送氣體密度 測定條件下氣體密度流體輸送機械第40頁用附圖所表示流化床干燥系統(tǒng)干燥某種粒狀物料，流化床操作溫度60℃，最大流量為5500m3/h。已知最大流速下空氣經(jīng)過加熱器阻力損失為2200Pa，流化床阻力損失為4500Pa，旋風分離器阻力損失為1500Pa。整個管路阻力損失為1000Pa，設風機入口空氣溫度為30℃，大氣壓強為96.5kPa，試選擇一適合通風機。解：取風機入口為1-1截面，旋風分離器空氣出口為2-2截面，忽略經(jīng)過流化床后氣體質(zhì)量流速改變，在兩截面間對單位體積流體列柏努利方程

操作情況30℃下入口情況30℃下【例3-17】

流體輸送機械第41頁依據(jù)所需——風量qV=5004.5m3/h（按風機進口狀態(tài)計）

風壓（密度為1.2kg/m3空氣）從風機樣本中查得9-19No.7.1(n=2900r/min)可滿足要求該通風機性能以下：風量4610～6454m3/h全風壓1171