流體輸送機(jī)械基本原理講義

第二章流體輸送機(jī)械

第一節(jié)概述（略）

第二節(jié)離心泵

一、離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1、離心泵的基本結(jié)構(gòu)

2、離心泵的工作原理

例：一杯熱水為使之冷卻，用筷子在水中旋轉(zhuǎn)，水也產(chǎn)生速度，跟著筷子一塊轉(zhuǎn)動(dòng)（本質(zhì)上是筷子

的附著力大于水之間的內(nèi)聚力，內(nèi)摩擦力使水旋轉(zhuǎn)）靠近筷子的水轉(zhuǎn)的快而遠(yuǎn)離筷子的水轉(zhuǎn)的慢。另外

中心凹，四周水沿壁上升高于中間。為什么呢？

離心泵工作原理

AV~

離心力F=mco~R-m—

R

24

。=于=2〃乃［弧度/秒］。角速度R半徑（葉輪半徑）m質(zhì)量（流體質(zhì)量kg）

v=①匕=27rm=9u線速度.T-周期轉(zhuǎn)速,7=!（周期是物體做圓周運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)

Tn

一周所需要的時(shí)間，單位是秒：轉(zhuǎn)速n是物體單位時(shí)間所轉(zhuǎn)的周數(shù)，單位是1/秒）。

R/或①/則F/

手轉(zhuǎn)動(dòng)筷子，水產(chǎn)生動(dòng)能，水旋轉(zhuǎn)碰到管壁動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，靜壓能乂轉(zhuǎn)化為位能使水沿壁面上

升。邊上水上升后，中心能減少，形成空隙，產(chǎn)生真空度，故在同一個(gè)大氣壓下，中心凹下去。

（1）泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，充滿葉片之間的液體也跟在旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，液體從葉輪中心被拋向

葉輪邊緣，使液體靜壓能、動(dòng)能均提高。（類似我們旋轉(zhuǎn)雨傘，傘上面的雨滴飛出去）。

（2）液體從葉輪外緣進(jìn)入泵殼后，由于泵殼中流道逐步加寬，液體流速變慢，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜

壓能，使泵出口處液體的壓強(qiáng)進(jìn)一步提高，于是液體以較高的壓強(qiáng)從泵的排出口進(jìn)入排出管路輸送到所

需場(chǎng)所。

（3）當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向外緣時(shí)，在中心出形成低壓區(qū)，由于貯槽液面上方的樂(lè)強(qiáng)（一般為

1［atm］）大于吸入口處的壓強(qiáng)，在壓強(qiáng)差的作用下，液體便經(jīng)吸入管路，連續(xù)地被吸入泵內(nèi)，以補(bǔ)充被

排出的液體。

離心泵之所以能夠輸送液體，主要依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，產(chǎn)生離心力，在慣性作用下，獲得了能量

以提高壓強(qiáng)。

3、離心泵使用注意點(diǎn)：離心泵啟動(dòng)時(shí)，必須灌滿水否則產(chǎn)生氣縛。何為氣縛？離心泵啟動(dòng)時(shí)，如

果泵殼與吸入管路沒(méi)有充滿液體，則泵殼內(nèi)存有空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，產(chǎn)生的離心

力小,（離心力Fbm、mJFI）從葉輪中心甩出的液體少，因而葉輪中心處所形成的低壓（真空

度）不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)（打不上水），此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵也不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為

氣縛。

4、離心泵的主要部件：

（1）葉輪（泵的心臟）

如講義離心泵的結(jié)構(gòu)圖，每個(gè)葉輪有6—12片彎曲的葉片。

閉式（有無(wú)前后蓋板）

A、按有無(wú)蓋板分?半閉式（無(wú)前蓋板）

開(kāi)式（無(wú)前后蓋板）

單吸

B、按吸液方式分｛gm

C、平衡孔：在葉輪后蓋板上鉆一些小孔，它的作用是使蓋板與泵殼之間的空腔中一部分高壓液體

漏到低壓區(qū)（吸入口處）以咸少葉輪兩側(cè)的壓力差。從而起到平衡一部分軸向推力的作用。

（2）泵殼又稱為蝸殼，因殼內(nèi)有一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的蝸牛式通道，泵殼不僅作為一個(gè)匯集由葉輪拋出

液體部件，而且使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。

在葉輪與泵殼之間有時(shí)還裝一個(gè)固定不動(dòng)而帶有葉片的圓盤，這個(gè)圓盤稱為導(dǎo)輪，由于導(dǎo)輪具

有很多逐漸轉(zhuǎn)向的流道，使高速液體流過(guò)時(shí)，均勻而緩和地將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，減少能量損失。

(3)軸封裝置：泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。其作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸而漏出，或者

空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi),

填料密封

軸封4

機(jī)械密封

二、離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

I、離心泵的主要性能參數(shù)

(1)流量:離心泵的流量又稱送液能力，是指泵在單位時(shí)間里排到管路系統(tǒng)的液體體積。［幺］或卜%］。

(2)壓頭:離心泵的壓頭又稱為泵的揚(yáng)程，是指泵對(duì)單位重量的流體所提供的有效能量,”［7.，%］二［,?］。

升揚(yáng)高度：離心泵將液體從低處送到高處的垂直距離.限］

［高壓液體通過(guò)葉輪與鏤間縫隙漏回吸入口

容積損失77、,,高壓液體從填料函處曜泵殼外

［高壓液體從平衡孔漏回氐壓區(qū)。

［粘性液體流過(guò)葉輪與糠流速與方向的改變

，失產(chǎn)生流動(dòng)阻力而引起能量損失；

7貝”輸送流量與設(shè)計(jì)流量行致，在泵體內(nèi)產(chǎn)生沖

(3)效率：〃反應(yīng)能量損失

［擊而損失能量，即粘，驕體摩擦阻力。

［泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵軸與軸承之間，泵軸與填料函

機(jī)械損失77分葉輪外表面與液體之間均產(chǎn)生摩擦引起的

［能量損失。

(4)軸功率:離心泵的軸功率是泵軸所需的功率.當(dāng)泵直接由電機(jī)帶動(dòng)時(shí)，也就是電動(dòng)機(jī)傳給泵軸的功率N.

［J/s］或［w］或［kw］o

Ne：有效功率、是輸送到管道的液體從葉輪所獲得的功率.由于有容枳損失,水力損失與機(jī)械損失，所

N

以泉的軸功率大于有效功率，即：N=，Ne=QHpg

Q-泵的流量向71〃一泵的壓頭［m］

p-被送液體的密度\kg/ni］g—重力加速度\m/s2］

如Ne用［kw］計(jì)算

QHpx9.8TQHp

Ne=QHpgN=[kw]N=QNW&*依"]

1000102

2、離心泵的特性曲線

表示流量Q與?"變化的關(guān)系曲線，它由泵的制造廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定后提供的。離心泵的特性曲

線只與葉輪的直徑、轉(zhuǎn)速和測(cè)試時(shí)的工作介質(zhì)有關(guān)，它是在泵的制造廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)作出來(lái)的。

①“一。曲線QfHJ

②N—Q曲線QTNTQ=0N=最小

故離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動(dòng)電流減少以保護(hù)電機(jī)。

③〃-。曲線Q=077=0QT7/T上升到最大值QT77J

4B20型離心泵的特性曲線

離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn),稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。

離心泵的工作范圍稱為泵的高效率區(qū)。通常為最高效率的92%左右，離心泵最好在此范圍內(nèi)工作。

A—最高效率點(diǎn)，稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。泵在最高效率相對(duì)應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)，所以與最高效

率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q”.N稱為最佳工況參數(shù)離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)就是指該泵在運(yùn)行時(shí)效率最高點(diǎn)

的狀況參數(shù)，根據(jù)輸送條件的要求，離心泵往往不可能正好在最佳狀況點(diǎn)上運(yùn)轉(zhuǎn)，因此一般只能規(guī)定一

個(gè)工作范圍，稱為泉的高效率區(qū)，通常為最高效率的92%左右,如圖中波折線所小的范圍。

究竟離心泵的特性曲線是如何作出來(lái)的請(qǐng)看例題：

當(dāng)轉(zhuǎn)速為］山

290()%控制閥門e,=oN\7i

Qi也%

%鵬%

聯(lián)接以上各點(diǎn)，即得該泵在固定轉(zhuǎn)速之下的特性曲線。

三、離心泵性能的改變和換算

泵的生產(chǎn)部門所提供的離心泵特性曲線一般都是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下，以常溫的清水為例作實(shí)驗(yàn)測(cè)

得的。

若輸送的液體物理性質(zhì)（密度和粘度）或泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑改變，泵的性能參數(shù)及生產(chǎn)部門所提

供的泵的特性曲線應(yīng)當(dāng)重新?lián)Q算。

1、密度的影響

①對(duì)，的影響,??離心力/二6〃/?m=VppT.mT.F?pT（出口靜壓強(qiáng)）

則又B=Hp對(duì)H無(wú)影響

pg

0

v-

/7tn一

②對(duì)。的影響p7=H~=C，〃=CVpgH=JL=CV^=CV

AApg外

離心泵的流量我決于離心泵葉輪直徑和離心泵的轉(zhuǎn)速與流體密度無(wú)關(guān)。

Ne_QHpg

③對(duì)〃的影響密度對(duì)效率無(wú)影響.

NQHpg

7

④對(duì)N的影響N=/?T.NT

102/;

2、粘度的影響

被輸送的液體粘度若大于常溫下清水的粘度，則泵體內(nèi)部的能量損失增大、泵的壓頭、流量要

減少，（“與。一致〃J.QJ）,效率下降;軸功率增大，即泵的特性曲線發(fā)生改變。

CTN'需N"

當(dāng)輸送液體的運(yùn)動(dòng)玷度以U=幺）u〈20[cst]無(wú)須換算。

P

當(dāng)u>20[cst]時(shí)，離心泵的性能需按下式進(jìn)行換算，即：2=CQQH'=CHHrff"

式中：

。、H、7；——離心泵輸送水時(shí)的流量、壓頭、效率；

Q'、H\一一離心泵輸送其它粘性液體的流量、壓頭、效率；

C。、C〃、Cn——流量、壓頭、效率的換算系數(shù)。

3、離心泵的轉(zhuǎn)速影響（其推導(dǎo)參考大連化學(xué)工業(yè)學(xué)校，湖北省工業(yè)技術(shù)學(xué)校合編1966年版《泵

和壓縮機(jī)》利用相似定律推導(dǎo)出來(lái)的）。

當(dāng)液體的粘度不大且泵的效率不變時(shí)，泵的流量、壓頭、軸功率與轉(zhuǎn)速的近似關(guān)系為當(dāng)泵的

轉(zhuǎn)速變化小于20%時(shí)，用離心泵比例定律換算偏差不大。

■

比例定律:QL=HL

Q1%”2

式中：。|、乩、M——轉(zhuǎn)速為々時(shí)的泵的性能參數(shù);

。2、”2、N?一一轉(zhuǎn)速為人時(shí)的泵的性能參數(shù)。

4、葉輪直徑的影響

當(dāng)葉輪直徑變化不大、葉輪外徑的減小變化不大于20$的情況下，轉(zhuǎn)速不變時(shí)，葉輪直徑和流量、

壓頭、軸功率之間的近似關(guān)系為：

￡)*H'(D,V(D'V

—=\—N—，=\—稱為切割定律，此式只有在葉輪直徑的變

Q4H

[DJN[D2)

化不大于20%時(shí)才適用。

Q\H\N一一葉輪直徑為。‘2時(shí)泵的性能：

Q、H、N一一葉輪直徑為。2時(shí)泵的性能：

某離心泵輸送水的特性曲線已由泵的生產(chǎn)廠家標(biāo)出來(lái)了，現(xiàn)在是用輸送水的泵輸送

夕二900。且/相[,粘度為22O[csf]的油。

液體的性質(zhì)發(fā)生了改變，由前分析可知：離心泵的壓頭、流量、效率均與密度無(wú)關(guān)，只是軸功率隨

密度的增加而增加。代入N=Q"[kw]中計(jì)算。

1027;

粘度的影響當(dāng)L>>2()k”]離心泵的性能必須按下式Q'=CQQH'=CHH

rf=CnT]進(jìn)行計(jì)算。

查木講義，清水20℃、p=998.2[W^3]、〃=100.50x10-5

5

JJ100.50x10Lr1

v=—=-----------=1.007x1i0n6\m2//s\

p998.2LJ

又因?yàn)閘[.y/]=100[evz]=104[/n2/5]l[m2/s\=10，[csz]

D=1.007xIO-6xlO6=1.007[cs/]

油u=220[cwr]u油一6>水=220-1.007=218.993卜sf]

當(dāng)心20卜同時(shí)，離心泵性能就須校正即心2%—必須校正.

J」小1.2UC)

必須用20°。的清水最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量一一額定流量?！覆橛嘘P(guān)圖以求取CQ、CH.G,。

四、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

1、離心泵內(nèi)的壓強(qiáng)變化F=R機(jī)。常數(shù)RTF>%THT

由〃=&=c=C%H=￡=CVC一常數(shù)V—輸液體積［〃尸

APg

泵的T作原理：通過(guò)葉輪帶動(dòng)液體勻速旋轉(zhuǎn)將離心力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o床頭的過(guò)程.當(dāng)然流體由靜即動(dòng)也產(chǎn)牛部

分動(dòng)壓頭，二者之和為總壓頭。即H

Y乙=-P^g-+—2g

葉輪出口處即泵殼由于流道面積變大，〃變小、速度頭變小，所以部分動(dòng)壓頭轉(zhuǎn)化為靜壓頭，使泵

排出口的總壓頭高于葉輪輸出口靜壓頭。而泵殼內(nèi)面積大，流體突然擴(kuò)大等局部阻力造成的能量損失乂

使泵排出口的總壓頭低于葉輪出口的總壓頭。

2、離心泵的氣蝕現(xiàn)象：

（1）未飽和氣：將一種液體引入裝同種液體的空間中，還能夠繼續(xù)蒸發(fā)。

飽和氣：如果氣跟產(chǎn)生它的液體處于動(dòng)態(tài)平衡，這種氣體叫飽和氣，它所具有的氣壓稱飽

和蒸氣壓。飽和蒸氣壓是在真空中測(cè)量的與外界大氣壓無(wú)關(guān)是溫度的單值函數(shù)。飽和蒸氣壓隨

溫度升高而變大，隨溫度降低而變小。

（2）汽化液體變?yōu)闅怏w的過(guò)程。液

體氣化時(shí)需要熱量，在任何溫度下，液體表

面都在蒸發(fā)。（蒸發(fā)是液體表面發(fā)生的汽化

現(xiàn)象。）即在同一時(shí)間內(nèi)從淺面逸出的分子

數(shù)多于氣體進(jìn)入液體的分了?數(shù)，在任何溫度

下都能進(jìn)行，溫度越高蒸發(fā)越快。（當(dāng)溫度

升高至沸點(diǎn)時(shí)液體開(kāi)始沸騰，這時(shí)汽化不僅

發(fā)生在液體表面，而且發(fā)生在液體內(nèi)部，在飽和范汽壓

液體內(nèi)部生成許多氣泡，升騰于液面。）沸

騰是液體表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行的汽化現(xiàn)象。沸騰時(shí)，它的飽和蒸汽壓與外部壓強(qiáng)相等。

（3）離心泵的氣蝕現(xiàn)象

當(dāng)葉片入口附近的最低壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣時(shí)，該處發(fā)生氣化并產(chǎn)生氣泡，

為什么會(huì)產(chǎn)生氣泡呢？水里溶解大量空氣，這些空氣正常情況下一般會(huì)被壁面吸附，固體分子對(duì)氣體分

子的吸引力大于液體分子對(duì)氣體分子的吸引力，若溫度升高時(shí)，這些空氣受熱膨脹為氣泡，周圍的液體

也向該氣泡內(nèi)蒸發(fā)，所以氣泡內(nèi)水蒸氣很快達(dá)到飽和，氣泡密度小，所以卜.升。當(dāng)葉片附近的最低壓強(qiáng)

等十或小十輸送溫度卜液體的飽和蒸汽時(shí)，說(shuō)明液體還口J以繼續(xù)汽化并產(chǎn)生大量氣泡。氣泡隨同液體從

低壓區(qū)到高壓區(qū)時(shí)，在高壓的作用下，氣泡迅速凝結(jié)或破裂，瞬間內(nèi)周圍的液體以極高的速度沖向原氣

泡所占據(jù)的空間，在沖擊點(diǎn)處形成高達(dá)幾萬(wàn)心&］的壓強(qiáng)，沖擊頻率可高達(dá)每秒幾萬(wàn)次之多，這種現(xiàn)象稱

為氣蝕現(xiàn)象。氣蝕發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，葉輪局部地方在巨大的沖擊力的反復(fù)作用下，材料表面被

侵蝕成為蜂窩狀空洞，使葉片受到損壞。此外，氣蝕嚴(yán)重時(shí)，由于產(chǎn)生大量的氣泡，占據(jù)液體流動(dòng)的?

部分空間，導(dǎo)致泵的流量、壓頭與效率顯著下降。

為保證離心泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。一般使最低壓強(qiáng)大于輸送溫度下液體的飽和蒸氣

壓。但實(shí)際操作中不易測(cè)出最低壓強(qiáng)的位置，而往往是測(cè)泵入口處的壓強(qiáng)，然后考慮一個(gè)安全量即為泵

入口處允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)以Pl表示，單位［&］,習(xí)慣上常把Pl為真空度，并以被輸送液體的液柱高

度為計(jì)量單位，稱為允許吸上真空度，以"s表示。"s是指壓強(qiáng)為Pl（參看講義有關(guān)圖）處可允許的

達(dá)到的最高真空度，其表達(dá)式為：Hs=P"-Plpa-p,=真空度

"s一離心泵的允許吸上真空度，［米液柱］

〃“一大氣壓強(qiáng)［。〃］

夕一被輸送液體的密度［kg/in3］

3、離心泵的允許吸上高度

離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，是指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂

宜距離，以符號(hào)“，表示。

0--0'（基準(zhǔn)而）

H=〃。一Pi%

4=°z2=H

Pg2g

PoP\

???Po=Pa

PgPg

將.S=Pa_Pl代入②得H,="s-等③

pg2g

為何"s隨Q增大而減??？Q大，在泵入口瞬間甩出去的液體多，造成真空度大，液體容易氣化，液

PaP］

體的飽和蒸氣壓P」大，而Pl22，則P1大Hs=-H's小即ofHSI

Pg

因?yàn)椤皊=f（液體物理性質(zhì)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)，泵的結(jié)構(gòu)，流量）。而制造泵的工廠是在大氣壓

強(qiáng)1（）［，汨2。］（9.81xl（）4pa）下，以2（）憶為工質(zhì)進(jìn)行的，相應(yīng)的允許吸上真空度為名表示，而輸

送其它液體，且操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不符，必須按講義有關(guān)公式校正。泵葉片入口附近的最低壓

強(qiáng)Pi必須大于或等于輸送溫度卜.液體的飽和蒸氣壓小,，如果操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，則將米液柱變

成米水柱夕水=1000］kg/機(jī)［操作條件Pa-PV

Pi=PVI①如用〃7“2。柱表示，

pg

&二皿_

則①變?yōu)棰?，水?0°C與大氣壓為10［〃內(nèi)2°］（實(shí)

1000g10001000g“9.81x10：

則"s夕一PbP；一2

驗(yàn)條件）=10-0.24③。20°C水

'10001000x9.811000x9.811000x9.81

p\.=2.3341kPa23341x10=。-［加米水柱］,由②-③得：

1000x9.81L」

Hs="s+（"〃T°）—（一&0.24）X—④，又因?yàn)棰苁绞褂貌惶奖?，因此?duì)輸

5L509.81xlO3Jp

送某些沸點(diǎn)較低液體的油泵，又引入一個(gè)表示氣蝕性能的參數(shù)，叫允許氣蝕余量，以M表示。

要點(diǎn)：以水柱表示允許吸上高度，由P|2凡①當(dāng)Pi=〃,,時(shí)得出④式，導(dǎo)出允許吸二真空度的概

念，并用允許吸上真空度來(lái)表示離心泵的允許吸上高度。②當(dāng)P|>p、時(shí),導(dǎo)出允許氣蝕余量的概念，并

用允許氣蝕余量來(lái)表不離心象的允許吸上高度。

22

為防止離心泵發(fā)生氣蝕,離心泵入口處：包+4--乙=八〃或&⑤

Pg2gpgpg2gpg

p、,一一操作溫度下的飽和蒸氣壓［Pa］：

A/?一一離心泵允許氣蝕余量

當(dāng)貯槽為敞口Po=Pa=\[atm],將⑤代入①得:

啜一%△〃一“3

H=Hs——Wy0_1

注意性能表△/?也是按20°C的清水測(cè)出來(lái)的，當(dāng)測(cè)其它液體時(shí)，M應(yīng)校正為△/?'=??

M'一輸送其它液體的允許氣蝕余量[6]：

AZ?一輸送20°。水允許氣蝕余量卜小

（P一相對(duì)于水允許氣蝕余量校正系數(shù)。

離心泵實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許吸上高度小（0.5-1）m

1?盡量減少吸收管路的壓頭損失;

&（實(shí)）＜H,結(jié)論：-2.?把泵安裝在貯罐液面以下；

3.?用最大流量計(jì)算%或

五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)

1、管路特性曲線與泵的工作點(diǎn)

i-r(基準(zhǔn)面)2—2’

Z]=()z2=z

PiPi

PSPS

AZ

左=五=0若貯罐與受液槽的截面都很大，則絲一起0

2g2g2g

HeHj

所以△Z+9=K

H*+**+%K一常數(shù)

Pg

H=K+H=K+QL十"G(&)=K+BQ2

ef"3…d

2g

管路系統(tǒng)的輸送量向,"JA—管路截面積|/刊8是常數(shù)、

上面He~Q,曲線,稱為管路特性曲線。

管路特性曲線H,~Q,是整個(gè)管路系統(tǒng)在不同流量下,需要離心泵提供實(shí)際壓頭的大小，離心泵的

H~Q特性曲線僅是顯示它本身在不同流量下所能提供的實(shí)際揚(yáng)程。M點(diǎn)（工作點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的流量和揚(yáng)程

就是泵在此管路運(yùn)輸?shù)膶?shí)際流量與揚(yáng)程，所以此點(diǎn)稱為工作點(diǎn)。（與設(shè)計(jì)點(diǎn)比較）

2、離心泵的流量調(diào)節(jié)

（1）改變閥門開(kāi)發(fā)。

（2）改變泵的轉(zhuǎn)速。

（3）減小葉輪直徑，實(shí)際很少用。

邙1工A

激Q?H/假ni>n

M.

Ty,M2

n2

或Q、或Q

改變閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)流最改變泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量

QL=!VHI(7I.

Q2n2Hi[n2N21n2)

例題:求工作點(diǎn)時(shí)的Q,N「770

為什么作圖找到工作點(diǎn)M呢？因?yàn)楸玫奶匦郧€是在泵的制造廠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)作出的’它取決于葉

輪的直徑與轉(zhuǎn)速以及測(cè)試時(shí)的工作介質(zhì)。至于泵被賣給使用廠家后，如何使用那是使用者的事。

管路特性曲線是使用泵的工廠，在買泵以前就已經(jīng)把輸送系統(tǒng)的全部管路、閥門安裝就緒了。于是

在起點(diǎn)與終點(diǎn)截面上用柏努利方程找出“，~Q”的關(guān)系，即“，=K+6。>這就是管路特性曲線，它

取決于操作狀況卜.的管路，與泵無(wú)關(guān)。

供如何滿足于需？供需如何平衡于管路中？那就將兩條曲線畫在同一個(gè)圖上找出交點(diǎn)即為所求-

此即工作點(diǎn)M°M時(shí)的即為所求。

3、離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)

二、離心泵的類型與選擇

1、離心泵的類型

‘水泵

鱉蝕水⑵按葉輪吸入方式分.單吸泵

（1）按流體性質(zhì)分〈

油泵雙吸泵

雜質(zhì)泵

單級(jí)泵

（3）按葉輪數(shù)目分

多級(jí)泵

2、各類泵的表示法

<1）水泵TS（B型）（單級(jí)單吸懸臂式）；D型（多級(jí)）；SH型（雙吸式）。凡是輸送清水以及物理、化學(xué)

性質(zhì)類似于水的清潔液體都可以用水泵。

（2）耐腐蝕泵（F）型。輸送酸堿等腐蝕性液體應(yīng)采用耐腐蝕泵，其主要特點(diǎn)是和液體接觸的部件用

耐腐蝕材料制成。其另一個(gè)特點(diǎn)是密封要求高，由于填料本身被腐蝕的問(wèn)題也難于徹底解決，所

以F型泵根據(jù)需要采用機(jī)械密封。

（3）油泵（Y）型輸送石油產(chǎn)品的泵稱為油泵。油泵的一個(gè)重要要求是密封完善，當(dāng)輸送200°。以上

的熱油時(shí)，還要求對(duì)軸封裝置和軸承等進(jìn)行完善的冷卻。

（4）雜質(zhì)泵（P型）這類泵的要求是：不易被雜質(zhì)堵塞、耐磨、容易拆洗。所以,其特點(diǎn)是葉輪流道寬,

葉片數(shù)目少，常米用半閉式或開(kāi)式葉輪。有些泉?dú)?nèi)襯為耐磨的鑄鋼護(hù)板。

3、泵型號(hào)舉例：IS100-80-125其中：IS——單級(jí)單吸離心水泵；100一一泵吸入口直徑[〃明?]

80---泵的排出管內(nèi)徑[〃〃〃]125----泵的葉輪直徑，也

為選用方便，泵的生產(chǎn)部門有時(shí)還對(duì)同一類型的泵系列畫特性曲線圖。.把同一類型的各型號(hào)泵與較

高效率范圍相對(duì)應(yīng)的一段〃~。曲線繪在一個(gè)總圖上，圖中扇形面的上方弧線代表基本型號(hào)，下方弧線

代表葉輪直徑比基本型號(hào)小一級(jí)的A。若扇形面有三條弧線，則中間弧線代表A；下方弧線代表葉輪直徑

比基本型號(hào)再小一級(jí)的B。

4、離心泵的選擇

<1)確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路，用柏努利方程計(jì)算在最大流量下管路所需

II.

A

的壓頭離心泵的選杼

(2)根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，即所選的泵可以稍大點(diǎn)，同時(shí)在該條件下泵

的效率應(yīng)比較高。即坐標(biāo)位置應(yīng)該在泵的高效率范圍對(duì)應(yīng)的H~Q曲線下方，選好型號(hào)后應(yīng)

列出該泵的各種性能參數(shù)。

(3)核算泵的軸功率，若輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，可按此式N=?也［k叼核算泵的

102//

軸功率。

管路特性曲線隨著閥門的關(guān)閉開(kāi)啟而變化He=K+BQ；0

第三節(jié)其它類型液體輸送機(jī)械

2.3.1往復(fù)泵

一、往復(fù)泵：是一種容積式泵,它依靠做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞依次開(kāi)啟吸入閥和排出閥，從而吸入并排出液

體。吸入閥和排出閥都是單向

閥。排氣閥/泵缸

I、工作原理：

當(dāng)活塞從左向右移動(dòng)時(shí)，工活塞

作時(shí)容積增大，形成低壓，吸入

閥開(kāi)，排出閥關(guān)(排出管液體壓工作室

力作用而關(guān)閉)。當(dāng)活塞移動(dòng)到

右邊時(shí)，工作室的容積增大，吸

入的液體量也最大。當(dāng)活塞從右

向左移動(dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)液體受擠吸氣閥

壓,壓強(qiáng)增大使吸入閥關(guān)閉而推

開(kāi)排出閥將液體排出，活塞移到右端，排液完畢，完成了一個(gè)工作循環(huán)。

往復(fù)泵的特點(diǎn)：靠活塞對(duì)液體做功，以靜壓能的形式直接傳給液體。

2、一些基本名詞

（1）行程或沖程：活塞從左端點(diǎn)到右端點(diǎn)的距離。i泵左右兩個(gè)端點(diǎn)稱為死點(diǎn)。）

（2）單動(dòng)泵吸入閥和排出閥裝在活塞的一側(cè)，只有在活塞的這一側(cè)才有吸液和排液作用，即每當(dāng)

軸轉(zhuǎn)一周時(shí)只有一次吸入過(guò)程和一次排出過(guò)程?；钊谕鶑?fù)一次中，只吸進(jìn)一次和排出一次

的泵叫單動(dòng)泵。

前述往復(fù)機(jī)的活塞，是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)曲柄將圓周運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，曲軸每轉(zhuǎn)一周活塞往復(fù)一次，

即運(yùn)動(dòng)兩個(gè)沖程，在每一個(gè)沖程之間的運(yùn)動(dòng)速度不等，故流量:也是個(gè)變數(shù)，即液體排出量在活塞未動(dòng)或

初動(dòng)（卜死點(diǎn)）時(shí)其值為零，活塞動(dòng)至沖程的?半時(shí)其值最小.伸至沖程緣點(diǎn)（下死點(diǎn)）時(shí)其值又變?yōu)?/p>

零，單動(dòng)泵排出量一起一落成正弦曲線的形狀，流量極不穩(wěn)定?；钊诿總€(gè)行程的始點(diǎn)至終點(diǎn)作加速運(yùn)

動(dòng)，速度從零至最大；終點(diǎn)以后，活塞作減速運(yùn)動(dòng)，速度又從最大變?yōu)榱?。在一個(gè)排出行程內(nèi)，泵的流

量必經(jīng)歷同樣的變化。（參閱下圖）。

（3）雙動(dòng)泵:活塞的兩側(cè)各裝有吸入閥和排出閥，活塞兩側(cè)都有吸液和排液作用?？冢葺S每轉(zhuǎn)一周

時(shí)有兩次吸入過(guò)程和兩次排出過(guò)程。

（4）三動(dòng)泵:它是由三個(gè)單動(dòng)泵并聯(lián)而成，泵軸的曲柄角互成120°,每當(dāng)軸轉(zhuǎn)一周時(shí)有三次吸入

和三次排出過(guò)程

十字頭曲演

電動(dòng)機(jī)?！?n3n圈心加度（或

L5=2.J上死點(diǎn)下死點(diǎn)孤度）

單動(dòng)泵單動(dòng)泵流量曲線圖

3、往復(fù)泵的特點(diǎn)

①流量取決于泵木身的幾何尺寸和活塞往復(fù)次數(shù)而與泵的壓頭無(wú)關(guān)，故稱容積式泵或正位移泵（揚(yáng)

程和流量無(wú)關(guān)的泵）。

單動(dòng)泵

QT=Asnr

。丁一往復(fù)泵的理論流量

向'/min］；

A—活塞的截面積向2h

往復(fù)泵的流量與壓頭

〃,一活塞的每分鐘往復(fù)次數(shù)［1/min］；

s—活塞的沖程同。

?往復(fù)泵壓頭取決于泵的機(jī)械強(qiáng)度及原動(dòng)機(jī)的功率。

⑤開(kāi)動(dòng)前泵內(nèi)無(wú)法充滿液體，往復(fù)泵有白吸作用。其吸上真空度=/（〃7.液體性質(zhì)）?也

有一定的限制。

⑥復(fù)泵不能用排出管路閥門來(lái)調(diào)節(jié)流量，一般采取回流支路調(diào)節(jié)裝置。

由。丁=As”，知：改變活塞沖程和往復(fù)次數(shù)都可以改變往復(fù)泵的流量。這種調(diào)節(jié)方法經(jīng)濟(jì)性好但

操作不便，很少采用。往復(fù)泵用于小流量、高壓強(qiáng)的場(chǎng)合，不能輸送腐蝕性流體和有固體顆粒的

流體。

二、計(jì)量泵（比例泵）是一種小型往復(fù)泵，適用于要求輸液量十分準(zhǔn)確又便于調(diào)整的場(chǎng)合。

⑴齒輪泵，容積形成低阪將液體吸入

單螺桿泵往復(fù)泵、計(jì)量泵、旋轉(zhuǎn)泵（齒輪

三、旋轉(zhuǎn)泵：正位移泵〈雙螺桿泵泵、螺桿泵）均禰正位移泵，（流

（2）螺桿泵量與揚(yáng)程無(wú)關(guān)）。

三螺桿泵

五螺桿泵

注意：①排液量一定，操作中不能關(guān)閉出口閥②流量調(diào)節(jié)用回流支路閥門。

（旋渦泵參閱《泵和壓縮機(jī)》大連化學(xué)工業(yè)學(xué)校，湖北省工業(yè)技術(shù)學(xué)校主編〃37）。

①結(jié)構(gòu)如講義。

②原理：旋渦泵最初出現(xiàn)于1920年，曾有人作以下假說(shuō)。葉輪和引水道充滿了液體，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，引水

道中液體也在轉(zhuǎn)動(dòng)，在每一液體質(zhì)點(diǎn)上作用著離心力，因?yàn)橐乐幸后w的圓周速度小于葉輪內(nèi)液體

周圍速度，（如同筷子在杯中攪水，遠(yuǎn)離筷子的水轉(zhuǎn)的較慢），故在葉輪內(nèi)液體所受的離心力較引水

道液體所受離心力大，由于離心力的大小不同，引起液體做圓環(huán)形運(yùn)動(dòng)（稱為縱向旋渦），因?yàn)榭v向

旋渦作用，從離軸中心近的地方吸入液體和在半徑大的地方壓出液體。這樣液體依靠縱問(wèn)旋渦在引水

道內(nèi)流經(jīng)葉輪凹槽（沿圓盤周圍跣有葉片的凹槽）多次，每經(jīng)過(guò)一次，它的壓頭就增加一次，所以在

旋渦泵的單個(gè)葉輪中發(fā)生了類似多級(jí)離心泵的工作，在這種泵內(nèi)液體是以旋渦運(yùn)動(dòng)的方式經(jīng)葉輪凹槽

多次，所以稱為旋渦泵。

③其特點(diǎn)：壓頭高，流量小。

④注意事項(xiàng)：

為啟動(dòng)前灌滿液體

上Qmin（流量最?。r(shí)M3（功率最大），啟動(dòng)時(shí)出口閥必須全開(kāi)

避免此類泵在太小的流最或出口閥全關(guān)的情況F長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)以保證電幾的安全；

乩用回流支路調(diào)節(jié)流量。

第四節(jié)氣體輸送機(jī)械

輸送

一、用途，制號(hào)J壓

制真空

二、種類

通風(fēng)機(jī)、

鼓風(fēng)機(jī)/輸送

1、按用途分〈

壓縮機(jī)-制高壓

真空泵-制真空

離心式

往復(fù)式

2、按結(jié)構(gòu)與工作原理分《

旋轉(zhuǎn)式（羅茲鼓風(fēng)機(jī)）內(nèi)有兩個(gè)轉(zhuǎn)子

流體作用式

流體作用式是利用一種流體的作用，產(chǎn)生壓力或制造成真空而達(dá)到輸送另一流體的目的，俗稱酸蛋,

利用壓縮產(chǎn)生的壓力輸送液體。

2.4.1離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)

一、離心通風(fēng)機(jī)

1、結(jié)構(gòu)：與單級(jí)離心錄相似

2、性能參數(shù)與特性曲線

（1）風(fēng)量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積，并以風(fēng)機(jī)進(jìn)口處氣體的狀態(tài)計(jì)算，以。

表示，單位為［，//可。氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)的壓強(qiáng)變化較小，在風(fēng)機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的氣體可視為壓

強(qiáng)不變。

（2）風(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積的氣體流過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)所獲得的能量，以“7.表示，單位為［，/〃『］二［&］

有時(shí)用［〃打7H2。］來(lái)表示。

常以氣體作基準(zhǔn)，設(shè)風(fēng)機(jī)進(jìn)口截面1—1、，出口截面2—2'得離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓為:

22

Hr=Wp=（Z-ZJpg+（p-p）+hfA-2

e22］J。+PZ

式中①/?及（4-z?）很小，可忽略；

②風(fēng)機(jī)出口管段口短立九"2也可忽略（風(fēng)機(jī)本身阻力不考慮，同泵一樣放在效率中了）；

③當(dāng)風(fēng)機(jī)入口處與大氣直接相連時(shí)，截面1一「位于風(fēng)機(jī)進(jìn)口外側(cè)，則%=0因此上式簡(jiǎn)化為:

22

=（〃2一〃1）+^1~夕（〃2-〃J—靜風(fēng)壓以"st表示；M。一動(dòng)風(fēng)壓

風(fēng)機(jī)性能表上所示風(fēng)壓（全風(fēng)壓），一般都是在20°。和760［"W%］（1.0133X1（）5&）條件下用

空氣測(cè)定的。該條件下空氣密度夕=1.2Ag/，/,如果實(shí)際條件與實(shí)驗(yàn)條件不同必須校正。

將操作條件下的風(fēng)壓HT換算為實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓H「然后以的數(shù)值來(lái)選擇風(fēng)機(jī)。

P'"

推導(dǎo)：=〃RT=CRT（通風(fēng)機(jī)增壓不大）

M

G=pM_此處“/、”相當(dāng)于〃

VRT

PM

.生=旦=巫即”.包

P1芻絲T2Pl

RT1

推導(dǎo)2:V（體積）受〃的影響大于溫度，故溫度可忽略，（T=273+t℃）,即上式包，即

~Pi

推導(dǎo)3：又因?yàn)轱L(fēng)壓可用表示〃=2

Pg

則操作條件下的田二%（實(shí)驗(yàn)條件下），即0=上（離心通風(fēng)機(jī)的壓頭和流量只取決于該離

PgPS

心機(jī)的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速,如風(fēng)壓用表示,則不管是實(shí)驗(yàn)條件或操作條件,此值應(yīng)為定值）。

2

數(shù)學(xué)上證明：〃=3蟲='〃60=CYph=-^-==CV而通風(fēng)機(jī)增玉為

A面積ApgPg

0.145atm,由〃V=nRTV=把二，因?yàn)門=273+t℃,所以V受p的影響遠(yuǎn)大于T,又因?yàn)閜變化不

P

大,所以v產(chǎn)v/v=常數(shù)，則〃=cw=常數(shù)，即%=h.r（c與c均為常數(shù)）。

（參閱譚天恩等三人編的《化工原理冊(cè)》P103）o

22

=7/7二（〃2-〃1）+今~夕（因?yàn)闅怏w密度小今~「可忽略）本處”?/'=〃H；=p

HT=HT-4

p

（3）、軸功率與效率、

N

-rx/n3/s=[Nxm/s]=[.〃s]7V

N瑞nr

N-軸功率心卬］

Q—風(fēng)量

”廠風(fēng)壓［Pa］

如輸送氣體密度不同，找下式換算。

軸功率的換算推導(dǎo)：=

P

M=N2

1.2

A^=；vz—或?qū)懗蒒'=N￡-

N'-氣體密度為p時(shí)的軸功率卜卬］pr1.2

N-氣體密度為1.2［依/〃丹的軸功率［kW］

3.離心通風(fēng)機(jī)的選擇

1.2

=H

（1）根據(jù)柏式計(jì)算系統(tǒng)所需的實(shí)際風(fēng)壓，并按7換算成實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓〃,

（2）據(jù)輸送氣體的性質(zhì)，價(jià)定輸送設(shè)備類型。

(3)根據(jù)實(shí)際風(fēng)量Q(風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài))與實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓在風(fēng)機(jī)的特性曲線或性能表中選擇合適的型

號(hào)。選擇的原則與離心泵相同。

(4)若輸送氣體密度＞1.2［且/〃/］時(shí)，需按有關(guān)公式校正。

二、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。

1、離心鼓風(fēng)機(jī)工作原理同離心通風(fēng)機(jī)。結(jié)構(gòu)類似多級(jí)離心泵，各級(jí)葉輪的直徑也大體上相等,無(wú)冷卻

裝置。

2、離心壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)，工作原理都與離心鼓風(fēng)機(jī)的相似。但是離心壓縮機(jī)葉輪級(jí)數(shù)多可在10級(jí)以

卜.轉(zhuǎn)數(shù)較高壓強(qiáng)大，離心壓縮機(jī)常分成幾段,每段包括若干級(jí)，葉輪育杼與寬度逐段縮小.段與段間設(shè)

置冷卻器。

2.4.2往復(fù)式壓縮機(jī)

往復(fù)壓縮機(jī)的構(gòu)造、工作原理與往復(fù)泵相同。主要部件有：汽缸、活塞、吸氣閥和排氣閥。依靠活

塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而將氣體吸入和壓縮。

因?yàn)橥鶑?fù)壓縮機(jī)所處理的是可壓縮的氣體，壓縮后壓強(qiáng)增大，體枳縮小，溫度升高，因此其工作過(guò)

程與往復(fù)泵就有所不同，而玉縮機(jī)的排氣量，排氣溫度與軸功率相等，則應(yīng)用熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)去解決。

一、往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程，

若以單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)為洌，做三點(diǎn)假設(shè)

⑴被壓縮氣體為理想氣體。

⑵氣體流經(jīng)吸氣和排氣閥門時(shí)，流動(dòng)阻力可以忽略不計(jì)，故恒壓吸氣，恒壓排氣。

⑶壓縮機(jī)無(wú)泄露。

1、理想壓縮循環(huán)(理想工作循環(huán))

f恒壓排氣

P232

4

恒壓吸氣

理想壓縮的P-V圖

2、理想壓縮循環(huán)功

吸氣、壓縮、排氣、三個(gè)過(guò)程的組成：活塞對(duì)氣體的作功的代數(shù)和。

吸氣、排氣、是氣體的流動(dòng)功。

排氣：活塞對(duì)壓強(qiáng)為〃2的氣體所做的流動(dòng)功為正值。

吸氣：壓強(qiáng)為P1的氣體對(duì)活塞所做的流動(dòng)功、為負(fù)值。

壓縮：熱力學(xué)規(guī)定體系膨脹功為正、體系被壓縮功為負(fù)。

_y

吸氣：％=力乂距離="IAx——L=

A

壓縮：iv.=-ppdV

排氣：叱=〃2匕

6W=f^dL?=〃外AdL=dV

/.=p外dV

膨脹功示意

W=叱+%+嗎=—PM-+p2V2

?/p2V2_PM=△(PV)=jd(pV)=j：Vdp+pdV

：,w=Vdp相當(dāng)于圖上1—2—3—4—1所圍成的面積，即壓縮機(jī)理想壓縮循環(huán)所消耗的

理論功。

(1)等溫壓縮循環(huán)

pV=nRT7=營(yíng)數(shù)貝|JpM=p2V2==常數(shù)

V=史2代入W=iVdp=pMIn也

PJp'Pi

W一等溫壓縮循環(huán)功，［4

%、〃2—分別為吸入、排出氣體的壓強(qiáng)，［7%］

匕一吸入氣體體積，［加］

(2)絕熱壓縮循環(huán)

物化中絕熱:P\T：=p尸穹=常數(shù)

￡ik~\

（J）I/

p：M"￥=(p；i)xp，*7；=1"Pi_\~r

rPi

IAIA

7

pX=P2%Jpv"=常數(shù)%=才k—絕熱指數(shù)為常數(shù)，實(shí)驗(yàn)確定。

2

故丫=W=f"Vdp

=Pf代入JPi

k-(k-\]

W=kPNpJ_pi

%「Pdp=

人7~T

1M\k-\

K

-1

pf*-PM—p1y11

/k-\