工作介質：液體——泵氣體——風機或壓縮機工作原理：動力式(葉輪式)：離心式、軸流式等；容積式（正位移式）：往復式、旋轉式等；流體作用式：噴射式。分類：

第二章流體輸送機械2023/12/61一、離心泵的工作原理葉輪泵殼吸入管路排出管路泵軸底閥第一節(jié)離心泵1-葉輪；2-泵殼，3-泵軸；4-吸入管；5-底閥；6-壓出管離心泵裝置簡圖2023/12/62

由于泵內存有空氣，空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉產生的離心力小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內的液體吸入泵內，此時雖啟動離心泵，也不能輸送液體，這種現象稱為氣縛現象。

——表明離心泵無自吸能力充液（灌泵）排液:出口切線方向吸液：葉輪中心2023/12/63二、離心泵的主要部件（1）葉輪作用：將電動機的能量傳給液體，使液體靜壓能及動能都有所提高——給能裝置

半開（閉）式閉式開式按結構分為：2023/12/64閉式葉輪開式葉輪

半閉式葉輪

葉片的內側帶有前后蓋板，適于輸送干凈流體，效率較高。沒有前后蓋板，適合輸送含有固體顆粒的液體懸浮物。只有后蓋板，可用于輸送漿料或含固體懸浮物的液體，效率較低。2023/12/65（2）

泵殼作用：匯集葉輪甩出的液體，作導出液體的通道；使液體的能量發(fā)生轉換，一部分動能轉變?yōu)殪o壓能,減少能量損失。（3）軸封裝置作用：防止高壓液體沿軸漏出；防止外界氣體進入泵殼內。2023/12/66三、離心泵的基本方程式

1.離心泵基本方程式的導出由于液體在泵內流動過程的復雜性，而無法做理論計算，需做如下假設：1）泵葉輪的葉片數目為無限多個，也就是說葉片的厚度為無限薄，液體質點沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現象。2）輸送的是理想液體，流動中無流動阻力。在這種理想條件下的壓頭稱為理論壓頭，是離心泵所能提供的最大壓頭。2023/12/67在高速旋轉的葉輪當中，液體質點的運動包括：液體隨葉輪旋轉，經葉輪流道向外流動。液體進入與離開葉輪時的速度

左圖表示流體質點在葉片點1和點2處的情況。液體沿葉片表面運動的速度分別為w1、w2

，其方向為液體質點所處葉片處的切線方向，大小與液體的流量、流道的形狀有關。液體與葉輪一起旋轉的速度u1或u2方向與所處圓周的切線方向一致，大小為：

2023/12/68兩個速度的合速度就是液體質點在點1或點2處相對于靜止的殼體的速度，稱為絕對速度，用c1、c2來表示。單位重量理想液體，通過無數葉片的旋轉，獲得的能量稱作理論壓頭，用HT,∞表示。單位重量液體由點1到點2獲得的機械能為：2023/12/69Hc:

液體經葉輪后動能的增加；Hp:液體經葉輪后靜壓能的增加。靜壓能增加項Hp主要由于兩方面的因素促成：

1）液體在葉輪內接受離心力所作的外功，單位質量液體所接受的外功可以表示為：

2）葉輪中相鄰的兩葉片構成自中心向外沿逐漸擴大的液體流道，液體通過時部分動能轉化為靜壓能，這部分靜壓能的增加可表示為：

2023/12/610單位重量流體經葉輪后的靜壓能增加為：（a）根據余弦定理，上述速度之間的關系可表示為：

2023/12/611代入（a）式，并整理可得到：(b)

一般離心泵的設計中，為得到較大理論壓頭，在離心泵設計時，為了不產生預旋，流體從徑向進入葉輪，即：使

1=90°，即cos

1=0上式稱為離心泵的基本方程式，或離心泵理論壓頭的表達式。

2023/12/612流量可表示為葉輪出口處的徑向速度與出口截面積的乘積：從點2處的速度三角形可以得出代入

HT，∞

=u2c2cos

2/g

表示離心泵的理論壓頭與理論流量，葉輪的轉速和直徑、葉輪的幾何形狀間的關系。注：b1、b2－葉輪進、出口的寬度；r1、r2－葉輪進、出口的半徑；β1、β2－葉輪進、出口處葉片的傾角。2023/12/613對于某個離心泵（即其β2、r2、b2固定），當轉速ω一定時，理論壓頭與理論流量之間呈線形關系，可表示為：

HT，∞

=A-BqV

2.離心泵基本方程式的討論1）離心泵的理論壓頭與葉輪的轉速和直徑的關系

當葉片幾何尺寸（b2，β2）與理論流量一定時，離心泵的理論壓頭隨葉輪的轉速或直徑的增加而加大。2）離心泵的理論壓頭與葉片幾何形狀的關系

根據葉片出口端傾角β2的大小,葉片形狀可分為三種:

2023/12/614

1）后彎葉片(

2<90，圖b)，ctg

2>0。泵的理論壓頭隨流量qV的增大而減??；

2023/12/6152）徑向葉片（

2=90。，圖a），ctg

2=0。泵的理論壓頭不隨流量qV而變化。3）前彎葉片(

2>90。，圖c)，ctg

2<0。泵的理論壓頭隨理論流量qV的增大而增大。前彎葉片產生的理論壓頭最高，這類葉片是最佳形式的葉片嗎？NO2023/12/616靜壓頭的增加：動壓頭的增加：所以一般都采用后彎葉片P72。

前彎葉片，動能的提高大于靜壓能的提高。由于液體的流速過大，在動能轉化為靜壓能的實際過程中，會有大量機械能損失，使泵的效率降低。

后彎葉片，靜壓能的提高大于動能的提高。2023/12/6173.實際壓頭離心泵的實際壓頭與理論壓頭有較大的差異，原因在于流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失，它主要包括：

1）葉片間的環(huán)流

2）流體的阻力損失

3）沖擊損失理論壓頭、實際壓頭及各種壓頭損失與流量的關系為：2023/12/6182023/12/619四、離心泵的主要性能參數①流量qV單位時間內泵所輸送液體的體積，m3/s或m3/h。②壓頭或揚程H單位重量的液體經泵后所獲得的能量，J/N或m液柱。③效率

容積損失；水力損失；機械損失一般，小型泵，效率為60~85%，大型泵效率可達90%。2023/12/620

離心泵中的損失一般有三種：水力損失、容積損失、機械損失。

水力損失亦稱流動損失，是理論揚程與實際揚程的差值。它包括三個方面：

（1）由于實際葉輪葉片數目不是無限多，液體不是嚴格按葉片的軌道流動，有環(huán)流出現，而產生渦流損失；（2）阻力損失；

（3）沖擊損失。容積損失是指葉輪出口處高壓液體因機械泄漏返回葉輪入口所造成的能量損失。

機械損失是由于軸承、密封材料以及葉輪兩側的摩擦造成的損失。

2023/12/621④軸功率（由電機輸入離心泵的功率）Pa軸功率Pa，有效功率Pe

2023/12/622五、離心泵的特性曲線H~qV

、P~qV

、

~qV：廠家實驗測定一定轉速、常壓、20℃清水（一）離心泵的特性曲線2023/12/623離心泵特性曲線n一定2023/12/624①H~qV曲線：較大范圍內，qV

H②P~qV曲線：qVPqV=0時，PPmin離心泵啟動時，應關閉出口閥門，以減小啟動功率。

離心泵關閉時，一定要先關閉泵的出口閥，再停電機。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內，造成葉輪高速反轉，使葉輪被損壞。2023/12/625③

~qV曲線：離心泵在一定轉速下有一最高效率點

——離心泵的設計點離心泵銘牌上標注的性能參數均為最高效率點下之值。離心泵的高效工作區(qū)：2023/12/626（二）離心泵性能的改變與換算（2）粘度的影響H，qV，而P（1）離心泵的流量

與液體密度無關離心泵的壓頭

與液體的密度無關

泵的效率η不隨輸送液體的密度而變。

離心泵的軸功率隨輸送液體密度增大而增大。離心泵的壓頭

與液體的密度無關

泵的特性曲線發(fā)生改變，選泵時應根據原特性曲線進行修正。當液體的運動粘度小于20cst（厘沲）時，如汽油、柴油、煤油等粘度的影響可不進行修正。1st=100cst=10-4m2s-12023/12/627（3）離心泵轉速對其特性的影響P75當液體的粘度不大，轉速變化小于20%時，認為效率不變，有：——比例定律注：同一型號泵、同一種液體、效率不變時成立2023/12/628（4）葉輪直徑的影響

1）屬于同一系列而尺寸不同的泵，葉輪幾何形狀完全相似，b2/D2保持不變，若泵的效率不變時，2）某一尺寸的葉輪外周經過切削而使D2變小，b2/D2變大若切削使直徑D2減小的幅度在20%以內，效率可視為不變，并且切削前、后葉輪出口的截面積也可認為大致相等,此時有：---------切割定律

2023/12/629（一）管路特性曲線六、離心泵的工作點與流量調節(jié)

在截面1-1′與2-2′間列柏努利方程，有：特定的管路系統：

一定操作條件一定：其中：2023/12/630而認為流體流動進入阻力平方區(qū)，

變化較小。為一常數亦為一常數2023/12/631則——管路特性方程管路特性曲線HqV

管路特性曲線反映了被輸送液體對輸送機械的能量要求。泵特性曲線工作點2023/12/632（二）工作點解析法：管路特性方程泵特性方程工作點：管路特性曲線與泵特性曲線交點。

（三）流量調節(jié)改變管路特性：調出口閥門；改變泵特性：調轉速。2023/12/633(1)改變出口閥門開度適用：調節(jié)幅度不大，而經常需要改變的場合。關小出口閥

le

qV,H

管路特性曲線變陡工作點左上移特點：方便、快捷，流量連續(xù)變化；閥門阻力消耗能量增大，不經濟。2023/12/634(2)改變泵的轉速適用：調節(jié)幅度大，時間又長的季節(jié)性調節(jié)。n

泵H～qV曲線上移

工作點右上移，

H

，qV

優(yōu)點：流量隨轉速下降而減小，動力消耗也相應降低；缺點：需要變速裝置或價格昂貴的變速電動機，難以做到流量連續(xù)調節(jié)，化工生產中很少采用。泵轉速一定時，葉輪直徑

H

，qv

2023/12/635（3）離心泵的組合操作P76①

并聯操作由于管路阻力損失增大，所以qV并<2qV單

H并>H單

2023/12/636②

串聯操作qV串>qV單

H串

<2H單

2023/12/637③組合方式的選擇低阻時，并聯優(yōu)于串聯；高阻時，串聯優(yōu)于并聯。，則只能采用串聯操作；如果單臺泵所提供的最大壓頭小于管路兩端的2023/12/638七、離心泵的汽蝕現象與安裝高度（一）汽蝕現象11’00’離心泵的安裝高度Hg當葉輪進口處的壓強PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓PV時，液體汽化，產生汽泡，含氣泡的液體進入葉輪后，由于靜壓強的升高，氣泡被壓縮而急劇凝結，產生了局部真空，周圍液體以高速涌原汽泡處。2023/12/639

產生非常大的沖擊力，造成對葉輪和泵殼的沖擊，使其振動并發(fā)出噪聲。尤其當氣泡的凝聚發(fā)生在葉片表面附近時，液體如同許多細小的高頻沖擊錘撞擊葉片，時間一長，葉輪將被沖蝕成海綿狀，這種現象稱為氣蝕現象。2023/12/640氣蝕產生的后果：1）氣蝕發(fā)生時產生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊的反復作用下，表面出現斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落；2）液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。為了避免氣蝕現象，使離心泵正常運行，葉輪入口處的絕對壓強必須高于工作溫度下液體的飽和蒸氣壓。2023/12/641（二）實際汽蝕余量與臨界汽蝕余量實際汽蝕余量臨界汽蝕余量(NPSH)c(NPSH)當流量一定而且已進入阻力平方區(qū)（在通常情況下此條件可基本滿足）時，臨界汽蝕余量只與泵的結構有關。11’00’離心泵的安裝高度Hg2023/12/642（三）離心泵的安裝高度

在0-0′和1-1′間列柏努利方程：11’00’離心泵的安裝高度Hg最大安裝高度為確保離心泵工作正常，將所測的(NPSH)c加上一定的安全量作為必需氣蝕余量NPSH)r,并列入泵產品樣本。標準還規(guī)定實際汽蝕余量NPSH要比(NPSH)r大0.5m以上。2023/12/643最大允許安裝高度[Hg]的計算式：式中(NPSH)r是泵產品樣本提供的必需汽蝕余量。注意：(NPSH)r與流量有關，流量，(NPSH)r，因此在計算泵的最大允許安裝高度[Hg]時，必須以使用過程中可能達到的最大流量進行計算。2023/12/644八、離心泵的選用、安裝與操作1.離心泵的選擇

1）確定輸送系統的流量和壓頭一般情況下液體的輸送量是生產任務所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內波動，選泵時按最大流量考慮，然后，根據輸送系統管路的安排，用柏努利方程計算出在最大流量下管路所需壓頭。

2）選擇泵的類型與型號首先根據被輸送液體的性質和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產品目錄中選出適合的型號。2023/12/645若是沒有一個型號的H、Q與所要求的剛好相符，則在鄰近型號中選用H和Q都稍大的一個；若有幾個型號的H和Q都能滿足要求，那么除了考慮那一個型號的H和Q外，還應考慮效率η在此條件下是否比較大。

3）核算軸功率若輸送液體的密度大于水的密度時，按

來計算泵的軸功率。

2023/12/6462.離心泵的安裝和使用

1）泵的安裝高度

為了保證不發(fā)生氣蝕現象或泵吸不上液體，泵的實際安裝高度必須低于理論上計算的最大安裝高度，同時，應盡量降低吸入管路的阻力。2）啟動前先“灌泵”這主要是為了防止“氣縛”現象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時為止。3）離心泵應在出口閥門關閉時啟動，為了不致啟動時電流過大而燒壞電機，泵啟動時要將出口閥完全關閉，等電機運轉正常后，再逐漸打開出口閥，并調節(jié)到所需的流量。2023/12/6474）關泵的步驟

關泵時，一定要先關閉泵的出口閥，再停電機。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內，造成葉輪高速反轉，使葉輪被損壞。5）運轉時應定時檢查泵的響聲、振動、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數，以及軸承是否過熱等。2023/12/648八、離心泵的類型（一）離心泵的類型（1）清水泵（IS型、D型、Sh型）（2）耐腐蝕泵（F型）（3）油泵（Y型）2023/12/649第二節(jié)其他類型化工用泵一、往復泵（一）構造與工作原理主要部件：泵缸、活塞和單向活門。2023/12/650第二節(jié)其他類型泵

一、往復泵

1.往復泵的結構及工作原理

往復泵是一種容積式泵，它依靠作往復運動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。

2023/12/651泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞桿、吸入單向閥和排出單向閥?；钊泜鲃雍蜋C械在外力作用下在泵缸內作往復運動?；钊c單向閥之間的空隙稱為工作室。工作原理：

當活塞自左向右移動時，工作室的容積增大，形成低壓，貯池內的液體經吸入閥被吸入泵缸內，排出閥受排出管內液體壓力作用而關閉。當活塞移到右端時，工作室的容積最大。當活塞由右向左移動時，泵缸內液體受擠壓，壓強增大，使吸入閥關閉而推開排出閥將液體排出，活塞移到左端時，排液完畢，完成了一個工作循環(huán)，此后開始另一個循環(huán)。2023/12/6522023/12/653活塞從左端點到右端點的距離叫行程或沖程。活塞在往復一次中，只吸入和排出液體各一次的泵，稱為單動泵。由于單動泵的吸入閥和排出閥均裝在活塞的一側，吸液時不能排液，因此排液不是連續(xù)的。為了改善單動泵流量的不均勻性，多采用雙動泵或三聯泵，往復泵的工作原理與離心泵不同，具有以下特點：1）往復泵的流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復次數有關，而與泵的壓頭無關。無論在什么壓頭下工作，只要往復一次，泵就排出一定的液體。

2023/12/6542023/12/6552023/12/656其理論流量qT，V：對單級泵qT，V=ASn，A：活塞的截面積，S：活塞的沖程，n：活塞每分鐘的往復次數，對雙動泵

qT，V=(2A-a)Sn，a:活塞桿的截面積，其它同上。2）往復泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關，只要泵的機械強度及原動機的功率允許，輸送系統要求多高的壓頭，往復泵就能提供多大的壓頭。實際流量

V——泵的容積效率，在0.9~0.97之間?！髁坑杀锰匦詻Q定，而與管路特性無關。2023/12/6573）往復泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強、輸送液體的性質和溫度而變，所以往復泵的吸上高度也有一定的限制。但往復泵的低壓是靠工作室的擴張來造成的，所以在開動之前，泵內無須充滿液體，往復泵有自吸作用。4）往復泵不能簡單地用排出管路閥門來調節(jié)流量，一般采用回路調節(jié)。往復泵適用于小流量、高壓強的場合，輸送高粘度液體時的效果也比離心泵好，但不能輸送腐濁性液體和固體粒子的懸浮液。2023/12/658流量調節(jié)方法：1.改變活塞的往復次數或沖程；2.

旁路調節(jié)P83。因往復泵的流量一定，通過閥門調節(jié)旁路流量，使部分壓出流體返回吸入管路，便可達到調節(jié)主管流量的目的。2023/12/659②壓頭（揚程）在電機功率范圍內，離心泵的壓頭由管路特性決定。實際上往復泵流量隨壓頭升高而略有減小，這是容積損失增大造成的。H2H1HqV管路特性2管路特性1泵特性qV1qV22023/12/660③功率與效率

——往復泵的總效率，一般為0.65~0.85。適用壓頭高、流量小的液體，但不能輸送腐蝕性大及有固體的懸浮液。往復泵的理論流量是由活塞掃過的體積決定，而與管路特性無關?！灰铺匦?/p>

流量只與泵特性有關，而壓頭只與管路特性有關正位移是指介質的位移恒為正，與管路特性無關，不會出現倒流喘振等現象，大多數容積泵為正位移泵，旋渦泵不是。2023/12/661二、齒輪泵P86具有正位移特性。2023/12/662三、旋渦泵（一）結構一種特殊的離心泵。2023/12/663（二）往復泵的特點1.啟動泵時，要打開出口閥門，改變流量時，旁路調節(jié)比安裝調節(jié)閥更經濟；2.能量損失大，效率低（20%~40%），不適合輸送高粘度液體；3.壓頭比離心泵高2~4倍，適用于高壓頭、小流量、低粘度清潔液體。2023/12/664分類：按出口壓力或壓縮比分為：通風機p出(表)<15kPaγ=1～1.15

鼓風機p出(表)=10~300kPaγ=1.1～

4

壓縮機p出(表）>300kPaγ>2

真空泵p出(表）=0或略高于大氣壓,壓縮比由真空度決定第三節(jié)氣體輸送機械2023/12/665（一）工作原理與結構一、離心式通風機2023/12/666（二）性能參數與特性曲線1.性能參數（1）風量qV單位時間從風機出口排出的氣體體積，m3/h或m3/s。注意：qV應以風機進口狀態(tài)計。2023/12/667（2）全風壓pt與靜風壓ps全風壓：單位體積的氣體經風機后所獲得的能量，Pa或mmH2O以單位質量的氣體為基準

以單位體積的氣體為基準

2023/12/668動風壓

靜風壓

全風壓2023/12/669（3）軸功率與效率2.特性曲線

用20℃、101.3kPa的空氣（

=1.2kg/m3）測定。風機的全風壓與氣體的密度成正比。

~qVP~qVqVpt~qVpS~qVn一定2023/12/670(三)離心通風機的選用

1.計算輸送系統所需的全風壓，再換算成標定狀態(tài)下的全風壓；3.根據qV、pt0

選風機的型號。

qV

>

qV需，pt0>pt0需2.根據氣體的性質及風壓范圍，確定風機的類型；2023/12/671二、鼓風機（一）離心鼓風機特點：外形離心泵外殼直徑與厚度之比較大葉片數目較多轉速較高單級出口表壓多在30kPa以內；多級可達0.3MPa2023/12/672（二）羅茨鼓風機2023/12/673流量調節(jié)——旁路調節(jié)或調轉速；開機時打開出口閥門；操作溫度<

85℃

，以免轉子受熱卡住?！灰铺匦?023/12/674三、壓縮機（一）離心壓縮機特點：多級（10級以上）；大葉輪；高轉速（n>5000rpm）202