1、第2章 流體輸送機(jī)械,克服流體阻力及補(bǔ)充輸送流體時所不足的能量,為流體提供能量.,單位重量： （N.m/N=m）,單位體積：（ N.m/m3=N/ m2）,單位質(zhì)量：（J/kg),概述,流體輸送機(jī)械根據(jù)工作原理的不同通常分為四類: 離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式及流體動力作用式。 用于輸送液體的機(jī)械稱為泵 用于輸送氣體的機(jī)械稱為風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)。 工作原理、基本構(gòu)造、性能及有關(guān)計算，以達(dá)到能正確選擇和使用的目的。 其具體設(shè)計與詳細(xì)結(jié)構(gòu)，不在本課程討論范圍之內(nèi),離心泵,一、工作原理,離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。,Air binding 氣縛,不預(yù)先灌水。,真

2、空不夠，不吸液。,止逆閥,1）葉輪 a)葉輪的作用 將電動機(jī)的機(jī)械能傳給液體,使液體的動能有所提高。 b)葉輪的分類,閉式葉輪,開式葉輪,半閉式葉輪,葉片的內(nèi)側(cè)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。,二 離心泵的主要部件,按吸液方式,單吸式葉輪,雙吸式葉輪,液體只能從葉輪一側(cè)被吸入; 結(jié)構(gòu)簡單。,相當(dāng)于兩個沒有蓋板的單吸式葉輪背靠背并在了一起，可以從兩側(cè)吸入液體，具有較大的吸液能力，而且可以較好的消除軸向推力。,泵殼的作用 匯集液體，作導(dǎo)出液體的通道； 使液體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，一

3、部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。,（二）泵殼,泵殼的作用,導(dǎo)葉輪 為了減少液體直接進(jìn)入蝸殼時的碰撞，在葉輪與泵殼之間有時還裝有一個固定不動的帶有葉片的圓盤，稱為導(dǎo)葉輪。導(dǎo)葉輪上的葉片的彎曲方向與葉輪上葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼的通道內(nèi)平緩的改變方向，使能量損失減小，使動能向靜壓能的轉(zhuǎn)換更為有效。,（二）泵殼,（三）軸封裝置 A 軸封的作用 為了防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內(nèi)。 B 軸封的分類,填料密封：,機(jī)械密封：,主要由填料函殼、軟填料和填料壓蓋組成，普通離心泵采用這種密封。,主要由裝在泵軸上隨之轉(zhuǎn)動的動環(huán)和固定于泵殼上

4、的靜環(huán)組成，兩個環(huán)形端面由彈簧的彈力互相貼緊而作相對運(yùn)動，起到密封作用。,端面密封,3、離心泵的分類 1）按照軸上葉輪數(shù)目的多少,單級泵,多級泵,軸上只有一個葉輪的離心泵，適用于出口壓力不太大的情況；,軸上不止一個葉輪的離心泵 ，可以達(dá)到較高的壓頭。離心泵的級數(shù)就是指軸上的葉輪數(shù)，我國生產(chǎn)的多級離心泵一般為29級。,2）按葉輪上吸入口的數(shù)目,單吸泵,雙吸泵,葉輪上只有一個吸入口，適用于輸送量不大的情況。,葉輪上有兩個吸入口，適用于輸送量很大的情況。,3）按離心泵的不同用途,水泵,輸送清水和物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)很少的液體的泵, （B型）,耐腐蝕泵,接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料

5、制成。要求：結(jié)構(gòu)簡單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）,油泵,輸送石油產(chǎn)品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）,雜質(zhì)泵,輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵 ，又細(xì)分為污水泵、砂泵、泥漿泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構(gòu)造上是葉輪流道寬、葉片數(shù)目少。,離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線,1、離心泵的性能參數(shù) 1）離心泵的流量 指離心泵在單位時間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，單位為m3/h。又稱為泵的送液能力 。 2）離心泵的壓頭 泵對單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚(yáng)程。,3）離

6、心泵的效率 離心泵輸送液體時，通過葉輪將電機(jī)的能量傳給液體。在這個過程中，不可避免的會有能量損失，也就是說泵軸轉(zhuǎn)動所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率來反映能量損失。這些能量損失包括： 容積損失 水力損失 機(jī)械損失 泵的效率反應(yīng)了這三項(xiàng)能量損失的總和，又稱為總效率。 與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān),對離心泵來說，效率一般約為0.60.85左右，大型泵可達(dá)0.90。,4）軸功率及有效功率 軸功率：,電機(jī)輸入離心泵的功率,用N 表示，單位為J/S,W或kW,有效功率：,排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示,軸功率和有效功率之間的關(guān)系為 ：,有效功率可表達(dá)為,軸功

7、率可直接利用效率計算,有效功率,軸功率,電機(jī)功率,離心泵的壓頭取決于： 泵的結(jié)構(gòu)（葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等） 轉(zhuǎn)速 n 流量 Q，,如何確定轉(zhuǎn)速一定時， 泵的壓頭與流量之間 的關(guān)系呢？ 實(shí)驗(yàn)測定,若1-1與2-2間能量損失忽略,則 當(dāng)不同流量,PM,PV會變化, H也變化.,1,1,2,2,離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程。必須注意，揚(yáng)程并不等于升舉高度Z，升舉高度只是揚(yáng)程的一部分。,2、離心泵的特性曲線,離心泵的H、 N 都與離心泵的Q 有關(guān)，它們之間的關(guān)系由確定離心泵壓頭的實(shí)驗(yàn)來測定，實(shí)驗(yàn)測出的一組關(guān)系曲線： HQ 、Q 、 NQ 離心泵的特性曲線 注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。 各種型號的離心泵都有

8、本身獨(dú)自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點(diǎn),四離心泵的特性曲線,H-Q, Q, H N-Q, Q, N , 當(dāng)Q= 0, N=Nmin. 起動泵，關(guān)閉出口閥。 -Q, Q, . 有拐點(diǎn),稱為設(shè)計工況點(diǎn). 特征曲線在一定轉(zhuǎn)速測定. 如圖, n=2900rpm,離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)。離心泵在與最高效率點(diǎn)相對應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)。 與最高效率點(diǎn)所對應(yīng)的Q、H、N 值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)明的就是指該泵在運(yùn)行時最高效率點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。 注意：在選用離心泵時，應(yīng)使離心泵在該點(diǎn)附近工作。一般要求操作時的效率應(yīng)不低于最高效率的92%。,四、離心泵性能的改變,1、液體性質(zhì)

9、的影響 1）液體密度的影響,離心泵的流量,與液體密度無關(guān)。,離心泵的壓頭,與液體的密度無關(guān),HQ曲線不因輸送的液體的密度不同而變 。 泵的效率不隨輸送液體的密度而變。,離心泵的軸功率與輸送液體密度有關(guān) 。,2）粘度的影響 當(dāng)輸送的液體粘度大于常溫清水的粘度時， 泵的壓頭減小 泵的流量減小 泵的效率下降 泵的軸功率增大 泵的特性曲線發(fā)生改變，選泵時應(yīng)根據(jù)原特性曲線進(jìn)行修正 當(dāng)液體的運(yùn)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(jìn)行修正。, = du/dy , , 損失 所以： H , Q , N N = Q H/ .,2、轉(zhuǎn)速對離心泵特性的影響 當(dāng)液體的粘度不大且泵的效率不

10、變時，泵的流量、壓頭、軸功率與轉(zhuǎn)速的近似關(guān)系可表示為：,比例定律,1）若對同一型號的泵，換用直徑較小的葉輪，而其它幾何尺寸不變（僅是出口處葉片的寬度稍有改變），這種現(xiàn)象稱為葉輪的“切割”。 2）某一尺寸的葉輪外周經(jīng)過切削而使D2變小。若切削使直徑D2減小的幅度在5%以內(nèi)，效率可視為不變，并且切削前、后葉輪出口的截面積也可認(rèn)為大致相等, 此時有：,-切割定律,3、葉輪直徑的影響,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) 1）管路特性曲線,管路特性曲線,流體通過某特定管路時所需的壓頭與液體流量的關(guān)系曲線。,在截面1-1與 2-2 間列柏努利方程式，并以1-1截面為基準(zhǔn)水平面，則液體流

11、過管路所需的壓頭為：,式中：,上式簡化為,而,令,管路的特性方程,2）離心泵的工作點(diǎn) 離心泵的特性曲線與管路的特性曲線的交點(diǎn)M，就是離心泵在管路中的工作點(diǎn)。,M點(diǎn)所對應(yīng)的流量Qe和壓頭He表示離心泵在該特定管路中實(shí)際輸送的流量和提供的壓頭。,2、離心泵的流量調(diào)節(jié) 1）改變出口閥開度 改變管路特性曲線,閥門關(guān)小時： 管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點(diǎn)由原來的M點(diǎn)移到M1點(diǎn)，流量由QM降到QM1；,當(dāng)閥門開大時： 管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點(diǎn)由M移到M2流量加大到QM2。,優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)迅速方便，流量可連續(xù)變化；,缺點(diǎn)：流量阻力加大，要多消耗動力，不經(jīng)濟(jì)。,泵的轉(zhuǎn)速降至n

12、2：則HQ線下移，工作點(diǎn)移至M2,流量減小到QM2,優(yōu)點(diǎn)：流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動力消耗也相應(yīng)降低；,缺點(diǎn)：需要變速裝置或價格昂貴的變速電動機(jī)，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)，化工生產(chǎn)中很少采用。,2）改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的特性曲線,泵的轉(zhuǎn)速提高到n1：則HQ線上移，工作點(diǎn)由M移至M1 ，流量由QM 加大到QM1；,3、離心泵的并聯(lián)和串聯(lián) 1）串聯(lián)組合泵的特性曲線,兩臺相同型號的離心泵串聯(lián)組合，在同樣的流量下，其提供的壓頭是單臺泵的兩倍 。,2）并聯(lián)組合泵的特性曲線 兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)，若其各自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單泵的兩倍。,3）離心泵組合方式的選擇,對于低阻輸送管路

13、a，并聯(lián)組合泵流量的增大幅度大于串聯(lián)組合泵； 對于高阻輸送管路b，串聯(lián)組合泵的流量增大幅度大于并聯(lián)組合泵。,低阻輸送管路-并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)； 高阻輸送管路-串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。,離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度,（一）汽蝕現(xiàn)象,離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度,（一）汽蝕現(xiàn)象,If P1 P v , what will happen?,氣蝕產(chǎn)生的后果：,氣蝕發(fā)生時產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊的反復(fù)作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落 液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴(yán)重時會輸不出液體。,形成原因：,在0-0、1-1截面間列柏努力方程 p0一定，當(dāng)Hg或吸入管內(nèi)流速u1與壓頭損失Hf增

14、大，則p1越小。,氣蝕余量（Net Positive Suction Head）,1-1與K-K面,NPSH，油泵也用h,氣蝕余量（Net Positive Suction Head）,制造廠測定,貯槽液面0-0與入口處1-1兩截面間列柏努利方程,2、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，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，以Hg表示。,1 1,離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度，一般比允許值小0.51m。,注意： 1）離心泵的允許吸上真空度和允許氣蝕余量值是與其流量有關(guān)的，大流量下h較大而Hg,允較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進(jìn)行計算。

15、2）離心泵安裝時，應(yīng)注意選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，以減少吸入管路的阻力。 3）當(dāng)液體輸送溫度較高或液體沸點(diǎn)較低時，可能出現(xiàn)允許安裝高度為負(fù)值的情況，此時，應(yīng)將離心泵安裝于貯槽液面以下，使液體利用位差自流入泵內(nèi)。,3、離心泵的允許吸上真空度,注意：HS 通常以m液柱來表示。在水泵的性能表里一般把它的單位寫成 m（實(shí)際上應(yīng)為mH2O）。,離心泵的允許吸上真空度 定義式,絕對壓強(qiáng),當(dāng)?shù)卮髿鈮?用真空度表示,最高真空度,HS值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好。 HS與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。 通常由泵的制造工廠試驗(yàn)測定，實(shí)驗(yàn)在大氣

16、壓為10mH2O（9.81Pa）下,以20清水為介質(zhì)進(jìn)行的。,七、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(tǒng)的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時按最大流量考慮，然后，根據(jù)輸送系統(tǒng)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(jù)被輸送液體的性質(zhì)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(chǎn)品目錄中選出適合的型號。,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(yīng)考慮效率在

17、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。,2、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(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實(shí)際安裝高度必須低于理論上計算的最大安裝高度，同時，應(yīng)盡量降低吸入管路的阻力。 2）啟動前先“灌泵” 為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內(nèi)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(yīng)在出口閥門關(guān)閉時啟動 為了不致啟動時電流過大而燒壞電機(jī)，泵啟動時要將出口閥完全關(guān)閉，等電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。,4）關(guān)泵的步驟 關(guān)泵時，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機(jī)。否

18、則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。 5）運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)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(shù)，以及軸承是否過熱等。,其他類型泵,往復(fù)泵 1、往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理,往復(fù)泵是一種容積式泵，它依靠作往復(fù)運(yùn)動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。,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?jīng)傳動和機(jī)械在外力作用下在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動。活塞與單向閥之間的空隙稱為工作室。 活塞從左端點(diǎn)到右端點(diǎn)的距離叫行程或沖程。,活塞在往復(fù)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(cè)，吸液時不能

19、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(lián)泵,其理論流量： 對單動泵,對雙動泵,2）往復(fù)泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關(guān)，只要泵的機(jī)械強(qiáng)度 及原動機(jī)的功率允許，輸送系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復(fù)泵就 能提供多大的壓頭。,往復(fù)泵的工作原理與離心泵不同，具有以下特點(diǎn)： 1）往復(fù)泵的流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與泵的壓頭無關(guān)。無論在什么壓頭下工作，只要往復(fù)一次，泵就排出一定的液體。,3）往復(fù)泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)、輸送液體的性質(zhì)和溫度而變，所以往復(fù)泵的吸上高度也有一定的限制。但往復(fù)泵的低壓是靠工作室的擴(kuò)張來造成的，所以在開動之前，泵內(nèi)無須充滿液體，往復(fù)泵有自吸作用。 4）往復(fù)泵不能簡單地用排出管路閥門來調(diào)節(jié)流量，一般采用回路調(diào)節(jié)。 往復(fù)泵適用于小流量、高壓強(qiáng)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。,往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié) 據(jù)往復(fù)泵的特點(diǎn)，其流量調(diào)節(jié)可采用如下方法： 1、