1、1为流体提供能量的机械称为为流体提供能量的机械称为流体输送机械流体输送机械。在化工生产中，常常需要将流体在化工生产中，常常需要将流体q从低处输送到高处；从低处输送到高处；q从低压送至高压；从低压送至高压；q沿管道送至较远的地方。沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。及补充输送流体时所不足的能量。第一节第一节 概概 述述 2泵泵 输送液体输送液体风机风机压缩机压缩机真空泵真空泵输送气体输送气体常用的流体输送机械常用的流体输送机械3泵的分类泵的分类1 按工作原理分按工作原理分离心式泵离心式
2、泵 有高速旋转的叶轮。有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。如离心泵、轴流泵、涡流泵。往往 复复 泵泵 靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵。靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵。旋转式泵旋转式泵 靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。流体作用动力式流体作用动力式4清水泵清水泵油泵油泵杂质泵杂质泵2 按用途分按用途分5离心泵离心泵（centrifugal pump）的特点：的特点：v 结构简单；结构简单；v 流量大而且均匀；流量大而且均匀；v 操作方便。操作方便。第二节第二节 离心泵离心泵6 1 结构结构2 工作原理工作原
3、理 叶轮叶轮 轴轴 612片叶片片叶片机壳等。机壳等。蜗牛形通道；蜗牛形通道；叶轮偏心放；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动可减少能耗，有利于动能转化为静压能。能转化为静压能。叶轮叶轮机壳机壳底阀底阀(防止防止“气缚气缚”)滤网滤网(阻拦阻拦固体杂质固体杂质)由于离心力的作用，泵的进出口处产生压力差，由于离心力的作用，泵的进出口处产生压力差，从而使流体流动。从而使流体流动。一、一、离心泵的工作原理离心泵的工作原理73 工作过程工作过程u启动前，启动前，将泵灌满水将泵灌满水(叶片间充满水叶片间充满水)。u启动时，启动时，电动机的转动，使得泵轴带动叶轮旋转，充电动机的转动，使得泵轴带动叶轮旋转，充满
4、叶轮的液体在离心力下，沿着叶片间的通道从叶轮满叶轮的液体在离心力下，沿着叶片间的通道从叶轮中心向叶轮四周抛出，以很高的速度中心向叶轮四周抛出，以很高的速度(15(1525m/s)25m/s)流流入泵壳，获得了较大的动能。入泵壳，获得了较大的动能。u流体进入蜗形通道后：流体进入蜗形通道后：叶片间流道随叶片间流道随 而渐宽，而渐宽，大部分动能大部分动能静压能。于是液体以较高的压力从压静压能。于是液体以较高的压力从压出口进入排出管路。出口进入排出管路。u同时，随着叶轮中心液体被甩出以后，吸入口处就形同时，随着叶轮中心液体被甩出以后，吸入口处就形成负压区，贮槽的液体在压差作用下被压入泵内。成负压区，贮
5、槽的液体在压差作用下被压入泵内。u叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流连续流动动。8l离心泵借助离心力的作用输送液体。离心泵借助离心力的作用输送液体。液液大大离离心力大；若启动前有空气存在，心力大；若启动前有空气存在，气气小小离心离心力很小力很小负压不足，虽然叶轮高速旋转，但负压不足，虽然叶轮高速旋转，但形形成的成的“压强差压强差”不足以使液体进入叶轮不足以使液体进入叶轮气缚气缚现象现象(对泵无伤害对泵无伤害)。启动前注满液体；吸入管底部装带吸滤网启动前注满液体；吸入管底部装带吸滤网底阀（止逆阀）。底阀（止逆阀）。9离心泵实际安装示意图离心泵实
6、际安装示意图10 泵壳泵壳：蜗牛壳形通道。蜗牛壳形通道。有利于将叶轮抛出液体的动能转有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能；变成静压能；有利于减少能耗。有利于减少能耗。叶轮叶轮：二、二、离心泵的主要工作部件离心泵的主要工作部件 开式开式 半开式半开式 闭式闭式11 离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。三、三、离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数有离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率流量、扬程、功率和效率。流量流量 qv，/或或m3/泵
7、的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。的液体体积。扬程，扬程，m液柱液柱 泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。后所获得的能量。12 如右图所示，在泵的进出口处如右图所示，在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，在真分别安装真空表和压力表，在真空表与压力表之间列柏努利方程空表与压力表之间列柏努利方程式，即式，即实验：泵压头的测定实验：泵压头的测定真空计真空计压强表压强表离心泵离心泵储槽储槽式中：式中：pM 压力表读出压力（表压），压力表读出压力（表压），N/m2；
8、pV真空表读出的真空度，真空表读出的真空度，N/m2；u1、u2吸入管、压出管中液体的流速，吸入管、压出管中液体的流速，m/s；Hf两截面间的压头损失，两截面间的压头损失，m。流量计流量计fMvHgpguhHgpgu 2202202113两截面之间管路很短，其压头损失两截面之间管路很短，其压头损失Hf可忽略不计可忽略不计guuvMHHhH202122 (2-2)(2-2)简化上式，得简化上式，得若以若以HM及及HV分别表示压力表真空表上的分别表示压力表真空表上的读数读数，以，以米液柱（表压）计。米液柱（表压）计。fguugppHhHv202122M（2-12-1）14233smmkgsmmsJ
9、w 泵的有效功率泵的有效功率N Ne e：单位时间内，液体流经泵后单位时间内，液体流经泵后 实际得到的功率实际得到的功率。已知已知g=9.81m/s2，则式（，则式（2-4）可用）可用kW单位表示，即单位表示，即)(1021000kWgHqNHqgHqvevv (2-4a)3 功率功率gHqNVe (2-4)15选配电动机时，要根据泵的轴功率进行；选配电动机时，要根据泵的轴功率进行；但要考虑机械联结方式和泵可能发生的超负荷运转但要考虑机械联结方式和泵可能发生的超负荷运转即要考虑传动效率即要考虑传动效率 t，电动机效率，电动机效率 m和安全系数和安全系数，因此因此，泵所配的电动机的功率要比其轴功
10、率大，泵所配的电动机的功率要比其轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指说明以外，均系指输送清水输送清水时的数值。时的数值。轴功率指泵轴所获得的功率。若电机与泵轴间无轴功率指泵轴所获得的功率。若电机与泵轴间无传动损失，电机的输出功率也为泵的轴功率传动损失，电机的输出功率也为泵的轴功率N N。注意：注意：4 轴功率轴功率N165 效率效率 反映泵对液体提供的有效能量与原动反映泵对液体提供的有效能量与原动机提供给泵的能量机提供给泵的能量(轴功率轴功率N)N)之比。之比。离心泵的总效率离心泵的总效率 一般为一般为0.60.85
11、左右。左右。NNe (2-5)17l容积损失容积损失：泵内液体泄漏造成，高压泵内液体泄漏造成，高压低压低压区区l水力损失：水力损失：液体流经叶轮、泵壳时，因液体流经叶轮、泵壳时，因流速大小和方向的改变，且发生冲击而流速大小和方向的改变，且发生冲击而产生的。产生的。l机械损失：机械损失：泵轴与轴承之间的机械摩擦泵轴与轴承之间的机械摩擦而引起的等。而引起的等。18例例-某离心泵以某离心泵以20水进行性能实验，测得体积水进行性能实验，测得体积流量为流量为720m3/h，泵出口压力表读数为，泵出口压力表读数为3.82kgf/cm2，吸，吸入口真空表读数为入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间
12、垂直，压力表和真空表间垂直距离为距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为，吸入管和压出管内径分别为350mm及及300mm。试求泵的压头。试求泵的压头。解：根据泵压头的计算公式，则有解：根据泵压头的计算公式，则有guuvMHHhH20212219smu/83.2230.0785.03600/7202smu/28.02352.0785.03600/7201查得水在查得水在20时密度为时密度为998 kg/m3，则，则 HM=3.8210.0=38.2 mH2O HV=0.21013.6=2.86 H2OOmHH281.9208.283.27.4186.22.3841.022计算进出口的平均流速
13、计算进出口的平均流速将已知数据代入，则将已知数据代入，则 20特性曲线特性曲线（characteristic curves）：在固定的转速下，离：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。曲线。强调强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速故特性曲线图上都注明转速n n的数值。的数值。图上绘有三种曲线图上绘有三种曲线q qv v曲线曲线qv曲线曲线qv曲线曲线四、四、离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线21020406080 1
14、0012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNH离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线m3/h22 变化趋势变化趋势：离心泵的压头在较离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，的。不同型号的离心泵，qv曲曲线的形状有所不同。线的形状有所不同。较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；化较大的场合；较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。许流量变化太大的场合。
15、1 qv曲线曲线N qv qvH qvqv23N qv qvH qvqv 变化趋势变化趋势：qv曲线表示泵的流量曲线表示泵的流量qv和轴功率的关系，随和轴功率的关系，随qv的增大而增大。显然的增大而增大。显然，当，当qv时，泵轴消耗的功率最小。时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。2 qv曲线曲线24N qv qvH qvqv 变化趋势变化趋势：开始：开始随随qv的增的增大而增大，达到最大值后，又大而增大，达到最大值后，又随随qv的增大而下降。的增大而下降。qv曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所曲线最大值相当于
16、效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点离心泵的设计点。3 qv曲线曲线25 泵在最高效率点条件下操作最为泵在最高效率点条件下操作最为经济合理，但实际上泵往往不可能正经济合理，但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定一好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范围，称为个工作范围，称为泵的高效率区泵的高效率区。强调强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常注明注明最高效率区
17、的流量、压头和功率的范围最高效率区的流量、压头和功率的范围等。等。泵的高效率区泵的高效率区Nqv qvHqvqv高效率区的效率应不低于最高效率的高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。左右。26 式（式（2-6）称为比例定律，当转速变化小于）称为比例定律，当转速变化小于20%时，时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。当转速由当转速由n1 改变为改变为n2 时，其流量、压头及功率的时，其流量、压头及功率的近似关系为：近似关系为：4 离心泵的转数对特性曲线的影响离心泵的转数对特性曲线的影响2121nnqqvv22121 nnHH(2-6)32121
18、 nnNN27式（式（2-7）称为）称为切割定律切割定律。当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径、当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径、流量、压头及功率之间的近似关系为：流量、压头及功率之间的近似关系为：5 叶轮直径对特性曲线的影响叶轮直径对特性曲线的影响2121DDqqvv22121 DDHH32121 DDNN(2-7)28 泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度粘度及密度对特性曲线的影响。对特性曲线的影响。6 物理性质对特性曲线的影响物
19、理性质对特性曲线的影响29叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦引起叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦引起的能量损失的能量损失使所需要的轴功率使所需要的轴功率N N。所以特性曲线改变。所以特性曲线改变。6.1 粘度的影响粘度的影响Hhqufv摩擦阻力损失叶轮内液体30离心泵的压头与密度无关。离心泵的压头与密度无关。注注：当被输送液体的密度与水不同时，不能使当被输送液体的密度与水不同时，不能使用该泵所提供的用该泵所提供的qv曲线，而应按（曲线，而应按（2-4a）及（）及（2-5）重新计算。重新计算。泵的轴功率随液体密度而改变。泵的轴功率随液体密度而改变。6.2 密度的影响密度的影响)(1021000kWgH
20、qNHqgHqvevv NNe 31Hgpa1100p1pa,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。当当p1 小于一定值后小于一定值后(p1pv,pv 为环境温度下液体的饱和为环境温度下液体的饱和蒸汽压蒸汽压)，将发生，将发生气蚀现象气蚀现象。pv100 =760mmHg,p pv v 40=55.32mmHg=55.32mmHg五、五、离心泵的安装高度和气蚀现象离心泵的安装高度和气蚀现象1 气蚀现象气蚀现象10,2112fgaHguHgpgp32 当当p1 输送液体温度下的饱和蒸气压输送液体温度下的饱和蒸气压 p pv.v.34为避免发
21、生气蚀现象，应限制为避免发生气蚀现象，应限制p p1 1不能太低，不能太低，或或H Hg g不能太大，即泵的安装高度不能太高。不能太大，即泵的安装高度不能太高。安装高度安装高度Hg的计算方法一般有两种：的计算方法一般有两种：v允许吸上真空高度法；允许吸上真空高度法；v气蚀余量法。气蚀余量法。2 2 安装高度安装高度35（1 1）允许吸上真空高度）允许吸上真空高度H Hs s泵入口处压力泵入口处压力p1所允许的最大真空度。所允许的最大真空度。mH2OOmHHgpsa233.10Hs与泵的结构、液体的物化特性、当地大气压强与泵的结构、液体的物化特性、当地大气压强等因素有关。一般，等因素有关。一般，
22、Hs 57 mH2O.gppsaH1（2-82-8）式中式中 p pa a大气压，大气压，N/mN/m2 2 被输送液体密度，被输送液体密度，kg/mkg/m3 336Hgp01100如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？37可得离心泵允许吸上高度的计算式：10,2112 fagHgugppH gppHas110,212fSgHguHH可根据管路具体情况计算可根据管路具体情况计算提高提高Hg的方法的方法38 泵制造厂只能给出泵制造厂只能给出H Hs s值，而不能直接给出值，而不能直接给出H Hg g值。值。因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也因
23、为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，有不同的各异，有不同的u u2 2/2g/2g 和和H Hf f 值，所以，只能由使值，所以，只能由使用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定H Hg g。问题问题：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？39Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24)(2-11)式中式中 Hs操作条件下输送水时允许吸上真空高度，操作条件下输送水时允许吸上真空高度，mH2O；Hs泵样本中给出的允许吸上真空高度，泵样本中给出的允许吸上真空高度，mH2O；Ha泵工作处的大气压，泵工作处的大气压，
24、mH2O；Hv泵工作温度下水的饱和蒸汽压，泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O；0.24实验条件下水的饱和蒸汽压，实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。原因原因：在泵的说明书中所给出的：在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为是大气压为10mH2O，水温，水温为为20状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把样本上所给出的应把样本上所给出的Hs值，按下式换算成操作条件下的值，按下式换算成操作条件下的Hs值。值。泵允许吸上真空高度的换算泵允许吸上真空高度的换算40泵安装地点的海拔越高，大气压力就越低，允许吸上泵安装地点的海拔越高，大气压力就越低
25、，允许吸上真空高度就越小。真空高度就越小。输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。海拔高度海拔高度，液体温度，液体温度Hg不同海拔高度时大气压力值可查表。不同海拔高度时大气压力值可查表。41为防止气蚀现象发生，离心泵入口附近的液体静gp 1gu 21压头压头 与动压头与动压头 之和必须大于操作温度下液之和必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头某一最小值，这一最小值称为气体的饱和蒸气压头某一最小值，这一最小值称为气蚀余量。蚀余量。gpgugphv 221142可导出可导出汽蚀
26、余量汽蚀余量 h h与与安装高度安装高度H Hg g之间的关系：之间的关系：10,0 fvgHhgpgpH 10,21102 fgHgugppH gpgugphv 2211由工厂实验测定，列于油泵性能表上由工厂实验测定，列于油泵性能表上qvh，应取应取qmax下的下的 h(1-8-9)43l允许安装高度允许安装高度=H=Hg g-0.3m-0.3m，这即安装上限，这即安装上限。l一般为安全起，实际吸上高度或安装高一般为安全起，实际吸上高度或安装高度应小于允许吸上高度。度应小于允许吸上高度。l安装高度安装高度=允许吸上高度允许吸上高度 （0.51）m44例例2-22-2 某台离心泵从样本上查得允
27、许吸上真空高度某台离心泵从样本上查得允许吸上真空高度H Hs s=6m=6m，现将该泵安装在海拔高度为，现将该泵安装在海拔高度为500m500m处，若夏季平处，若夏季平均水温为均水温为4040。问修正后的。问修正后的H Hs s应为多少？若吸入管应为多少？若吸入管路的压头损失为路的压头损失为1mH1mH2 2O O，泵入口处动压头为，泵入口处动压头为0.2mH0.2mH2 2O O。问该泵安装在离水面问该泵安装在离水面5m5m高度处是否合适？高度处是否合适？45解解:当水温为当水温为40时，时，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泵的安装高度为泵的安装高度为:H=Hs u12/2g Hf =5.230.21=4.93m5m故泵安装在离水面故泵安装在离水面5m高度处不合适。高度处不合适。
