第二章 流体输送机械Fluid-moving Machinery,概述,供料点需料点,输送机械的作用：,流体的动能， 或位能，静压能，克服沿程阻力，或兼而有之,对流体做功,低处高处 低压高压 较远的地方,一、流体输送机械：为流体提供外加能量的机械（机器和设备）。二、分类泵， 液体输送 按流体种类分风机或压缩机或真空泵， 气体输送离心式往复式 按原理分旋转式流体动力作用式,第一节 离心泵,第二节 其它类型泵,第三节 气体输送机械,二 齿轮泵,一 往复泵,三 旋涡泵,第一节 离心泵,离心泵的外观,一.离心泵装置(结构)简图,二、离心泵的工作原理：甩出、真空、吸入。叶轮旋转时，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间的通道从叶轮中心被甩到叶轮外围，具有很高的能量，从而液体可流到所需场所。当液体被甩出后，在叶轮中心就会形成一定的真空，外界压力与该真空的压差就使液体经底阀，吸入管道流入叶轮中心。这样，只要叶轮不停地旋转，液体就源源不断地被吸入和排出。,为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的 底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内， 损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。, 气缚：叶轮旋转时不能输送液体的现象。若离心泵启动前未充满液体，则叶片间必充满气体。由于气体密度很小，所产生的离心力也很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内，这时叶轮虽然旋转，但不能输送液体。,三、主要部件 (1) 叶轮：见附图分类1 开式(敞式 ) 按叶片的形式分 半闭式(半蔽式)闭式(蔽式),612个叶片（前弯、后弯，径向）,液体通道。,前盖板、 后盖板， 无盖板,闭式叶轮,半开式,开式,（1）叶轮,叶片（+盖板）,开式叶轮 优点：两侧都没有盖板，制造简单，清洗方便。缺点：但由于叶轮和壳体不能很好地密合，部分液体会流回吸液侧，因而效率较低。适用：它适用于输送含杂质的悬浮液。,半开式 特点：叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，适用：它也适用于输送悬浮液。,闭式叶轮 特点：叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广。适用：但只适用于输送清洁液体。,轴向推力的形成：闭式或半开式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝隙内，液体的 压力较入口侧高，这使叶轮遭受到向入口端推移的轴向推力。轴向推力的破坏性：能引起泵的振动，轴承发热，甚至损坏机件。平衡孔的作用：为了减弱轴向推力，可在后盖板上钻几个小孔，称 为平衡孔，让一部分高压液体漏到低压区以降低叶轮两 侧的压力差。平衡孔的缺点：液体通过平衡孔短路回流，增加了内泄漏量，降低 了泵的效率。,平衡孔,单吸 构造简单，液体 从叶轮一侧被吸入 按吸入方式分 双吸 比较复杂，液体从叶轮两侧吸入,双吸式具有较大的吸液能力，而且基本上可以消除轴向推力。,叶轮分类2,（2）泵壳：,泵体的外壳，包围叶轮， 截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。,蜗牛壳形以便动能有效地转化为静压能。,（3）泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。,为了减少液体进入蜗壳时的碰撞，进一步提高转化率，有时在叶转与泵壳之间装有一个导轮(如下图)。,导轮具有很多逐渐转向的孔道，使高速液体流过时能均 匀而缓慢地将动能转化为静压能，使能量损失降到最小程度。,液体的汇集与能量的转换,（动静）,导轮,1、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。 用符号qV表示，单位为m3/、 m3/min或m3/。,四、离心泵的主要性能参数,流量、扬程、功率和效率。,影响因素叶轮结构、尺寸和转速,2 扬程H：,影响因素qV、叶轮结构、尺寸和n有关。, Hz,泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量（1N）液体流经泵后所获得的能量， 用符号表示，单位为J/N m（指m液柱）。,泵的压头可用实验方法测定，如图2-1所示。 在泵的进出口处分别安装真空表和压力表， 在真空表与压力表之间列柏努得方程式，即,或,由于两截面之间管路很短，其 压头损失Hf可忽略不计。也很小，也可忽略。则上式可改写为,离心泵的主要性能参数,例- 某离心泵以20水进行性能实验测得体 积流量为720m3/h，压出口压力表数为0.4MPa， 吸入口真空表读数为-0.028MPa，压力表和真空 表间垂直距离为410mm。试求泵的压头。,解：根据,查得水在20时密度为998.2kg/m3，则pM=0.4MPapV=0.028MPa将已知数据代入，得泵的扬程,（1）轴功率P和有效功率Pe,轴功率P：单位时间原动机输入泵轴的能量。,有效功率Pe：单位时间液体获得的能量。,3、功率和效率,功率：单位时间里所做的功。,即：,（2）效率：,100%,水力损失:流体流动摩擦 容积损失:漏液 机械损失:轴与轴承摩擦,= Pe/ P,1. 泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。,【注意】,一般为0.60.85，大型泵可达0.90。,五、离心泵的特性曲线,HqV,PqV,qV,厂家实验测定产品说明书,1atm大气压、20C清水、额定转数n,1、离心泵的特性曲线,压头H、流量qV、功率P和效率是离心泵的主要性能参数。,特性曲线H、 、P与qV之间的关系曲线。,离心泵特性曲线,说明：, HqV曲线，qV，H。,qV很小时可能例外, PqV曲线：qV，P 。,大流量大电机,关闭出口阀启动泵，启动电流最小。, qV曲线 ：小qV ， ；大qV ，。,存在max额定点额定流量,选型时 max下的7以内,转速比例定律,2、离心泵的转数对特性曲线的影响,当转速由n1改变为n2时，其流量、压头及功率的 近似关系为：, 当转速变化小于20%时，可认为效率不变.,离心泵的特性曲线是在一定转速下测定的。,条件：同一型号泵，同一种液体，效率不变。,补充：叶轮直径对特性曲线的影响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,上式称为离心泵的切割定律，, 当D2变化小于5%时，效率不变时成立。,3、液体黏度和密度的影响,（1）粘度的影响,粘度：, ，（H，qV，）;,P ,工作流体20水差别大,参数和曲线变化,结果：特性曲线改变。,原因：a、叶轮内液体流速降低，流量减少；b、流动摩擦损失增大，扬程减小；c、叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦引起能量损失增大， 使所需轴功率增大。,密度：, , (P、Pe) ,（qV， H， ）与无关；,（2）密度的影响,原因：a、qV=Au，流量不变；(A叶轮周边出口截面积，u液体在周边处的径向速度)b、扬程不变； ，所以HQ曲线不变。c、轴功率随密度增大而增大。,五、离心泵的工作点和流量调节,1.管路特性方程和特性曲线,外加压头（离心泵供给）,对于特定管路：,为常数,而,管路压头损失,管路&流体一定,f(Re)=f(qV),令,当Re很大时，随Re变化很小，视为常数。,所以,于是,管路特性方程,离心泵的工作点,H0,其中：k为管路特性系数,kf (L, d,),其他条件一定， 改变阀门开度k改变。,说明：,曲线在H轴上截距管路所需最小外加压头;, 阻力平方区， 与qV无关，并忽略动能差;,k较大，高阻管路，曲线较陡；k较小，低阻管路，曲线较平缓。,2.离心泵的工作点,输送液体是靠泵和管路相互配合完成的。一台离心泵安装在一定的管路系统中工作，包括阀门 开度也一定时，就有一定的流量与压头。此流量与压头 是离心泵特性曲线与管路特性曲线交点处的流量与压头。 此点称为泵的工作点。（如P点）,显然，该点所表示的流量Q与压头， 既是管路系统所要求，又是离心泵所 能提供的。若该点所对应效率是在最高效率区， 则该工作点是适宜的.,例 2-2 在内径为150mm、长度为280m的管路系统中， 用离心泵输送甲苯。已知该管路局部阻力的当量长度 为85m；摩擦系数可取为0.03。离心泵的特性曲线如 附图所示。若 为20m甲苯柱，试求离心泵的 工作点。,H,qV,m3/h,o,25,50,75,H,qV,m3/h,o,25,50,75,20,解： H0kqV2因,所以 20+11930qV2 根据上式可绘管路特性曲线。 由图中查得工作点的流量为74m3/h，压头为25m甲苯柱。,调节流量的实质：就是改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵的工作点的问题。,3. 流 量 调 节,离心泵的流量调节：a.是在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；b.是改变离心泵的转速或叶轮外径，以改变泵的特性曲线。,（1）改变出口阀开度-管路特性,关小出口阀Hf,管特线变陡, 工作点左上移,开大出口阀 Hf, H ，qV, 管特线变缓, 工作点右下移, H ，qV ,H,qV,K,k,C,B,A,H0,O,阀门关小k n,H,H0,O,qVA,qVC,HC,HA,n 泵HqV曲线下移,工作点右下移， H ，qV ,能损小，但昂贵，少采用(变速装置),【说明】, 工作点,泵的特性 & 管路的特性,工作点确定：,1.联解两特性方程,2.作图，两曲线交点, 泵装于管路,工作点 （H ,qV),qV =泵供流量=管的流量,H =泵供压头=流体的压头,管路特性曲线方程,泵特性曲线方程,（3）离心泵的并联操作当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并联操作，以增大流量。两台相同的泵并联时，其联合特性曲线为单台特性曲线在流量上的两倍。,H,qV并 2 q V单因为流量增大，管路阻力增加。,HqV H2qV,（4）离心泵的串联操作当一台泵的扬程不够时，可以用两台泵串联操作，以提高扬程。两台相同的泵串联时，其联合特性曲线为单台特性曲线在扬程上的两倍。,HV串 2 H V单因为扬程增大，管路阻力增加。,HqV 2HqV,六、离心泵的安装高度,安装高度:,问题：,液面到泵入口处的垂直距离(Hg),安装高度有无限制？,（1）汽蚀现象,在贮液槽液面0-0与泵入口1-1截面间列柏努力方程，并以贮液槽液面为基准水平面，得：,可知，若液面压强p0，吸入管路流量及管路一定（即 u、 一定），安装高度 Hg 增大，则p1减小。,所以,当p1pv，,叶轮中心汽化汽泡被抛向外围,破碎、凝结局部真空,压力pV区,周围液体高速冲向消失的汽泡中心, 局部冲击力撞击叶片(水锤) 动画P39,伴随现象, 泵体振动并发出噪音;, H, qV , 严重时不送液；, 时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片。,局部压强: 高达几百个大气压， 冲击频率: 高达每秒几万次之多。,结论： 1 汽蚀现象是有害的，必须加以避免。 2 泵的安装高度 Hg不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压 pV。,问题：如何确定Hg的上限允许安装高度,（1）基本概念：,