第第 一一章章 流体的流动及输送流体的流动及输送第第第第 一一一一 节节节节 离心泵离心泵离心泵离心泵 离心泵的操作原理、构造与类型离心泵的操作原理、构造与类型 离心泵的主要性能参数与特性曲离心泵的主要性能参数与特性曲 线线 离心泵的气蚀现象与允许吸上高度离心泵的气蚀现象与允许吸上高度其他类型的泵其他类型的泵2024/7/26流体输送机械流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置向流体作功以提高流体机械能的装置 输送液体的机械通称为泵； 例如：例如：离心泵离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 2024/7/26第二节 离心泵离心泵的外观2024/7/26一离心泵的操作原理、构造与类型一离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理操作原理 由若干个弯曲的叶片组成的叶轮叶轮置于具有蜗壳通道的泵泵壳壳之内。 叶轮叶轮紧固于泵轴泵轴上 泵轴与电机电机相连， 可由电机带动旋转。 2024/7/26 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。离心泵的工作过程离心泵的工作过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。 2024/7/26 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排以较高的静压强从排 出口流入排出管道。出口流入排出管道。 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依依靠靠高高速速旋旋转转叶叶轮轮所产生的离心力，所产生的离心力，因此称为离心泵。 2024/7/262024/7/26离心泵原理的动画 2024/7/26 气气 缚缚 离心泵启动启动时，如果泵壳内存在空气泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚气缚”。 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止止逆逆阀阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调调节节阀阀，用于开停车和调节流量。2024/7/262 2、基本部件和构造、基本部件和构造1 1）叶轮）叶轮a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体将电动机的机械能传给液体, ,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类 根据结构闭式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮 叶片的内侧带有前前后后盖盖板板，适于输送干净流体，效率较高。没有前后盖板没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。2024/7/262024/7/262 2）泵壳）泵壳 A.泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道；汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。 B.导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导导叶轮。叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。 2024/7/263 3）轴封装置）轴封装置A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。B 轴封的分类 轴封装置 填料密封： 机械密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。 主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和固定于泵壳上的静环静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。 端面密封2024/7/263 3、离心泵的分类、离心泵的分类1 1）按照轴上叶轮数目的多少）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 多级泵 轴上只有一个叶轮一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；轴上不止一个叶轮不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为2929级级。 2 2）按叶轮上吸入口的数目）按叶轮上吸入口的数目单吸泵 双吸泵 叶轮上只有一个吸入口一个吸入口，适用于输送量不大的情况。叶轮上有两个吸入口两个吸入口，适用于输送量很大的情况。 2024/7/263 3）按离心泵的不同用途）按离心泵的不同用途 水泵水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很少的液体少的液体的泵, 旧型号：旧型号：B B型型新型号：新型号：ISIS型型ISIS型泵是根据国际标准型泵是根据国际标准ISO2858ISO2858规定的性能和尺规定的性能和尺寸设计的，其效率比寸设计的，其效率比B B型泵平均提高型泵平均提高3.67%3.67%。 IS IS80-65-16080-65-160 80 80泵入口直径，泵入口直径，mmmm； 65 65泵出口直径，泵出口直径，mmmm； 160 160泵叶轮名义直径，泵叶轮名义直径，mmmm。 2024/7/26耐腐蚀泵耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料耐腐蚀材料制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）油泵 输送石油产品石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）杂质泵 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶片数目少。2024/7/26二离心泵的主要性能参数与特性曲线二离心泵的主要性能参数与特性曲线 1 1、离心泵的性能参数、离心泵的性能参数 1 1）离心泵的流量）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用qV表示，单位为m3/s或m3/h。又称为泵的送液能力 。2 2）离心泵的压头）离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以He表示，单位为m。又称为泵的扬程。2024/7/26离心泵的压头取决于： 泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 n 流量 qV， 如何确定转速一定时，泵的压头与流量之间的关系呢？ 实验测定实验测定2024/7/26H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程： 离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。 2024/7/263 3）离心泵的效率）离心泵的效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。这些能量损失包括：容积损失 ,获得能量的高压液体漏回低压区损失的能量水力损失,粘性流体在泵内流动的能量损失 机械损失 ,叶轮与液体、轴与轴承之间的机械磨擦损失的泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关 2024/7/264 4）轴功率及有效功率）轴功率及有效功率轴功率： 电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为J/S,W或W有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 轴功率和有效功率之间的关系为 ：有效功率可表达为 轴功率可直接利用效率计算2024/7/262 2、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线 离心泵的H H、 、 N N都与离心泵的q q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线： H Hq q 、q q、 N Nq q 离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点 2024/7/262024/7/261）Hq曲曲线线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）2 2）N Nq q曲曲线线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。3 3）q q曲曲线线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。2024/7/26 离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的q、H、N值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。 注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。2024/7/26例：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线相关的其它性能参数。 解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量Q、压头H、轴功率N和效率。其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。 以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程2024/7/26把数据代入，得在工作流量下泵的有效功率为泵轴效率为2024/7/26三、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度三、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 1 1、气蚀现象、气蚀现象 气蚀产生的条件气蚀产生的条件叶片入口附近叶片入口附近k处的处的压强压强Pk等于或小于等于或小于输送温度下液体的输送温度下液体的饱和蒸气压饱和蒸气压 。液体将在此处部分汽化，产生气泡。气泡进入高压区后液体将在此处部分汽化，产生气泡。气泡进入高压区后急剧凝结或破裂。首产生极大的局部冲击压力，反复作急剧凝结或破裂。首产生极大的局部冲击压力，反复作用，导致泵壳和叶轮损坏，这种现象称为气蚀。用，导致泵壳和叶轮损坏，这种现象称为气蚀。 2024/7/26气蚀气蚀产生的后果：产生的后果： 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。重时会输不出液体。2 2、离心泵的允许吸上高度、离心泵的允许吸上高度 离离心心泵泵的的允允许许吸吸上上高高度度又又称称为为允允许许安安装装高高度度，指指泵泵的的吸吸入入口口与与吸吸入入贮贮槽槽液液面面间间可可允允许许达达到到的的最最大大垂垂直直距距离离，以以Hg表示。表示。2024/7/26贮槽液面贮槽液面0-0与入口处与入口处1-1两截面间列柏努利方程两截面间列柏努利方程若贮槽上方与大气相通，则若贮槽上方与大气相通，则P0即为大气压强即为大气压强Pa 为了确定安装高度，采用两种指标来表示泵的了确定安装高度，采用两种指标来表示泵的抗气蚀性能抗气蚀性能允许吸上真空度允许吸上真空度 和气蚀余量和气蚀余量 2024/7/262 2、离心泵的允许吸上真空度、离心泵的允许吸上真空度 注意注意：H HS S单位是压强的单位，通常以单位是压强的单位，通常以m m液柱液柱来表示。在水来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成泵的性能表里一般把它的单位写成m m（实际上应为实际上应为mHmH2 2O O）。）。离心泵的允许吸上真空度 定义式将 代入得允许吸上高度的计算式允许吸上高度的计算式2024/7/26HS值越大值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安安装高度装高度Hg越高。越高。 HS与泵的与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压压等因素有关。等因素有关。通常由泵的制造工厂通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大试验测定，实验在大气压为气压为1010mHmH2 2O O（9.81P9.81Pa a）下下, ,以以2020清水为介质清水为介质进行的。进行的。2024/7/26确定离心泵安装高度时应使用泵确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的最大流量下的HS进行计进行计算算HS随随q增大而减小增大而减小若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对H HS S进行校正。进行校正。 3 3、气蚀余量、气蚀余量 为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头 与动压头与动压头 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头 的一个最小值的一个最小值。 2024/7/26气蚀余量定义式气蚀余量定义式h 与与Hg 的关系的关系当叶轮入口附近当叶轮入口附近(k-k)最小压强等于液体的饱和蒸汽压最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv 时，时，泵入口处压强泵入口处压强(1-1)必等于某确定的最小值必等于某确定的最小值p1。 在在1-1和和k-k间列柏努利方程：间列柏努利方程： 2024/7/26当当流流量量一一定定且且流流体体流流动动为为阻阻力力平平方方区区时时，气气蚀蚀余余量量仅仅与与泵泵的结构和尺寸的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。有关，是泵抗气蚀性能参数。将 代入 允许吸上高度的计算式允许吸上高度的计算式离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的值也是由生产泵的工厂通过实验测定的h随随qV增大而增大增大而增大计算允许安装高度时应取高流量下的计算允许安装高度时应取高流量下的h值。值。2024/7/26泵泵性性能能表表上上所所列列的的h值值也也是是按按输输送送20的的清清水水测测定定的的，当当输输送送其其它它液液体体时时应应乘乘以以校校正正系系数数予予以以校校正正，但但因因一一般般校校正正系系数数小小于于1，故故把把它它作作为为外外加加的的安安全全系系数，不再校正。数，不再校正。4 4、离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值值小小0.50.51 1m。 2024/7/26注意：注意：1 1）离离心心泵泵的的允允许许吸吸上上真真空空度度和和允允许许气气蚀蚀余余量量值值是是与与其其流流量量有有关关的的，大大流流量量下下h较较大大而而HS较较小小，因因此此，必必须须注注意意使使用最大额定流量值用最大额定流量值进行计算。进行计算。2 2）离离心心泵泵安安装装时时，应应注注意意选选用用较较大大的的吸吸入入管管路路，减减少少吸吸入入管路的弯头、阀门等管件，管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。以减少吸入管路的阻力。3 3）当当液液体体输输送送温温度度较较高高或或液液体体沸沸点点较较低低时时，可可能能出出现现允允许许安安装装高高度度为为负负值值的的情情况况，此此时时，应应将将离离心心泵泵安安装装于于贮贮槽槽液液面面以下以下，使液体利用位差自流入泵内。，使液体利用位差自流入泵内。2024/7/26例2.如图所示如图所示, ,需安装一台泵需安装一台泵, ,将流量将流量45m45m3 3/h/h、温度、温度2020的河水输送到高位的河水输送到高位槽，高位槽高出河面槽，高位槽高出河面10m10m，管路总长，管路总长为为15m15m。试选一台离心泵，并确定安。试选一台离心泵，并确定安装高度。装高度。解：流量 ，20 水选管内流速u=2.5m/s，估算管内径2024/7/26选 水煤气管，内径管内流速钢管绝对粗糙度取相对粗糙度取2024/7/26查图、局部当量长度截止阀（全开）两个度弯头带滤水器的底阀（全开）管出口突然扩大管路的压头水柱扬程2024/7/26泵的允许汽蚀余量水的饱和蒸气压吸入管长5m, 收入管为阻力泵的最大允许安装高度实际安装高度应小于2.31m取1.5m根据流量和扬程，选取用泵的型号为2024/7/262-1-2其他类型泵其他类型泵 一、往复泵一、往复泵1 1、往复泵的结构、往复泵的结构 及工作原理及工作原理 往复泵是一种容积式泵，它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。 2024/7/26泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。工作原理：工作原理：当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大，形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，工作室的容积最大。活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端时，排液完毕，完成了一个工作循环，此后开始另一个循环。2024/7/262024/7/26活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。 活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能排液，因此排液不是连续的。为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联泵 往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点：1）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定的液体。 2024/7/262024/7/262024/7/26其理论流量：对单动泵 对双动泵 2）往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就能提供多大的压头。 3）往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。2024/7/264）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用回路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液。二、计量泵二、计量泵计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的2024/7/262024/7/26