第二章 流体输送机械流体输送介质：介质：液体液体泵泵气体气体风机、压缩机风机、压缩机工作原理：离心式工作原理：离心式 往复式往复式 旋转式旋转式 流体作用式（如喷射式）流体作用式（如喷射式）流体输送机械分类流体输送机械分类流体输送一离心泵的工作原理及一离心泵的工作原理及主要部件主要部件1结构结构1）叶轮：叶轮内）叶轮：叶轮内612片弯曲的叶片弯曲的叶片片作用：原动机的机械能作用：原动机的机械能液体液体静压静压能能和动能和动能流体输送一离心泵的工作原理及一离心泵的工作原理及主要部件主要部件叶轮按其结构形状分有三种：叶轮按其结构形状分有三种：闭式：前后有盖板闭式：前后有盖板半闭式：前有盖板半闭式：前有盖板敞式（开式）：前后无盖板敞式（开式）：前后无盖板流体输送一离心泵的工作原理及一离心泵的工作原理及主要部件主要部件6-12个叶片（前弯、后弯，径向）个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道。液体通道。2）泵壳）泵壳：截面积逐渐扩大的蜗牛壳截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道形通道流体输送 液体入口液体入口中心中心出口出口切线切线3）泵轴：）泵轴：垂直叶轮面，垂直叶轮面，叶轮中心叶轮中心。 作用作用:汇集由叶轮抛出的液体，。汇集由叶轮抛出的液体，。Aup(部分动能部分动能静压能静压能)一离心泵的工作原理及一离心泵的工作原理及主要部件主要部件流体输送轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用是防止高压液体泄漏。为轴封。作用是防止高压液体泄漏。种类：填料密封：用于普通离心泵种类：填料密封：用于普通离心泵机械密封：用于输送易燃易爆、机械密封：用于输送易燃易爆、有毒液体等要求高的泵内有毒液体等要求高的泵内一离心泵的工作原理及一离心泵的工作原理及主要部件主要部件流体输送灌液灌液关出口阀关出口阀启动电机启动电机离心力离心力作用使叶片间液体由中心作用使叶片间液体由中心外围外围P，u液体进入泵壳液体进入泵壳Au,p打开出口阀门打开出口阀门液体排出液体排出叶叶轮中心处形成低压区，液体便被吸入轮中心处形成低压区，液体便被吸入泵内泵内只要叶轮不停的转动，液体便不断只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。的被吸入和排出。2离心泵的工作原理离心泵的工作原理流体输送2离心泵的工作原理离心泵的工作原理3、气缚现象：不灌液，则泵体内存、气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，有空气，空气空气液液产生的离心力很小，形成的压差小，产生的离心力很小，形成的压差小，液体排不出去，也吸不进来。液体排不出去，也吸不进来。流体输送2离心泵的工作原理离心泵的工作原理灌液方式：自灌式：泵在储罐下方灌液方式：自灌式：泵在储罐下方外灌式：泵在储罐上方外灌式：泵在储罐上方单向底向底阀：截留灌入：截留灌入泵体内的液体体内的液体滤网：拦阻液体中的固体物质被吸入滤网：拦阻液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。而堵塞管道和泵壳。 流体输送2离心泵的工作原理离心泵的工作原理4、启动与停泵：、启动与停泵：启动：灌液启动：灌液关闭出口阀（泵的轴功关闭出口阀（泵的轴功率最小，启动电流较小）率最小，启动电流较小）启动泵启动泵渐渐开启出口阀。渐渐开启出口阀。停泵：关闭出口阀停泵：关闭出口阀停机（避免排出停机（避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命）以延长泵的使用寿命）流体输送2.2离心泵操作性能基本离心泵操作性能基本方程式方程式2.2.1离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数1流量流量V：单位时间内泵输送的液：单位时间内泵输送的液体体积体体积,m3/s（或（或m3/h，l/s等）。等）。2扬程扬程H（压头）：泵对单位重量（压头）：泵对单位重量的液体所提供的有效能量，的液体所提供的有效能量，m液柱。液柱。He=We/g流体输送1-12-2列柏努利方程：列柏努利方程：H=We/g=(Z2-Z1)+(p2+p1)/g+(u22-u12)/2g吸入管和排出管管径相同，压力表和吸入管和排出管管径相同，压力表和真空表等高，则：真空表等高，则：H=（p2+p1）/g2.2离心泵操作性能基本离心泵操作性能基本方程式方程式流体输送3轴功率及效率轴功率及效率轴功率轴功率Na（N）:原动机（电动机或原动机（电动机或蒸汽透平等）传送给泵轴的功率，蒸汽透平等）传送给泵轴的功率，kW。效率效率:泵轴通过叶轮传给液体能量的泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。过程中的能量损失。2.2离心泵操作性能基本离心泵操作性能基本方程式方程式流体输送有效功率有效功率Ne=WeW=WeVg/g=gVH轴功率轴功率N=Ne/=gVH/能量损失：容积损失：泄漏能量损失：容积损失：泄漏p65水力损失：粘性、涡流水力损失：粘性、涡流机械损失：机械摩擦机械损失：机械摩擦2.2离心泵操作性能基本方离心泵操作性能基本方程式程式流体输送2.2.2离心泵的基本方程离心泵的基本方程式式假设：假设：叶轮内叶片的数目为无穷多，厚度叶轮内叶片的数目为无穷多，厚度为无限薄。液体质点的运动轨迹与为无限薄。液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合。叶片的外形相重合。输送的是理想液体，流动阻力可略。输送的是理想液体，流动阻力可略。过程定态过程定态流体输送1液体质点在叶轮内的液体质点在叶轮内的运动情况分析运动情况分析液体质点在叶轮内液体质点在叶轮内的速度有三个：的速度有三个：v圆周运动速度圆周运动速度u：液体质点作圆周运液体质点作圆周运动的速度动的速度u=2rn/60流体输送1液体质点在叶轮内的液体质点在叶轮内的运动情况分析运动情况分析vn转速转速r.p.m.方向：液体质点所方向：液体质点所在圆周的切线方在圆周的切线方向向流体输送1液体质点在叶轮内的液体质点在叶轮内的运动情况分析运动情况分析v相对运动速度相对运动速度：相对于叶：相对于叶片的速度。片的速度。方向：液体质点方向：液体质点所在叶片的切所在叶片的切线方向线方向流体输送v绝对运动速度绝对运动速度c：u和和的矢量和的矢量和v两个重要夹角：两个重要夹角：c与与u之间的夹之间的夹角角（离角）：（离角）：与与u的延长线之间的的延长线之间的夹角夹角流体输送b2：叶轮出口处叶片的宽度：叶轮出口处叶片的宽度2r2b2：叶轮外缘截面积：叶轮外缘截面积u2：叶轮外缘处流体的圆周速度：叶轮外缘处流体的圆周速度2：叶轮外缘处的离角：叶轮外缘处的离角2离心泵基本方程式的推导离心泵基本方程式的推导流体输送1）HT与叶片几何形状的关系与叶片几何形状的关系叶片形状有三种：叶片形状有三种：）后弯叶片（）后弯叶片（常用）常用）20）径向叶片）径向叶片2=90ctg2=0）前弯叶片）前弯叶片290ctg203离心泵基本方程式的讨论离心泵基本方程式的讨论流体输送3）HT与与VT的关系的关系令：令：A=u2/gB=u2ctg2/g2r2b2HT=A-BV直线直线（三条）（三条）一般采用后弯叶片，一般采用后弯叶片，原因：原因：流体输送2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线 2.3.1实际的实际的HV线线1、实际情况为、实际情况为:叶片数目是有限的叶片数目是有限的612片，叶片片，叶片间的流道较宽，这样叶片对液体流束间的流道较宽，这样叶片对液体流束的约束就减小了，使的约束就减小了，使HT有所降低。有所降低。液体在叶片间流道内流动时存在液体在叶片间流道内流动时存在轴向涡流，导致泵的压头降低。轴向涡流，导致泵的压头降低。流体输送2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线液体具有粘性液体具有粘性泵内有各种泄漏现象，实际的泵内有各种泄漏现象，实际的V小小于于VT流体输送2离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线p67转速转速n一定时一定时，由实验测得，由实验测得HV，NaV，V，这三条曲线称为这三条曲线称为特特性曲线性曲线，由泵制造厂提供。供泵用，由泵制造厂提供。供泵用户使用。泵厂以户使用。泵厂以20清水清水作为工质作为工质做实验测定性能曲线。做实验测定性能曲线。2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线流体输送离心泵特性曲线流体输送说明：HV曲线，V，H。 V很小时可能例外,呈抛物线呈抛物线H=ABV2 NV曲线： V，N 。大流量大电机,当当V=0V=0，NaNa最小最小关闭出口阀启动泵，启动电流最小2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线流体输送2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线v VV曲线曲线 ：小：小V V ， ；大大V V ， 。 maxmax称为设计点。称为设计点。v泵的铭牌泵的铭牌 与与 maxmax对应的性能参数对应的性能参数选型时选型时 max =92%max 流体输送（1 1）流体的性质：）流体的性质：密度：密度： , (N、Ne) （H，V，）与无关；粘度：粘度： ，（H，V，）; N 工作流体工作流体2020水差别大水差别大参数和曲线参数和曲线变化变化3 3离心泵性能改变及换算离心泵性能改变及换算Ne=gVH流体输送3 3离心泵性能改变及换算离心泵性能改变及换算（2 2）转速）转速比例定律比例定律 n n 20%20%以内以内流体输送(3)(3)叶轮直径叶轮直径切割定律切割定律D -D -5%5%以内以内3 3离心泵性能改变及换算离心泵性能改变及换算流体输送三三 离心泵的工作点和流量离心泵的工作点和流量调节调节1.1.管路特性曲线管路特性曲线1 11 12 22 2截面间列柏努利方程截面间列柏努利方程: :HeHe=Z+=Z+p/g+p/g+u u2 2/2g+/2g+HHf fu u1 1=0 u=0 u2 2=0=0流体输送三三 离心泵的工作点和流离心泵的工作点和流量调节量调节HHf f=8(L+Le)V=8(L+Le)V2 2/2 2d d5 5g g令：令：H0Z+Z+p/gp/g K K8(L+Le)/8(L+Le)/2 2d d5 5g gHe=H0KV2(2-17式式)流体输送三三 离心泵的工作点和流离心泵的工作点和流量调节量调节2）工作点）工作点工作点工作点M：离心泵的性能曲线与管路特：离心泵的性能曲线与管路特性曲线的交点。性曲线的交点。M点：点： H=ABV2H=H0KV2泵装于管路泵装于管路:V=泵供流量泵供流量=管路得流量管路得流量He=泵供压头泵供压头=流体得压头流体得压头流体输送3 3离心泵的流量调节离心泵的流量调节（1 1）改变出口阀开度）改变出口阀开度 改变改变管路特性管路特性关小出口阀关小出口阀 lele 管特线变陡管特线变陡 工作点左上移工作点左上移 H H ，V V 流体输送（2 2）改变叶轮转速）改变叶轮转速 改变泵的特性改变泵的特性nn1，H-V线上移，线上移，MM点，点，Vnn2，H-V线下移，线下移，MM点，点，V流体输送（3 3）车削叶轮直径）车削叶轮直径 改变泵的叶轮直径：改变泵的叶轮直径：实际改变泵的实际改变泵的HV曲线曲线DD，H-V线下移，线下移，MM点，点，V3 3离心泵的流量调节离心泵的流量调节流体输送2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作 设离心泵型号相同，吸入管路相同，设离心泵型号相同，吸入管路相同，则两泵的流量和扬程必相同。则两泵的流量和扬程必相同。1）泵的串联）泵的串联(1)两泵串联的合成特性曲线两泵串联的合成特性曲线原则：流量相同，扬程相加原则：流量相同，扬程相加流体输送串联工作点：串串联工作点：串联的合成特性联的合成特性曲线与管路特曲线与管路特性曲线的交点性曲线的交点M即为工作点。即为工作点。2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作流体输送2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作v设单泵的特性曲线：设单泵的特性曲线：HA-BV2v两泵串联的合成特性曲线两泵串联的合成特性曲线:H串串2A-2BV2vH串串H单，单，V串串V单单，单泵在单泵在b点工点工作作 流体输送2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作2)泵的并联泵的并联（1）两泵并联的合成特性曲线）两泵并联的合成特性曲线原则：扬程相同，流量相加原则：扬程相同，流量相加流体输送2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作v并联工作点：并并联工作点：并联的合成特性曲联的合成特性曲线与管路特性曲线与管路特性曲线的交点线的交点M即为即为工作点。工作点。流体输送设单泵的特性曲线：设单泵的特性曲线：HA-BV2两泵并联的合成特性曲线两泵并联的合成特性曲线:H并并A-B(V/2)2由图可知：由图可知：V并并V单单，H并并H单单，单，单泵在泵在b点状态下工作。点状态下工作。流体输送3)组合方式的选择组合方式的选择(1)如果管路中须增加压头如果管路中须增加压头,采用串联采用串联操作。操作。(2)实际情况多数属于单泵可以输液，实际情况多数属于单泵可以输液，只是流量达不到指定要求。只是流量达不到指定要求。若以增大流量为目的，则泵的串，并若以增大流量为目的，则泵的串，并联的选择取决于管路特性曲线。联的选择取决于管路特性曲线。流体输送流体输送）对管路特性曲线）对管路特性曲线而言，而言，V1并并=V1串串，并、串联相同。，并、串联相同。）对管路特性曲线）对管路特性曲线而言，而言，V2并并V2串串，采用并联。（，采用并联。（低阻管路低阻管路）对管路特性曲线）对管路特性曲线而言，而言，V3并并V3串串，采用串联。（，采用串联。（高阻管路高阻管路）流体输送1、离心泵的汽蚀现象、离心泵的汽蚀现象汽蚀现象汽蚀状态：扬程比正常下降汽蚀现象汽蚀状态：扬程比正常下降3泵的安装以不发生汽蚀现象为依据泵的安装以不发生汽蚀现象为依据流体输送2、正常操作必须满足、正常操作必须满足的条件的条件pk/gpv/g+ee0.30.5我国我国e0.3pv:饱和蒸汽压饱和蒸汽压允许极限状态：允许极限状态：pk允允/gpv/g+epk达到达到pk允允时，时，p2达到达到p2允允流体输送3、最大安装高度、最大安装高度Hg,max的的计算计算1)允许汽蚀余量允许汽蚀余量h允允计算计算在在1k截面间列柏式截面间列柏式p1/g=Hg,max+(pv/g+0.3)+uk2/2g+HHf1-2f1-2+H+Hf2-kf2-k流体输送3、最大安装高度、最大安装高度Hg,max的的计算计算Hg,max=(p1-pv)/g-(uk2/2g+HHf2-kf2-k+0.3)-HHf1-2f1-2定义：定义：允许汽蚀余量允许汽蚀余量h允允h允允uk2/2g+HHf2-kf2-k+0.3流体输送3、最大安装高度、最大安装高度Hg,max的的计算计算Hg,max=p1/g-pv/g-h允允-HHf1-2 f1-2 (2-20(2-20式式) )一般一般h允允与泵的结构和尺寸有关，与泵的结构和尺寸有关，由实验测定，并同标绘于性能曲线由实验测定，并同标绘于性能曲线图上。图上。实验条件为大气压实验条件为大气压10.33mH2O，20清水，适用于任何液体清水，适用于任何液体流体输送3、最大安装高度、最大安装高度Hg,max的的计算计算2）允许汲上真空度允许汲上真空度H HS,S,允允计算计算在在1-2截面间截面间列柏式列柏式p1/g=Hg,max+p2允允/g+u22/2g+HHf1-2f1-2流体输送3、最大安装高度、最大安装高度Hg,max的计算的计算Hg,max=p1/g-p2允允/g-u22/2g-Hf1-2定义：定义：最大汲上真空高度最大汲上真空高度H HS,S,允允H HS,S,允允p1/g-p2允允/g流体输送最大安装高度最大安装高度Hg,max的计算的计算Hg,max=H HS,S,允允-u22/2g-HHf1-2f1-2标定：标定：大气压大气压10.33mH2O，20清清水水,若输液的物性与水不同，且操若输液的物性与水不同，且操作条件与标定条件不符时，则需换作条件与标定条件不符时，则需换算：算：H HS,S,允允Hs-10.33+0.24+p1/g-pv/g流体输送1离心泵的类型离心泵的类型按输送液体的性质不同按输送液体的性质不同（1 1）清水泵：输送清水或相近、无）清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单，腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单，造价低。造价低。 IS IS 2.6离心泵的类型和选择离心泵的类型和选择流体输送2.6离心泵的类型和选择离心泵的类型和选择（2 2）耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，）耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。 F F（3 3）油泵：输送石油产品的泵，要）油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。求有良好的密封性。 Y Y流体输送（4 4）杂质泵：输送含固体颗粒的液）杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。片数少。 P P2.6离心泵的类型和选择离心泵的类型和选择流体输送流体输送（1 1）根据液体的性质确定类型）根据液体的性质确定类型（2 2）确定管路流量和所需外加压头。）确定管路流量和所需外加压头。V V生产任务，生产任务，H H 管路的特性方程。管路的特性方程。 （3 3）根据所需）根据所需V V和和H H确定泵的型号确定泵的型号 2 2 离心泵的选用离心泵的选用流体输送2 2 离心泵的选用离心泵的选用若若需需V V有变，以最大有变，以最大V V为准，为准，H H应以应以最大最大V V值查找。值查找。 要求在满足要求在满足V V的基础上，使的基础上，使H H比实际比实际所需稍大，一便用阀门调节流量。所需稍大，一便用阀门调节流量。 流体输送若泵的若泵的H H和和V V与管路所需不符，在与管路所需不符，在邻型号中找邻型号中找H H和和V V都稍大一点的。都稍大一点的。 若几个型号都行，应选在操作条若几个型号都行，应选在操作条件下件下 最高者最高者若液体性质与清水相差大，则应若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。正，看是否能满足要求。 流体输送为保险，所选泵可以稍大；但若太为保险，所选泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低大，能量利用程度低。 3离心泵的安装与操作离心泵的安装与操作安装安装安装高度应小于允许安装高度安装高度应小于允许安装高度尽量减少吸入管路阻力，短、直、尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调节阀装于出口管路。粗、管件少；调节阀装于出口管路。2 2 离心泵的选用离心泵的选用流体输送操作操作 启动前应灌泵，并排气。启动前应灌泵，并排气。应在出口阀关闭的情况下启动泵应在出口阀关闭的情况下启动泵停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮轮经常检查轴封情况经常检查轴封情况2 2 离心泵的选用离心泵的选用流体输送一往复泵一往复泵1工作原理工作原理活塞左活塞左右，工作室面积右，工作室面积p吸吸入阀打开，吸入液体，排出阀关闭入阀打开，吸入液体，排出阀关闭流体输送活塞右活塞右左，液体受挤压左，液体受挤压p排排出阀打开，排出液体，吸入阀关闭出阀打开，排出液体，吸入阀关闭活塞左活塞左右右左，一个工作循环，排左，一个工作循环，排液不连续。液不连续。流体输送2与离心泵的区别与离心泵的区别1）HeV曲线为一垂线，曲线为一垂线，He与与V无无关。工作点由关。工作点由HeV和和HeV的的交点确定。交点确定。一往复泵一往复泵流体输送一往复泵一往复泵2）正位移性正位移性泵的排液能力只与泵的排液能力只与活塞位移有关，而与管路情况无关，活塞位移有关，而与管路情况无关，压头受管路的承压能力所限制，这压头受管路的承压能力所限制，这种特性称为种特性称为正位移性正位移性。这种泵称为。这种泵称为正位移泵正位移泵。往复泵是正位移泵之一。往复泵是正位移泵之一。流体输送3）流量调节采用旁路调节，不能用）流量调节采用旁路调节，不能用出口阀来调节。出口阀来调节。4）往复泵不需灌液，具有自吸能力。）往复泵不需灌液，具有自吸能力。但是，安装高度过高，会发生气蚀现但是，安装高度过高，会发生气蚀现象。象。 一往复泵一往复泵流体输送