第2章流体输送机械课件.ppt

1、11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械1流体输送机械流体输送机械流体低压高压；向流体提供能量的装置称为流体输送设备；输送液体的设备称为泵；输送气体的则按产生压强的高低分为通风机、鼓风机、压缩机及真空泵。按工作原理分类：动力式（叶轮式）：离心式、轴流式 容积式（正位移式）：往复式、旋转式 其它类型11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械2离心泵离心泵1-叶轮；2-泵壳；3-泵轴；4-吸入口；5-吸入管；6-底阀；7-滤网；8-排出口；9-排出管；10-调节阀1、排液过程叶轮旋转流速增大，静压增高蜗壳转能高压流体2、吸液过程叶轮旋转中心低压吸入液体3、气缚现象空气

2、密度低离心力小中心低压不够低中心低压不够低11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械3离心泵离心泵(二)主要部件1 1、叶轮、叶轮(1)作用：将机械能传递给液体，使之静压能和动能均提高。(2)结构：由6-12片后弯叶片，可减少能量损失，高效率。(3)类型：a 闭式叶轮。适用于不含固体颗粒的清洁液体，效率较高；缺点是结构复杂。目前生产中较多采用。b 半闭式叶轮。c 开式叶轮。结构简单，清洗方便，适用于输送含较多固体悬浮物的液体，但效率较低。abc11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械4离心泵离心泵(4)吸液方式：a 单吸。从叶轮一侧吸入液体，吸液量小，会产生轴向推

3、力，需开平衡孔。b 双吸。叶轮二侧均吸入液体，吸液量大，且可消除轴向推力，但结构复杂。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械5离心泵离心泵2、泵壳(1)作用：汇集和导出液体，同时转换能量。(2)构造：呈蜗壳形并，与叶轮之间形成一个截面逐渐扩大的通道。为了减少叶轮甩出的高速液体与泵壳之间的碰撞而产生的阻力损失，可在叶轮与泵壳之间安装一个导轮，它是一个固定不动而带有叶片的圆盘，液体由叶轮甩出后沿导轮与叶片间的通道逐渐发生能量转换，从而减少了能量损失，这种带导轮的离心泵称为透平。泵壳与导轮1-泵壳；2-叶轮；3-导轮 11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械6离心泵

4、离心泵3、轴封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用既是防止高压液体沿轴向外漏，又是防止外界空气反向漏入泵的低压区。常用的有填料密封和机械密封两种。对易燃、易爆、有毒的介质，密封要求较高，通常采用机械密封。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械7离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式从理论上表达了泵的压头与其结构、尺寸、转速及流量等因素之间的关系，它是用于计算离心泵理论压头的基本公式。离心泵的理论压头离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵可能达到的最大压头：无限多叶片的理想叶轮，理想液体也就是：具有无限多叶片的离心泵对单位重量单位重量理想液体所提供的能量1

5、1/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械8离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式理论压头理论压头HT 的两个表达式：的两个表达式：CpTHHHgguuHp2222212122gccHC22122,222222222cosTTu cuu ctgHQggg D b,6022nDu泵的几何尺寸（泵的几何尺寸（D2，b2，2）和转速）和转速n一定，则一定，则 TTBQAH11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械9离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式讨论：讨论：理想压头成立的条件是什么？理想压头成立的条件是什么？为何采用后弯叶片，而不采用理论压头为何采用后弯叶片，而不采用理论

6、压头HT 较较大的前弯叶片？大的前弯叶片？离心泵的理论压头与液体密度无关离心泵的理论压头与液体密度无关 为何实际压头为何实际压头H与流量与流量QT成曲线，并总是小于成曲线，并总是小于理论压头理论压头HT？11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械10离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线(一)离心泵的性能参数 要正确选择和使用离心泵，必须了解离心泵的工作性能。离心泵的主要性能参数有流量、扬程流量、扬程(压头压头)、效率和轴功、效率和轴功率率。离心泵出厂时，泵上均附有一个铭牌，注明泵在最高效率时的主要性能参数。如一台2B31型离心泵，它的铭牌标注如下：型号型号

7、2B31流量流量20m3/h扬程扬程30.8m允许吸上真空度允许吸上真空度7.2m转速转速2900r/min效率效率64%轴功率轴功率2.6kW重量重量363N11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械11离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线1 流量：指离心泵在单位时间内能够排入到管路系统内的液体体积，以Q表示，单位为m3/h、m3/s或L/s。流量的大小与泵的结构、尺寸(叶轮直径和宽度)及转速等因素有关。以后还会讲到离心泵的实际流量还与管路特性曲线有关。2 扬程(压头)：指离心泵能够提供给单位重量(1N)液体的有效机有效机械能械能，以H表示，单位为m。离

8、心泵的压头取决于泵的结构(如叶轮直径、叶片的弯曲情况等)、转速及流量。对于特定的离心泵，当转速一定时，扬程与流量间有一定的关系。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械12离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 扬程并非升扬高度。升扬高度是液体从低处升至高处的高度，扬程并非升扬高度。升扬高度是液体从低处升至高处的高度，12ZZZ；扬程是指泵能够提供给液体的能量，这里包括了；扬程是指泵能够提供给液体的能量，这里包括了即即升扬高度，即：升扬高度，即：fHgugpZH22实际压头一般通过实验测定。实际压头一般通过实验测定。11/28/2022第第2章章 流体输送

9、机械流体输送机械13离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 3 效率效率 外界能量传递到液体时，不可避免地会有能量损失，如容外界能量传递到液体时，不可避免地会有能量损失，如容积损失积损失(因泵泄漏而造成的能量损失因泵泄漏而造成的能量损失)、水力损失、水力损失(因液体在泵内因液体在泵内流动而产生的能量损失流动而产生的能量损失)和机械损失和机械损失(因机械摩擦而产生的能量损因机械摩擦而产生的能量损失失)等，因此，泵轴所做的功不可能全部为液体所获得。离心泵等，因此，泵轴所做的功不可能全部为液体所获得。离心泵运转时机械能损失的大小，常用效率来表示，即：运转时机械能损失的大小，常用

10、效率来表示，即：%100NNe11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械14离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线一般小型离心泵的效率为一般小型离心泵的效率为50-70%，大型泵可达，大型泵可达90%。4 轴功率轴功率(1)轴功率轴功率N：是指泵轴所需的功率。当用马达驱动时，它就是：是指泵轴所需的功率。当用马达驱动时，它就是马达传给泵轴的功率，以马达传给泵轴的功率，以N表示，单位为表示，单位为W(或或kW)。(2)泵的有效功率泵的有效功率Ne：是指单位时间内液体经离心泵所获得的机：是指单位时间内液体经离心泵所获得的机械能，也就是离心泵对液体所作的净功率。械能

11、，也就是离心泵对液体所作的净功率。QgHNeW11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械15离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线已知泵的效率即可求得已知泵的效率即可求得N：102HQHgQNNekW N是选择马达功率的依据，考虑到离心泵启动或运行时的负是选择马达功率的依据，考虑到离心泵启动或运行时的负荷可能会超过正常负荷，以及原动机通过轴传送的功率损荷可能会超过正常负荷，以及原动机通过轴传送的功率损失，因此，所选马达的功率要比轴功率大一些。失，因此，所选马达的功率要比轴功率大一些。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械16离心泵的主要性能

12、参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线(二二)离心泵特性曲线离心泵特性曲线11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械17离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 离心泵的扬程、轴功率、效率都与流量有关，在规定条离心泵的扬程、轴功率、效率都与流量有关，在规定条件下测得的件下测得的H、N、与与Q之间的关系曲线称为离心泵的特性之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线。离心泵的特性曲线由制造厂提供，并附于泵样本或说曲线。离心泵的特性曲线由制造厂提供，并附于泵样本或说明书中，供用户选泵或操作时参考。明书中，供用户选泵或操作时参考。特性曲线随转速而变特性曲线随转速而变，因

13、此，特性曲线图上一定要标出，因此，特性曲线图上一定要标出测定时的转速。通常不同型号的离心泵其特性曲线是不同的，测定时的转速。通常不同型号的离心泵其特性曲线是不同的，但它们都有以下共同点：但它们都有以下共同点：11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械18离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线1 H-Q曲线：表示离心泵的压头与流量的关系。通常离心泵的压头曲线：表示离心泵的压头与流量的关系。通常离心泵的压头随流量的增大而下降随流量的增大而下降(在流量极小时可能有例外在流量极小时可能有例外)。一台特定的离心。一台特定的离心泵，在泵，在操作时操作时H随随Q的变化只能

14、沿该线进行的变化只能沿该线进行，不可能在该线以上或，不可能在该线以上或以下运行。以下运行。2 N-Q曲线：表示离心泵的轴功率与流量的关系。离心泵的轴功率曲线：表示离心泵的轴功率与流量的关系。离心泵的轴功率随流量的增大而增加。当随流量的增大而增加。当0Q是正常运转时的是正常运转时的4-5倍以上，因此，倍以上，因此，离心泵启动时，应关闭出口阀，离心泵启动时，应关闭出口阀，使电机的启动电流减小至最小使电机的启动电流减小至最小，待电机运转正常时，再打开出口阀，待电机运转正常时，再打开出口阀调节所需要的流量。调节所需要的流量。时，时，N最小，而常用电机的启动电流最小，而常用电机的启动电流11/28/20

15、22第第2章章 流体输送机械流体输送机械19离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 3 -Q曲线：表示离心泵的效率与流量的关系。由图可知，曲线：表示离心泵的效率与流量的关系。由图可知，Q=0时，时，=0（Ne=0）；开始）；开始 随随Q的增加而上升，并达到一个的增加而上升，并达到一个最大值，此后最大值，此后 随随Q的增加而下降，说明离心泵在一定的转速下的增加而下降，说明离心泵在一定的转速下运行时有一运行时有一最高效率点最高效率点，称为泵的设计点，在该点下运行时最，称为泵的设计点，在该点下运行时最经济。离心泵铭牌上标明的性能参数就是该泵在最高效率点经济。离心泵铭牌上标明的性

16、能参数就是该泵在最高效率点(设设计点计点)下的参数。在选择离心泵时，应使泵在设计点附近工作，下的参数。在选择离心泵时，应使泵在设计点附近工作，正常操作时泵的效率应不低于正常操作时泵的效率应不低于92%max，为此，常用波折号表，为此，常用波折号表示该高效区的范围。示该高效区的范围。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械20离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 例：采用本题附图所示的实验装置来测定离例：采用本题附图所示的实验装置来测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为心泵的性能。泵的吸入管内径为100mm，排，排出管内径为出管内径为80mm，两测压口间垂直距

17、离为，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为。泵的转速为2900r/min，以，以20的清水的清水为介质测得的数据分别：流量为为介质测得的数据分别：流量为15L/h；泵出；泵出口处的表压为口处的表压为2.55 105Pa；泵入口处的真空；泵入口处的真空度为度为2.67 104Pa；功率表测得电动机所消耗；功率表测得电动机所消耗的功率，的功率，6.2kW；泵由电动机直接带动，电；泵由电动机直接带动，电动机的效率为动机的效率为93%。试求该泵在输送条件下。试求该泵在输送条件下的压头，轴功率和效率。的压头，轴功率和效率。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械21离心泵的主要性能参

18、数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线解解:(1)泵的压头泵的压头 真空表和压强表所在处的截面分别以真空表和压强表所在处的截面分别以1-1 和和2-2 表表示。以单位重量流体为衡算基准，在两截面间列柏努利方程：示。以单位重量流体为衡算基准，在两截面间列柏努利方程：21,2222211122fHgugpZHgugpZ式中式中Z2-Z1=0.5m，p1=-2.67 104Pa(表压表压)，P2=2.55 105Pa(表压表压)，d1=0.1m，d2=0.08m，则：，则：smdQu/91.11.014.310154423211smdQu/98.208.014.31015442322211/28

19、/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械22离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线两测压口间的管路很短，其间流动阻力可忽略不计，即两测压口间的管路很短，其间流动阻力可忽略不计，即021,fH注意：泵的进、出口及泵内能量损失计入泵的效率中，所以此处注意：泵的进、出口及泵内能量损失计入泵的效率中，所以此处不再考虑。则泵的压头为：不再考虑。则泵的压头为：mH5.2981.9291.198.281.910001067.21055.25.02245(2)泵的轴功率泵的轴功率 功率表测得的功率为电动机的输入功率功率表测得的功率为电动机的输入功率N输入输入，由于，由于泵为电动机直

20、接带动，传动效率泵为电动机直接带动，传动效率 传传可视为可视为100%，所以电动机的输，所以电动机的输出功率等于泵的铀功率。因电动机本身消耗部分功率，其效率出功率等于泵的铀功率。因电动机本身消耗部分功率，其效率 电机电机为为93%，于是电动机的输出功率为：，于是电动机的输出功率为：N输出输出=N输入输入电机电机=6.2 93%=5.77kW 11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械23离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线轴功率为轴功率为 N=N输出输出传传=5.77 100=5.77kW(3)泵的效率泵的效率%2.7577.510210005.29101

21、51023NQH11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械24离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线三、离心泵性能的改变和换算三、离心泵性能的改变和换算 离心泵特性曲线通常是在常压和一定的转速下，以离心泵特性曲线通常是在常压和一定的转速下，以20的的清水为物系而测得的。清水为物系而测得的。（一）液体物性的影响（一）液体物性的影响 1 密度的影响密度的影响:可以证明，可以证明，Q、H、均与均与无关，故离心泵特性曲线中的无关，故离心泵特性曲线中的H-Q及及-Q曲线保持不变。但泵的轴功率曲线保持不变。但泵的轴功率N与与有关，离心泵特性曲线有关，离心泵特性曲线中的中

22、的N-Q曲线将应用下式重新计算：曲线将应用下式重新计算：102HQN kW 11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械25离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线2 粘度的影响粘度的影响 若被输送液体的粘度若被输送液体的粘度 大于常温下清水的粘度，则泵体内液体的能量损大于常温下清水的粘度，则泵体内液体的能量损失将增大，此时，失将增大，此时，Q、H都要减小，都要减小，下降，而轴功率下降，而轴功率N增大。因此，当被输增大。因此，当被输送液体的粘度与常温下清水的粘度相差较大送液体的粘度与常温下清水的粘度相差较大(20cSt)时，应对离心泵的性能时，应对离心泵的性能进

23、行换算。进行换算。(二二)转速的影响转速的影响 离心泵的特性曲线是在一定的转速下测定的。当转速由离心泵的特性曲线是在一定的转速下测定的。当转速由n1变为变为n2时，其流时，其流量、压头、功率与转速的近似关系为：量、压头、功率与转速的近似关系为：1212nnQQ21212nnHH31212nnNN以上三式称为以上三式称为比例定律比例定律。当泵的转速变化不超过。当泵的转速变化不超过20%时，泵的效率可视为不时，泵的效率可视为不变，使用比例定律进行计算误差不大。变，使用比例定律进行计算误差不大。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械26离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能

24、参数与特性曲线(三三)叶轮直径的影响叶轮直径的影响 同一型号的泵，换用较小的叶轮，而其它尺寸不变，这同一型号的泵，换用较小的叶轮，而其它尺寸不变，这种现象称为叶轮切割。种现象称为叶轮切割。当叶轮直径变化不大当叶轮直径变化不大(20%)，且转速不变时，流量、压，且转速不变时，流量、压头、功率与叶轮直径的近似关系为：头、功率与叶轮直径的近似关系为：1212DDQQ21212DDHH31212DDNN以上三式称为以上三式称为切割定律切割定律。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械27离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度 1气蚀现象气蚀现象 叶片入口附近的最低

25、压强叶片入口附近的最低压强P1必须大于输送温度下液体的必须大于输送温度下液体的饱和蒸汽压饱和蒸汽压PS；否则离心泵在严重气蚀状态下运转时，很快；否则离心泵在严重气蚀状态下运转时，很快就被破坏成蜂窝状或海绵状，使泵的寿命大为缩短。就被破坏成蜂窝状或海绵状，使泵的寿命大为缩短。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械28离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度 2允许安装高度允许安装高度(允许吸上高度允许吸上高度)Hg 泵吸入口与贮槽液面间可允许安装的最泵吸入口与贮槽液面间可允许安装的最大垂直距离大垂直距离Hg.如图所示，在槽面如图所示，在槽面0-0 与泵入与泵

26、入口口1-1 截面间列柏努利方程式：截面间列柏努利方程式：10,2111200022fHgugpZgugpZ10,21102fgHgugppH(Z1-Z0=Hg)式中式中10,fH为液体流经吸入管路时所损失的压头，为液体流经吸入管路时所损失的压头，m。为了确定离心泵的允许安装高度，在国产离心泵标准中，采用为了确定离心泵的允许安装高度，在国产离心泵标准中，采用两种指标来表示泵的抗气蚀能力，现分述如下。两种指标来表示泵的抗气蚀能力，现分述如下。11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械29离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械30离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械31离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械32离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度11/28/2022第第2章章 流体输送机械流体输送机械33离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度