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流体输送机械,第二章,漩涡泵总体及叶轮,离心通风机,离心鼓风机,离心压缩机及叶轮,概 述,一、化工生产中为什么要流体输送机械？,连续流动的各种物料或产品,由低处送至高处,由低压送至高压设备,克服管道阻力,流体输送机械,为输送流体而提供能量的机械,按工作原理分：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：喷射式，流体作用式等。,固体的输送，可采用流态化的方法,气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。,液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。,二、为什么要用不同结构和特性的输送机械,化工厂中输送的流体种类繁多：,1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和压强又有高低之分；3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。,三、本章的目的,1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。,2.合理选型、定规格、计算功率、安排位置。,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵构造、原理及主要部件,一、构造和原理,1、离心泵的构造：,演示,为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？,思考：,泵轴,泵壳,叶轮,底阀,2、离心泵的工作原理：,流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？,思考：,常压流体,高速流体,高压流体,灌满液体,叶轮旋转,离心力甩出液体,蜗壳内进行能量的转换,流体被压出,叶轮中心形成真空,在压力差的作用下流体被压入泵内,泵启动前为什么要灌满液体？,思考：,液体未灌满,气液,离心力甩不出气体,叶轮中心的真空度不够,吸不上液体,泵无法正常工作,未灌满底阀漏液其它地方泄漏,演示,二、主要部件,叶轮（Impeller）:离心泵的关键部件，是流体获得机械能的主要部件，作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高,其转速一般可达12003600转/min，高速1070020450转/min。根据其结构可分为：,1、叶轮：,思考：三种叶轮中哪一种效率高？,哪种形式的叶轮做功效率高？闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。按照吸液方式可以将叶轮分为单吸式和双吸式两种。,2.泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的,故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。,3.轴封装置 前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压（吸入口在泵体一侧），故其会吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开式与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。,密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。,填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；,机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。,以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。滤网：防止液体中杂质进入泵体。,离心泵的分类,S 型单级双吸离心泵,IS、IR 型单级单吸离心泵,单级：只有一个叶轮,ISG 型管道离心泵,多级：多个叶轮，可 提供更高 的扬程,叶轮个数,2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,2.1.2.1 理论压头 假设：（1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小,即叶片没有厚度；（2）液体为粘度等于零的理想流体；（3）泵内为定态流动过程。,泵的压头（或扬程）：指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，以H表示。,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,(2-2),H 叶轮对液体所加的压头，m；p1、p2 液体在1、2两点处的压力，Pa；c1、c2 液体在1、2两点处的绝对速度，m/s；液体的密度，kg/m3；,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,液体从点1运动到点2，静压头增加（p2 p1）/g的原因：质量为1kg的液体因受离心力作用而接受的外功：,质量为1kg的液体从点1运动到点2由于通道的截面增大，一部分动能转变为静压能,质量为1kg的液体通过叶轮后其静压能的增量：,(2-3),2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,(2-4),在离心泵设计中，一般都使设计流量下的,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,(2-10,11),2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,根据装置角2的大小，叶片形状可分为三种：,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,图2-9 离心泵H-Q图,(2-10,11),分析如下：,=位头（）+静压头（）+动压头（）,而 的前弯叶片流体出口的绝对速度 很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于 大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片（）。,由此可见，前弯叶片产生的 最大，似乎前弯叶片最有利，实际 情况是不是这样呢？,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,2.1.2.2 实际压头 由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。流体通过泵的过程中压头损失的原因：,（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。,（2）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻力损失。,（3）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体输送的需要，而流体输送伴随着位压头（升扬高度）、静压头、动压头的变化和阻力损失（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计入泵的效率），因此,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,2.1.3 离心泵的主要性能参数,由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动压头差一般也可以略去，则可得,（1）压头和流量由b、c两截面间的柏努利方程：,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,（2）有效功率Ne、轴功率N 和效率 有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功Ne=HQg，W 轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN泵的效率：泵对外加能量的利用程度，100%。为什么？,泵运转过程中存在以下三种损失：容积损失 该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时，叶片通道不易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。水力损失 该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。机械损失 该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：,一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达90%。,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,（3）叶轮转速n,10003000转/min（或）；2900转/min最常见。泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20 的水测定的。,2 流体输送机械离心泵特性曲线,2.1.4 离心泵特性曲线（Characteristic curves）,由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线HQ、NQ、Q的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为4B20型离心泵在转速n2900r/min时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,演示,2 流体输送机械离心泵特性曲线,由图212可知：,（1）HQ曲线：Q，H(Q很小时 可能例外)。当Q0时，H也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。,（2）N Q曲线：Q，N。当Q0时，N最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。,（3）Q曲线：有极值点(最大值)，于此点下操作效率最高，能量损失最小。在此点（设计点）对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92max。,2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素,2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素（1）密度对特性曲线的影响理论Q=2r2b2c2sin2 与无关，实际 Q也与无关，但ms=Q 与有关。理论H=u2c2cos2/g与无关，实际H也与无关。N=HQg/。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送20清水时的N。所选泵用于输送比水的大的液体应先按N=N/核算轴功率，若N 表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。,2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素,（2）流体粘度对特性曲线的影响、hf、Q、H、N(的幅度超过Q H的幅度，N)。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体比清水大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。,若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。,（3）转速n对特性曲线的影响,泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化20，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变（如图所示)，则泵的效率不变（等效率）。,（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定)而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低Q和H而节省N。若D2变化20%，可以认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变，不变，D2b2不变，则,根据以上各式可得离心泵的切割定律如下：,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,2.1.6 离心泵的工作点与流量调节（1）管路特性曲线方程,令,而,令,若指定解题时，所求H仍为（m）。,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,（2）离心泵的工作点,将泵的HQ线和管路的heQ线画在一张图上，得到交点A如图2-13所示，该点称为泵在管路上的工作点，此时H=he。在工作点处泵的输液量即为管路的流量Q，泵提供的压头（扬程）H必恰等于管路所要求的压头he。当工作点是在高效区（不低于92max），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择得较好。,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,注意：管路特性曲线he=A+BQ2为开口向上的抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总势能差；B反映了管路阻力的大小；B，同样流量下管路的阻力越大。B较大的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路；泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或m3/h；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；离心泵工作点的求法：解析法即当泵的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线图，则用图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,（3）流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：改变管路特性曲线 在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。,优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的功率为,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切削定律可知，改变泵的转速、切削叶轮都可以达到改变泵的特性曲线的目的。如图214所示，泵的转速由n1减小至n2时，泵的HQ线下移，工作点由点A1移至点A2，流量由Q1减小至Q2。,优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高效率区工作（n改变20时，可基本保持效率不变，如图中两种转速下的效率曲线所示），能量利用较为经济，这对大功率泵是重要的。缺点：调节不方便，一般只有在调节幅度大、时间又长的季节性调节中才使用。,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,-改变转速、叶轮切割,离心泵的联合操作（1）两台同型泵并联 如图所示，两台同型泵并联，则两泵的各自流量和压头必定相同，则在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。当并联泵置于管路中时，由于流量加大使管路流动阻力加大，则并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头也高于单泵压头但小于两倍压头。,2、串联,（3）离心泵组合方式的选择如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的（）值，则只能采用泵的串联操作。对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采用并联组合方式可获得较高的流量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管路，则宜采用串联组合方式。,2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度,2.1.7 离心泵的安装高度,如图2-15所示，液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度zs（zs即叶轮进口与液面间的垂直距离）是否可以取任意值？,2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度,2.1.7.1 汽蚀（Cavitation）现象 在液面s与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式并整理得：,若液面压强ps一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安装高度zs，hf(s-k)，pk，当pk至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即pkpv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？,2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度,液体将发生部分汽化现象，所生成的大量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。,离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？,演示,泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。,汽蚀的危害：,产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。,泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命,发生汽蚀的原因：,泵的安装高度超过允许值；泵输送液体的温度过高；泵吸入管路的局部阻力过大。,P叶片入口过低的原因:,*吸入管路尽量短，少走弯路；*进口管路直径一般大于出口管路直径；*进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路；,离心泵的抗汽蚀性能,1）汽蚀余量,临界汽蚀余量,p叶轮入口处压强（最低）p液体的饱和蒸汽压,指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能量，h，m液柱,11和kk列柏努利方程,临界汽蚀余量,发生汽蚀的临界条件：,汽蚀性能试验时，水泵开始发生汽蚀时测得的泵进口处的汽蚀余量称为临界汽蚀余量。,临界汽蚀余量的测定,在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐降低p1，直至泵内刚好发生汽蚀，测得相应的p1,min,必需汽蚀余量,为确保离心泵的正常操作，将临界汽蚀余量加上一定的安全量,反映液体从泵入口处到叶片进口能量的降低值，因此越小抗汽蚀性能越好,在离心泵样本性能表中给出的是必需汽蚀余量,离心泵的允许吸上真空度,Hs值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂在98.1kPa下，用20 清水为介质进行测定。若输送其他液体，或操作条件与上述的实验条件不同时，应按下式进行换算，即,若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空度，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，以Hs来表示，即,最大吸上真空高度,当泵的汽蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度,为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度，规定留有0.3米的安全量。,（5）离心泵的允许安装高度,用必需汽蚀余量表示的安装高度,用允许吸上真空度表示的安装高度,离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51m,某台离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs=6m，现将该泵安装在海拔高度为500m处(Ha=9.74m)，若夏季平均水温为40，问修正后的Hs应为多少？若吸入管路的压头损失为1mH2O，泵入口处动压头为0.2mH2O。问该泵安装在离水面5m高度处是否合适？,解:当水温为40时，Hv=pv/(9.81103)=0.75m Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24)=6(9.7410)(0.750.24)=5.23m,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5m高度处不合适。,2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型,2.1.8 离心泵的类型 离心泵类型的划分 按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；按叶论数目：单级泵、多级泵；（1）清水泵（Clean water pumps）输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。单级单吸泵：IS（或B）型，中小型水泵，结构简单操作容易；扬程898m，流量45360m3/h 多级泵：D型，扬程高，14351m，10.8850m3/h 双吸泵：SH型，流量大，9140m，12012500m3/h,意义：,2B31A,IS100-65-250,型号：IS100-65-250（或2B31 2B31A 2B31B）,2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型,（2）耐腐蚀泵（Corrosion resistant pumps）与液体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁、合金钢、玻璃、塑料等）制成且更换容易，密封可靠，适用于输送具有腐蚀性的液体。扬程15195m，流量2400m3/h 型号：50F-103 50F-103A 50F-103B 意义：50为吸入口直径，mm；F为泵类型；103为基本型号在最高效率下的扬程，m。,（3）油泵（Oil pumps）用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用温度-45 400，扬程60603m，流量6.25500 m3/h。型号：50Y-60 50Y-60A 50Y-602 50Y-60A2 意义：50为吸入口直径，mm；Y为泵类型；60为基本型号在最高效率下的扬程，m；2为叶轮级数。,2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型,（4）杂质泵 输送液体中含有固体颗粒杂质，粘度大的液体如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨，叶轮流道宽（23片）。（5）液下泵（Submerged pumps）安装于贮槽内液面下，适用于输送各种腐蚀性流体，密封要求不高（泵内外均为输送的流体，无泄漏问题）。（6）屏蔽泵（Canned motor pumps）叶轮与轴相连固定，密封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒、具有放射性或贵重的液体。扬程1695m，流量0.65200m3/h，温度-35 400。（7）管道泵（Pipeline pumps）适用于长距离管道输送的中途加压，24150m，6.25360m3/h。（8）低温用泵（Cryogenic pumps）,2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,（1）选用 根据被输送液体的性质确定泵的类型；根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头（应以生产中可能出现的最大流量计算）；根据所需流量和压头确定泵的型号（所选泵的流量与扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又不宜太大，否则会远离高效区，效率低；对多台泵都合适的情况下选择操作条件下效率最高的）；对泵所配电机的功率进行校核确定是否更换电机。,2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,（2）安装 对关键管道用泵或容易损坏的泵应安装备用泵（并联,一台工作，一台备用）；安装高度不能太高，应小于允许安装高度；设法尽量减少吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的可能性。主要原则：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调节阀应装在出口管路。,2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,（3）离心泵运转 启动前应灌泵（泵装在液面以下则为自然灌泵），并排气，防止出现气缚现象；应在出口阀关闭的情况下启动泵，使启动功率、电流最小，避免烧毁电机；停泵前先关闭出口阀，避免管道中的液体倒流带动叶轮倒转，以免损坏叶轮和电机，尤其对没有安装底阀的情况；多台泵组合操作（以两台同型号泵的串、并联操作为例）双泵联合操作其特性有如何呢？与单泵特性有何区别？,2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,串联若单泵的特性曲线为：,两台型号相同的泵串联工作时，每台泵的压头和流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。如图所示，串联泵的特性曲线在横坐标不变，纵坐标加倍的方法合成。故其特性曲线为：,在实际操作中，串联操作所提供的扬程并非是单泵的两倍，而是H串 2H单，流量则有所提高 Q串 2Q单，,2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,并联将两台型号相同的泵并联工作，而且各自的吸入管路相同，则两泵的流量和压头必相同。因此，在同样的压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。如图所示。并联泵的特性曲线为：,并联泵的流量Q并和压头H并由合成特性曲线与管路特性曲线的交点a决定，由于并联组合中的两台泵的压头相等且均等于H并，而H并为单泵在b点的压头，故并联泵的总效率与每台泵的效率（图中b点的单泵效率）相同。由图可知：Q并H。,2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转,不论是串联还是并联操作，均能一定程度上提高管路的流量和扬程；但是哪种操作方式更为有效、合理，就要看管路的特性。如图所示，对于低阻管路a，Q并 Q串，H并 H串，所以并联组合优于串联组合；对于高阻管路b，Q串 Q并，H串 H并，所以串联组合优于并联组合。所以串联操作适用于压头大、流量小的管路；并联操作适用于压头小、流量大的管路。,2 流体输送机械2.2.1 正位移泵,2.2 其他类型的泵 除了离心泵外，为适应工业不同工艺的要求，还需要其他类型的用泵。对输送液体的机械（泵）主要分为两大类：正位移泵和非正位移泵。2.2.1 正位移泵（Positive-displacement pumps）连续或间歇地改变工作室的容积来压送液体，此类泵吸入的液体不能倒流，只能从排出口流出，故称之为正位移泵；其中往复泵为典型的正位移泵。,2 流体输送机械2.2.1 正位移泵,（1）往复泵 往复泵工作原理 图所示为曲柄连杠机构带动的往复泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活门组成。活柱在外力推动下作往复运动，由此改变泵缸内的容积压强，交替地打开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的。,演示,与泵本身的几何尺寸和活塞的往复次数有关，与泵的压头无关。,1、工作原理,靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀而吸入并排出液体如图所示。,往复泵不需灌液，具有自吸能力,2、流量Q,实际流量会小于QT（吸入阀和排出阀启闭不及时，液体漏损等）,理论流量,单动泵：,QTASn,3.往复泵的类型按照往复泵的动力来源可分类如下：电动往复泵：电动往复泵由电动机驱动，电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动转变为往复运动。汽动往复泵：汽动往复泵直接由蒸气机驱动，泵的活塞和蒸气机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机构。,按照作用方式可分：单动往复泵：活柱往复一次只吸液和排液一次。双动往复泵：活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。,单缸单作用往复泵流量曲线,双动往复泵,单缸双作用往复泵流量曲线,双缸双作用往复泵流量曲线,2 流体输送机械2.2.1 正位移泵,2 流体输送机械2.2.1 正位移泵,6 往复泵的工作点 往复泵的压头 由管路特性曲线与泵的特性曲线的交点（工作点）确定，但压头（扬程）H只决定于管路情况，如图所示。正位移泵的特性是：流量Q与管路特性无关；压头（扬程）H只决定于管路情况。往复泵是正位移泵。,2 流体输送机械2.2.1 正位移泵,7 往复泵的流量调节 离心泵可用出口阀门来调节流量，但对往复泵此法却不能采用，其原因何在呢？因为往复泵是正位移泵，其流量与管路特性无关，安装调节阀非但不能改变流量（QASn），而且还会造成危险，一旦出口阀门完全关闭，泵缸内的压强将急剧上升，导致机件破损或电机烧毁。因此，提醒大家注意：往复泵启动时一定要打开出口阀（与离心泵相反），而且也不能用关小出口阀的方法调节流量。那么，往复泵的流量调节用什么方法呢？,2 流体输送机械2.2.1 正位移泵,a、旁路调节,旁路调节示意图,适用场合：,小流量、高压头的场合，输送高粘度液体时效果比离心泵好，不能输送腐蚀性液体和有固体粒子的悬浮液。,旋转式泵非正位移泵（1）齿轮泵 如图2-25所示，齿轮泵的流量小而扬程高，适用于粘稠液体乃至膏状物料的输送，但不能输送含有固体粒子的悬浮液。,演示,（2）螺杆泵 螺杆泵由泵壳和一根或多根螺杆所构成。螺杆泵的压头高、效率高、运转平稳、噪音低，适用于高粘度液体的输送。,螺杆泵,（3）计量泵 如图2-27所示，计量泵又称比例泵，当要求精确输送流量恒定的液体时，可以方便而准确地借助调节偏心轮的偏心距离，来改变柱塞的冲程而实现，可通过一台电机带动几台计量泵的方法将几种液体按比例输送或混合。,（4）隔膜泵 如图2-28所示，隔膜泵实际上就是柱塞泵，其结构特点是借助薄膜将被输液体与活柱和泵缸隔开，从而是使得活柱和泵缸得以保护。隔膜泵用来定量输送剧毒、易燃、易爆和腐蚀性或含悬浮物的液体。,隔膜泵的示例,2.3 气体输送机械,按工作原理分四类：离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式,1离心通风机 风机对单位体积气体所作的有效功称为风压，以Pt表示，单位为Pa。离心通风机具体分为：（1）低压离心通风机出口风压低于0.981103 Pa（表压）；（2）中压离心通风机 出口风压为0.981103 2.94103 Pa(表压）（3）高压离心通风机 出口风压为2.94103 14.7103 Pa（表压）。,（1）离心通风机的结构和工作原理,离心通风机的结构如图2-30所示，其工作原理与离心泵大致相同。其中，低压通风机的叶片数目多、与轴心成辐射状平直安装。中、高压通风机的叶片则是后弯的，所以高压通风机的外形与结构与单级离心泵更相似。,演示,（2）离心通风机的性能参数 离心通风机的主要性能参数有风量、风压、轴功率和效率。风量Q：风量是指单位时间内从风机出口排出的气体体积；并以风机进口处的气体状态计，单位为m3/h。风压：是单位体积气体通过风机时所获得的能量，单位为J/m3或Pa，习惯上用mmH2O表示。轴功率N与效率：离心通风机的轴功率为如（25）式：N=Q/1000 说明：用上式计算功率时，和Q必须是同一状态下的数值。,（25）,（3）离心通风机的特性曲线 通风机出厂前在温度为20的常压下实验测定其特性曲线，如图2-31所示，其特性曲线与离心泵的特性曲线相比，此处增加了一条静风压随流量的变化曲线。,（4）离心通风机的选型 根据所输送气体的性质及所需的风压范围，确定风机的类型。根据管路布局和工艺条件，计算输送系统所需的实际风压，并换算为实验条件下的风压 根据实际风量和实验条件下的风压，选择适宜的风机型号。当1.2kg/m3时，要核算轴功率。,2离心鼓风机与压缩机 离心鼓风机与压缩机又称透平鼓风机和压缩机，其结构类似于多级离心泵，每级叶轮之间都有导轮，工作原理和离心通风机相同。离心式压缩机生产能力大，供气均匀，连续运行安全可靠，维修方便，因而广被采用。,3往复压缩机 往复压缩机的基本结构和工作原理与往复泵相近。但是，由于往复压缩机处理的气体密度小、可压缩性，压缩后气体的体积变小、温度升高，因而又具有特殊性。决定了压缩机的阀门更加轻巧、灵活。,演示,（1）往复压缩机的主要性能参数 排气量：又称压缩机的生产能力，它是指压缩机单位时间排出的气体体积V。单动往复压缩机 双动往复压缩机 轴功率和效率 实际所需的轴功率比理论功率要大，即 N=Na/a,（2）多级压缩 当生产过程的压缩比大于8时，工业上大都采用多级压缩。如图2-35所示，多级压缩的优点是，避免排出气体温度过高；提高气缸容积利用率（即保持在0较高范围）；减少功率消耗；压缩机的结构更为合理，从而提高压缩机的经济效益。,（3）往复压缩机的类型与选择 1）往复压缩机的类型按照所处理的气体种类可分为空气压缩机、氨气压缩机、氢气压缩机、石油气压缩机、氧气压缩机等。按吸气和排气方式可分为单动与双动式压缩机。按压缩机产生的终压分为低压(9.81105Pa以下)、中压(9.811059.81106Pa)和高压(9.81106Pa以上)压缩机。按排气量大小分为小型（10m3/min以下）、中型（1030m3/min）和大型（30m3/min以上）压缩机。按气缸放置方式或结构型式分为立式（垂直放置）、卧式（水平放置）、角式（几个气缸互相配置成L型、V型和W型）压缩机。,2）压缩机的选用 选用压缩机时，首先应根据所输送气体的性质，确定压缩机的种类；根据生产任务及厂房具体条件，选择压缩机的结构型式；根据排气量和排气压力（或压缩比），从压缩机样本或产品目录中选取适宜的型号。,4旋转鼓风机、压缩机 常见的旋转式气体压缩机械有罗茨鼓风机、液环压缩机、滚动活塞压缩机、螺杆压缩机等多种型式。（1）罗茨鼓风机 如图2-36所示，罗茨鼓风机的工作原理和齿轮泵相似，有两个特殊形状的转子反向运动，以增加气体的压头，气体从机壳一侧吸入，从另一侧排出。应注意，罗茨鼓风机出口要安装气体稳压罐并配置安全阀，采用旁路调节流量，操作温度小于80-85度。,演示,（2）液环压缩机 液环压缩机又称纳氏泵，它主要由略似椭圆的外壳和旋转叶轮组成，壳中盛有适量的液体。液环压缩机的压缩比可达67，但出口表压在150180kPa的范围内效率最高。,5真空泵 从设备或系统中抽出气体使其中的绝对压力低于大气压，此种抽气机械称为真空泵。从原则上讲，真空泵就是在负压下吸气，一般是大气压下排气的输送机械。在真空技术中，通常把真空状态按绝对压力高低划分为低真空（105103Pa）、中真空（103 101Pa）、高真空（101106Pa）、超高真空（1061010Pa）及极高真空（1010 Pa）五个真空区域。化工中用来产生低、中真空的真空泵有往复真空泵、旋转真空泵（包括液环式、旋片式真空泵）和喷射真空泵等。,喷射泵 如图所示，喷射泵是利用流动时静压能转换为动能而造成的真空来抽送流体的。它既可用来抽送气体，也可用来抽送液体。在化工生产中，喷射泵常用于抽真空，故它又称为喷射真空泵。喷射泵的工作流体可以是蒸汽，也可以是液体。单级蒸汽喷射泵可达到99的真空度，若要获得更高的真空度，可以采用多级蒸汽喷射泵。,喷射泵工作原理,例：由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高50m，两水面上的压力均为常压，要求的流量90m3/h，输送管径为156mm，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为1000m，对所使用的泵在Q=65135m3/h范围内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线HQ表示，此处H为泵的扬程单位是m，Q为泵的流量单位是m3/h，泵的转速为2900r/min，摩擦系数=0.025，水的密度=1000kg/m3。试确定：（1）此泵能否满足要求？（2）如泵的效率在Q=90m3/h时可取为68%，求泵的轴功率，如用阀门进行调节，由于阀门关小而损失的功率为多少？（3）如将泵的转速调为2600r/min，并辅以阀门调节使流量达到要求的90m3/h，比第（2）问的情况节约能量百分之多少？,2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度,例：如图所示，要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为550mmHg，釜中液体处于沸腾状态。泵位于地面上，吸入管路阻力损失为0.87 m液柱，液体的密度为986kg/m3，已知该泵的允许汽蚀余量=4.2m，试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜应如何重新安排？,例:需将30m3/h、20oC的水由敞口水池送至塔顶，塔顶压力为0.5kgf/cm2（表压），与取水池水面的高差为10m。输水管管径为89mm4mm，长18m，管线局部阻力系数=13（阀全开时），摩擦系数=0.001227+0.7543/Re0.38。试求：(1)输送所需的理论功率(kw)；(2)若有台泵在转速n=2900r/min时的特性可近似用下式表示：扬程 H=22.4+5Q-20Q2(a)效率=2.5Q-2.1Q2(b)式中H的单位为m，Q的单位为m3/min。求最高效率点的效率并评价此泵的适用性；(3)若此泵适用，用关小阀门调节流量，求调节阀消耗的功率；,2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度,例:封闭容器内贮有密度为1060kg/m3的热盐水溶液，溶液的饱和蒸汽压为0.48kgf/cm2，溶液上方的绝对压力为0.6kgf/cm2。要用一水泵从容器中抽出此溶液。所选用泵的允许吸上真空度为5.0m，吸入管路的压头损失估计为0.5m，求泵的安装高度。,