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1、第二章 流体输送机械Fluid-moving Machinery,第一节 概述,一、供料点需料点，B.E.,二、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，使流体E,结果,流体从 低处 高处；低压处 高压处；所在地 较远处；需要对流体做功，增加流体的机械能。,三、流体输送机械分类,1、介质：液体泵气体风机、压缩机、真空泵,2、工作原理：离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）,第二节 离心泵,离心泵的外观,选型、安装、运转,离心泵装置简图,电机 N电,轴N轴,泵 Ne,液体,一 主要部件和工作原理,（1）叶轮,叶片（+盖板）,6-12个叶片（前
2、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,液体入口中心,（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,出口切线,（3）泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。,2离心泵的工作原理,原动机轴叶轮，旋转,（1）,离心力,叶片间液体,中心外围,液体被做功,动能,高速离开叶轮,（2）泵壳：,液体的汇集与能量的转换,（动静）,（3）吸上原理与气缚现象,叶轮中心低压的形成,p,泵内有气，则,叶轮中心真空度不够,液体不能吸上,气缚,启动前灌泵,液体高速离开,（4）轴封,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
3、,填料密封：,机械密封：,（5）平衡孔的作用,消除轴向推力,单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。,（6）导轮的作用,减少能量损失,小结：,吸液：靠压差,排液：靠所接受的功（高速旋转叶轮）,二 离心泵的性能参数与特性曲线,1离心泵的主要性能参数,（1）(叶轮)转速n：,10003000rpm；2900rpm常见,（2）(体积)流量Q:,m3/h，叶轮结构、尺寸和转速,（3）压头（扬程）H：,1N流体通过泵获得的机械能。,J/N,m,Q、叶轮结构、尺寸和n有关。,Hz,（4）轴功率N：,单位时间原动机输入泵轴的能量,有效功率Ne：,单位时间液体获得的能量
4、,（5）效率：=Ne/N,100%,容积损失，水力损失，机械损失,2离心泵的性能曲线,HQ,NQ,Q,厂家实验测定产品说明书,20C清水,H的计算可根据1、2两截面间的柏努利方程：,1,可忽略不计,1,2,2,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。,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,离心泵特性曲线,说明：,HQ曲线，Q，H。,Q很小时可能例外,NQ曲线：Q，N。,大流量大电机,关闭出口阀启动泵，启动电流最小,Q曲线：小Q，；大Q，。,max,泵的铭牌与max对应的性能参数,选型时 max,3离心泵特性的影响因
5、素,（1）流体的性质：,密度：,(N、Ne),（H，Q，）与无关；,粘度：,，（H，Q，）;,N,工作流体20水差别大,参数和曲线变化,（2）转速比例定律,n 20%以内,(3)叶轮直径切割定律,D-5%以内,三 离心泵的工作点和流量调节,问题：,工作时，Q,H,N,=?,1.管路特性曲线,外加压头,Q，Hf，H,H Q,管路流量所需外加压头,令,对一定管路，A值与Q无关。,B为由管路状况决定的常数。,管路特性方程(曲线),说明：,曲线在H轴上截距；,管路所需最小外加压头,高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。,2离心泵的工作点,泵的HQ与管路的HQ曲线的交点,说明,工作点,泵的特性&管路的
6、特性,工作点确定：,联解两特性方程,作图，两曲线交点,泵装于管路,工作点（H,Q),Q=泵供流量=管得流量,H=泵供压头=流体得压头,工作点（Q,H,N,）,泵的实际工作状态,3离心泵的流量调节,改变流量,改变泵的特性,改变工作点,改变管路特性,（1）改变出口阀开度,管路特性,关小出口阀 le,H，Q,管特线变陡,工作点左上移,开大出口阀 le,H，Q,管特线变缓,工作点右下移,（2）改变叶轮转速,改变泵的特性,n泵HQ曲线上移,工作点右上移，H，Q,（3）车削叶轮直径,例题1 将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m3/h,液体的扬升高度为7m。输送管路由内径为80
7、mm的钢化玻璃管构成，总长为160m（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：(1)该泵是否合用？(2)实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少？,解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1）和常压设备液面（2-2）之间列柏努利方程求得：,式中,管内流速：,管路压头损失：,管路所需要的压头：,以（L/s）计的管路所需流量：,由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s时所提供的压头即达到了14.4m，当流量为管路所需要的10 L/s，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。,另一个值得关注的问题
8、是该泵是否在高效区工作。由附表可以看出，该泵的最高效率46%；流量为10 L/s时该泵的效率大约为43%。因此我们说该泵是在高效区工作的。（2）实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点，而工作点由管路物特性和泵的特性共同决定。,由柏努利方程可得管路的特性方程为：,（其中流量单位为L/s）据此可以计算出各流量下管路所需要的压头，如下表所示：,据此，可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线，如图所示。两曲线的交点为工作点，其对应的压头为14.8m；流量为11.4L/s；效率0.45；轴功率可计算如下：,点评（1）判断一台泵是否合用，关键是要计算出与要求的输送量对应的管路所需压头，然后将此压头与泵能
9、提供的压头进行比较，即可得出结论。另一个判断依据是泵是否在高效区工作，即实际效率不低于最高效率的92%（2）泵的实际工作状况由管路的特性和泵的特性共同决定，此即工作点的概念。它所对应的流量（如本题的11.4L/s）不一定是原本所需要的（如本题的10L/s）。此时，还需要调整管路的特性以适用其原始需求。,注意：对某特定的管路系统和特定的离心泵，只能有一个工作点，即工作点由泵特性和管路特性共同完成。,四 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？,0-01-1，B.E.,Hg，则p1,当p1pv，,叶轮中心汽化汽泡,被抛向外围,凝结局部真空,压力升高
10、,周围液体高速冲向汽泡中心,撞击叶片(水锤),伴随现象,泵体振动并发出噪音,H,Q,严重时不送液；,时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片,安装高度，汽蚀,问题：如何确定Hg的上限,允许安装高度,（1）基本概念：,2汽蚀余量与允许安装高度,(有效)汽蚀余量（NPSH）a:,泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱),(NPSH)a的物理意义：,(NPSH)a，p1 汽蚀,必须汽蚀余量（NPSH）r:,发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量,汽蚀时，1处：动压头+静压头=,用实验测定,比必须汽蚀余量大0.5米,(NPSH)a,（2）由(NPSH)r计算允许安装高度Hg,r,（3）必须汽蚀余量的校正,h2
11、0，101.3kPa清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书,3讨论,（1）影响允许安装高度的因素：,A、液体的温度越高，饱和蒸汽PV越大，允许安装高度Hg越小。,B、泵安装的海拔高度越高，当地大气压P0越小，允许安装高度Hg越小。,C、吸入管路上管件越多，管路越长，允许安装高度Hg越小。D、抽送液体流量越大，允许安装高度Hg越小。,结论：为了提高泵的允许安装高度Hg，吸入管应尽量短、直，输送液体温度低。,（3）Hgmax大小Q。Q，则Hgmax，保险。,（4）安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。,(5)历史上,允许吸上真空度允许汽蚀余量,Hgmax,用可能的最大Q计算Hgmax
12、,（2）计算出的Hgmax0,低于贮槽液面安装,六 离心泵的类型、选用、安装与操作,1 离心泵的类型：,单吸泵；双吸泵：大流量 小扬程,单级泵；多级泵：小流量、高扬程,泵合成特性曲线改变 在相同压头下，流量加倍。,(1)并联操作 泵型号相同，吸入管路相同，出口阀开度相同。,管路特性曲线不变,2、离心泵的组合运转工况分析 组合方式：并联和串联。目的：提高泵输出的流量或压头。,并联泵的工作点*并联泵总流量和总压头；*流量增加不到单泵的两倍；原因：管路存在阻力损失。,泵的合成特性曲线改变 相同流量下，压头加倍。,(2)串联操作 泵型号相同，首尾相连。,管路合成特性曲线不变,串联泵的工作点*串联泵的总
13、流量和总压头；*压头增加不到单泵的两倍。,(3)两种组合方式的比较及选择 截距A He单max,应采用串联操作原因：并联泵压头不够大。,串、并联都满足时，应根据管路特性选择 对于低阻管路(B较小)，宜采用并联操作；对于高阻管路(B较大)，宜采用串联操作；,(4)组合泵的流量调节 方法：同单泵；注意：确定组合泵的工作点时，应使用泵的合成特性曲线和管路特性曲线。,3 离心泵的选用,（1）根据液体的性质确定泵的类型,（2）确定管路流量和所需外加压头。（根据机械能衡算式，计算在最大流量下所需泵的扬程。）Q生产任务，H 管路的特性方程。,（3）根据所需Q和H确定泵的型号,查性能表或曲线，要求泵的H和Q与管路所需相适应。,若需Q有变，以最大Q为准，H应以最大Q值查找。,若泵的H和Q与管路所需不符，在邻型号中找H和Q都稍大一点的。,若几个型号都行，应选在操作条件下最高者,为保险，所选泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。（4）、根据泵的性能参数，计算泵所允许的安装高度。,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正，看是否能满足要求。,4、离心泵的安装与操作,安装,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、粗、管件少；调节阀应装于出口管路。,操作,启动前应灌泵，并排气。,应在出口阀关闭的情况下启动泵,停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮,经常检查轴封情况,
