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1、第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 11 1 本章学习的目的本章学习的目的 本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。可靠、安全的运行。2 2 本章应掌握的内容本章应掌握的内容 重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型。重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型。2流体输送机械的分
2、类流体输送机械的分类流体输送机械是指为流体提供机械能的机械设备流体输送机械是指为流体提供机械能的机械设备（1 1）动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。包）动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。包括离心式、轴流式输送机械括离心式、轴流式输送机械（2 2）容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能）容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量。包括往复式、旋转式输送机械量。包括往复式、旋转式输送机械（3 3）流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。）流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵如喷射泵32.1 2.1 离心泵离心泵1.离心泵的主要部件离心泵
3、的主要部件2.离心泵的工作原理离心泵的工作原理3.离心泵的性能参数离心泵的性能参数4.离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线5.影响离心泵性能的因素和性能换算影响离心泵性能的因素和性能换算6.离心泵的离心泵的气蚀现象气蚀现象与与安装高度安装高度7.离心泵的离心泵的工作点与流量调节工作点与流量调节8.离心泵的类型与选择离心泵的类型与选择4离心泵的工作原理和主要部件离心泵的工作原理和主要部件工作原理：工作原理：（1 1）液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下）液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶叶轮轮外周的液体的静压强提高，
4、流速增大。液体离外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因开叶轮进入蜗壳，因蜗壳蜗壳内流道逐渐扩大而使流内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。管路，被输送到所需的管路系统。（2 2）由于离心力的作用，泵的进出口出产生压）由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差，从而使流体流动。力差，从而使流体流动。56离心泵的主要部件离心泵的主要部件（1 1）叶轮叶轮：叶轮是离心泵的核心部件，由叶片组成，构成：叶轮是
5、离心泵的核心部件，由叶片组成，构成了数目相同的液体通道。按有无盖板分为开式、闭式和半了数目相同的液体通道。按有无盖板分为开式、闭式和半开式。开式。（2 2）泵壳泵壳：泵体的外壳，它包围叶轮，在叶轮四周开成一：泵体的外壳，它包围叶轮，在叶轮四周开成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。（3 3）泵轴泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。789叶轮
6、叶轮1011平衡孔平衡孔12131415叶轮外周安装叶轮外周安装导轮导轮，使泵内液体能量转换效率高。，使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其这此叶片的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，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。动压能转换为静压能的效率高。16轴封装置：轴封装置：保证离心泵正常、高效运转。保证离心泵
7、正常、高效运转。轴封装置的作用：离心泵在工作是泵轴旋转而壳轴封装置的作用：离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。严重时流量为零流量、效率下降。严重时流量为零气缚。气缚。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。壳之间的密封。17 液体吸上原理液体吸上原理：依靠叶轮：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，液体以很高的速度被抛开，从
8、而在叶轮中心形成低压，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。不断地吸上。18气缚现象气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。为气缚。灌泵灌泵:为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵灌泵。为防止
9、灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有吸入管路的入口处装有止逆阀止逆阀（底阀）；如果泵的位（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。19离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式20离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式离心泵的理论压头：在理想情况下可能达到的最大的压头。离心泵的理论压头：在理想情况下可能达到的最大的压头。离心泵的理论压头与如下几个假定条件相对应：离心泵的理论压头与如下几个假定条件相对应：叶轮内叶轮内叶片数目无限多，液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无叶片数目无限多，液体完全
10、沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象；任何环流现象；液体为粘度等于零的理想流体，液体在液体为粘度等于零的理想流体，液体在流动中没有阻力。在这两个假定条件下，离心泵的理论压流动中没有阻力。在这两个假定条件下，离心泵的理论压头可以表示为：头可以表示为：其中：其中：D2叶轮外径；叶轮外径；u2叶轮旋转速度；叶轮旋转速度；QT泵的体积流量；泵的体积流量；b2叶片宽度；叶片宽度；2叶片装置角。叶片装置角。2122离心泵的基本方程式的讨论：离心泵的基本方程式的讨论：装置角是叶片装置角是叶片的一个重要设计参数。当其值小于的一个重要设计参数。当其值小于9090度度时称为时称为后弯叶片后弯叶片；等于；等于90
11、90度时称为度时称为径向叶片径向叶片；大于；大于9090度时称为前弯叶片。叶片后弯时液体流动能量损失小，度时称为前弯叶片。叶片后弯时液体流动能量损失小，所以一般都采用所以一般都采用后弯叶片后弯叶片。23离心泵的基本方程式的讨论：离心泵的基本方程式的讨论：当采用后弯片时，可知理论压头随叶轮直径、转速及当采用后弯片时，可知理论压头随叶轮直径、转速及叶轮周边宽度的增加而增加，随流量的增加呈线性规叶轮周边宽度的增加而增加，随流量的增加呈线性规律下降。律下降。理论压头与流体的性质无关。理论压头与流体的性质无关。24理论流量与理论压头的关系理论流量与理论压头的关系25 实际操作中，由于以下三方实际操作中，
12、由于以下三方面的原因，使得单位重量液体实面的原因，使得单位重量液体实际获得的能量，即实际压头，与际获得的能量，即实际压头，与离心泵的理论压头有一定的差距：离心泵的理论压头有一定的差距：（A A）叶片间环流；叶片间环流；（B B）阻力损失；阻力损失；（C C）冲击损失。冲击损失。考虑以上三方面之后，压头考虑以上三方面之后，压头与流量之间的线性关系也将发生与流量之间的线性关系也将发生变化。变化。26理论压头与液体密度的关系理论压头与液体密度的关系理论压头与液体密度没有关系理论压头与液体密度没有关系离心泵出口压强与密度成正比离心泵出口压强与密度成正比272.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数与
13、特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的性能参数离心泵的性能参数1.流量（流量（Q）:离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为常用单位为L/s或或m3/h；2.压头压头（H）：）：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为量，其单位为m；3.效率（效率（）：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体）：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用效率来反映所获得，通常用效率来反映能量损失能量损失；4.轴功率（轴功率（N）：）：指离心泵的泵轴所需的功率，单位为指离心泵的泵轴所需的功率，单位为
14、W或或kW28离心泵的能量损失（离心泵的能量损失（反映离心泵能量损失），包括：反映离心泵能量损失），包括：容积损失容积损失：由于泵的泄漏所造成的损失。一部份已获得由于泵的泄漏所造成的损失。一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。量损失。水力损失水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以及进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力
15、。产生的局部阻力。机械损失机械损失：由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能量损失。量损失。29功率：功率：（A A）有效功率：离心泵单位时间内对流体做的功；有效功率：离心泵单位时间内对流体做的功；（B B）轴轴功功率率：单单位位时时间间内内由由电电机机输输入入离离心心泵泵的的能能量。量。30离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线特性曲线特性曲线：在固定的转速下，离心泵的基本性能参在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的数（流量、压头、功率和效率
16、）之间的关系曲线。关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。的数值。3132 离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供，标绘于泵产品说明书中，其测定条件一提供，标绘于泵产品说明书中，其测定条件一般是般是2020清水，转速也固定。清水，转速也固定。33讨论讨论从从HQ特性曲线中可以看出，随着流量的增加，泵的压特性曲线中可以看出，随着流量的增加，泵的压头是下降的，即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械头是下降的，即流量越大，泵向单
17、位重量流体提供的机械能越小。但是，这一规律对流量很小的情况可能不适用。能越小。但是，这一规律对流量很小的情况可能不适用。轴功率随着流量的增加而上升，所以大流量输送一定对应轴功率随着流量的增加而上升，所以大流量输送一定对应着大的配套电机。另外，这一规律还提示我们，离心泵应着大的配套电机。另外，这一规律还提示我们，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流最小。最小。34泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下降，根据生产任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作，降，根据生产
18、任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作，其范围内的效率一般不低于最高效率点的其范围内的效率一般不低于最高效率点的92%。离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率点对应的性能参数。点对应的性能参数。例题例题2-235影响离心泵性能的因素和性能换算影响离心泵性能的因素和性能换算泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质做实验测定的。若所输送的常压下，以常温的清水为工质做实验测定的。若所输送的液体性质与此相差较大时，泵的特性曲线将发生变化，应液体性质与此相差较大
19、时，泵的特性曲线将发生变化，应当重新进行换算。当重新进行换算。a.流体密度的影响流体密度的影响：由离心泵的基本方程可看出，离心泵：由离心泵的基本方程可看出，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，说明离心泵特性曲线的压头、流量均与液体的密度无关，说明离心泵特性曲线中的中的HQ及及 Q曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即则随液体密度的增加而增加，即NQ曲线要变。曲线要变。36b.黏度的影响黏度的影响液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，量损失，因此，HQ、NQ、Q曲线都将曲线都将随之
20、而变。当液体运动粘度随之而变。当液体运动粘度20 10-8m2/s时，时，离心泵的性能则需按下式进行换算，即离心泵的性能则需按下式进行换算，即Q=CQQH=CHH=C例题例题2-337C.转速的影响转速的影响比例定律比例定律转速变化特性曲线变化，在转速变化小于转速变化特性曲线变化，在转速变化小于20%范围内范围内可做如下的假设：可做如下的假设：1.液体离开叶轮处的速度三角形相似液体离开叶轮处的速度三角形相似2.不同转速下离心泵的效率相同不同转速下离心泵的效率相同38d.叶轮直径的影响叶轮直径的影响切割定律切割定律在叶轮直径变化小于在叶轮直径变化小于20%，当泵的叶轮直径和其他尺寸，当泵的叶轮直
21、径和其他尺寸均发生变化均发生变化可作如下的假设可作如下的假设1.液体离开叶轮时的出口速度三角形相似液体离开叶轮时的出口速度三角形相似2.叶轮出口截面积基本不变叶轮出口截面积基本不变3.离心泵的效率相同离心泵的效率相同392.1.4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离心泵的安装高度：离心泵的安装高度：离心泵的安装高度是指要被离心泵的安装高度是指要被输送的液体所在贮槽的液面输送的液体所在贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距到离心泵入口处的垂直距离，如图。离，如图。由此产生了这样一个问由此产生了这样一个问题，在安装离心泵时，安装题，在安装离心泵时，安装高度是否可以无限制的高，高
22、度是否可以无限制的高，还是受到某种条件的制约还是受到某种条件的制约。4041气蚀现象气蚀现象：叶轮中心处的压力下降到被输送流体在操作温度下的饱和蒸叶轮中心处的压力下降到被输送流体在操作温度下的饱和蒸汽压时，则在泵内会产生：汽压时，则在泵内会产生：被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量汽泡；被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量汽泡；汽泡在由叶中心向周边运动时，由于压力增加而急剧凝汽泡在由叶中心向周边运动时，由于压力增加而急剧凝结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小当汽泡的冷凝
23、发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片；的高频水锤撞击叶片；42离心泵在气蚀状态下工作的危害：离心泵在气蚀状态下工作的危害：泵体振动并发出噪音；泵体振动并发出噪音；压头、流量在幅度下降，严重时不能输送液体；压头、流量在幅度下降，严重时不能输送液体；时间长久，在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化时间长久，在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下，叶片表面出现斑痕和裂缝，甚学腐蚀的双重作用下，叶片表面出现斑痕和裂缝，甚至呈海绵状逐渐脱落。至呈海绵状逐渐脱落。43气蚀余量气蚀余量NPSH：泵入口处的动压头与静压头之和与以液柱：泵入口处的动压头与静压头之和与以液柱高度表
24、示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差。高度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差。为了避免发生气蚀现象，在离心泵的入口处液体的静压头为了避免发生气蚀现象，在离心泵的入口处液体的静压头p1/g与动压头与动压头u12/2g之和必须大于操作温度下的液体饱和之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头蒸汽压头pv/g某一数值，此数值即为离心泵的气蚀余量某一数值，此数值即为离心泵的气蚀余量（NPSH)，即，即44离心泵的临界气蚀余量离心泵的临界气蚀余量（NPSH)c：在泵入口在泵入口1-1和叶轮入口和叶轮入口k-k两截面间列柏努利方程式，可得两截面间列柏努利方程式，可得变形得出：变形得出：通常将
25、所测到得临界气蚀余量加上一定得安全量，成为通常将所测到得临界气蚀余量加上一定得安全量，成为必需气蚀余量必需气蚀余量记为（记为（NPSH)r4546离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度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，以度，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，以Hs来表来表示，即示，即Hs值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当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地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂在98.1kPa下，下，
26、用用20为介质进行测定。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，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，即应按下式进行换算，即2-22.47假设离心泵在可允许的安装高度下操作，于储槽液面假设离心泵在可允许的安装高度下操作，于储槽液面0-0与泵入口处与泵入口处1-1两截面间列柏努利方程式，可得避免发生两截面间列柏努利方程式，可得避免发生汽蚀离心泵的汽蚀离心泵的允许安装高度允许安装高度允许安装高度允许安装高度Hg48讨论讨论(1)气蚀是由于安装高度太高引起的，事实上气蚀现象的产气蚀是由于安装高度太高引起的，事实上气蚀现象的产生可以有以下三方面的
27、原因：生可以有以下三方面的原因：离心泵的安装高度太高；离心泵的安装高度太高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路的阻力或压头损失太高。吸入管路的阻力或压头损失太高。允许安装高度允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献。蚀的贡献。推论：推论：一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀，如被输送物料的温度升高，或吸入管线部化而产生汽蚀，如被输送物料的温度升高，或吸入管线部分堵塞。分堵塞。49（2）有时，计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安
28、装在液体）有时，计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。贮槽液面以下。（3）允许安装高度的大小与泵的流量有关。由其计算公式可以看出，流）允许安装高度的大小与泵的流量有关。由其计算公式可以看出，流量越大，计算出的越小。因此用可能使用的最大流量来计算是最保险量越大，计算出的越小。因此用可能使用的最大流量来计算是最保险的。的。（4）安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度还要小）安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至至1米。（如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高；或由贮槽液面米。（如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高；或由贮槽液面降低而引
29、起的实际安装高度的升高）。降低而引起的实际安装高度的升高）。（5）历史上曾经有过允许吸上真空度和允许气蚀余量并存的时期，二者）历史上曾经有过允许吸上真空度和允许气蚀余量并存的时期，二者都可用以计算允许安装高度，前者曾广泛用于清水泵的计算；而后者都可用以计算允许安装高度，前者曾广泛用于清水泵的计算；而后者常用于油泵中。常用于油泵中。502.1.5离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节管路特性曲线：管路特性曲线：表示在特定管表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头流体流经该管路时所需的压头与流量的关系。与流量的关系。HeKBQe2离心
30、泵的工作点：泵的特性曲离心泵的工作点：泵的特性曲线线H-Q线与所在管路特性曲线线与所在管路特性曲线HeQe线的交点（线的交点（M点点)。MM5152HeKBQe2说明说明为管路特性曲线在为管路特性曲线在H轴上的截距，表示管路系统所需要轴上的截距，表示管路系统所需要的最小外加压头。的最小外加压头。当流动处于阻力平方区，摩擦因当流动处于阻力平方区，摩擦因数与流量无关，管路特性方程可以数与流量无关，管路特性方程可以表示为：表示为：高阻管路，其特性曲线较陡；低高阻管路，其特性曲线较陡；低阻管路其特性曲线较平缓。阻管路其特性曲线较平缓。53泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决定，可通过泵的工作点由泵的
31、特性和管路的特性共同决定，可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流量；在该流安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流量；在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。因此，量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。因此，泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要的；泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要的；工作点对应的各性能参数（工作点对应的各性能参数（）反映了一台泵的）反映了一台泵的实际工作状态。实际工作状态。54例题：用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。例题：用一离心泵将
32、贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管路总长（包括管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为局部阻力的当量长度在内）为400m，管内径管内径为为75mm，换换热器的压头损失为热器的压头损失为32（u2/2g），），摩擦系数取摩擦系数取0.03，离心泵，离心泵的特性曲线方程为：的特性曲线方程为：He=459.2105Q2m，式中式中Q的单位的单位是是m3/s。试求：试求：（1）管路特性曲线；）管路特性曲线；（2）泵的工作点及其相应的流量及压头。）泵的工作点及其相应的流量及压头。55解：（解：（1）管路特性曲线）管路特性曲线56（2
33、）泵的工作点及其相应的流量及压头。）泵的工作点及其相应的流量及压头。泵的特性曲线方程为：泵的特性曲线方程为：He=459.2105Q2管路特性曲线方程为：管路特性曲线方程为：He=105.01105Q2解之得：解之得：Q=4.9610-3m3/s=17.87m3/hHe=22.34m57离心泵的流量调节离心泵的流量调节离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二：方法有二：1.改变阀门的开度改变阀门的开度即改变离心泵出口管路上调节阀门即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大；开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大；58 2.2.改
34、变泵的转速改变泵的转速 改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。节能，投资大。59设计点设计点离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为设计离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为设计点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的最高效率值的92%的范围称为的范围称为泵的高效区泵的高效区，泵应尽量，泵应尽量在该范围内操作。在该范围内操作。P106例例2-860离心泵的并联与串联离心泵的并联与串联离心
35、泵并联和串联，将组合安装的两台型号相同离心泵视为离心泵并联和串联，将组合安装的两台型号相同离心泵视为一个泵组，泵组的特性曲线或称一个泵组，泵组的特性曲线或称合成特性曲线合成特性曲线，据此确定，据此确定泵组工作点。泵组工作点。离心泵离心泵并联操作并联操作时，泵在同一压头下工作，两台并联泵的流时，泵在同一压头下工作，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。量等于单台泵的两倍。61离心泵离心泵串联操作串联操作时，泵送流量相同，两台串联泵的扬程时，泵送流量相同，两台串联泵的扬程为该流量下单泵的扬程两倍。为该流量下单泵的扬程两倍。6263离心泵组合方式的选择：离心泵组合方式的选择：（1）K大于单泵可提供最大压
36、头的情况：必须采用串联操作；大于单泵可提供最大压头的情况：必须采用串联操作；（2）低阻管路：并联）低阻管路：并联（3）高阻管路：串联）高阻管路：串联64计算：有两台相同的离心泵，单泵性能曲线方程为计算：有两台相同的离心泵，单泵性能曲线方程为H=459.2105Q2m，式中式中Q的单位是的单位是m3/s。当两泵并联操作，可当两泵并联操作，可将将6.5L/s的水从低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水的水从低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水面垂直位差面垂直位差13m。输水管终端淹没于高位水槽水中。输水管终端淹没于高位水槽水中。问：若二泵改为串联操作，水的流量为多少？问：若二泵改为串联操作，水的流量
37、为多少？6566672.1.6离心泵的类型、选择与使用离心泵的类型、选择与使用按泵输送的液体分：按泵输送的液体分：清水泵（清水泵（IS：单级单吸悬臂式；单级单吸悬臂式；D：多级泵多级泵；Sh：双双吸泵）吸泵）耐腐蚀泵（耐腐蚀泵（F）油泵（油泵（Y）杂质泵杂质泵（P）按叶轮吸入方式分：单吸泵、双吸泵按叶轮吸入方式分：单吸泵、双吸泵按叶轮数目分：单级泵、多级泵按叶轮数目分：单级泵、多级泵68离心泵的类型离心泵的类型清水泵：用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。清水泵：用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清水泵为单级单吸式，系列代号为最简单的清水泵为单级单吸式，系列代号为“IS”，
38、若需若需要的扬程较高，则可选要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵系列多级离心泵。若需要流量很。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh”。防腐蚀泵：当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。防腐蚀泵：当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。69油泵：用于输送石油产品，油泵系列代号为油泵：用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液因油类液体具
39、有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送高。输送200以上的热油时，还需设冷却装置。以上的热油时，还需设冷却装置。杂质泵：用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为杂质泵：用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又可分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结又可分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。壳内还衬有耐磨材料。71复习复习柏努利方程柏努利方程离心泵离心泵工作原理工作原理操作特性操作特性特性曲线特
40、性曲线工作点工作点离心泵的串联与并联离心泵的串联与并联72离心泵的选择离心泵的选择 1）确定输送系统的流量和压头：）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按泵时按最大流量最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排，考虑，然后，根据输送系统管路的安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。732）选择泵的类型与型号：）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的质
41、和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量流量和和压头压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。从泵样本或产品目录中选出适合的型号。若是没有一个型号的若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符，与所要求的刚好相符，则在邻近型号中则在邻近型号中选用选用H和和Q都稍大的一个都稍大的一个；若有几个若有几个型号的型号的H和和Q都能满足要求，那么除了考虑那一个型都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的号的H和和Q外，还外，还应考虑效率应考虑效率在此条件下是否比较大。在此条件下是否比较大。743)核算轴功率核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密若输送液体的密度大于水的密度时，按度时，按 来计算泵的轴功率来计算泵的
42、轴功率 751 1）泵的安装高度）泵的安装高度 为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安装实际安装高度必须低于理论上计算的最大安装高高度必须低于理论上计算的最大安装高度度，同时，应尽量，同时，应尽量降低吸入管路的阻力降低吸入管路的阻力。离心泵的安装和使用离心泵的安装和使用2 2）启动前先）启动前先“灌泵灌泵”这主要是为了防止这主要是为了防止“气气缚缚”现象的发生，在泵启现象的发生，在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止。打开状态下有液体冒出时为止。763 3）离心泵应
43、在出口阀门关闭时启动）离心泵应在出口阀门关闭时启动 为为了了不不致致启启动动时时电电流流过过大大而而烧烧坏坏电电机机，泵泵启启动动时时要要将将出出口口阀阀完完全全关关闭闭，等等电电机机运运转转正正常常后后，再再逐逐渐打开出口阀，并调节到所需的流量。渐打开出口阀，并调节到所需的流量。4 4）关泵的步骤）关泵的步骤 关关泵泵时时，一一定定要要先先关关闭闭泵泵的的出出口口阀阀，再再停停电电机机。否否则则，压压出出管管中中的的高高压压液液体体可可能能反反冲冲入入泵泵内内，造造成叶轮高速反转，使叶轮被损坏。成叶轮高速反转，使叶轮被损坏。5 5）运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情）运转时应定时检查泵
44、的响声、振动、滴露等情况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。热等。77例例某离心泵的特性曲线方程表示为：某离心泵的特性曲线方程表示为：H=25-2.0Q2(式中式中H的单位为的单位为m，Q为为m3/min)。若用泵将。若用泵将20水水从贮槽输送到某设备，已知管路系统调节阀全开时管从贮槽输送到某设备，已知管路系统调节阀全开时管路特性方程：路特性方程：He=20+1.86Q2e，试求，试求（1）离心泵运行时的流量和压头）离心泵运行时的流量和压头（2）关小阀门使工作点的流量变至）关小阀门使工作点的流量变至56m3/h时需多时需多消耗的压头消耗的压头
45、（3）关小阀门后的管路特性方程）关小阀门后的管路特性方程78解解：（：（1）离心泵运行时的流量和压头）离心泵运行时的流量和压头实际上是求泵在该管路上的工作点，泵的工作点可实际上是求泵在该管路上的工作点，泵的工作点可由泵的特性方程和管路特性方程联解求得，即：由泵的特性方程和管路特性方程联解求得，即：联立求解得联立求解得:Q=Qe=1.138m3/min=68.3m3/hH=He=22.41m79(2)关小阀门多消耗的压头关小阀门多消耗的压头由离心泵特性方程得工作点下的压头由离心泵特性方程得工作点下的压头管路要求的压头管路要求的压头故多消耗的压头故多消耗的压头80(3)关小阀门后的管路特性方程关小
46、阀门后的管路特性方程管路特性方程通式为管路特性方程通式为:B值因关小阀门而值因关小阀门而变大变大.但关小阀门后泵的特性不变但关小阀门后泵的特性不变.前已求得流量为前已求得流量为56m3/h时的泵的压头为时的泵的压头为23.26m,将此将此Q,H,K值代入管路特性方程值代入管路特性方程关小阀门后关小阀门后K不发生变化仍为不发生变化仍为2081所以关小阀门后管路特性方程为所以关小阀门后管路特性方程为82例例1用用离离心心泵泵将将江江水水送送至至高高位位槽槽。若若管管路路条条件件不不变变，则则下下列列参参数数随随着着江江面面的的下下降降有何变化？（设泵仍能正常工作）有何变化？（设泵仍能正常工作）泵的
47、压头泵的压头H，管路总阻力损失管路总阻力损失Hf，泵出口处压力表读数，泵出口处压力表读数，泵入口处真空表读数。泵入口处真空表读数。管路特性曲线管路特性曲线 平行上移平行上移操作性问题分析操作性问题分析解：解：江面下降，泵特性曲线不变江面下降，泵特性曲线不变工作点左移工作点左移83不含动能不含动能3 3842.2其他类型液体输送机械其他类型液体输送机械往复泵往复泵往复泵装置简图往复泵装置简图8586当活塞从左向右移动时，工作时容积增大，形成当活塞从左向右移动时，工作时容积增大，形成低压，吸入阀开，排出阀关（排出管液体压力作低压，吸入阀开，排出阀关（排出管液体压力作用而关闭）。当活塞移动到右边时，
48、工作室的容用而关闭）。当活塞移动到右边时，工作室的容积增大，吸入的液体量也最大。当活塞从右向左积增大，吸入的液体量也最大。当活塞从右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大使吸入阀移动时，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，活塞移到右端，关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到右端，排液完毕，完成了一个工作循环。排液完毕，完成了一个工作循环。往复泵的特点：往复泵的特点：靠活塞对液体做功靠活塞对液体做功,以静压能的形以静压能的形式直接传给液体。式直接传给液体。1、往复往复泵泵工作原理工作原理87一些基本名词一些基本名词行程或冲程：行程或冲程：活塞从左端点到右端点的距离。活塞从
49、左端点到右端点的距离。(泵左右两个端点称为死点。泵左右两个端点称为死点。)单动泵单动泵 吸入阀和排出阀装在活塞的一侧，只有吸入阀和排出阀装在活塞的一侧，只有在活塞的这一侧才有吸液和排液作用，即每当轴在活塞的这一侧才有吸液和排液作用，即每当轴转一周时只有一次吸入过程和一次排出过程。活转一周时只有一次吸入过程和一次排出过程。活塞在往复一次中，只吸进一次和排出一次的泵叫塞在往复一次中，只吸进一次和排出一次的泵叫单动泵单动泵。88 双动泵双动泵:活塞的两侧各装有吸入阀和排出阀，活塞的两侧各装有吸入阀和排出阀，活塞两侧都有吸液和排液作用。即轴每转一周时活塞两侧都有吸液和排液作用。即轴每转一周时有有两次吸
50、入两次吸入过程和过程和两次排出两次排出过程。过程。三动泵三动泵:它是由三个单动泵并联而成，泵轴它是由三个单动泵并联而成，泵轴的曲柄角互成的曲柄角互成 ，每当轴转一周时有三次吸，每当轴转一周时有三次吸入和三次排出过程入和三次排出过程892、往复往复泵泵的特点的特点 流量流量取决于取决于泵泵本身的几何尺寸和活塞往复次数而本身的几何尺寸和活塞往复次数而与与泵泵的的压头压头无关，故称无关，故称容容积积式式泵泵或或正位移正位移泵泵（扬扬程程和流量无关的和流量无关的泵泵）。）。单动泵单动泵 往复泵的理论流量活塞的截面积；活塞的每分钟往复次数；活塞的冲程双双动泵动泵 活塞杆截面积903、往复往复泵泵的流量和