第二章-流体输送机械.ppt

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1、 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械按结构特征和工作原理分类：按结构特征和工作原理分类：（一）叶片式泵：利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变（一）叶片式泵：利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能，如离心泵，漩涡泵等。为静压能，如离心泵，漩涡泵等。（二）容积式或正位移式（往复式、旋转式）：利用往复运动（二）容积式或正位移式（往复式、旋转式）：利用往复运动的活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能。的活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能。（三）流体作用泵：利用流体高速喷射时动能与静压能相互转（三）流体作用泵：利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体，

2、如喷射泵。换的原理吸引输送另一种流体，如喷射泵。1第一节第一节 离心泵离心泵 离心泵是一种典型的叶轮式泵，它在国民经济中应用很离心泵是一种典型的叶轮式泵，它在国民经济中应用很广。在石油矿场上，离心泵主要用于油田注水，采油，油广。在石油矿场上，离心泵主要用于油田注水，采油，油品输送，钻井泵灌注和供排水等。品输送，钻井泵灌注和供排水等。2 离心泵的内部结构和工离心泵的内部结构和工作原理？作原理？3一、离心泵的主要结构和部件一、离心泵的主要结构和部件1.1.叶轮叶轮组成：组成：通常由通常由4-84-8片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并放在泵壳内；是离心泵的心

3、脏。放在泵壳内；是离心泵的心脏。作用：作用：将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。压能和动能均有所提高。分类：分类：按其结构可分为开式、半开式和闭式叶轮。按其结构可分为开式、半开式和闭式叶轮。4.开式叶轮开式叶轮:无前、后盖板；结构简单；但是液体易发生倒无前、后盖板；结构简单；但是液体易发生倒流，效率较低；适合于输送浆液和含有固粒悬浮物流，效率较低；适合于输送浆液和含有固粒悬浮物的液体，不易堵塞。的液体，不易堵塞。.半开式叶轮：半开式叶轮：无前盖板，有后盖板，效率也低，适用于无前盖板，有后盖板，效率也低，适用于输送悬浮

4、液。输送悬浮液。.开式叶轮：开式叶轮：有前、后盖板，结构复杂，造价高，效率高，有前、后盖板，结构复杂，造价高，效率高，适用于输送清洁流体；应用广泛。适用于输送清洁流体；应用广泛。5 叶轮按其吸液方式不同可分为叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式单吸式和和双吸式双吸式两种：两种：62.泵轴泵轴传递机械能的主要部件，转动时承受很大的扭矩。传递机械能的主要部件，转动时承受很大的扭矩。3.泵壳泵壳 沿叶轮旋转方向，泵壳与叶沿叶轮旋转方向，泵壳与叶轮之间形成一个截面逐渐扩大轮之间形成一个截面逐渐扩大的通道，出口截面最大。的通道，出口截面最大。作用：作用：封闭叶轮，以便使叶轮吸入和排除液体；封闭叶轮，以便使叶

5、轮吸入和排除液体；汇集液体，转换能量。汇集液体，转换能量。吸入口：吸入口：位于泵壳中央，与吸入管相接，装有底位于泵壳中央，与吸入管相接，装有底阀，防止液体倒流。阀，防止液体倒流。排出口：排出口：位于泵壳外缘，切线方向。位于泵壳外缘，切线方向。74.4.轴封装置轴封装置泵轴与泵壳之间的密封泵轴与泵壳之间的密封作用：作用：防止泵内高压液体沿间隙漏出，或外界空气以相防止泵内高压液体沿间隙漏出，或外界空气以相反方向漏入泵内。反方向漏入泵内。填料密封填料密封机械密封机械密封分分类类85.5.轴向推力平衡装置轴向推力平衡装置产生原因：产生原因：单吸式离心泵，叶轮前后轮盖面积不等，且压强不同，受力单吸式离心

6、泵，叶轮前后轮盖面积不等，且压强不同，受力不同，将叶轮推向吸入口一侧。不同，将叶轮推向吸入口一侧。采取措施：采取措施：平衡孔。平衡孔。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。防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。6.6.底阀：底阀：7.7.导轮导轮 叶轮甩出的高速液体流过导轮叶片间的流道时，将动能转换为静压叶轮甩出的高速液体流过导轮叶片间的流道时，将动能转换为静压能，并减小流动能量损失。能，并减小流动能量损失。9 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶

7、轮一起旋转，在离心力间的液体随叶轮一起旋转，在离心力作用下，液体沿叶片间的通道从叶轮作用下，液体沿叶片间的通道从叶轮中心处被甩到叶轮外围，以很高的速中心处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压力从为静压能，于是液体以较高的压力从压出口进入排出管，输送道所需场所。压出口进入排出管，输送道所需场所。二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理10 如果不灌泵，则泵内充满气体如果不灌泵，则泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产（其密度远小于液体），叶轮转动

8、产生的离心力小，即产生的真空度不够生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为液体，这种现象称为“气缚气缚”现象。现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进因此在离心泵启动之前，我们必须进行行灌泵灌泵操作。操作。若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？111.1.流量流量 单位时间内泵所输送液体的体积

9、。单位有单位时间内泵所输送液体的体积。单位有m3/s、m3/min、m3/h。离心泵的流量取决于泵的结构、尺寸和转速。应予指出，离心泵的流量取决于泵的结构、尺寸和转速。应予指出，离心泵总是和特定的管路相联系的，因此离心泵的实际流量离心泵总是和特定的管路相联系的，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关。还与管路特性有关。三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数12扬程与流量的关系可由实验方法测定：扬程与流量的关系可由实验方法测定：bch0真空表真空表压力表压力表 测定离心泵性能参数的装置测定离心泵性能参数的装置 由于两截面间的管长很短，其阻力损失和两由于两截面间的管长很短，其阻力损失和两截

10、面间的动压头差可略去。截面间的动压头差可略去。2.2.扬程扬程 又称泵的压头，是指单位重量（又称泵的压头，是指单位重量（N N）液体流经泵所获得的能量，单）液体流经泵所获得的能量，单位为位为J/N=mJ/N=m13轴功率轴功率P P：泵轴所需的功率，电动机传给泵轴的功率。泵轴所需的功率，电动机传给泵轴的功率。有效功率有效功率PePe：单位时间内泵对所输送液体做的功。：单位时间内泵对所输送液体做的功。Pe=qvgH效率效率：泵对外加能量的利用程度。：泵对外加能量的利用程度。小型泵：小型泵：0.6-0.850.6-0.85大型泵：大型泵：0.90.93.3.功率与效率功率与效率14泵内造成功率损失

11、的原因容积损失容积损失：该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入：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。口所造成的能量损失。水力损失水力损失：泵内流体流动摩擦损失，使叶轮给出的能量不能全部被：泵内流体流动摩擦损失，使叶轮给出的能量不能全部被液体获得，仅获有效扬程。液体获得，仅获有效扬程。机械损失机械损失：该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴：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。承机械摩擦所造成的能量损失。造成泵内功率损失的原因造成泵内功率损失的原因？15 由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特由

12、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性曲线H HQ Q、P PQ Q、Q Q的关系只能靠实验测定。的关系只能靠实验测定。借借助助离离心心泵泵的的特特性性曲曲线线可可以以较较完完整整地地了了解解一一台台离离心心泵泵的性能，供合理选用和指导操作的性能，供合理选用和指导操作。（一）离心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲线四、离心泵特性曲线四、离心泵特性曲线161.H-1.H-q qv v曲线曲线 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)4B

13、型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 H HQ Q曲曲线线：Q Q，H H。这这是是离心泵的一个重要特性离心泵的一个重要特性。17 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 Q Q，P P 。当。当Q Q0 0时，时，P P最小。最小。这要求离心泵在启动时，应这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载动功率，保护电动机免因超载而受损。而受损。2.P-

14、2.P-q qv v曲线曲线18 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)图图212 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 有有极极值值点点(最最大大值值)，于于此此点点下下操操作作效效率率最最高高，能能量量损损失失最最小小，称称离离心心泵泵的设计工况点的设计工况点。在此点对应的流量称为额定流量。在此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，一般不应操作时，应在此点附

15、近操作，一般不应低于低于9292maxmax2.2.-q-qv v曲线曲线191.1.密度的影响：密度的影响：H H、qvqv、与与无关。无关。P P与与有关。有关。P=qvgH/、h hf f、Q、H、N（二）离心泵性能的影响因素（二）离心泵性能的影响因素2.2.黏度的影响：黏度的影响：203.3.转速对特性曲线的影响：转速对特性曲线的影响：比例定律比例定律21五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节 当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵规格本身的性能有关，工作压头和流量不仅与离心泵规格本身的性能有

16、关，还与管路的特性有关，即在输送液体的过程中，泵和还与管路的特性有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是相互制约的。管路是相互制约的。221.1.管路特性方程与管路特性曲线管路特性方程与管路特性曲线令令而而=则则23令令管路特性方管路特性方程程（抛物线形状）（抛物线形状）0qvH管路特性曲线管路特性曲线1.1.管路特性方程与管路特性曲线管路特性方程与管路特性曲线 K K为管路特性系数。为管路特性系数。K K值较大的管路为高阻力管路；值较大的管路为高阻力管路；K K值较小的管路值较小的管路为低阻力管路；为低阻力管路；242.2.离心泵的工作点离心泵的工作点 将将泵泵的的H-QH-Q曲曲线线和和管管

17、路路特特性性线线画画在在一一张张图图上上，得得到到的的交交点点称称为为泵泵在在管管路路上上的的工作点工作点。0qvqvHH1管路管路Hqv 离心泵的工作点离心泵的工作点泵泵Hqv泵泵 qvA 在在工工作作点点处处泵泵的的输输液液量量即即为为管管路路的的流流量量，泵泵提提供供的的扬扬程程等等于于管管路路所所要要求求的的扬程扬程。当工作点是在高效区（当工作点是在高效区（不低于不低于9292maxmax ），则该工作点是），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好适宜工作点，说明泵选择的较好。253.3.流量调节流量调节工作点的变化工作点的变化（1 1）改变阀门开度）改变阀门开度-改变管路特性曲线改

18、变管路特性曲线0qv2qv1qvhe2H221低阻低阻高阻高阻H1 在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变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出口阀门的开度即改变管路阻力系数k,k,可改变管可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。优点优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调：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，此法节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。尤为适用。缺点：缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小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

19、济上很不时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。合理。26（2 2）改变泵的转速）改变泵的转速-改变泵的性能曲线改变泵的性能曲线0qv1H1A A1 1n2n1H2n1 n2 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线A A2 2qv2 泵的转速由泵的转速由n n1 1减小至减小至n n2 2时，泵的时，泵的H Hq qv v曲曲线下移，工作点由点线下移，工作点由点A A1 1移至点移至点A A2 2，流量由，流量由qv1 1减小至减小至qv 2优点优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可：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，能量利用较为经济，保持泵在高效率区工作，能量利用较为

20、经济，这对大功率泵是重要的。这对大功率泵是重要的。缺点缺点：调节不方便，一般只有在调节幅度大、时：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。间又长的季节性调节中才使用。27（3 3）离心泵的并联）离心泵的并联qvHBACqv并并qv1H并并目目的：满足流量需求较大或短时间内需要增大流量的要求。的：满足流量需求较大或短时间内需要增大流量的要求。28qvHBACqv并并qv1H并并特点：特点：1.1.工作点：单台泵工作时工作点为工作点：单台泵工作时工作点为A A，并，并联后工作点为联后工作点为B B。2.2.效率：并联是效率：并联是-q-qv v曲线不变；总效率曲线不变；总效

21、率与每台泵的效率相同。与每台泵的效率相同。3.3.流量：总流量流量：总流量q qv v并并单台泵单独时的流单台泵单独时的流量量q qv v，但，但q qv v并并2q2qv v。4.4.压头：并联后压头压头：并联后压头H H并并单台泵工作时的压头。单台泵工作时的压头。29（4 4）离心泵的串联）离心泵的串联目目的：增大扬程。的：增大扬程。12HAqvBCqv 串串H串串H1Hqv030特点：特点：1.1.工作点：串联后工作点为工作点：串联后工作点为B B，其中每台，其中每台泵工作点为泵工作点为C C；单台泵工作时工作点为；单台泵工作时工作点为A A。2.2.效率：串联时的流量是串联的每台泵的效

22、率：串联时的流量是串联的每台泵的流量，故此时的总效率为串联时的单泵效率。流量，故此时的总效率为串联时的单泵效率。3.3.流量：总流量单台泵单独时的流量流量：总流量单台泵单独时的流量q qv v。4.4.压头：串联后压头压头：串联后压头H H串串2H2H。31 由离心泵的工作原理可知，由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入口从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的。研究表明，叶轮不断降低的。研究表明，叶轮内缘处的叶片背侧是泵内压强内缘处的叶片背侧是泵内压强最低点。最低点。六、离心泵的汽蚀现象与安装高度六、离心泵的汽蚀现象与安装高度321.

23、1.离心泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象 提高泵的安装高度，泵叶片提高泵的安装高度，泵叶片入口入口附附近的压强可能降至输送温度下近的压强可能降至输送温度下液体饱液体饱和蒸汽压和蒸汽压时，部分液体将在该处时，部分液体将在该处汽化汽化并产生汽泡并产生汽泡，被液流带入叶轮内压力，被液流带入叶轮内压力较高处较高处凝结或破裂凝结或破裂。由于凝结点处产。由于凝结点处产生瞬间真空，造成周围生瞬间真空，造成周围液体高速冲击液体高速冲击该点该点，产生剧烈的水击。使叶轮表面，产生剧烈的水击。使叶轮表面破坏，这种现象称为破坏，这种现象称为汽蚀汽蚀。zspsKe图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度s33 (1)

24、(1)噪声大、泵体振动，噪声大、泵体振动，(2)(2)流量、压头、效率都明显下降流量、压头、效率都明显下降 (3)(3)严重时，泵不能正常工作严重时，泵不能正常工作 把离心泵安装在把离心泵安装在恰当的高度位置恰当的高度位置上，确保泵内压强上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。压。离心泵在汽蚀条件下运转会产生什么后果？离心泵在汽蚀条件下运转会产生什么后果？1.1.汽蚀所带来的危害：汽蚀所带来的危害：2.2.防止措施防止措施34有效汽蚀余量有效汽蚀余量hha a：为了避免汽蚀发生，液体经吸入管的为了避免汽蚀发生，液体经吸

25、入管的到达泵入口处所具有的压头到达泵入口处所具有的压头(P(P1 1/g+u/g+u1 12 2/2g)/2g)不仅能使液体被不仅能使液体被推进叶轮入口，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸汽压推进叶轮入口，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸汽压P Pv v/g/g,其值为有效富余压头，常称有效汽蚀余量。其值为有效富余压头，常称有效汽蚀余量。2.2.离心泵的安装高度离心泵的安装高度35必需汽蚀余量必需汽蚀余量hhr r：表示液体从泵吸入口流到叶轮内最低表示液体从泵吸入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失。压力点处的全部压头损失。hrhr越小，泵越不易发生汽蚀。越小，泵越不易发生汽蚀。haha

26、hrhr时，不汽蚀；时，不汽蚀；haha=hrhr时，开始发生汽蚀；时，开始发生汽蚀；haha hrhr时，严重汽蚀；时，严重汽蚀；判断汽蚀的条件判断汽蚀的条件36离心泵的最大安装高度离心泵的最大安装高度 随着泵的安装高度随着泵的安装高度H Hg g增高，有效汽蚀余量增高，有效汽蚀余量hha a将减小。当将减小。当hha a减少道减少道与必须汽蚀余量与必须汽蚀余量hhr r相等时，则开始发生汽蚀，此时的安装高度称为最大相等时，则开始发生汽蚀，此时的安装高度称为最大安装高度，以安装高度，以H Hgmaxgmax表示。表示。37允许汽蚀余量与最大允许安装高度允许汽蚀余量与最大允许安装高度 为了保证

27、泵的安全操作，不发生汽蚀，在为了保证泵的安全操作，不发生汽蚀，在hhr r上加一个安上加一个安全裕量全裕量0.3m0.3m，作为允许汽蚀余量，作为允许汽蚀余量hh。h=hr+0.3离心泵规格表中列出的汽蚀余量就是允许汽蚀余量离心泵规格表中列出的汽蚀余量就是允许汽蚀余量hh。38泵的最大允许安装高度泵的最大允许安装高度:若安装高度不变，增大吸入管路的阻力损失，易发生汽蚀。若安装高度不变，增大吸入管路的阻力损失，易发生汽蚀。尽量减少入口管路尽量减少入口管路损失。损失。39（一）离心泵的类型（一）离心泵的类型 按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油

28、泵、杂质泵等；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；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；按叶论数目：单级泵、多级泵；七、离心泵的类型与选用七、离心泵的类型与选用40ISG ISG 型管道离心泵型管道离心泵ISIS、IR IR 型单级单吸离心泵型单级单吸离心泵 TSWA 型卧式多级泵41（1 1）清水泵：输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少）清水泵：输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。的液体。ISIS、IR IR 型单级单吸离心泵型单级单吸离心泵 42（2 2）耐腐蚀泵：输送输送腐蚀性化工流体；所有与流体介）耐腐蚀泵：输送输送腐蚀性化工流体；所有与流体介质接触的

29、部件都采用耐腐蚀材料制作。质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。43 输送输送200200以上的热油时，以上的热油时，还需设冷却装置；一般轴承还需设冷却装置；一般轴承和轴封装置带有冷却水夹套。和轴封装置带有冷却水夹套。（3 3）油泵（）油泵（Y Y型泵）：输送石油及油类产品。对泵密封型泵）：输送石油及油类产品。对泵密封性能要求较高。性能要求较高。44注意：注意：所选泵应在高效区范围工作。工程实践中，总是在所选泵应在高效区范围工作。工程实践中，总是在可靠性前提下，综合造价、操作费用、使用寿命等多方面可靠性前提下，综合造价、操作费用、使用寿命等多方面因素做出最佳选择。因素做出最佳选择。（二）离心泵的选

30、用（二）离心泵的选用1.1.确定输送系统的流量与压头确定输送系统的流量与压头2.2.选择泵的类型与型号选择泵的类型与型号3.3.校核泵的特性参数校核泵的特性参数45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。尽量减少吸入管路阻力。操作：操作：1.1.启动前要灌泵，防止气缚，泵不上量。启动前要灌泵，防止气缚，泵不上量。2.2.关闭出口阀启动：防止启动功率过大，烧坏电机。关闭出口阀启动：防止启动功率过大，烧坏电机。3.3.检查：两表读数是否正常，轴承润滑情况，是否检查：两表读数是否正常，轴承润滑情况，是否过强振动，泄露，噪音等。过强振动，泄露，噪音等。4.4.关阀停泵：防止液体倒流，使叶轮倒转，甚至打坏叶关阀停泵：防止液体倒流，使叶轮倒转，甚至打坏叶轮；如长时间停泵，还应将泵体及管路中的液体放净，轮；如长时间停泵，还应将泵体及管路中的液体放净，以免锈蚀或者冬季结冰冻裂。以免锈蚀或者冬季结冰冻裂。（三）离心泵的操作（三）离心泵的操作4647