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1、第二章第二章 流体输送机械流体输送机械第一节第一节 概述概述第二节第二节 离心泵离心泵第三节第三节 往复泵往复泵第四节第四节 其他化工用泵其他化工用泵第五节第五节 气力输送机械气力输送机械流体在流动过程中将损失部分机械能，只能由高能位流体在流动过程中将损失部分机械能，只能由高能位向低能位处流动。但在多数情况下需将流体由低能位向高向低能位处流动。但在多数情况下需将流体由低能位向高能位处输送，因而为完成输送任务必须依靠输送机械向流能位处输送，因而为完成输送任务必须依靠输送机械向流体补加足够的机械能。体补加足够的机械能。用以输送液体的机械通称为用以输送液体的机械通称为泵泵输送气体的机械按不同的情况称
2、为输送气体的机械按不同的情况称为通风机通风机，鼓风机鼓风机，压缩机压缩机，真空泵真空泵等。等。本章主要介绍常用输送机械的工作原理和特性，以便本章主要介绍常用输送机械的工作原理和特性，以便选择与使用。选择与使用。第一节第一节概述概述一、分类一、分类按流体性质按流体性质输送液体：输送液体：离心离心泵泵、往复泵往复泵、齿轮泵齿轮泵等等输送气体：输送气体：通风机通风机、鼓风机鼓风机、压缩机压缩机、真空泵真空泵等等按工作原理按工作原理容积式（正位移式）：容积式（正位移式）：往复式压缩机往复式压缩机、旋转泵旋转泵动力式（叶轮式）：离心泵、动力式（叶轮式）：离心泵、轴流泵轴流泵流体作用式：流体作用式：喷射泵
3、喷射泵依靠能量转换原理以实现输送流体任务。依靠能量转换原理以实现输送流体任务。二、对输送机械的要求二、对输送机械的要求 1、输送流体所需的能量、输送流体所需的能量 或或管路特性管路特性一般情况下一般情况下动能差一项可忽略动能差一项可忽略对于一定的管路，管路条件（对于一定的管路，管路条件（)确定，确定，与与Re有关，即与流量大小有关有关，即与流量大小有关。但当管内流动进入阻力平方区时，当管内流动进入阻力平方区时，系数系数K K是一个与流量无关的常数。是一个与流量无关的常数。与管路条件及流量大小有关与管路条件及流量大小有关 管路的特性方程在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量q q
4、V V的平方而变说明：说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。影响管路特性曲线的因素：影响管路特性曲线的因素：影响影响 ：影响影响K：（低阻管路）K小，则曲线斜率小（高阻管路）K大，则曲线斜率大2、压头（扬程）和流量是流体输送机械的重要指标、压头（扬程）和流量是流体输送机械的重要指标 输送机械向单位重量流体提供的能量（用输送机械向单位重量流体提供的能量（用He表示）称为表示）称为该输送机械的该输送机械的压头压头或或扬程扬程。输送机械向流体提供的能量输送机械向流体提供的能量应与管路所需补加能量相等应与管路所需补加能量相等He=H流体输送任务流体输送任务达到规定的输送量达到规定的输送量向单位重量
5、流体补充足够的能量。向单位重量流体补充足够的能量。同样输送机械向流体提供的流量同样输送机械向流体提供的流量也必定等于管路中流体的流量也必定等于管路中流体的流量 1 1、流体输送机械提供的能量即压头（扬程）用于提高势能、流体输送机械提供的能量即压头（扬程）用于提高势能和克服管路阻力和克服管路阻力3、讨论、讨论H He eq qv v关系，即确立泵的特性方程，为本章的主关系，即确立泵的特性方程，为本章的主要内容要内容结论：结论：2、许多流体输送机械在不同流量下其压头不同，、许多流体输送机械在不同流量下其压头不同，压头压头与流量的关系由输送机械本身特性决定，是流体输送机械与流量的关系由输送机械本身特
6、性决定，是流体输送机械的主要技术指标的主要技术指标 作业：作业：P94 1 由若干个弯曲的叶片组成的叶轮叶轮置于具有蜗壳通道的泵泵壳壳之内。叶轮叶轮紧固于泵轴泵轴上 泵轴与电机电机相连，可由电机带动旋转。第二节第二节离心泵离心泵一、一、结构结构（一）（一）叶轮叶轮 向流体做功，在能向流体做功，在能量损失最小的情况下，量损失最小的情况下，使单位质量流体获得较使单位质量流体获得较高的能量。高的能量。吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一底阀。泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。2 2、半开式叶轮、半开式叶轮2 2 ：没有前盖板但有后盖板，适用于输送含固没有前盖板但有后盖
7、板，适用于输送含固体颗粒杂质的液体。体颗粒杂质的液体。3 3、闭式叶轮、闭式叶轮3 3 ：叶轮两侧分别有前后盖板。能量损失小，：叶轮两侧分别有前后盖板。能量损失小，适用于高扬程，输送清洁的液体。适用于高扬程，输送清洁的液体。1 1、开式叶轮、开式叶轮 吸入口一侧没有前盖板，另一侧也没有后盖板。制造简单、吸入口一侧没有前盖板，另一侧也没有后盖板。制造简单、清洗方便、不易堵塞，适用于输送悬浮液或浆状、糊状液体。清洗方便、不易堵塞，适用于输送悬浮液或浆状、糊状液体。1 1：按结构可以分为按结构可以分为3类：类：按吸液方式不同，可以分为两类：单吸式和双吸式。按吸液方式不同，可以分为两类：单吸式和双吸式
8、。(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式单吸式与双吸式叶轮 双吸式叶轮可以产生很大的流量，同时可基本消除了轴向推力。同样单吸式叶轮为了平衡轴向推力，可以再叶轮后盖板上钻些小孔，称为平衡孔。（二）（二）泵壳泵壳 离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个逐渐扩大的离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个逐渐扩大的蜗形通道。蜗形通道。作用作用降低流速，提高势能降低流速，提高势能使流速缓慢降低，减小机械能损失。使流速缓慢降低，减小机械能损失。所以，所以，蜗壳蜗壳不仅能收集和导出液体，同不仅能收集和导出液体，同时又是能量转化的装置。时又是能量转化的装置。汇集液体，作导出液体的通道；汇集液体，作导出液体的通道；一杯热水为
9、使之冷却，用筷子一杯热水为使之冷却，用筷子在水中旋转，水也产生速度，在水中旋转，水也产生速度，跟着筷子一块转动（本质上是跟着筷子一块转动（本质上是筷子的附着力大于水之间的内筷子的附着力大于水之间的内聚力，内摩擦力使水旋转）靠聚力，内摩擦力使水旋转）靠近筷子的水转的快而远离筷子近筷子的水转的快而远离筷子的水转的慢。另外中心凹，四的水转的慢。另外中心凹，四周水沿壁上升高于中间。周水沿壁上升高于中间。为什么？为什么？手转动筷子，水产生动能；远离筷子处转速降低，动能减小，转手转动筷子，水产生动能；远离筷子处转速降低，动能减小，转化为静压能，静压能在壁面处又转化为位能使水沿壁面上升。化为静压能，静压能在
10、壁面处又转化为位能使水沿壁面上升。二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理（一）、工作过程（一）、工作过程 离心泵的离心泵的工作过程工作过程：开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢流速减慢，使使 大部分动能转化为压力能大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排以较高的静压强从排 出口流入排出管道。出口流入排出管道。泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压
11、）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。离心泵之所以能输送液体，主要是依依靠靠高高速速旋旋转转叶叶轮轮所所产产生的离心力，生的离心力，因此称为离心泵。简言之包括：简言之包括：(a)排出阶段排出阶段 叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）流体流入涡壳(动能静压能)流向输出管路。(b)吸入阶段吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成低压区 贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内。离心泵结构示意图（二）、工作原理（二）、工作原理第一章中只是介绍了流体在第一章中只是介绍了流体在重力场重力场中的能量守恒及转换中的能量守恒及转换本节离心泵中是旋转液体，因而存在着离心力，本节
12、离心泵中是旋转液体，因而存在着离心力，在在重力场重力场+离心力场离心力场中，其中，其总势能总势能则应为则应为位能（位能（Z）+压强能（压强能（）+离心力场势能（离心力场势能（）流体质点的考察方法：流体质点的考察方法：拉格朗日法及欧拉法拉格朗日法及欧拉法旋转流体的考察方法：旋转流体的考察方法：？静止坐标参照系静止坐标参照系旋转坐标参照系旋转坐标参照系（1）泵出口阀门关闭）泵出口阀门关闭等角速旋转，无径向流动的旋转液体等角速旋转，无径向流动的旋转液体静止坐标参照系静止坐标参照系流体作等角速圆周运动流体作等角速圆周运动泵壳施予向心力泵壳施予向心力旋转坐标参照系旋转坐标参照系流体质点相对静止流体质点相
13、对静止受向心力及惯性离心力受向心力及惯性离心力二力大小相等方向相反（可用静力学方程分析）二力大小相等方向相反（可用静力学方程分析）1、等角速旋转运动的考察方法、等角速旋转运动的考察方法无限多、无限薄叶片的旋转运动是等角速度的无限多、无限薄叶片的旋转运动是等角速度的注注螺旋线螺旋线（2）泵出口阀门打开）泵出口阀门打开流体质点作流体质点作等角速旋转运动等角速旋转运动同时同时伴有径向流动伴有径向流动（3）两种坐标系考察方法的比较）两种坐标系考察方法的比较 旋转坐标参照系分析受力情况简便旋转坐标参照系分析受力情况简便 静止坐标系利于考察流体总机械能静止坐标系利于考察流体总机械能静止坐标参照系静止坐标参
14、照系流体沿螺旋线运动流体沿螺旋线运动从叶轮内缘流向外缘从叶轮内缘流向外缘 旋转坐标参照系旋转坐标参照系流体与普通管内流动流体与普通管内流动 沿叶轮作直线运动沿叶轮作直线运动2、零流量下离心泵的能量关系、零流量下离心泵的能量关系（1）离心力场中的静力学方程）离心力场中的静力学方程泵的流量为零，相对静止状态泵的流量为零，相对静止状态旋转坐标系，泵内流体看作静止状态，设叶轮水平放置，旋转坐标系，泵内流体看作静止状态，设叶轮水平放置，Z轴向上轴向上则用流体平衡的一般表达式则用流体平衡的一般表达式向心加速度向心加速度向心力向心力单位质量流体力单位质量流体力惯性离心力惯性离心力 （单位质量流体）（单位质量
15、流体）水平位置水平位置X方向分力方向分力Y方向分力方向分力故：故：离心力离心力上式积分：上式积分：常数常数叶轮外缘势能高于内缘势能其差值为动能差：叶轮外缘势能高于内缘势能其差值为动能差：总势能：总势能：线速度：线速度：（切向速度）（切向速度）离心力场和重力场共离心力场和重力场共同作用下的静力学方程同作用下的静力学方程或或总势能守恒方程表明总势能守恒方程表明离心力场中流体总势能离心力场中流体总势能为一常数为一常数或或常规势能之差（不含离心力势能）：常规势能之差（不含离心力势能）：是正是是正是负？负？（2）零流量下泵的理论压头）零流量下泵的理论压头（静止坐标）总机械能（静止坐标）总机械能 =势能势
16、能 +动能动能机械能之差机械能之差（即需补充能量）：（即需补充能量）：即：即：势能势能动能动能从叶轮内缘移从叶轮内缘移至外缘流体获至外缘流体获得的机械能得的机械能无限多叶片无限多叶片零流量下零流量下叶轮理论压头叶轮理论压头由离心泵叶轮提供由离心泵叶轮提供3、流量不为零时离心泵的能量关系、流量不为零时离心泵的能量关系（1 1）液体在叶片间的运动）液体在叶片间的运动切向速度切向速度沿叶轮之间通道流动相对速度沿叶轮之间通道流动相对速度c 与与 的向量和，绝对速度的向量和，绝对速度（2 2）离心泵流量：）离心泵流量：注：注：出口截面积出口截面积管道流速（径向）管道流速（径向）管口流速管口流速或：或：三
17、者关系：三者关系：（余弦定理）（余弦定理）（3）机械能守恒）机械能守恒（旋转坐标）（旋转坐标）为总势能包括常规势能和离心力场势能为总势能包括常规势能和离心力场势能以相对速度计动能以相对速度计动能理想流体理想流体 定态流动定态流动 无限多叶片无限多叶片或或说明说明：叶轮通道内叶轮通道内,线速度与半径有关线速度与半径有关由上可见由上可见,有径向流动时有径向流动时,即流量不为零时：即流量不为零时：势能比零流量时大势能比零流量时大管道内流动相对速度与管径有关管道内流动相对速度与管径有关叶轮通道外缘半径大，相对速度小叶轮通道外缘半径大，相对速度小（静止坐标）（静止坐标）离心泵理论压头离心泵理论压头叶轮对
18、单位重量流体叶轮对单位重量流体提供的能量提供的能量根据前式根据前式即按即按进口方向垂直进口方向垂直故：故：离心泵设计一般以径向进入叶轮离心泵设计一般以径向进入叶轮消去其中消去其中、（根据余弦式代入），得（根据余弦式代入），得理论压头理论压头（1）流量）流量 由图可知：4、影响理论压头的因素、影响理论压头的因素 二式代入上式 中：所以 HTq离心泵基本方程式表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状间的关系。离心泵主要特性 对于某个离心泵（即其2、u2、A2(b2)固定），当转速(=u/r)一定时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：当叶片几何尺寸（A2，2）与理论
19、流量一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。（2）叶轮形状）叶轮形状 HT与 qV无关 径向叶轮 后弯叶轮 前弯叶轮 在同样的流量下，前在同样的流量下，前弯叶片所产生的理论压弯叶片所产生的理论压头最高。头最高。静压头的增加：动压头的增加：前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。一般都采用后弯叶片 22u2c2w22u2c2w222u2c2w22(a)(b)(c)实际压头：实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流2
20、）流体的阻力损失3）冲击损失 理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为：（3）液体密度对理论压头的影响）液体密度对理论压头的影响但是在同一压头下，泵进出口的压差与但是在同一压头下，泵进出口的压差与成正比成正比（液体（液体压头是以液柱压头表示，里面含压头是以液柱压头表示，里面含）对对11及及22截面截面间用柏努利方程间用柏努利方程所以所以根据根据H HT T与与 无关，即与输送何种流体无关无关，即与输送何种流体无关气缚气缚：运转时泵吸入管路和泵轴心处于负压状态，若其间密封不运转时泵吸入管路和泵轴心处于负压状态，若其间密封不 良，因漏气而使流体平均密度下降，同样造成泵无法良，因漏气而使流体平
21、均密度下降，同样造成泵无法 吸上液体，这一现象称吸上液体，这一现象称气缚气缚离心泵启动时为什么要先灌泵？离心泵启动时为什么要先灌泵？根据根据尽管压头尽管压头He为定值，若为定值，若很小，很小，则则很小，将不能使液很小，将不能使液体吸入泵内，启动前灌泵，目的使泵内充满液体，赶走空气。体吸入泵内，启动前灌泵，目的使泵内充满液体，赶走空气。为为了了使使启启动动前前泵泵内内充充满满液液体体，在在吸吸入入管管道道底底部部装装一一底底阀阀。此此外外，在在离离心心泵泵的的出出口口管管路路上上也也装装一一调调节节阀阀，用用于于开开停停车车和和调节流量。调节流量。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液
22、体说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。保护电机。启动后渐渐开启出口阀。停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出管内的高压水柱倒冲泵壳内叶轮和叶片，以延长泵的管内的高压水柱倒冲泵壳内叶轮和叶片，以延长泵的使用寿命。使用寿命。三、离心泵的特性参数与特性曲线三、离心泵的特性参数与特性曲线 有效压头，低于有效压头，低于 q
23、v实际流量实际流量Pe有效功率有效功率P Pa a 轴功率，由电机输入轴功率，由电机输入 泵总效率泵总效率离心泵的压头取决于：泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）转速 n 流量qV，如何确定转速一定时，泵的压头与流量之间的关系呢？实验测定实验测定FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图离心泵性能曲线实验测定离心泵性能曲线实验测定设备参数：泵的转速：2900转/分额定扬程：20m电机效率：93%传动效率：100%水温：25泵进口管内径：41mm泵出口管内径：35.78mm两测压口之间的垂直距离：0.35m涡轮流量计流量系数：75.78Pressure measurementDr
24、awing the characteristic curves of the pump离心泵的效率：离心泵的效率：离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。这些能量损失包括：水力损失水力损失 摩擦损失：摩擦损失：与流量平方成正比。冲击损失：冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零,在非设计状态下与流量的平方成正比。环流损失：环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。水力效率水力效率K K 容积损失容积损失 原因原因：高压区向低压区泄漏，减少方法减少方法：
25、采用蔽式叶轮等。容积效率容积效率:V泵内液体的泄漏 机械损失机械损失 原因：原因：摩擦损失 机械效率机械效率M泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关小型泵效率，5070%；大型泵效率，90%左右。离心泵的实际压头离心泵的实际压头 离心泵理论压头与实际压头qV一定转速下离心泵特性曲线一定转速下离心泵特性曲线表现：表现：压头与流量的关系压头与流量的关系HeqV效率与流量的关系效率与流量的关系qV功率与流量的关系功率与流量的关系PaqV 通过实验测定通过实验测定 最高效率点：泵的设计工况点，最高效率点：泵的设计工况点，额定点，与该点对应
26、的流量称为额额定点，与该点对应的流量称为额定流量。在该点下操作最为经济。定流量。在该点下操作最为经济。离心泵的离心泵的铭牌铭牌标明参数标明参数注意：特性曲线随转速而变注意：特性曲线随转速而变,故图故图中应标明转数。中应标明转数。各种型号的离心泵都有本身各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点。似，具有共同的特点。注意：一般要求离心泵操作时的效率应不低于最高效率的92%。四四、离心泵特性曲线的影响因素、离心泵特性曲线的影响因素 泵的特性曲线是用泵的特性曲线是用常温清水常温清水进行测定的。化工生产中，进行测定的。化工生产中，所输送的液体是多
27、种多样的，即使采用同一泵输送不同的液所输送的液体是多种多样的，即使采用同一泵输送不同的液体，由于液体的物理性质（如密度粘度）的不同，泵的性体，由于液体的物理性质（如密度粘度）的不同，泵的性能就要发生变化，此外，若改变泵的转速或叶轮直径，泵的能就要发生变化，此外，若改变泵的转速或叶轮直径，泵的性能也会发生变化。此时，泵生产部门所提供的特性曲线，性能也会发生变化。此时，泵生产部门所提供的特性曲线，应当重新进行换算。应当重新进行换算。（一）液体的黏度和密度的影响（一）液体的黏度和密度的影响1、黏度的影响、黏度的影响黏度增大，黏度增大，原因：原因：黏度增大，叶轮内流体流速降低，使流量减小；黏度增大，叶
28、轮内流体流速降低，使流量减小；流体流经泵时的流动摩擦损失增大，使扬程减小；流体流经泵时的流动摩擦损失增大，使扬程减小；叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦损失增大，使所需叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦损失增大，使所需的功率增大。的功率增大。上述结果都使泵效率降低，当上述结果都使泵效率降低，当 时，离心泵的时，离心泵的特性曲线需要换算，可参考离心泵专著。特性曲线需要换算，可参考离心泵专著。大流量的离心泵的粘度换算系数图1804653300880176324.310-6m2/s0.41.02104010080609070503020CCqVCHe0.6qV,s1.2qV,sqV,s/m3.min-1He
29、（单级）/mC CqV CHe 小流量的离心泵的粘度换算系数图120CCqVCHeqV,s/m3.min-1He（单级）/mC CqV CHe 80402010630.040.06 0.080.12 0.160.40.30.21109070503010 0220013206603301768843104.310-6m2/s2 2、液体密度的影响、液体密度的影响同一种液体的密度增大，同一种液体的密度增大，原因：原因：泵的流量由转速和结构确定，与密度无关。泵的流量由转速和结构确定，与密度无关。由离心力产生，离心力正由离心力产生，离心力正比于密度。比于密度。流量，压头与密度无关，所以效率也与密度无关
30、。流量，压头与密度无关，所以效率也与密度无关。可见轴功率增大。可见轴功率增大。所以压头与密度无关。所以压头与密度无关。3 3、转速的影响、转速的影响按按比例定律换算比例定律换算转速改变，离心泵的特性曲线改变。转速改变，离心泵的特性曲线改变。换算条件：换算条件：转速改变前后流体离开叶轮的速度三角形相似，则泵效率相等转速改变前后流体离开叶轮的速度三角形相似，则泵效率相等流量之比流量之比扬程之比：扬程之比：轴功率之比：轴功率之比：流量之比：流量之比：据此可从某一转速下的特性曲线据此可从某一转速下的特性曲线换算出另一转速下的特性曲线换算出另一转速下的特性曲线适用：叶轮转数变化不超过适用：叶轮转数变化不
31、超过20%例例1 1：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100mm，排出管内径为80mm，两侧压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min，以20清水为介质测得以下数据：流量，l/s15泵出口处表压，Pa2.55105泵入口处真空度，Pa 2.67104功率表测得电动机所消耗的功率，kW6.2泵由电动机直接带动，电动机的效率为93%。试求该泵在输送条件下的压头，轴功率和效率。解：（1）泵的压头真空表和压强表所在处的截面分别以1-1和2-2表示，在两截面间列以单位重量液体为衡算基准的柏努利方程式，即：其中 ，（表压），（表压）4qv两表间的管路很短，其间流动
32、阻力可忽略不计，即：故泵的压头为：（2）泵的轴功率：功率表测得的功率为电动机的输入功率，由于泵为电动机直接带动，传动效率可视为100%，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。因电动机本身消耗部分功率，其功率为93%，于是电动机输出功率为：He（3）泵的效率由式知：例例2：确定输送设备的有效功率：确定输送设备的有效功率 例例：如图所示，用泵将河水打入洗涤塔中，喷淋下来后流入下水道，已知管道内径均为0.1m，流量为84.82m3/h，水在塔前管路中流动的总摩擦损失为10J/kg，喷头处的压强较塔内压强高0.02MPa，水从塔中流到下水道的阻力损失可忽略不计，泵的效率为65%，求泵所需的功率。分析：分
33、析：求PaPa=heqm/求he柏努利方程p2=?塔内压强整体流动非连续截面的选取？解解：取塔内水面为截面3-3，下水道截面为截面4-4，取地平面为基准水平面，在3-3和4-4间列柏努利方程：将已知数据代入柏努利方程式得：计算塔前管路，取河水表面为1-1截面，喷头内侧为2-2截面，在1-1和2-2截面间列柏努利方程。式中：将已知数据代入柏努利方程式 泵的功率：五、操作与调节五、操作与调节1、管路特性曲线、管路特性曲线前面讨论的前面讨论的管路特性曲线，表明的是管路中流体流量管路特性曲线，表明的是管路中流体流量与所需补加能量的关系与所需补加能量的关系管路特性方程管路特性方程2、流量调节、流量调节
34、离心泵的实际工作状况（流量、压头）是由泵特性和离心泵的实际工作状况（流量、压头）是由泵特性和管路特性共同决定的。管路特性共同决定的。管路特性方程管路特性方程泵的特性方程泵的特性方程联立求解联立求解（1）离心泵的工作点）离心泵的工作点（即操作点）（即操作点）两两曲线的交点曲线的交点 离心泵工作点He-qV 曲线H-qV 曲线HHMMdcPqV,MqVM点所对应的流量qV和压头H表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的A点移到D点，流量由qVA降到qVD；离心泵节流调节时工作点的变化qV,AqVqV,D(阀门上阻力损失变化)
35、，节流，多消耗在阀门上能量节流，多消耗在阀门上能量:（2）流量调节）流量调节a a、节流法节流法 阀门开度控制阀门开度控制增大增大K值值但方便灵活但方便灵活改变管路特性曲线改变管路特性曲线当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，流量加大优点：调节迅速方便，流量可连续变化；缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。适用适用：流量调节幅度不大，须经常调节的地方。b b、支路法支路法 若把泵的转速降至n n，则H qV线下移，工作点移至M,流量减小到qVM优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采
36、用。改变转速时工作点的变化EnnMMH-qVHHMH-qVHMqV,MqVqV,M适用：适用：流量变化幅度大的场合。改变泵的特性曲线，改变泵的特性曲线，管路特性不变。管路特性不变。若把泵的转速提高：则H qV线上移，工作点上移，流量加大3、组合操作、组合操作（1 1）并联）并联单单台泵台泵不能满足输送任务要求可采用多台不能满足输送任务要求可采用多台泵的并联和串联泵的并联和串联两泵两泵型号相同，吸入管路相同型号相同，吸入管路相同在在同一压头下，两台并联泵的同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍流量等于单台泵的两倍并联泵的流量并联泵的流量q qV V并并和压头和压头HeHe并并由由并联泵并联
37、泵的的合成合成特性曲线特性曲线与与管路特性曲线管路特性曲线交点决定交点决定并联泵合成特性曲线作图并联泵合成特性曲线作图在同一压头纵坐标上某一点作在同一压头纵坐标上某一点作水平线交单泵曲线，延长该线使水平线交单泵曲线，延长该线使之之2倍，得到一新坐标点。倍，得到一新坐标点。重复操作得若干坐标点，连线（红）重复操作得若干坐标点，连线（红）A线线泵特性曲线泵特性曲线C线线管路特性曲线管路特性曲线B线线 组合操作曲线组合操作曲线两台两台并联泵并联泵的的合成特性曲线合成特性曲线按同一压头下两台并联泵流量按同一压头下两台并联泵流量是单泵两倍的原则取点的坐标是单泵两倍的原则取点的坐标由图可见：合成曲线与原管
38、路曲线由图可见：合成曲线与原管路曲线交于新工作点交于新工作点泵合成特性曲线改变泵合成特性曲线改变 在相同压头下，流量加倍。HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作管路特性曲线不变管路特性曲线不变并联泵的工作点并联泵的工作点*并联泵总流量和总压头；*流量增加不到原来单泵的两倍；原因：原因：管路存在阻力损失。并联泵效率并联泵效率 等于单泵在qV,单现时的工作效率(b点处)。HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作qV,单原（2 2）串联）串联在同一流量下，两台在同一流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍串联泵的压头为单台泵的两倍串联泵的流量串联泵的流量q qV V串串 和压
39、头和压头HeHe串串由由串联泵串联泵的的合成合成特性曲线特性曲线与与管路特性曲线管路特性曲线交点决定交点决定两台两台串联泵串联泵的的合成特性曲线合成特性曲线按同一流量下两台串联泵的压头按同一流量下两台串联泵的压头是单泵两倍的原则取点的坐标是单泵两倍的原则取点的坐标串联合成特性曲线作图串联合成特性曲线作图在同一流量横坐标上某一点作在同一流量横坐标上某一点作垂线交单泵曲线，延长该线使垂线交单泵曲线，延长该线使之之2倍，得到一新坐标点倍，得到一新坐标点M。重复操作得若干坐标点，连线重复操作得若干坐标点，连线（红红）由图可见：合成曲线与原管路曲线交于新工作点由图可见：合成曲线与原管路曲线交于新工作点M
40、泵的合成特性曲线改变泵的合成特性曲线改变 相同流量下，压头加倍。泵型号相同，首尾相连。管路合成特性曲线不变管路合成特性曲线不变HqVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作c串联泵的工作点串联泵的工作点 *串联泵的总流量和总压头；*压头增加不到原来单泵的两倍。串联泵效率串联泵效率 等于单泵在qV,单现（即qV,串）时的工作效率(b点处)。qVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作cH单原qV,单原（3 3）离心泵组合方式的选择）离心泵组合方式的选择应采用串联操作应采用串联操作原因：原因：并联泵压头不够大。实际情况多数属于单泵可以输液，只是流量达不到指定要求。串、并联都满足时，串、并联都满足时，应
41、根据管路特性选择应根据管路特性选择qV单qV单 截距截距K()大于单泵提供的最大扬程大于单泵提供的最大扬程主要应根据组合后作为一个新泵的合成特性曲线与主要应根据组合后作为一个新泵的合成特性曲线与管路特性曲线比较确定，管路特性曲线比较确定，一般化工企业高阻管路较多。一般化工企业高阻管路较多。低阻输送管道，低阻输送管道，采用并联优于串联，采用并联优于串联 高阻输送管道，高阻输送管道，采用串联适合，采用串联适合，上面介绍的是两台型号相同的离心泵的串、并联操作。上面介绍的是两台型号相同的离心泵的串、并联操作。现在提出两个问题：现在提出两个问题：三台或三台以上离心泵的串或并联操作三台或三台以上离心泵的串
42、或并联操作时的流量、扬程如何确定？时的流量、扬程如何确定？如果两台型号不同的离心泵能否串或并联操作？和两台型号如果两台型号不同的离心泵能否串或并联操作？和两台型号相同的串、并联操作问题是否有区别？相同的串、并联操作问题是否有区别？解答：解答：三台或三台以上泵的串、并联操作问题与两台的类似。三台或三台以上泵的串、并联操作问题与两台的类似。若为三台并联，则并联泵的合成特性曲线的横坐标为单台泵的若为三台并联，则并联泵的合成特性曲线的横坐标为单台泵的三倍，而纵坐标不变。三倍，而纵坐标不变。若为三台串联，则串联泵的合成特性曲线的纵坐标为单台泵的若为三台串联，则串联泵的合成特性曲线的纵坐标为单台泵的三倍，
43、而横坐标不变。三倍，而横坐标不变。两台型号不同的离心泵能够串或并联操作。以两台型号不同的离心泵的并联操作为例：按并联泵特点，即同一扬程下，并联泵系的流量为单泵之和，作出合成特性曲线，在HqV图上纵坐标不变，横坐标相加。由图可见，当qV=0 qVA，与泵无同一扬程，只有当qV qVA后，两泵才有相同的扬程。图中M为并联的工作点。qVAqV接下来提出三个问题供课后讨论：在流量qV=0 qVA段，并联系的合成曲线怎样作？泵有无液体流出？在流量qV=0 qVA段，如泵无液体流出，那么，泵输出的液体是否会反作用于泵的泵体，冲击叶轮使泵反转？如果上述使泵反转有可能，不同型号泵并联使用时，安装与操作上应采取
44、什么措施？作业：作业：P95 3、4、7、8六、泵的安装六、泵的安装1、汽蚀现象汽蚀现象若若p p1 1 低于液体的饱和蒸汽压，液体部分会发生汽化低于液体的饱和蒸汽压，液体部分会发生汽化11汽蚀汽蚀部分液体汽化引起部分液体汽化引起与泵的安装高度有关与泵的安装高度有关可以输液，损坏泵可以输液，损坏泵气缚气缚由于泵的密封不良漏气造成由于泵的密封不良漏气造成 与泵的本身质量有关与泵的本身质量有关不能输液不能输液汽蚀与气缚比较：汽蚀与气缚比较：由由离心泵的工作原理可知，在离心泵的叶轮中心（叶片入口处，离心泵的工作原理可知，在离心泵的叶轮中心（叶片入口处，即即KKKK处处）形成低压区，是最易汽化之处。一
45、旦有汽化现象，含气）形成低压区，是最易汽化之处。一旦有汽化现象，含气泡的液体进入叶轮后，因压强升高，气泡凝聚，产生局部真空，周泡的液体进入叶轮后，因压强升高，气泡凝聚，产生局部真空，周围液体的高速补充，造成冲击和振动，以及氧气对金属的化学腐蚀，围液体的高速补充，造成冲击和振动，以及氧气对金属的化学腐蚀，其结果导致叶片过早损坏，这种现象称为泵的其结果导致叶片过早损坏，这种现象称为泵的汽蚀汽蚀。汽蚀时叶轮内缘叶片背面示意图容易发生气蚀的K处假如：pKpv(t)，pv(t)被输液温度t时的饱和蒸汽压，则液体发生汽化产生汽泡，汽泡随同液体从低压区流向高压区，在高压的作用下迅速凝聚或汽泡破裂，与此同时，
46、汽泡周围的液体会以极高的速度冲向原汽泡所占据的空间，在冲击点处可形成高达几万kpa的压强，冲击频率可高达每秒几万次之多，若当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击叶片，侵蚀叶片和叶轮，这种不正常现象称为汽蚀现象。汽蚀产生的条件：叶片入口附近K处的压强PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压汽蚀发生的位置汽蚀发生的位置：叶轮内压力最低处(叶轮内缘,叶片背面 K处)汽蚀产生的后果：汽蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。汽蚀时叶轮内缘叶片背面示意图
47、容易发生气蚀的K处2、临界汽蚀余量、临界汽蚀余量NPSHC与必需汽蚀余量与必需汽蚀余量NPSHr11 为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头与动压头之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头 的一个最小值，其差值为临界富余压头。称为临界汽蚀余量NPSHC，m（液柱）。1 11 1截面与截面与KKKK截面截面：，泵内刚汽蚀时泵内刚汽蚀时(液体饱和蒸汽压）液体饱和蒸汽压）设汽蚀发生临界条件下设汽蚀发生临界条件下泵入口处机械能与液体汽化时泵入口处机械能与液体汽化时的势能的差值的势能的差值由此可见由此可见：11 关于关于(NPSH)c（Net Positive Suction Head）*泵抗
48、汽蚀能力的参数 *(NPSH)c，则泵抗汽蚀能力。*(NPSH)c=f(泵结构、流体种类、流量)但如果流量一定且流动进入阻力平方区，则但如果流量一定且流动进入阻力平方区，则NPSHC只与泵的结构尺寸有关，抗汽蚀性能参只与泵的结构尺寸有关，抗汽蚀性能参数，通过实验测定。数，通过实验测定。流量，则(NPSH)c，泵抗汽蚀能力 所以，计算(NPSH)c必须在最大流量下进行。当，泵可正常工作，当，泵可正常工作，即即实际汽蚀余量实际汽蚀余量 NPSH=实际气蚀余量实际气蚀余量 必需气蚀余量必需气蚀余量 +0.5+0.5米米即：即：NPSHNPSHr+0.5米米NPSHr=NPSHC+0.3米米 必需气蚀
49、余量，可以查图得到必需气蚀余量，可以查图得到列入原产品样本列入原产品样本NPSHr=NPSHC+米米为了保证离心泵能够正常、安全的工作，根据有关标准：为了保证离心泵能够正常、安全的工作，根据有关标准：含汽蚀余量的离心泵特性曲线H qVNPSHr qVP qV qVHqV3、最大安装高度与最大允许安装高度、最大安装高度与最大允许安装高度当泵的安装位置达到某一极限高度时，刚好发生汽蚀当泵的安装位置达到某一极限高度时，刚好发生汽蚀现象，这一极限高度称为泵的最大安装高度。现象，这一极限高度称为泵的最大安装高度。通常将减去通常将减去一定量一定量作为安装高度的上限称作为安装高度的上限称为最大允许安装高度。
50、为最大允许安装高度。求算：求算：在在00及及KK截面间列机械能衡算式截面间列机械能衡算式11在计算泵的在计算泵的 必须以使用过程中可能达到的必须以使用过程中可能达到的最大流量最大流量进行计算。进行计算。讨论：讨论：影响影响Hg的因素的因素(如何避免汽蚀现象的发生如何避免汽蚀现象的发生)Hg越大越有利于使用越大越有利于使用根据根据即即压差要大压差要大p0 及及p1，但是但是p1Pv，否则会发生汽蚀否则会发生汽蚀Hg动能要小动能要小即即u1，一般一般d吸吸d出出，以减小，以减小u1摩擦损失要小摩擦损失要小Hf，0-1，尽量少用管件阀门尽量少用管件阀门11方法：方法：应尽可能减小泵吸入管段阻力注意：