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1、第二章流体输送机械 1流体输送机械：为流体提供机械能的机械设备。作用：将流体由总比能低处送到总比能高处，或克服流体流动阻力。按输送流体性质不同分类：泵：输送液体的机械，如正位移泵、离心泵等；压缩机或风机：输送气体的机械。化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的流量和压强的要求。流体输送系统包括：流体输送管路、流体输送机械、流动参数测控装置。23、流体动力式泵：利用流体高速喷射时动能或静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。如喷射泵、虹吸泵等。一、分类流体输送机械按其工作原理分：1、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。其流量平均，也可到达较高的压力。如离心泵（化工
2、中用泵90%以上为离心泵）、旋涡泵、轴流泵等2、容积式（或叫正位移）泵：利用活塞或转子的运动改变工作室容积、周期性地挤压流体使之获得动能或静压能，优点：容易获得高压。如往复泵，齿轮泵，螺杆泵等。第一节 液体输送机械3主要由吸入管、排出管和泵体组成。泵体的主要部件为叶轮和泵壳，叶轮主要起做功的作用，而泵壳为蜗壳形，截面逐渐扩大，导致流速减小从而使液体的压力上升。此外还有泵轴、导轮、密封和平衡装置。二、离心泵1、结构和主要部件4离心泵的主要结构（1）叶轮通常由68片（最多12片）后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并放在泵壳内；是离心泵的关键部件。作用：将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静
3、压能和动能均有所提高。分类：A：敞式叶轮没有前、后盖板；结构简单，清洗方便；但是液体易发生倒流，效率较低；适合于输送浆液和含有固体悬浮物的液体，不易堵塞。5B：半蔽式叶轮吸液口一侧无盖板，而在另一侧有后轮盖。结构简单，但效率也较低；适用于输送悬浮液。6C：蔽式叶轮有前后轮盖；结构较复杂，造价较高；效率较高，适于输送清洁流体；应用广泛。7叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种：传递机械能的主要部件，转动时承受很大的扭矩。悬臂式：用于小型离心泵；将叶轮固定在泵轴的一端，并通过键或者叶轮与泵轴的螺栓连接来传递扭矩。单梁式：用于大型离心泵或多级离心泵；将叶轮固定在泵轴的中间，主要用平键来传递扭矩
4、（2）泵轴8（3）泵壳沿叶轮旋转方向，泵壳与叶轮之间形成一个截面逐渐扩大的通道，出口截面最大。从叶轮四周甩出的高速液体在通道内逐渐降低速度，既可将液体的大局部动能转换为静压能，从而提高液体的压力，又可减少液体因流速过大而引起泵体内部的能量消耗作用：封闭叶轮，以便使叶轮吸入和排出液体；聚集液体，转换能量。吸入口：位于泵壳中央，与吸入管相接，装有底阀防止液体倒流；排出口：位于泵壳外缘，切线方向。9(4)导轮导轮上叶片弯曲方向与叶轮上叶片的旋转方向相反，其弯曲角度恰好与液体从叶轮流出的方向相适应。作用：使高速液体流过时，能均匀而平缓地降低流速，调整流向，减少机械能损失。10（5）轴封装置泵轴与泵壳间
5、的密封，分为填料密封和机械密封作用：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。填料密封：又称填料函，或者盘根箱，一般采用浸油或涂石墨的石棉绳等作为填料。简单易行，但维修工作量大，容易泄漏；不适用于易燃，易爆，有毒或者贵重液体的输送。填料套填料环填料 填料压盖双头螺栓 螺母11机械密封：又称端面密封，结构复杂，精度要求高，价格贵，装卸和更换零件不便；但密封性能好，寿命长，功率消耗小，平安性好。动环 静环 弹簧由装在轴上的动环6和固定在泵壳上的静环7所组成，两环的接触端面随泵的运转做相对运动时，借助弹簧力的作用相互紧贴而起密封作用。12（6）轴向推力平衡装置产生原因：单吸式离心泵，
6、叶轮前后轮盖面积不等，受力不同，将叶轮推向吸入口一侧。平衡孔：叶轮后轮盖上开孔；平衡管：泵壳上的接管通到泵的吸入口；平衡盘：用于多级离心泵，设在最后一级叶轮的后面。13解决方法：14液体离开叶轮进入蜗壳后在蜗壳的约束下继续沿切向流动，由于蜗壳流道逐渐扩大，流体速度不断下降，因而其动能减小，静压能增加，使液体压力上升，最后沿切向流出蜗壳进入排出管路。而泵内流体在叶轮中心入口处由于加速而减压，叶轮中心处形成真空，使外面液体在大气压下进入泵。2、离心泵的工作原理液体由叶轮中心处进入离心泵，随着叶轮高速旋转，并在离心力作用下沿着叶片之间的通道向外缘运动，速度不断增加，机械能不断提高直至到达外缘。153
7、、离心泵的主要性能参数（1）流量Q：泵的送液能力，指泵单位时间实际输出的液体量，单位m3/s,m3/h，取决于泵的结构、尺寸和转速。（2）压头H：又叫扬程，指离心泵对单位重量的液体所提供的能量，单位为J/N或m液柱。取决于泵的结构、转速和流量 Hf,1-2016（3）功率有效功率：Ne=QHg=weW轴功率：N=Ne/电动机功率：轴功率除以传动效率，传动效率96%（4）效率反映离心泵运转过程的能量损失容积损失：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隙或从平衡孔泄漏返回到叶轮入口处的低压区造成能量损失。解决方法：使用半蔽式和蔽式叶轮。蔽式叶轮容积损失量小，但叶轮内流道易堵塞，
8、只适宜输送清洁液体。开式叶轮不易堵塞，但容积损失大故效率低。半蔽式介于二者之间。17解决方法：蜗壳的形状按液体离开叶轮后的自由流动轨迹螺旋线设计，可使液体动压头转换为静压头的过程中能量损失最小。水力损失：进入离心泵的黏性液体在流动过程中由于叶片间的环流和摩擦阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。18在蜗壳内安装固定导轮和采取后向叶片均可减少水力损失，提高水力效率。机械损失：泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。解决方法：保持轴承润滑，保持填料压盖松紧适度。泵的总效率：=QHM小泵：0.50.7，大泵：可达0.9效率与流量有关，额定流量：泵在最高效率时的流量4、
9、离心泵的特性曲线及其影响因素（1）特性曲线：描述压头、轴功率、效率与流量关系（HQ、NQ、Q）的曲线。对实际流体，这些曲线尚难以理论推导，而是由实验测定。HN离心泵的特性曲线反映了泵的基本性能，由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。1920离心泵性能曲线测试实验21HN22HQ曲线代表的是在一定转速下流体流经离心泵所获得的能量与流量的关系，是最为重要的一条特性曲线。曲线特点：扬程H 随流量Q 的增加而下降。HQ 曲线有的离心泵在小流量时有驼峰，即同一压头下有两个不同的流量，在驼峰附近操作时泵工作不稳定，压头损失大，效率低，故一般不应在此区域内操作。NQ 曲线HN23轴功
10、率 N：随流量增加而增大，流量为0时轴功率最小，但不为0（泵启动时要关出口阀，使起动电流减小以保护电机。）。有效功率Ne：流体从泵获得的实际功率，可直接由泵的流量和扬程求得 随流量增大，泵的效率曲线出现一极大值即最高效率点，在与之对应的流量下工作，泵的能量损失最小。Q 曲线HN离心泵铭牌上标出的 H、Q、N 性能参数即为最高效率时的数据，称为“最正确工况参数”。一 般 将 最 高 效 率 值 的 92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。24（2）影响离心泵特性的因素由制造厂提供的离心泵的特性曲线是在一定转速下用20的清水为工质实验测定的。假设输送的液体性质与此相差较大时，泵的特性曲
11、线将发生变化，应加以修正。理论分析说明,流量和压头与液体密度无关，说明离心泵的HQ 曲线不随液体密度而变，Q 曲线也不随液体密度而变。离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即 NQ 曲线要变。注意：叶轮进、出口的压差 p 正比于液体密度。液体密度的影响25泵启动前空气未排尽或运转中有空气漏入，使泵内流体平均密度下降，导致叶轮进、出口压差减小。会使泵入口处的真空度减小、吸入流量下降。严峻时泵将无法吸上液体。因此：离心泵启动之前要进行“灌泵”，防止泵不能产生足够压差吸入液体，产生“气缚”现象，俗称“不上量”。解决方法：离心泵工作时、尤其是启动时一定要保证液体连续的条件。可采用设置底阀、启动前
12、灌泵、使泵的安装位置低于吸入液面等措施。液体黏度的影响液体黏度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，HQ、NQ、Q 曲线都将随之而变。液体运动黏度 2010-6m2/s时影响不大，超过此值则应进行换算。有关手册上给出了不同条件下通过实验得到的换算系数。叶轮转速的影响改变叶轮转速来调节离心泵的流量是一种节能的操作方式。叶轮转速的改变将使泵内流体流动状态发生改变，其特性曲线随之而变。离心泵的比例定律27用于换算转速变化在20%范围内离心泵的特性曲线，其准确程度是工程上可接受的。注意：由已知特性曲线上的一点（Q,H），通过比例定律式仅可求得与之对应的一个点（Q,H），要得新的特性曲线，需对诸
13、多点进行换算。与转速的影响类似，有离心泵切割定律在叶轮直径变化不超过20%时适用改变叶轮几何参数，例如对叶轮圆周进行少量车削、对叶片出口角进行锉削、封闭对称叶片间的流道等，这些措施都会使泵的特性曲线发生改变。叶轮直径的影响28【例】用清水测定某离心泵的特性曲线。管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa(表压)，泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试确定与泵特性曲线相关的其它性能参数以真空表和压力表两测点为1，2截面列柏努力方程，有解：泵特性曲线性能参数有：流量Q、压头H、轴
14、功率N和效率。流量和轴功率已由实验直接测出，需计算压头和效率。29假设略去Hf1-2及动压头变化，则该流量下泵的压头对应的泵的效率为对应的泵的有效功率为调节流量，并重复以上的测量和计算，则可得到不同流量下的特性参数，绘制特性曲线。305、离心泵的气蚀现象与安装高度由离心泵的工作原理可知，当叶片间的液体从高速旋转的叶轮中甩出后，在叶轮入口附近形成低压区。研究说明，从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的，叶轮内缘处的叶片背侧是泵内压强最低点。31（1）汽蚀现象当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时局部液体将汽化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间
15、真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230以上。病症：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片外表产生一个个凹穴，严峻时成海绵状而迅速破坏。防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，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压pv。32汽蚀现象实验33（2）离心泵的安装高度34离心泵的安装高度是指离心泵入口与贮槽液面间的垂直距离Hg对1-1和0-0截面列柏努方程 临界汽蚀余量(NPSH)c对泵入口1-1截
16、面和叶轮入口2-2截面列柏努方程 在一定流量下，当p2=pv 时，汽蚀发生，令此时的p1为p1,min，则上式表示，在离心泵内刚发生汽蚀时的临界条件下，离心泵入口处，液体的静压头与动压头之和与液体在操作温度下的饱和蒸气压头之差，等于叶轮入口处动压头与泵入口处到叶轮入口处的压头损失之和，将上式定义为临界汽蚀余量(NPSH)c：即：为防止气蚀现象发生，离心泵入口处压力p1必须大于p1,min，此时，泵入口处的静压头与动压头之和必须比被输送液体的饱和蒸气压头大一定的数值，此数值称为离心泵的有效汽蚀余量，以符号(NPSH)a表示，即35必须汽蚀余量(NPSH)r为确保离心泵的正常工作，有关标准规定，将
17、实验则得的(NPSH)c加上一定的平安余量作为离心泵的必须汽蚀余量(NPSH)r，列于离心泵产品样本中。将必须汽蚀余量再加上0.5m以上的平安余量作为泵的有效汽蚀余量，即离心泵的安装高度Hg为离心泵的安装高度，随着Hg增加，(NPSH)a下降，当其值减至(NPSH)r时，泵运行接近不正常，此时Hg为离心泵的允许安装高度。实际安装时为平安计应再降低0.5-1m。36说明由上式可以看出，减少吸入管路的阻力Hf,0-1，可提高泵的安装高度，因此，一般不在泵的吸入管路上设置阀门来调节流量，且离心泵的入口管径都大于出口管径。液体温度越高，饱和蒸汽压pv 就越高，允许安装高度Hg则越低。在输送较高温度的液
18、体时尤其要注意安装高度。(NPSH)r与流量有关，且随流量的增加而增加。因此，在计算离心泵的实际安装高度时，必须以离心泵使用过程中的最大流量进行计算。(NPSH)a从样本查取，由生产商以20的清水测定。在使用条件不同时需加以校正。37【例】用转速为1850转/分的50WG型离心杂质泵将温度为20，密度为1080kg/m3的钻井废水从敞口沉砂池送往一处理池中，泵流量为22.0m3/h。由泵样本查得在该流量下泵的有效汽蚀余量为5.3m。受安装位置所限，泵入口较沉砂池液面高出了2.5m。试求：(1)泵吸入管路允许的最大阻力损失为多少？(2)假设泵吸入管长为20m(包括局部阻力当量长度)，摩擦系数取0
19、.03，泵入口管直径至少应为多大？解：(1)在泵安装高度和管路流量一定的条件下，为防止汽蚀发生，泵吸入管路允许的最大损失为：38查得20水的饱和蒸汽压Pv=2.34kPa，故吸入管路允许的最大阻力损失为（2）由 当Hf 0-1=1.93m时，对应的管径为允许的最小管径397、离心泵的工作点与流量调节（1）管路特性曲线对任一个包含流体输送机械在内的管路系统，柏努利方程表达了从输送起点（低机械能点）截面1-1到目标点（高机械能点）截面2-2之间流体的能量转换关系。单位重量流体为基准的柏努利方程式中各项单位为m流体柱，其中He=we/g，Hf,1-2=hf,1-2/g。管路特性曲线方程40令z=z2
20、-z1，p=p2-p1，一般(u22-u12)/2g=0，则式中，A：由端点情况决定，B：由管路情况决定表述管路系统输送流体的流量与所需机械能的关系。41管路特性曲线：代表管路特性方程的曲线。对 给 定 的 管 路，（p/g+z）固定不变，所以B 值代表了管路系统的阻力特性。高阻管路 B 值大，如图中曲线2所示，曲线更陡峭，说明完成同样的流体输送任务需要提供更大的扬程。42根据工作点的位置，可以判断泵的工作状态是否在高效区域内。泵的操作调节对应着工作点的移动，多台泵的组合安装则需要确定组合泵系的HQ 关系曲线。（2）离心泵的工作点 当安装在一定管路系统中的离心泵工作时，泵输出的流量即为管路的流
21、量，泵提供的扬程即为管路所要求的压头。离心泵的工作点：泵的扬程曲线(HQ 线)与管路特性曲线(HeQ 线)的交点（a点）。43（3）离心泵的流量调节工厂操作中经常要遇到对离心泵及其管路系统进行调节以满足工艺上对流体的流量和压头的要求，实际上这对应着改变泵的工作点位置。改变管路特性曲线：改变管路流动阻力（如阀门开度），管路特性曲线将发生相应的变化。关小阀门，管路阻力增加，管路特性曲线由1移至1，工作点由a上移至a，流量由V 减少为V。该调节方法的主要优点是操作简单，但管路上阻力损失大且可能使泵的工作点位于低效率区，因此多在调节幅度不大但需经常调节的场合下使用。44改变泵HQ 特性曲线：将叶轮转速
22、由 n 调节到n 或n，根据离心泵的比例定律式，泵的H-Q曲线会有相应的改变。该调节方法能量利用率更高，随着电机变频调速技术的推广，在大功率流体输送系统中应用越来越多。视转速增加或减少、泵的H-Q 特性曲线上移或下移，工作点相应移动到a或a，流量与压头发生相应改变而并不额外增加管路阻力损失，离心泵仍在高效区工作。改变叶轮直径也可改变泵的HQ 特性曲线，不额外增加阻力损失，泵仍在高效区工作，能量利用率高；需额外备用多个叶轮。45【例】如图，用一离心泵从露天贮水罐向一设备输送密度为1000kg/m3的水，设备内液面上方压力为0.1MPa（表），输送管线规格均为573.5mm钢管，管路总长（包括所有
23、当量长度）为300m，摩擦系数=0.025可视为常数，管路中有一截止阀，阀 两 侧 接 一 倒 装 U形 管 压 差 计，已 知 泵 的 特 性 曲 线 为：H=32.27-2.202106Q2（式中：H为扬程，m；Q为流量，m3/s）。（1）列出管路特性曲线方程；（2）求管路内水的流量；（3）泵的扬程和泵的有效功率；（4）假设管路中截止阀的局部阻力系数=6.4，试求压差计的读数R。解：（1）以地面为高度基准面，水罐液面为11截面，设备内液面为2-2截面，列1-1截面到2-2截面间的柏努利方程已知，z1=5,u1=0,p1=0（表压）,z2=11m,p2=0.1MPa,u2=0m/s，管路中流
24、体流速与流量的关系为代入柏努利方程得到管路特性曲线方程（2）将管路特性曲线方程与泵的特性曲线方程联立H=32.27-2.202106Q2解得Q=0.00196m3/s（3）管内平均流速为（4）截止阀处的阻力损失为R=3.2/9.81=0.326m 8、离心泵的并联和串联有大幅度调节要求时，可以采取多泵组合安装的方式。将组合安装的离心泵视为一个泵组，根据并联或串联工作的规律，可以作出泵组的特性曲线，据此确定泵组的工作点。与单台泵在同一管路中的工作点1相比，并联管组不仅流量增加，压头也随之有所增加，因为管路阻力损失增加。49并联操作：目的：满足流量需求大或短时间需增加流量的要求。特点：泵在同一压头
25、下工作，泵组的流量为该压头下各泵对应的流量之和。同一管路系统中并联泵组的输液量并不能到达两台泵单独工作时的输液量之和。串联操作：目的：增大压头。特点：泵送流量相同，泵组的扬程为该流量下各泵的扬程之和。与同一管路中单台泵工作点1相比，串联泵组不仅提高了扬程，同时还增加了输送量。正因为如此，在同一管路系统中串联泵组的扬程不能到达两台泵单独工作时的扬程之和。50并联操作时Q曲线不变；总效率与每台泵效率相同，即工作点2对应效率；单台操作时，效率为1点对应效率。并联数越多流量增率越低，多台泵并联无实际意义。9、离心泵的类型与选用 离心泵类型清水泵（IS、D、Sh型）广泛用于工矿企业、城市给排水和各种水利
26、工程，也可用于输送各种不含固体颗粒的、物理化学性质类似于水的介质。单级单吸式离心清水泵，系列代号为“IS”，结构简图如下：化工生产中常用清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、液下泵、屏蔽泵等。51假设需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵假设需要的流量很大，则可选用Sh双吸式离心泵IS型水泵：单级单吸悬臂式IS8065160 A吸入口直径80mm叶轮经过切割的次数排出口直径65mm单级单吸悬臂式的系列代号IS型水泵型号说明叶轮名义直径160mm52清水泵DFW 型卧式离心泵IS型单级单吸离心泵ISG 型管道离心泵53541泵体；2泵盖；3叶轮；4泵轴；5密封环；6轴套；7轴承；8连轴器假设需要的流量
27、很大，则可选用Sh双吸式离心泵55S 型单级双吸离心泵KSY 双吸中开式离心泵S、SA、SH型单级双吸中开式离心泵56CQ 型磁力驱动泵IH 型化工泵耐腐蚀泵（F型）：输送腐蚀性化工流体必须选用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。不同材料耐腐蚀性能不一样，选用时应多加注意。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。需要特别注意耐腐蚀泵的密封性能，以防腐蚀液外泄。操作时还不宜使耐腐蚀泵在高速运转或出口阀关闭的情况下空转，以防止泵内介质发热加速泵的腐蚀。57油泵（Y型）：油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y，双吸式为YS。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因
28、此对此类泵密封性能要求较高。输送200以上的热油时，还需设冷却装置。一般轴承和轴封装置带有冷却水夹套。杂质泵（P型）：离心杂质泵有多种系列，常分为污水泵、无堵塞泵、渣浆泵、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，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。DFAY 型卧式输油泵ZW 型自吸式排污58液下泵：液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。由于泵体浸没在液体中，因此轴封要求不高，可用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。YW 型液下式排污泵屏蔽泵：屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机的轴上，并置于同一密封壳体内
29、。可用于输送易燃易爆、剧毒或贵重等严禁泄漏的液体。DFPW 型屏蔽泵59离心泵的选用 流体输送机械的选用原则是先选类型，再选规格。具体选用离心泵时，首先应根据所输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型，而后根据管路系统及输送流量Q、所需压头H 确定泵的型号。所选的泵提供流量Q 和压头H 的能力应比管路系统所要求的稍大。注意：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、使用寿命等多方面因素作出最正确选择。60启动前要盘、灌泵，防止气缚；关闭出口阀启动：防止起动功率过大，烧坏电机，关阀运转不超过3分钟；检查：两表读数是否正常，轴承润滑情况，是否振动过强，泄漏，噪音等
30、；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，以免锈蚀或者冬季结冰冻裂。应采用出口阀调节管路流量。离心泵的操作61三、往复泵 1、往复泵的工作原理结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。泵缸活塞、活塞杆排出口吸入口62往复泵的输出流量解决方法：（1）采用双动泵或多缸并联（2）在往复泵的压出口与吸入口处设置空气室，利用气体的可压缩性来缓冲瞬间流量增大或减小。单动往复泵流量不连续，流量曲线与活塞排液冲程的速度变化规律相一致，是
31、半周正弦曲线。后果：引起流体的惯性阻力损失，增加能量消耗，诱发管路系统的机械振动。632、往复泵的主要性能参数和特性曲线（1）性能参数流量：QT只与泵几何尺寸和n有关，而与H无关；QT取决于活塞扫过泵缸的全部体积。单动泵：QT=活塞面积冲程往复次数=FSn=D2Sn/4双动泵：QT=(2F-f)Sn=(2D2d2)Sn/4实际流量Q：Q=QQT小型泵（Q=0.130m3h-1）：o=0.850.90中型泵（Q=30300m3h-1）：o=0.900.95大型泵（Q300m3h-1）：o=0.950.9964压头：活塞对单位重量流体所作的功，H，单位：m通过活塞将机械能以压力能的形式传给液体功率
32、：Ne=QHgN=Ne/效率：计入容积损失、水力损失和机械能损失的效率;液体在往复泵内的流动情况较离心泵简单，故效率较高，一般=0.70.95。（2）特性曲线：HQ曲线往复泵Q与管路特性曲线无关，所提供H取决于管路情况；只要泵机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就能提供多大的压头；65实际上，由于活塞环、轴封、吸入和排出阀等处的泄漏，往往降低了往复泵可能到达的压头。3、往复泵的安装高度相同点：借助贮槽上方压力与泵内的压力差吸入液体；往复泵的吸上高度随安装地区大气压、输送液体性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有限制。不同点：往复泵内的低压，是靠工作室的扩张来形成的，故在
33、开动前，泵内无须充满液体，即往复泵有自吸作用，启动前不需灌泵。664、往复泵的工作点与流量调节往复泵流量由活塞扫过的体积决定，特性曲线为由于容积损失，平均流量V 在压头较高时会随压头的升高略微减小。结合管路特性曲线，可确定往复泵的工作点（1点）。往复泵的流量与管路特性曲线无关，所提供的压头完全取决于管路情况（具有这种特性的泵称为正位移泵）。在泵出口安装调节阀不能调节流量，且压头随阀门开启度减小而增大。假设出口阀完全关闭则会使泵的压头剧增，一旦超过泵的机械强度或发动机的功率限制，设备将受到损坏。67往复泵的流量调节(1)旁路流程：泵的总流量不变，局部液体经旁路回到泵的进口，减小主管路系统流量。这
34、种调节不经济，只适用于变化幅度小的经常性调节。(2)改变曲柄转速或活塞冲程：带有变速装置的电动往复泵采用改变转速来调节流量是一种较经济且常用的方法。变冲程麻烦。68四、其它化工用泵1、计量泵：又称比例泵。计量泵的传动装置是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距可调，以此来改变柱塞往复的行程，从而到达调节和操作泵的流量的目的。计量泵一般用于要求输液量十分准确或几种液体要求按一定配比输送的场合。YJH系列隔膜计量泵1、电机2、蜗轮蜗杆3、凸轮4、推杆5、膜片6、调节手轮7、排出阀8、吸入阀9、泵头692、隔膜泵：用弹性金属薄片或耐腐蚀性橡皮制成的隔膜将活柱与被输送液体隔开，与
35、活柱相通的一侧则充满油或水。当活柱往复运动时，迫使隔膜交替向两侧弯曲，将液体吸入和排出。QBY型气动隔膜泵隔膜泵因其独特的结构，适宜输送腐蚀性液体或悬浮液。但技术要求高、易损坏、难维修713、齿轮泵：旋转类正位移泵。两齿轮在泵吸入口脱离啮合，形成低压区，液体被吸入并随齿轮的转动被强行压向排出端。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。齿轮泵可产生较高的扬程，但流量小。适用于输送高黏度液体或糊状物料，但不宜输送含固体颗粒的悬浮液。KCB 型齿轮油泵724、螺杆泵：按螺杆的数目，有单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵以及五螺杆泵。螺杆泵的工作原理与齿轮泵相似，是借助转动的螺杆与泵壳上的内螺纹、或
36、螺杆与螺杆相互啮合将液体沿轴向推进，最终由排出口排出。螺杆泵压头高、效率高、无噪音、适用于输送高黏度液体。73齿轮泵和螺杆泵都属于旋转泵 主要部件是泵壳和转子；工作原理与往复泵类似；转子旋转使工作室容积变化吸入和排出液体；又称转子泵，属于容积式泵74特殊的离心泵。叶轮为圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列，叶片数多达几十片。叶轮旋转过程中泵内液体随之旋转的同时，又在径向环隙的作用下屡次进入叶片反复作旋转运动，获得较高能量。5、旋涡泵75液体流量Q小时流道内液体流速u小液体进入凹槽的次数HN同离心泵相比，HQ曲线呈陡降形；NQ变化趋势相反；效率较低；压头H高。76启动前需要灌泵；Q，N；Q=0
37、，N=max。为此全开出口阀启动泵；启动前不能关闭出口阀，且采用旁路阀调节流量。Q小、H高，体积小、结构简单，加工容易，可用耐腐材料制造；但效率较低；适用高H、小Q，不含固粒粘度不大的液体。旋涡泵的操作特点：776、蠕动泵（软管泵）：78五、各类泵的比较和选择泵类型 优点 缺点 使用范围离心泵 结构简单紧凑、造价低、易安装、易维修，流量均匀、易于调节、可输送腐蚀性和悬浮物的液体压头一般不高，没有自吸能力，效率稍低在炼油和石化行业应用广泛往复泵 压头高、流量固定、有自吸能力、效率较高。结构复杂，需要传动机构，振动大，体积大，维修麻烦，造价高适用于压头高、流量较小、输送黏度较大的液体旋转泵 结构紧
38、凑，流量较均匀，其他特点同往复泵一般用于小流量、高压头的场合，适合于高黏度液体的输送79第二节 气体输送机械共性：气、液体为流体，输送机械工作原理相似。特性：气体密度远较液体小，且可压缩。(1)一定质量气体体积大，输送机械体积较大；(2)u气u液。而通常hfu2，因此输送相同的质量流量，气体输送要求压头更高；(3)气体可压缩，在输送时p变化，其V和T随之而变。气体输送机械结构更复杂，影响因素也更多。80输送机械 出口压强（表压）压缩比通风机（Fan）15kPa 11.15鼓风机（Blower）15kPa0.3MPa 0.3MPa 4真空泵（Vacuumpump）大气压 减压抽吸分类：按照终压和
39、压缩比不同81作用气体输送：为克服输送的流动阻力，需要提高气体的压强。产生高压气体：有些化学反响或单元操作需高压，如氨合成、冷冻等，需将气体压强提至几十、几百甚至上千个大气压。产生真空：有些单元操作，如过滤、蒸发、蒸馏等，要在真空下进行，需从设备中抽出气体，以产生真空。82一、通风机（Fan）常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式通风机：排风量大，风压很小，仅用于通风换气，不用于气体输送；离心式通风机应用十分广泛，按其风压可分为：低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa（表压）中压离心通风机：出口风压1.03.0kPa（表压）高压离心通风机：出口风压3.015.0kPa（表压）83
40、（一）离心通风机的基本结构和工作原理机壳断面有方形和圆形两种，一般低、中压通风机多是方形，高压的多为圆形；叶片数多且短，低压通风机的叶片常是平直的，与轴心成辐射状安装；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高压、高效通风机的叶片通常是后弯叶片。1机壳2叶轮3吸入口4排出口84（二）性能参数和特性曲线性能参数风量：单位时间内从风机出口排出的气体体积，并以风机进口处气体的状态计，以Q表示，单位为m3h-1；取决于风机结构、尺寸(叶轮直径与叶片宽度)和转速风压以通风机进口、出口为1、2截面，忽略阻力损失，列柏努利方程：单位体积的气体流过风机时所获得的能量，以pT表示，单位Jm-3=Pa；离心通风机的风
41、压取决于风机的结构、叶轮尺寸、转速与进入风机的气体密度。85空气直接由大气吸入时u10，且(z2-z1)可忽略，则：测定通风机特性曲线的依据动风压 静风压 全风压轴功率和效率：N=QpT/特性曲线由于离心机有全风压和静风之分，所以特性曲线有pTQ，psQ，NQ，Q四条曲线86标定条件为20、1atm、air。假设输送气体条件不同时，应加以换算：当所输送的气体条件与上述试验条件不同时，轴功率应换算为：(三）选型根据柏努利方程式，计算输送系统所需的实际风压pT，并换算成标准条件下的风压pT。根据所输气体性质(如清洁空气，易燃、易爆或腐蚀性气体以及含尘气体等)与风压范围，定风机类型。根据实际风量Q(
42、以风机进口状态计)与实验条件下的风压pT，从风机样本或产品名录中的特性曲线或性能表选择适宜的机号，选择的原则与离心泵相同。879-19D高压离心通风机GY4-73 型锅炉离心通、引风机DKT-2系列低噪声离心通风机B30防爆轴流通风机高温离心通风机88二、鼓风机（Blower）离心鼓风机89单级风机风压低，风压高的离心鼓风机用多级，结构与多级离心泵类似。离心鼓风机气量大，出口风压不高，0.3MPa（表压），即压缩比不大，无需冷却，各级叶轮直径大致相同。多级低速离心鼓风机工作原理：与离心泵相同。90罗茨鼓风机由机壳和腰形转子组成；两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏；改变两转子的旋转方
43、向，则吸入与排出口互换。结构及工作原理91结构简单，无吸入和排出活门，排气连续；制造技术复杂，效率较低；适用于常温、压力不高而流量较大的场合。Q n与出口压无关；出口阀不可全关，旁路调流量；应安装稳压气罐和平安阀；工作温度不超过85，以防转子因热膨胀而卡住；罗茨鼓风机的出口压一般不超过80kPa（表）；出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。说明特点92L6LD 系列L10WDA 系列L4LD 系列3R5WD 系列93三、压缩机（Compressor）往复式压缩机结构和工作原理结构：与往复泵同气缸活塞进气阀排气阀工作原理：靠活塞往复运动和活门交替动作将气体吸入和压出。气体在压缩过程中体积、密度、温
44、度。活塞行程终点与气缸端盖间有一定容积；防止活塞受热膨胀后活塞与气缸盖发生碰撞，方便安装其它部件。“余隙”94往复式压缩机的工作过程工作循环压缩阶段 排气阶段余隙膨胀阶段吸气阶段VP12 34V1V2V3V4P1P295被压缩后气体的温度VP1234V1V2V3V4P1P22 2“12：等温压缩：12：绝热压缩：12“：多变压缩：故：压缩比P2/P1T2;kT2;T2T2”T296余隙系数和容积系数余隙系数：余隙容积V3占活塞一次扫过气缸容积(V1-V3)的分率。容积系数0：吸入气量(V1-V4)占活塞一次扫过气缸容积(V1-V3)的分率VP123456 7 8V1V2V3V4P1P2P2/P
45、1或余隙系数0气缸利用率；恒定，压缩比00时，气缸余隙内的气体从P2膨胀到P1后，充满整个气缸，不能吸入新的气体压缩极限。97多级压缩98采用多级压缩的理由防止排出气体温度过高；提高气缸容积利用率；压缩机结构更为合理。压缩比8，一般采用多级压缩。减少功耗，提高压缩机的经济性；99说明设置级间冷却器，降低被压缩后的气体温度；设置气液别离器别离气体中夹带的润滑油及冷却水；气体被压缩后，P，V气缸直径，壁厚；理论上级数越多，所需功越接近于等温压缩过程的功，但流程复杂，阻力损失。一般采用26级压缩，级压缩比为35；n级压缩，总压缩比P2/P1，每级(P2/P1)1/n，总功每级压缩比相等时，每级所需外
46、功相等，总功最小。100 离心压缩机 又称透平压缩机，主要结构和工作原理与离心鼓风机相似，但有更多的叶轮级数，通常在10级以上，因此可产生很高的风压；由于压缩比较高，气体体积收缩大，温升高，所以压缩机常分成几段，每段又包括假设干级，叶轮直径逐级减小，且在段间设有中间冷却器；101 离心压缩机具有机体体积较小，流量大，供气均匀，运动平稳，易损部件少和维修较方便等一系列优点；但制造精度要求极高，否则，在高转速情况下将会产生很大的噪音和振动；离心式压缩机在合成氨工业和石油化工中有很多应用，其压强可达几十MPa，流量可达几十万m3h-1。102四、真空泵（Vacuum Pump）水环真空泵由圆形泵壳和
47、有辐射状叶片的叶轮组成，叶轮偏心安装。泵内装一定的水，叶轮旋转时水形成水环，将叶片间的空隙分隔为大小不等的气室，而当气室由小变大时、形成真空吸入气体；当气室由大到小时，气体被压缩排出。103属湿式真空泵，结构简单；旋转局部机械摩擦小，使用寿命长，操作可靠适于抽吸夹带有液体的气体；但效率低，3050%，能造成真空度受泵内介质蒸汽压的限制。特点104旋片真空泵 由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成 泵工作时旋片始终将泵腔分为吸气、排气两个工作室，转子每转一周，完成两次吸、排气过程。105 干式真空泵；适用于抽除枯燥或含有少量可凝性蒸汽的气体，不适宜抽除含尘和对润滑油起化学反响的气体。可达较
48、高的真空度，如能有效操作管路与泵等接口处的空气漏入，且采用高质量的真空油，真空度可达99.99%以上。特点106喷射真空泵 利用工作流体通过喷嘴高速射流产生真空将气体吸入，在泵体内与工质混合后排出；工作流体-蒸汽或液体；结构简单，无运动部件，效率低，工质消耗大。单级可达90%的真空度，多级喷射泵可得更高的真空度。107W 系列水力喷射器CP 型系列喷射泵108绪 论1、三传一反的概念2、研究本学科的基本方法实验研究法（经验法）数学模型法（半经验半理论的方法）3、研究单元过程的基本工具物料衡算能量衡算系统的平衡关系过程速率109第一章 流体流动1、连续介质假定2、流体的黏性3、压强的表示方法注意
49、：单位Pas和mPas4、流体静力学基本方程式110注意使用条件：静止、连续、不可压缩的同一流体5、压差计一般 U 型管压差计倒置 U 型管压差计6、流体流动的基本概念体积流量、质量流量、流速及其换算关系1117、流型与雷诺数层流、湍流的概念及判据雷诺数8、不可压缩流体的连续性方程9、机械能平衡方程式-柏努利方程及其应用(本章重点)112使用柏努利方程解题需注意的几点：(1)画出流动系统的示意图，把有关的数据标注在图上。(2)选取进、出截面，确定衡算范围。(3)为确定流体的位能，须选定基准水平面。(4)柏努利方程式中各物理量必须采用一致的单位。11310、阻力损失的计算计算直管阻力损失的通式层
50、流时湍流时：由因次分析法得到由摩擦系数曲线图查得局部阻力损失计算阻力系数法当量长度法11411、流量测量文丘里流量计：原理、结构、计算式孔板流量计：原理、结构、计算式转子流量计：原理、结构、计算式115第二章 流体输送机械离心泵的结构、工作原理116离心泵的主要性能参数：流量Q、压头(扬程)H、功率、效率离心泵的特性曲线及其影响因素特性曲线：HQ、NQ、Q曲线影响离心泵特性的因素：流体密度、黏度、叶轮转速、叶轮直径一、离心泵气缚现象、气蚀现象、安装高度临界汽蚀余量(NPSH)c有效汽蚀余量(NPSH)a离心泵的允许安装高度离心泵的工作点与流量调节管路特性曲线离心泵的工作点：泵的扬程曲线(HQ