本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)1本章學(xué)習(xí)的目的

本章是流體力學(xué)原理的具體應(yīng)用。通過(guò)學(xué)習(xí)掌握工業(yè)上最常用的流體輸送機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及操作特性，以便根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，合理地選擇和正確地使用輸送機(jī)械，以實(shí)現(xiàn)高效、可靠、安全的運(yùn)行。2本章應(yīng)掌握的內(nèi)容

本章應(yīng)重點(diǎn)掌握離心泵的工作原理、操作特性及其選型。3本章學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，加深對(duì)流體力學(xué)原理的理解，并從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效、安全地實(shí)現(xiàn)流體輸送。9/4/20231本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)1本章學(xué)習(xí)的目的8/2/20231

§3-1概述一、流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的需要將流體由一處輸送到另一處。

1、提高流體的位能；2、提高流體的壓強(qiáng)（靜壓能）3、克服管路上的機(jī)械能損失（阻力損失）。流體輸送機(jī)械是向流體作功以提高流體機(jī)械能的裝置。

一般情況下，流體輸送機(jī)械提供的機(jī)械能是以單位重量流體或單位體積流體為衡量基準(zhǔn)。9/4/20232§3-1概述一、流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用8/2/2二、流體輸送機(jī)械分類1、按輸送流體的類型分

（1）用于輸送液體的機(jī)械稱為泵;

（2）用于輸送氣體的機(jī)械則按其所產(chǎn)生壓強(qiáng)的大小稱為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)。

9/4/20233二、流體輸送機(jī)械分類8/2/202332、按照操作原理分（1）離心式：由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)流體作功，將機(jī)械能傳給流體，流體在離心力作用下，獲得動(dòng)能，經(jīng)轉(zhuǎn)換后提高了靜壓能，被輸送到指定地點(diǎn)。常見的有：離心泵、離心通風(fēng)機(jī)、離心壓縮機(jī)等；（2）往復(fù)式：又稱容積式或正位移式。靠往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞（柱塞）使流體吸入和排出，并將機(jī)械能以靜壓能的形式直接傳給流體。屬于這一類的設(shè)備有：往復(fù)泵、計(jì)量泵、往復(fù)式壓縮機(jī)等；

9/4/202342、按照操作原理分8/2/20234（3）旋轉(zhuǎn)式：此類設(shè)備是靠機(jī)殼內(nèi)一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸入和排出流體。旋轉(zhuǎn)泵又稱轉(zhuǎn)子泵。旋轉(zhuǎn)式輸送設(shè)備的形式很多，工作原理都想同，常用的有：齒輪泵、螺桿泵,羅茨（Rootes）鼓風(fēng)機(jī)及水環(huán)真空泵等；（4）流體作用式：流體流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，這樣就可以利用一種流體的作用—產(chǎn)生壓強(qiáng)或造成真空，而達(dá)到輸送另一種流體的目的，如：噴射泵。9/4/20235（3）旋轉(zhuǎn)式：此類設(shè)備是靠機(jī)殼內(nèi)一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子的旋§3-2離心泵

離心泵是化學(xué)工業(yè)與石油工業(yè)中最為常用的一種液體輸送機(jī)械。這種泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，效率高，流量均勻，適用于輸送有腐蝕性、含懸浮物等性質(zhì)特殊的液體，又適用于水等一般性液體。所以離心泵的應(yīng)用范圍非常廣。swf\001\1-01.swfswf\001\1-32.sw9/4/20236§3-2離心泵

離心泵是化學(xué)

一、離心泵的構(gòu)造與工作原理1、離心泵的構(gòu)造

離心泵的構(gòu)造如下圖所示，主要由兩個(gè)主要部分構(gòu)成：一是包括葉輪和泵軸的旋轉(zhuǎn)部分；二是由泵殼、填料函和軸承組成的靜止部分。（1）葉輪：葉輪是對(duì)流體做功的部件。

①作用：是將原動(dòng)機(jī)如電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能（靜壓能為主）。

葉輪上有4～12片后彎的葉片，葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固在泵軸上，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)而快速旋轉(zhuǎn)

swf\001\1-33.swf9/4/20237一、離心泵的構(gòu)造與工作原理8/2/20237

②類型A.葉輪按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開式三種（開式、半開式、閉式）9/4/20238②類型A.葉輪按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開9/4/202398/2/20239B.按吸液方式不同可將葉輪分為單吸式與雙吸式兩種（單吸、雙吸）9/4/202310B.按吸液方式不同可將葉輪分為單吸式與雙吸式兩種（單吸、to

9/4/202311to8/2/2023119/4/2023128/2/2023129/4/2023138/2/202313

（2）泵殼和導(dǎo)輪：①泵殼：是離心泵的外殼。在泵殼內(nèi)有一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛形通道，故又稱蝸殼。葉輪在泵殼內(nèi)沿著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)，越接近液體出口，流道截面積越大。液體從葉輪外周高速流出后，流過(guò)泵殼蝸形通道時(shí)，流速將逐漸降低，因此減少了流動(dòng)的能量損失，而且使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能。作用：泵殼不僅是匯集由葉輪流出的液體的部件，而且又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，即匯集液體，轉(zhuǎn)換能量。泵殼有兩個(gè)接口。一個(gè)在泵殼的中央，口徑較大，并正對(duì)葉輪中心，此為吸入口，與吸入導(dǎo)管相連；另一個(gè)在泵殼的旁側(cè)，口徑較小，此為壓出口，與壓出導(dǎo)管相連。9/4/202314（2）泵殼和導(dǎo)輪：8/2/202314

②導(dǎo)輪：在葉輪和泵殼之間有時(shí)還裝有一個(gè)固定不動(dòng)且也帶有葉片的導(dǎo)輪，因?yàn)閷?dǎo)輪具有若干逐漸轉(zhuǎn)向和擴(kuò)大的流道，使部分動(dòng)能可轉(zhuǎn)化為靜壓能，可減少能量損失。其作用——引導(dǎo)流體逐漸改變流向，減少離開葉輪的液體直接進(jìn)入泵殼時(shí)因沖擊而引起的能量損失。9/4/202315②導(dǎo)輪：在葉輪和泵殼之間有時(shí)還裝有一個(gè)固定不動(dòng)且也（3）軸封裝置

由于泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)而泵殼固定不動(dòng)，泵軸穿過(guò)泵殼處肯定會(huì)有間隙。所以為了防止泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出或外界空氣漏入泵內(nèi)，必須設(shè)置軸封裝置。

軸封作用—為避免泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出，或防止外界空氣從相反方向進(jìn)入泵內(nèi)。

類型（1）填料密封裝置（2）機(jī)械密封裝置P86-879/4/202316（3）軸封裝置8/2/2023169/4/2023178/2/202317離心泵的主要部件====保證過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)9/4/202318離心泵的主要部件====保證過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)8/2/2023182、離心泵的工作原理

1)離心泵啟動(dòng)前要做兩項(xiàng)準(zhǔn)備工作：

（1）要“灌泵”，即先要向泵殼及吸入管內(nèi)灌滿被輸送的液體，俗稱“灌泵”。以防止“氣縛現(xiàn)象”的發(fā)生；

（2）要先將出口閥門關(guān)上，啟動(dòng)電機(jī)后再將出口閥門打開。這樣是為了使泵在最小功率下啟動(dòng)，以確保電機(jī)安全。9/4/2023192、離心泵的工作原理（1）要“灌泵”，即先要向泵殼及吸入管內(nèi)2）離心泵的工作原理to

離心泵啟動(dòng)后，葉輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，充滿在葉片間的液體，在葉片的推動(dòng)下也跟著旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生離心力。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣的過(guò)程中，獲得能量，并以高速離開葉輪外緣，進(jìn)入蝸形泵殼。由于兩葉片間的流道截面積和泵殼內(nèi)的蝸形流道截面積都是逐漸擴(kuò)大的，因而流速逐漸降低，從而將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的壓強(qiáng)大大提高，由泵的壓出口壓入排出管道，送至需要的場(chǎng)所。9/4/2023202）離心泵的工作原理to8/2/202320

液體在從葉輪被甩向外緣時(shí)，使葉輪中心形成低壓或負(fù)壓，其值低于被吸入的液體液面的壓強(qiáng)（即當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐耐鈮海嗉催_(dá)到一定的真空度。在這個(gè)壓強(qiáng)差的作用下，液體便被連續(xù)不斷地吸入葉輪中，而且只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷的吸入和排出。這樣泵就會(huì)連續(xù)不斷的輸送液體。9/4/2023218/2/202321

3、離心泵的氣縛現(xiàn)象

離心泵輸送液體，是依靠離心力的作用，而離心力的大小除了與葉輪的轉(zhuǎn)速，葉輪的直徑有關(guān)外，還與流體的密度有關(guān)，因此，流體的密度越大，產(chǎn)生的離心力就越大。

離心力：9/4/2023223、離心泵的氣縛現(xiàn)象離心力：8/2/202322

如果在啟動(dòng)前離心泵泵殼內(nèi)和吸入管內(nèi)沒有灌滿被輸送的液體，則其中充滿了空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)比液體的密度小，產(chǎn)生的離心力就小的多，那么貯槽液面上方與泵吸入口處的壓差不夠大，不足以將槽液內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，（這說(shuō)明泵吸入口處的壓強(qiáng)不夠低，或其真空度不夠高）這樣離心泵雖在轉(zhuǎn)動(dòng)，卻不能輸送液體，即空轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為離心泵的“氣縛現(xiàn)象”。這說(shuō)明：離心泵沒有自吸能力。

為了防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，啟動(dòng)前必須先灌泵，運(yùn)轉(zhuǎn)中也要防止氣體漏入。

9/4/202323如果在啟動(dòng)前離心泵泵殼內(nèi)和吸入管內(nèi)沒有灌滿被二、離心泵的主要性能參數(shù)

離心泵的主要性能參數(shù)是指揚(yáng)程、流量、軸功率及效率。1、揚(yáng)程：又稱泵的壓頭，是指單位重量流體經(jīng)泵后所獲得的能量（或泵對(duì)單位重量流體所提供的有效功），用H表示（相當(dāng)于柏氏方程中的He），單位為m。

離心泵的揚(yáng)程取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等）轉(zhuǎn)速和流量。一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。9/4/202324二、離心泵的主要性能參數(shù)8/2/2023242、流量：泵的流量又稱泵的送液能力，是指泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體積，用Q表示，單位為：m3/s，或m3/h。泵的流量也是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。3、功率與效率：泵的功率有軸功率和有效功率。（1）軸功率：是指電動(dòng)機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)直接傳給泵軸的功率，以N表示。單位為：J/s，或者w，kw。（2）有效功率：是指液體實(shí)際得到的功率。用Ne表示。單位同軸功率。9/4/2023252、流量：泵的流量又稱泵的送液能力，是指泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的

液體實(shí)際得到的功率小于軸功率，這是因?yàn)楸迷谳斔鸵后w的過(guò)程中，不可避免地會(huì)有能量損失，故泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)所做的功不能全部都為液體所獲得，這就存在一個(gè)泵的效率問題，泵的效率是反應(yīng)總能量損失的一個(gè)參數(shù)，所以又稱泵的總效率，用表示。

9/4/202326液體實(shí)際得到的功率小于軸功率，這是因?yàn)楸迷谳?/p>

=Ne/N或N=Ne/∵Ne=ws.we,ws=Q,we=Hg,∴Ne=Q.Hg

用該公式時(shí)要注意單位一致，各量統(tǒng)一用SI單位，最后得到的軸功率的單位就是kw。9/4/202327=Ne

三、離心泵的特性曲線

離心泵的主要性能參數(shù)H、N及對(duì)Q的一系列數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)上標(biāo)繪成一組曲線，稱為離心泵的特性曲線，又稱工作性能曲線。此曲線由泵的生產(chǎn)廠家提供，它反映了泵的各性能參數(shù)之間的相互關(guān)系，是分析和選用泵的重要數(shù)據(jù)。各種離心泵的特性曲線不同，但具有如下共同點(diǎn)。9/4/202328三、離心泵的特性曲線8/2/2023289/4/2023298/2/2023294B20型清水泵：4—泵吸入口的內(nèi)徑為4英寸；（4×25=100mm）B—單級(jí)單吸懸臂式離心式水泵；20—泵的揚(yáng)程為20m。9/4/2023304B20型清水泵：8/2/202330

1、揚(yáng)程曲線（H-Q線）

離心泵的揚(yáng)程曲線，反映泵的揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系。從上圖可以看出，離心泵的揚(yáng)程H隨流量Q的增加而逐漸減小。當(dāng)Q=0時(shí)，揚(yáng)程H達(dá)到最大，即H=Hmax,亦即泵空轉(zhuǎn)時(shí)揚(yáng)程最大。2、功率曲線（N-Q線）離心泵的功率曲線，表示泵的軸功率N與流量Q之間的關(guān)系。泵的軸功率N隨流量Q的增加而增加。當(dāng)Q=0時(shí)，軸功率最小，即N＝Nmin。所以在泵啟動(dòng)以前要關(guān)閉出口閥門，使泵在最小功率下啟動(dòng)，以確保電機(jī)啟動(dòng)電流最小，使電機(jī)不超載而保證安全。

9/4/2023311、揚(yáng)程曲線（H-Q線）離心泵3、效率曲線（-Q線）

離心泵的效率曲線，表示泵的效率與流量之間的關(guān)系。當(dāng)Q=0時(shí)，＝0，而后隨著流量的增加，效率也增加，達(dá)到最大值后又減小。此峰值即為泵在一定轉(zhuǎn)速下的最高效率點(diǎn)。

泵的最高效率點(diǎn)就是泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。標(biāo)注在泵的銘牌上的數(shù)值就是該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的各性能參數(shù)。通常將最高效率的92％以上這段范圍稱為泵的高效區(qū)，選用離心泵時(shí)，應(yīng)盡可能使泵在此區(qū)內(nèi)工作，以期達(dá)到比較高的效率。9/4/2023323、效率曲線（-Q線）離心泵的效率

例3－1采用本題附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定離心泵的性能，泵的吸入管內(nèi)徑為100mm，排出管內(nèi)徑為80mm，兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.5m。泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，以20℃的清水為介質(zhì)，測(cè)得以下數(shù)據(jù)：流量：15L/s；泵出口處的表壓：2.55×105Pa；泵入口處的真空度：2.67×104Pa；功率表測(cè)得電動(dòng)機(jī)消耗的功率：6.2kw。泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的效率為93％。試求該泵在輸送條件下的壓頭、軸功率及效率。并列出該效率下泵的性能。9/4/202333例3－1采用本題附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定離心泵的h011’22’swf\001\1-34.swfP93例2-29/4/202334h011’22’swf\001\1-34.swfP93例2解：（1）泵的揚(yáng)程

如圖，取真空表與壓強(qiáng)表所在的截面分別為1－1’截面與2－2’截面，并以1－1’截面所在的水平面為基準(zhǔn)面。在兩截面之間列柏氏方程：據(jù)題意，式中：z1=0;z2=0.5;p1=-2.67×104Pa（表）;p2=2.55×105Pa（表）9/4/202335解：（1）泵的揚(yáng)程據(jù)題意，式中：8/2/202335

兩測(cè)壓口間的距離很短，其間流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)，即Hf≈0

設(shè)兩測(cè)壓口間的距離為h0，即h0=z1-z2，則泵的揚(yáng)程計(jì)算的通式為：9/4/202336兩測(cè)壓口間的距離很短，其間流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)，即Hf≈

（2）泵的軸功率

功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為100%,所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。因電動(dòng)機(jī)本身要消耗一部分功率，其效率為93％，那么電動(dòng)機(jī)的輸出功率即為：電動(dòng)機(jī)的輸入功率×其效率＝6.2×93%=5.77kw則泵的軸功率為：N=5.77kw

9/4/202337（2）泵的軸功率8/2/202337

泵的性能參數(shù)：n=2900r/min；Q=15l/s=54m3/h；H=29.5m；N=5.77kw；＝75.2%(3)泵的效率9/4/202338泵的性能參數(shù)：(3)泵的效率8/2/202338

四、離心泵的安裝高度

離心泵的安裝高度又稱允許吸上高度，是指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，用Hg表示。

如圖所示，假設(shè)離心泵在可允許的安裝高度下操作，于貯槽液面0－0’與泵入口處截面1－1’間列柏氏方程：9/4/202339四、離心泵的安裝高度如圖所示，假設(shè)離心泵在可9/4/2023408/2/202340

式中：z0=0，u0=0，z1=Hg

則整理一下，得

離心泵的安裝高度計(jì)算式p1—泵入口處可允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa；p0—貯槽液面處的壓強(qiáng)，即外界大氣壓，Pa；Hf—液體流經(jīng)吸入管路的壓頭損失，m9/4/202341式中：z0=0，u0=0，z1=Hg

2、離心泵的氣蝕現(xiàn)象

由離心泵的安裝高度計(jì)算式可以看出，當(dāng)貯槽液面上方的壓強(qiáng)（一般通大氣）一定時(shí)，若泵吸入口附近的壓強(qiáng)p1越低，則允許吸上高度越高。但是吸入口處的低壓是有限制的。因?yàn)楫?dāng)葉片入口附近的最低壓強(qiáng)等于或低于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將在該處氣化并產(chǎn)生氣泡，體積迅速膨脹，當(dāng)含大量氣泡的液體由泵中心的低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)，氣泡因受高壓作用又迅速的凝結(jié)或破裂，形成局部真空，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，造成極大的沖擊和振動(dòng)。在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生幾百大氣壓的局部壓強(qiáng)，沖擊頻率可高達(dá)幾百萬(wàn)次之多。9/4/2023422、離心泵的氣蝕現(xiàn)象由離心泵的安

由于沖擊作用使泵體震動(dòng)并產(chǎn)生噪音，且葉輪局部處在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，使材料表面疲勞，從開始點(diǎn)蝕到形成裂縫，使葉輪或泵體受到破壞，這種現(xiàn)象叫做泵的氣蝕現(xiàn)象。

氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由于產(chǎn)生大量氣泡，占據(jù)了液體流道的部分空間，導(dǎo)致泵的流量，壓頭及效率下降，氣蝕嚴(yán)重時(shí)，泵體震動(dòng)明顯，產(chǎn)生明顯噪音，無(wú)法正常操作。因此為了使泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)避免產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。這就要求葉輪入口處的最低壓強(qiáng)必須維持在某一值以上，通常取輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓作為最低壓強(qiáng)。9/4/202343由于沖擊作用使泵體震動(dòng)并產(chǎn)生噪音，且葉輪局部

3、離心泵的允許吸上真空高度在實(shí)際操作中，由于不易確定最低壓強(qiáng)的位置，所以往往以實(shí)際泵入口處的壓強(qiáng)，考慮一定的安全量后作為泵入口處允許的最低壓強(qiáng)。所以為了避免氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，泵入口處的壓強(qiáng)p1應(yīng)為允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)。

而由于該