第二章 流体输送机械

第 一 节 离心泵 第 一 节 离心泵

复习• 1 ，化工管路中管件有哪几种类型 ?• 2, 说出几种常见的阀门 ?• 3, 你知道流体流动的的条件是什么吗 ?

流体输送方式 ------ 产生压力差1 ，高位槽送料

2，真空抽料3，压缩空气送料4流体输送机械送料

前 言 泵是输送液体并增加液体能量的机器。如果把管路比作人

体的血管，那么泵就好比是人的心脏，可见，泵在化工生产过程中占有极为重要的地位，是保证化工连续、安全生产的重要机器之一。

泵的种类很多，按其工作原理和结构特征可三大类。 叶片式泵：如：离心泵、轴流泵、混流泵、漩涡泵等。 容积式泵：如；活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵等。 其他类型的泵：喷射泵。 各种类型的泵有各自的特点和应用范围。

离心泵实物图

图片单级单吸离心泵

图片

单级双吸离心泵：

图片多级离心泵

图片立式离心泵：

一．离心泵的操作原理、构造与类型 1 、操作原理

• 由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。

• 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。

• 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装

一止逆阀。

• 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。

离心泵的工作过程：

• 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，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，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 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）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，主要是依靠高速旋转叶轮所

产生的离心力，因此称为离心泵。

气 缚

离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远

小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心

处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，

离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆

阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开

停车和调节流量。

2 、基本部件和构造1 ）叶轮a) 叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体 , 使液体的动能有所提高。 b) 叶轮的分类

根据结构

闭式叶轮

开式叶轮

半闭式叶轮

叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。

按吸液方式

单吸式叶轮

双吸式叶轮

液体只能从叶轮一侧被吸入，结

构简单。

相当于两个没有盖板的单吸式叶

轮背靠背并在了一起，可以从两

侧吸入液体，具有较大的吸液能

力，而且可以较好的消除轴向推

力。

2 ）泵壳 A. 泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。

B. 导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间

有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上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，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。

3 ）轴封装置

A 轴封的作用

为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界

空气漏入泵壳内。

B 轴封的分类

轴封装置 填料密封：

机械密封：

主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。

主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上的静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。

3 、离心泵的分类1 ）按照轴上叶轮数目的多少

单级泵

多级泵

轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；

轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为 2~9 级。

2 ）按叶轮上吸入口的数目单吸泵

双吸泵

叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。

叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。

二．离心泵的主要性能参数与特性曲线 1 、离心泵的性能参数

1 ）离心泵的流量

指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一

般用 Q 表示，单位为 m3/h 。又称为泵的送液能力 。

2 ）离心泵的压头

泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以 H 表示，

单位为 m 。又称为泵的扬程。

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 Q

H 的计算可根据 b 、 c 两截面间的柏努利方程：

bcfccbb hg

u

g

PZH

g

u

g

P)(

22

22

bcfbcbc h

g

uu

g

PPZH )(

2

22

gPPZH bc /)(

离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高

度△ Z ，升举高度只是扬程的一部分。

3 ）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 η来反映能量损失。

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

4 ）轴功率及有效功率

轴功率：电机输入离心泵的功率 , 用 N 表示，单位为 J/S,W或 kW有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用 Ne 表示

轴功率和有效功率之间的关系为 ： /eNN

有效功率可表达为

gQHNe

轴功率可直接利用效率计算

/gQHN

2 、离心泵的特性曲线

离心泵的 H 、 η 、 N 都与离心泵的 Q 有关，它们之

间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一

组关系曲线：

H ～ Q 、 η ～ Q 、 N ～ Q

——离心泵的特性曲线

注意：特性曲线随转速而变。

1） H～ Q 曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的

压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例

外）

2 ） N ～ Q 曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵

的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。

离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保

护电机。

3 ） η ～ Q 曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量

的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再

增大，效率便下降。

离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高

效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。

与最高效率点所对应的 Q、 H、 N 值称为最佳工况参数。

离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的

状态参数。

三、离心泵性能的改变 1 、液体性质的影响 1 ）液体密度的影响

H ～ Q 曲线不因输送的液体的密度不同而变 。

泵的效率 η 不随输送液体的密度而变。

/gQHN

离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。

2 ）粘度的影响

当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，

•泵的压头减小

•泵的流量减小

•泵的效率下降

•泵的轴功率增大

2 、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、

轴功率与转速的近似关系可表示为：

n

n

Q

Q '' 2)

'(

'

n

n

H

H 3)

'(

'

n

n

N

N

——比例定律 3 、叶轮直径的影响 1 ）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全

相似， b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，

2

2 ''

D

D

Q

Q 2

2

2 )'

('

D

D

H

H 3

2

2 )'

('

D

D

N

N

---------切割定律

四、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 1 、气蚀现象

气蚀产生的条件

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

气蚀产生的后果：

• 气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。

2 、离心泵的允许吸上高度

离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵

的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，

以 Hg 表示。

五、离心泵的流量调节1 ）改变出口阀开度

—— 改变管路特性曲线

•当阀门开大时：

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。

2 ）改变泵的转速——改变泵的特性曲线

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，化工生产中很少采用。

随堂习题1 、化工管路是 的总称。由 、 、 、 组成。2 、管路的联接方法有以下四种。（ 1 ）、 联接（ 2 ） 联接（ 3 ） 联接 （ 4 ）、 联接 。其中 是最常用的连接方法。3 、管件的作用大致分为 5 类： 、 、 、 、 。4 、常见的阀门有 、 、 、 、 。5 、离心泵的主要部件有 、 、 。叶轮可分为

、 、 。按吸液方式可分为 、 。

随堂习题6 、 叶轮的作用 。泵壳的作用 是 ，轴封装置的作用是 。

7 、离心泵的主要性能参数有 、 、 、 。8 、 什么是压头 。9 、离心泵的特性曲线有 、 、 。10 、离心泵的扬程随流量的增大而 。离心泵的轴功率随流

量的增大而 。离心泵的效率随流量的增大而 。11 、影响离心泵特性的因素有 、 、 、 。12 、增大离心泵流量的方法有 、 。13 、离心泵启动前灌泵的目的是防止 现象。