温州大学
课程教案
学院化学与材料工程学院课程名称化工原理
学时36
教材化工原理
授课教师熊静
授课对象05应用化学本
2008年2月22日
授课时间：第七周（2008-4-7）
授课类型：理论课
授课题目：流体输送设备transportation machine of fluid
本授课单元教学目标：
掌握离心泵的构造、分类和工作原理；掌握离心泵的特性曲线和主要参数。
本授课单元教学重点和难点：
重点：离心本工作原理和操作、特性曲线
难点：离心泵的工作原理、特性参数及曲线。
本授课单元教学过程设计：
流体在化工管道或设备中流动，会遇到阻力，克服阻力需要能量。流体从低处输送到高处，或经过各种设备、反应装置都需要能量。为了达到生产预期目标，必须对流体提供机械能，以克服流体阻力并补充输送所不足的能量。可以向流体作功并提高其机械能的装置称为流体输送机械。
用于输送液体的机械——泵pump
用于输送气体的机械——风机和压缩机
compressor
输送气体的机械——风机和压缩机
流体输送机械
输送液体的机械——泵
离心泵
往复泵
齿轮泵
旋涡泵
喷射泵
（最常用）
为了能达到正确选择和使用流体输送机械的目的，本节以离心泵和压缩机为代表，分别讨论其操作原理、基本结构和性能，并计算其功率消耗。
1、离心泵pump
（1）离心泵的构造和工作原理
离心泵主要由蜗形泵壳和工作叶轮组成。按叶轮的数目，离心泵有单级泵和多级泵之分。单级泵在泵轴上只安装一个叶轮，多级泵在同一泵轴上安装多个叶轮，液体顺序地流经一系列叶轮，所产生的压头为各个叶轮所产生的压头之和。若按液体进入叶轮的方法，离心泵又分为单吸泵和双吸泵。
离心泵
离心泵
蜗形泵壳：工作叶轮：单级泵多级泵（按叶轮的数目）
——泵轴上只安装一个叶轮
——同一泵轴上安装多个叶轮离心泵
（按液体进入叶轮的方法）
单吸泵
双吸泵
构造：
分类：
叶轮中有6~12片向后弯曲的叶片
与泵轴之间有密封装置“轴封”
叶轮中有6~12片向后弯曲的叶片。泵壳与泵轴之间有密封装置——轴封，以防止泵轴旋转时产生泄漏现象。离心泵启动之前，应在泵壳内充满待输送的液体。启动时电动机转动，使得泵轴带动叶轮旋转，液体充满叶轮间，在离心力作用下，从叶轮中心被甩到叶轮外围边沿，获得较大的动能。液体流进蜗形道后，由于截面积逐渐扩大，流体的流速逐渐下降，大部分动能变为静压能。于是液体以较高的压力从压出口进入压出管路。同时，随叶轮中心液体被甩出，叶轮中心的吸入口就处于负压，在吸入管外部压力作用下便迫使液体经底阀吸入管路进入泵内，填充液体排出后的空间。因此，只要叶轮正常旋转，液体就源源不断地吸入、排出，以满足液体输送的需要。
离心泵借助离心力的作用输送液体。离心力大小除与叶轮转速、叶轮尺寸有关，还与流体密度有关。流体密度越大，产生的离心力就越大。离心泵启动前，泵壳内未充满液体，即存有空气时，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小，叶轮中心难以形成足够的负压。虽被启动的离心泵叶轮在高速旋转，但不能输送液体，这种现象称为气缚。防止气缚发生的措施：①启动泵前须向泵壳内注满被输送的液体。②运转过程也要防止气体漏入。
（2）离心泵的主要性能参数characteristic numbers
主要的性能参数：泵的送液能力或者流量、扬程、功率、效率
①、泵的送液能力（流量）flow rate——指单位时间内泵所输送液体的体积。用符号q v
表示，常用的单位为m3/s或m3/h。泵的流量决定于泵的结构、尺寸和转速。
②扬程lift（head）——泵对单位重量的流体所做的功。又称为泵的压
头，用符号He表示，单位为m液柱。
泵的扬程是由泵本身的结构、尺寸和转速决定
的，不同型号的泵具有不同的扬程。一般离心
泵的扬程都是通过实验测定的。如何测定？
测量泵的扬程，通常在泵的吸入口安装一个真空表，其绝对压力为P 1；在泵的压出口安装一个压力表，其绝对压力为P 2，两测压口之间的垂直距离为H o ，为了计算液体在吸入口和压出口的流速，在压出管路安装孔板流量计1。取泵吸入口为1-1′截面，压出口为2-2′截面。以1-1′截面为基准面列柏努利方程
z 1+
p 1pg
u 12
2g
+
+He
=z 2+
p 2pg
u 22
2g
+
+h f
∑
两侧压点管路很短，∑h f 忽略不计，∴∑h f =0，
z 1+
p 1u 12
He =z 2p 2 -u 22+
-2g
-ρg
③功率Power
有效功率——单位时间泵对液体所作的有效功，或者液体流经泵后实际得到的功率，符号：
N e ，单位：W
N e =q v ρg H e
轴功率——单位时间离心泵轴所消耗的功，它包括机械摩擦消耗的能量等，是电动机转动时
直接传给泵轴的功率。符号：N a
由于泵轴所做的功不可能全部转变为液体的机械能，其中一部分消耗于泵内，如：①泵内液体泄漏造成容积损失。②液体流经叶轮、泵壳时因流速大小、方向改变，发生冲击而产生水力损失。③泵轴与轴承和轴封之间机械摩擦损失等等。故泵的轴功率＞泵的有效功率。
④效率efficicency
表示能量的损失，符号：η，
Ne ηN a =
η一般为50~70%，大型泵可达90%。
选配电动机时要根据泵的轴功率进行，但要考虑传动效率ηt ≈1，电动机效率ηm ≈0.95和安全系数β，因此，泵所配的电动机功率＞泵的轴功率。一般安全系数β=1.1～１.2,根据轴功率选配的电机的实际功率=β?N a 。
（3）离心泵的特性曲线characteristic curves of pump 离心泵在出厂时，铭牌上一般都标有转数（n ）、排液量（q v ）、压头或扬程（He ）、功率（Na ）和效率（η）等数据。这些数据是在泵的最高工作效率时的数值。但在实际应用中，当其中一个发生变化时，其他指标也会随之变化。也就是说，离心泵的主要性能参数之间是互相联系互相制约的。当流量变化时，扬程和功率也相应地随之变化。它们之间的关系可以通过实验测定。即离心泵在固定转速下，将离心泵的基本性能参数如实际送液能力、压头、功率、效率的关系用曲线表示出来，称为该泵的特性曲线。它是分析和选用泵的重要依据。
例如是国产4B20型离心水泵，转速n=1450转/
分的特性曲线。
He-Qe(q v )曲线——表示泵的扬程与流量的关系。离心泵的扬程随流量增大而下降。
N-Qe(q v )曲线——表示泵的轴功率与流量的关系。N 随Qe 的增大而上升，Qe=0时，轴功率
最小。故启动离心泵时须将出口阀门关闭以降低启动功率，保护电机。
η-Qe(q v )曲线——表示泵的效率与流量的关系。当Qe=0时，η=0；随着流量Qe 的增大，
泵的效率随之上升并达到一个最大值；过峰值后，流量增大但泵的效率反而下降，此峰值即为泵在该转速下的最高效率点。泵在与最高效率点相对应的流量及扬程下工作最为经济，所以，与最高效率点对应的He 、Qe 、 N 值称为最佳工作参数。离心泵牌上标注的数值即指是该泵在最高效率点上的性能。因此，根据生产任务选用离心泵时应使选用的泵能在此点附近操作。通常将最高效率的92%左右的这段范围称为最高效率区。
3. 离心泵性能的改变和换算 1) 输送液体的物性的影响 （1）密度的影响
由离心泵的能量方程得出：离心泵的流量Q 、压头H 、效率与密度无关，但轴功率N 随密度的变化而改变
（2）黏度的影响
离心泵铭牌上提供的特性曲线是一定转速下用常温清水实验得到的。当输送液体黏度大于清水时，泵体内部液体的能量损失↑, ∴泵的压头、流量、效率↓，而轴功率N ↑ Q’=C Q Q H ’=C H H η’=C ηη
CQ 、 CH 、 C η---粘度换算系数
2) 离心泵转速的影响
离心泵特性曲线是在固定转速下测定的，若转速改变，则泵的流量、扬程、轴功率、效率也随之改变。当转速变化不大，如
N =H Q 102ηρ
假设: ①η’=η
②当转速改变前后, 液体离开叶轮处的速度三角形相似
则有:
3) 离心泵叶轮直径的影响
离心泵的转速一定时，泵的流量、扬程与叶轮直径有关。当叶轮外径切削变化小于10%时，
本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）
（注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3. “重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课，下同。）
本授课单元参考资料：《化工原理》上册，夏清，陈常贵主编
姚玉英编, 《化工原理学习指南----问题与习题解析》姚玉英等编
n
n'-
n
×100%＜20%
=
n'
n
Q
Q'n'
n
=
H'
()2
H
N'
N
n'
n
=()3
授课时间：第八周（2008-4-14）
授课类型：理论课
授课题目：离心泵的气蚀现象和安装高度
本授课单元教学目标：
掌握离心泵的气蚀现象和抗气蚀性能。 掌握离心泵的安装高度影响因素。 了解离心泵的型号。
本授课单元教学重点和难点： 重点：离心泵的气蚀和安装高度 难点：离心泵的气蚀和安装高度
本授课单元教学过程设计：
(4)离心泵的安装高度和气蚀现象
泵的最大吸入高度也就是泵的安装高度。
它是液面A-A ′到泵进口B-B ′之间的高度。在这两个截面之间列出伯努力方程：
u 0≈0，P 0=Pa ，Hg ：泵吸入口与贮池液面间的距离
u 2g ++=u 2g ++ρg ρg 2g 21P 001H
f,0-1P H
由此可见：最大吸入高度H 吸入与以下影响因素有关
● 压强P A ：当贮液池为敞口时，P A 为当地大气压，大气压随海拔高度和气温而变化。海拔
越高，大气压越低，H 吸入越小。
● 压强P B ：泵吸入口的压强。P B 越小，H 吸入越大。当P B 低于当时温度下的液体的饱和蒸气
压时，泵入口处的液体就会沸腾气化形成气泡，体积突然膨胀。当大量气泡随液体流到叶轮压力较高的区域后，气泡被压缩、破裂而突然凝结，在凝结的一瞬间，形成局部真空，周围的液体就以极大的速度冲向原来气泡所在的空间，在冲击点上产生几百大气压的局部压强，使叶轮和泵壳遭到损坏，这种现象为“气蚀”。气蚀发生时，泵强烈震动，发出明显的噪音，泵的流量、扬程、效率明显降低，无法正常操作。∴为了避免气蚀发生，必须选择适当的安装高度。即P B 必须大于被输送液体的饱和蒸气压。刚发生气蚀时的（P A -P B ）称为允许吸入压差，
（P A -P B ）/ρg 称为允许吸上真空高度，用符号Hs 表示。
=
在泵样本或说明书中给出的Hs ，是在压力为98.1Kpa ，水温为20℃状态下的数值，因此在不同条件下使用泵时应将Hs 换算成操作条件下的Hs ′值。 Hs ′=Hs+（Ha-10）-（Hv-0.24）
式中Hs ′——操作条件下输送水时的允许吸上真空高度[m]
Hs ——泵样本中给出的允许吸上真空高度[m] Ha ——泵工作处的大气压[以液柱高度表示m]
Hv ——操作温度下水的饱和蒸汽压[以液柱高度表示m] 0.24——20℃水的饱和蒸汽压[以水柱高度表示，m 水柱]
● 被输送液体的温度：温度越高，液体的饱和蒸气压越大，则要求P B 越大才不发生气蚀
现象。∴此时H 吸入越小。
● 吸入管路的动压头u B 2
/2g ：u 越小，H 吸入越大。∴通常吸入管径大于压出管径，以减小
吸入管路的动压头，从而增大安装高度。
● 吸入管路的压头损失∑h 吸入：∑h 吸入越小，H 吸入越大。∴泵的吸入管一般都是直径大，
弯头少，以减少阻力损失∑h 吸入。
*：泵的压出高度H 压出：是泵的压出中心B-B ′与泵的压出口
C-C ′之间的高度。
泵的升扬高度H 总=H 吸入+H 压出，值得注意的是：泵的扬程He ≠H 总
∵H 总是泵的吸入液面到压出液面之间的距离，而He 还包括了能量之间的转换和过程中的压头损失∑h f 。
f
ρg
∑h He=△Z+
△P
+
△u
2
2g
+
而其中△Z 才是H 总。
离心泵的抗气蚀性能
=u 2g
ρg g ---12
P 0H 1f,0-1P H
1）气蚀余量 NPSH
泵的安装高度Hg 是随温度、当地大气压、被输送液体性质而变化的，使用时不太方便。对于输送某些较低沸点液体的油泵，可引入一个表示气蚀性能的参数----气蚀余量NPSH 或△h
NPSH ----为防止气蚀现象，离心泵入口处，液体的静压头P1/ρg 与动压头u 12/2g 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸气压头pv/ρg 的某一最小指定值
定义：气蚀余量NPSH = P1/ρg + u 12/2g- Pv/ρg Pv ----操作温度下液体的饱和蒸气压
当泵刚发生气蚀时, 叶轮附近k-k’截面的压强为Pv, 泵入口的压强为 P1,min 如果在k-k’截面与1-1’截面之间列柏努利方程:
临界气蚀余量(NPSH)c 一般由厂家测定20℃清水得到的. 随Q ↑而↑
为确保离心泵正常操作, 需要在(NPSH)c 上加上一个安全量, 称为必需气蚀余量(NPSH)r
如果被输送的不是20℃清水, 则需要进行校正
u 2g +=u 2g ++ρg ρg 22v P 1,min 1k H f,1-k P u 2g +=u 2g
-+ρg ρg 22v P 1,min 1k H
f,1-k P u 2g +=u 2g -+ρg ρg 22
v
P 1,min 1k
H
f,1-k P (NPSH)c =临界气蚀余量
允许安装高度Hg 与气蚀余量的关系：
离心泵的允许气蚀余量△h 是由生产部门通过实验20℃的清水测定出来的，当输送其他液体时，也需要校正:△h’ = φ△h φ----校正系数
2）允许吸上真空度
设当地大气压为Pa , 刚发生气蚀时的压差=Pa-P 1，----最大吸入压差 若以液柱高度表示, 则
----允许吸上真空高度
=u 2g
ρg -+-1
2H f,0-1p 0=u 2g
ρg g ---1
2H f,0-1∵p 0p 1p 1ρg ()H ρg △h = ρg p 1 +2g u 12 -p v =ρg g --P 0H v
f,0-1∴- △h P H =ρg
g --P 0H v f,0-1or -( NPSH ) r P H =ρg
s
-P 1'a P H
Hs’与泵的结构, 流量, 被输送液体性质, 当地大气压等有关.随 Q ↑而↓. 属于泵的抗气蚀性能参数.
Hs’通常是以清水在20℃,大气压为10m 水柱的条件下测定的，其值越大，表明该泵在一定操作条件下抗气蚀的性能越好。
若输送条件不一致或采用其他输送液体,则需要校正。
Hs--- 操作条件下被输送液体的允许吸上真空高度 ，mH2O Ha---泵工作所在地的大气压，mH2O
p v---操作温度下被输送液体的饱和蒸气压，Pa 0.24—20℃条件下水的饱和蒸气压， mH2O ρ----操作温度下液体的密度, kg/m3
∴泵的允许安装高度 Hg = H’s –u 12/2 g -H f,0-1
实际操作中, 为了安全起见, 离心泵的安装高度比允许安装高度Hg 低0.5~1m
例: 用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，贮罐内异丁烷液面保持恒定，其上方的压强为6.65kgf/cm2，泵位于液面下1.5米，吸入管路的全部压头损失为1.6米，异丁烷在输送条件下的密度为530kg/m3 ，饱和蒸气压为6.5kgf/cm2 ，在泵的性能表上查得：输送流量下泵的允许气蚀余量为3.5米，试确定该泵能否正常工作？φ=0.9
解：Hg = P0 /ρg - Pv/ρg - △h –H f,,0-1
由已知条件：P0 =6.65kgf/cm2= 6.65×9.81 ×104 pa Pv = 6.5kgf/cm2= 6.5×9.81 ×104 pa
=
u 2g
ρg g ---1
2P 0H 1f,0-1∵P H
H f ,0-1=1.6m
由于输送的是异丁烷，△h需要校正
△h’ = φ△h =0.9×3.5=3.15m
∴Hg = P0 /ρg - Pv/ρg - △h’ - H f,,0-1
=( 6.65-6.5)×9.81 ×104 / (9.81 ×530)-3.15-1.6 = -1.92m
实际安装的高度为-1.5米,大于以上计算结果,说明泵的安装位置太高,输送过程中会发生气蚀现象。
本授课单元参考资料：《化工原理》上册，夏清，陈常贵主编
姚玉英编, 《化工原理学习指南----问题与习题解析》姚玉英等编
授课时间：第九周（2008-4-21）
授课类型：理论课
授课题目：离心泵的工作点及调节
本授课单元教学目标：
掌握离心泵工作点的含义。
掌握离心泵工作点的调节原则及调节措施，以及管路特性方程。 了解离心泵的型号。
本授课单元教学重点和难点： 重点：离心泵的工作点调节 难点：离心泵的管路特性方程
本授课单元教学过程设计：
2.1.5 离心泵的工作点和流量调节
离心泵的工作压头和流量不仅与泵本身的性能有关, 还与管路特性有关, ∴泵和管路是互相制约的.
1. 管路特性----表示管路中流量与压头的关系
假设输液系统中,贮槽与接受槽液面保持恒定, 以此两截面间列柏努利方程:
特定管路系统中,
u
△Z He =H f +△ p ρg +△2
2g
+
两截面都很大, ∴Δu ≈0
假设管路的输送量为Qe(m 3/h),
对于特定管路而言, l 、 l e 、 d 、ζc 、ζe 均一定, λ为Qe 的函数 ∴Hf = f (Qe)
He = K+ f (Qe)
----管路的特性方程
如果流体属于完全湍流, 则λ只与ε/d 有关, 与Re 无关 ∴可以视为常数
∴ Hf =BQe2
∴He = K+ Hf = K+ BQe2
特定管路系统中，当操作条件一定时，管路所需要的压头He 与泵的性能无关, 由操作条件及管路布局确定.
2. 工作点
△Z 常数 K +△ p
ρg = ∴He =H
f
+ K u +22g +=H f +λl l e
∑d
ζc e ζ()Q e +2
2g +=H f +λl l e ∑d ζc e ζ()/3600A ()
+22g +=+λl l e ∑d ζc e ζ()3600A ()B 1
离心泵的特性方程:
H=f(Q)
管路特性方程:
He = K+ BQe2
离心泵的工作点是指离心泵的性能曲线（H～Q曲线）与管路特性曲线的交点，即在H～Q坐标上，两曲线的交点M点
工作点的含义: 离心泵在特定的管路系统中运转时所提供的扬程和流量恰好等同于管路所需的扬程和流量
3. 流量调节
如果工作点的流量大于或小于所需的输液量，则须进行流量调节。流量调节实际上是改变泵的工作点。
①改变出口阀的开度----实际改变管路特性曲线
如果原来Q ＞所需Q'
关小阀门→→管路局部阻力↑→→管路特性曲线变陡
调节方法
调节管路特性曲线
调节泵的H~Q曲线
工作点由M→M1,流量由QM →QM1 ，管路特性曲线上移。
如果原来Q ＜所需Q'
开大阀门→→管路局部阻力↓→→管路特性曲线变得平坦
工作点由M→M2,流量由QM →QM2 ，管路特性曲线下移。
快速方便，且流量可以连续变化，化工生产中应用最广。缺点: 阀门关小时，流动阻力增加，要额外多消耗一部分功率，且使泵有可能在低效率点工作，经济上不合理.
②改变泵的转速或叶轮直径
----实际改变泵的H～Q曲线
原来的转速为n, 流量为QM , 工作点为M
现在提高转速为n1, 工作点变为M1. 流量QM1 ,
改变转速意味着需要变速装置或变速原动机，流量不能连续调节，而且成本高,现实生产中不常用.
（5）离心泵的型号
●水泵：按结构分B、D、Sh型
B型——单级（一个叶轮）单吸（叶轮一侧进水）悬臂式离心泵。
例：4B91A型离心泵
4——吸入口径4英寸（4×25=100mm）
B——单级单吸悬臂式离心泵
91——扬程为91m
A——该泵叶轮直径比基本型号4B91小一级。
D型为多级（多个叶轮）水泵，级数为2级到9级
Sh型为双吸式离心泵，输液量较大，扬程不高。
6Sh-9型：吸入口径为6英寸（150mm）的双吸式离心泵
9——比转数被10除后的整数。即泵的比转数为90。
●耐腐蚀泵：代号F，H——泵的材料代号
●油泵：代号为Y
●杂质泵：代号为P
5-2 往复压缩机（补充）
由于气体本身的可压缩性，故当输送过程中压力的变化，必将导致其体积和温度随之改变。这些变化又将影响到气体输送机械的结构和形状，除根据其结构和作用原理外，还可按终压（出口压力）或压缩比（气体排出与吸入压力的比值）的大小划分。
①通风机：终压≯15Kpa（表压），压缩比为1~1.15
②鼓风机：终压15~3045Kpa（表压），压缩比﹥4
③压缩机：终压≯3045Kpa（表压），压缩比﹥4
④真空泵：用于减压，终压为101.3 Kpa（表压），压缩比由真空度决定。
往复式压缩机主要部件有气缸、活塞、单向吸气阀和排气阀。
一、工作原理
往复压缩机在理想状态下的压缩过程如图说明。
表示的是活塞在气缸的最右端，此时气缸内气体的体积为V1，压力为P1，对应的P-V图（压缩机理论示功图）上的a点。
当活塞开始向左推进时，位于气缸左端的两个阀门都关闭，故气体的体积缩小而压力上升，直到压力升高到P2，阀门D才被打开。在此之前，气体处于压缩阶段，变化情况如P-V图上的曲线ab，压缩阶段之末，气体状况为b点。
气体压力为P2时继续将活塞向左推进，缸内气体便经D压出。缸内压力维持在P2，气体体积逐渐减小，这阶段为排出阶段。气体变化状况以水平线bc表示。及至排出之末，气体全部排出，其体积降至零，气体状况图中c点所示。活塞再转而向右移动，缸内压力下降，在P-V图以cd表示，压力降到P1，气体状况为d点，此时阀门D关闭，S打开，气体被吸入，气缸内压力维持在P1，而缸内气体体积逐渐增大，为气体吸入阶段，气体状况沿水平线da而变，直到恢复到a点，完成一个操作循环。
四边形abcd所围面积，表示压缩气体时所消耗的功，也即推动压缩机所必须的理论功，故图中面积越小，则将气体压缩到所需压力时消耗的理论功就越少。
实际上，为使压缩机的安装、操作、使用安全，避免活塞与气缸盖直接相撞，在二者之间必须留出少许空隙，即为余隙，其中的气体仍处于终压P2之下，当一个新的工作循环开始，活塞向右移动时，余隙内高压气体膨胀，压强不断降低，直到吸入压强P1，这时每一循环中所吸入的气体量比理想循环要少。
由此可见，压缩机的一个工作循环由膨胀、吸入、压缩、排出四个阶段组成的。
采用单级压缩气体不可能得到很高的终压，也即压缩比P2/P1不能很大。原因：（一）余隙气体的影响：每一次工作循环中，余隙空间残余气体膨胀会占据气缸一部分容积，气缸用来吸气，容积减小。对于一定的余隙量，单级压缩所
能达到的终压P2有限。
（二）温度的影响：气体受压缩时，不仅体积和压强发生变化，同时温度也发生变化。往复压缩机中，气体的压缩不是等温过程，也不是绝热过程，而是一种介于两者之间的多变过程。根据热力学定律，对于多变压缩，压缩终了气体的温度为T2=
T1，T2——分别为吸入、排出气体的温度，（K）
m——多变压缩指数，由实验测定。
可以看出，压缩比P2/P1越大，压缩终了时气体的温度T2就越高，化工生
产中有时需要很高的压缩比，即将气体从常压提高到几十个甚至几百个大
气压，这时气体终温T2会很高，很高的温度会使气缸内润滑油变质，粘
度下降，使机件磨损，还可能引起爆炸事故。因此，当压缩比较大时，不
宜采用单级压缩，通常在压缩比大于8时就要采用多级压缩。
多级压缩，考虑到减少功耗，提高压缩机的经济性，将压缩机的气缸分成
若干压力等级（如低压段、中压段、高压段），在每段压缩后，设置中间冷
却器和油水分离器，以冷却每段压缩后的高温气体并分离掉夹带的润滑油。
使整个压缩过程接近于等温压缩过程，气体的压力则分步提高到所需的指
标。如多段往复式压缩机，可将气体由0.1Mpa加压到32Mpa，从图上看
出，若为单级压缩，所消耗的压缩循环理论功相当于图ABEFA所围成的
面积。若为二级压缩，前一级的功耗相当于ABCDA所围成的面积，如果
没有中间冷却，后一级压缩的功耗相当于DCEFD所围成的面积。这时二
级压缩总的功耗等于单级压缩的功耗，不能省功。但多级压缩设有冷却器，
第一级压缩后排出的气体经冷却后体积由Vc减少到Vc′。这样，第二级
压缩的功耗就是DC′E′FD所围成的面积。二级压缩的总功耗比单级压
缩的功耗少，图中斜线面积。
单级压缩吸入气体的压强较低，体积较大，故压缩机气缸的容积比较大，
改为多级压缩后，气体压强一级比一级提高，而气体的体积一级比一级减
少，因此多级压缩机的气缸容积可以逐渐减少，而壁厚可以逐渐增加，比
单级压缩机的又厚又大的气缸要合理。
往复压缩机的型式主要由气缸在空间的位置及气缸的排列方式决定。气缸
垂直放置称为立式，水平放置称为卧式，几个气缸互相配置成L型，V型
或W型的称为角式。
往复式压缩机选用根据输送气体的性能，生产所需排气量和排气压强决定。
本授课单元参考资料：《化工原理》上册，夏清，陈常贵主编
姚玉英编, 《化工原理学习指南----问题与习题解析》姚玉英等编
第二章 流体输送机械 第一节 概述（略） 第二节 离心泵 一、离心泵的基本结构和工作原理 1、离心泵的基本结构 2、离心泵的工作原理 例：一杯热水为使之冷却，用筷子在水中旋转，水也产生速度，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聚力，内摩擦力使水旋转）靠近筷子的水转的快而远离筷子的水转的慢。另外中心凹，四周水沿壁上升高于中间。为什么呢？ 离心泵工作原理 离心力 R m R m F 2 2 νω== ππ ωn T 22== [弧度/秒] ω角速度 R 半径（叶轮半径） m 质量（流体质量kg ） rn T r ππν22===ωr ν线速度,T —周期,n--转速,n T 1=(周期是物体做圆周运动旋 转一周所需要的时间,单位是秒；转速n 是物体单位时间所转的周数,单位是1/秒)。 R 或ω 则 F 手转动筷子，水产生动能，水旋转碰到管壁动能转化为静压能，静压能又转化为位能使水沿壁
面上升。边上水上升后，中心能减少，形成空隙，产生真空度，故在同一个大气压下，中心凹下去。 (1) 泵轴带动叶轮旋转，充满叶片之间的液体也跟在旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮边缘，使液体静压能、动能均提高。（类似我们旋转雨伞,伞上面的雨滴飞出去）。 (2) 液体从叶轮外缘进入泵壳后，由于泵壳中流道逐步加宽，液体流速变慢，又将部分动能转化为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，于是液体以较高的压强从泵的排出口进入排出管路输送到所需场所。 (3) 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心出形成低压区，由于贮槽液面上方的压强（一般为 1 [atm]）大于吸入口处的压强，在压强差的作用下，液体便经吸入管路，连续地被吸入泵内，以补充被排出的液体。 离心泵之所以能够输送液体，主要依靠高速旋转的叶轮，产生离心力，在惯性作用下，获得了能量以提高压强。 3、 离心泵使用注意点：离心泵启动时，必须灌满水否则产生气缚。何为气缚？离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路没有充满液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，（离心力F ∝m 、↓m ↓F ）从叶轮中心甩出的液体少，因而叶轮中心处所形成的低压（真空度）不足以将贮槽内的液体吸入泵内（打不上水），此时虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为气缚。 4、离心泵的主要部件： （1）叶轮（泵的心脏） 如讲义离心泵的结构图,每个叶轮有6~~12片弯曲的叶片。 A 、 按有无盖板分()()()?? ? ??无前后盖板开式无前盖板半闭式有无前后盖板闭式 B 、按吸液方式分?? ?双吸 单吸 C 、平衡孔：在叶轮后盖板上钻一些小孔，它的作用是使盖板与泵壳之间的空腔中一部分高压液体漏到低压区（吸入口处）以减少叶轮两侧的压力差。从而起到平衡一部分轴向推力的作用。 （2）泵壳又称为蜗壳，因壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛式通道，泵壳不仅作为一个汇集由叶轮抛出液体部件，而且使部分动能有效地转变为静压能。 在叶轮与泵壳之间有时还装一个固定不动而带有叶片的圆盘，这个圆盘称为导轮，由于导轮具有很多逐渐转向的流道，使高速液体流过时,均匀而缓和地将动能转变为静压能，减少能量损失。 （3）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。其作用是防止高压液体从泵壳内沿轴而漏出，或者空气以相反方向漏入泵壳内。 轴封? ??机械密封填料密封 二、离心泵的主要性能参数与特性曲线 1、离心泵的主要性能参数 (1) 流量:离心泵的流量又称送液能力,是指泵在单位时间里排到管路系统的液体体积[]s L Q 或 [] h m 3 。
流体输送设备一章习题及答案 一、选择题 1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 汽蚀现象； C. 汽化现象； D. 气浮现象。 2、离心泵最常用的调节方法是 ( )。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变压出管路中阀门的开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B A. 包括内能在内的总能量； B. 机械能； C. 压能； D. 位能（即实际的升扬高度）。 4、离心泵的扬程是 ( )。D A. 实际的升扬高度； B. 泵的吸液高度； C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。 5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C A. 水温太高； B. 真空计坏了； C. 吸入管路堵塞； D. 排出管路堵塞。 6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。A A. 大于； B. 小于； C. 等于。 7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。A；C A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。输送大流量，低粘度的液体应采用（）。C；A A. 离心泵； B. 往复泵； C. 齿轮泵。 9、1m3 气体经风机所获得能量，称为（）。A A. 全风压； B. 静风压； C. 扬程。 10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。A A. 打开； B. 关闭； C. 半开。 11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。C A. 发生了气缚现象； B. 泵特性曲线变了； C. 管路特性曲线变了。 12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。D A 灌水； B 放气； C 灌油； D 灌泵。 13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。A A. 吸入管路； B. 排出管路； C. 调节管路； D. 分支管路。 14、为提高离心泵的经济指标，宜采用_____ 叶片。B A 前弯； B 后弯； C 垂直； D 水平。 15、离心泵最常用的调节方法是（）。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变排出管路中阀门开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 16、往复泵的_____ 调节是采用回路调节装置。C A. 容积； B. 体积； C. 流量； D. 流速。 二、填空题 1、某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为H = 19m水柱,输水量为20kg·s-1,则泵的有效功率为_________。3728w 2、离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______。泵壳；叶轮；泵轴 3、调节泵流量的方法有：___________,___________,____________。改变阀门的开度；改变泵的转速；车削叶轮外径 4、泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是______________________________。降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤；同时也避免出口管线水力冲击 5、离心泵的流量调节阀安装在离心泵______管路上，关小出口阀门后，真空表的读数______，压力表的读数______。出口；减小；增大 6、离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。离心泵特性；管路特性 7、泵的扬程的单位是______，其物理意义是______。M；泵提供给单位重量流体的能量 8、离心泵输送的液体粘度越大，其扬程______，流量_______,轴功率______，效率________。越小；越小；越大；越小 9、离心泵输送的液体密度变大，则其扬程_________，流量________，效率_________，轴功率_________。不变；不变；不变；变大 10、通风机的全风压是指_________的气体通过风机所获得的能量，单位常用_________；习惯上以_________单位表示。单位体积；Pa；mmH2O 11、水环真空泵可以造成的最大真空度为85%，即真空泵能达到的最低压力（绝压）是_________mmHg。114 12、启动往复泵时灌泵。不需要 13、齿轮泵的流量 _____ 而扬程 ______。较小；较高 14、石油化工厂常用的压缩机主要有_____和_______两大类。往复式；离心式 15、往复泵常用 _____ 的方法来调节流量。回路调节 16、往复泵适用于。流量较小，扬程较高的场合
第二章 流体输送机械 离心泵特性 【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。 解 水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==， 流速 / ./(.) 122 1 540360015603544V q u m s d ππ == =? . ../.2 2 1212035156199031d u u m s d ???? ==?= ? ????? 扬程 2 2 2102M V p p u u Ηh ρg g --=++ ()(.)(.)....?--?-=++ ??3322 35010301019915603599579812981 ....m =++=0353890078393 水柱 【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。 解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。 (3)液体密度ρ增大，则轴功率V q gH P ρη = 将增大。 【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h ，扬程为20m(H 2O)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？ 解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===331820 1000水柱， 有效功率 .e V P q gH W ρ== ???=18 1000981209813600
第2章流体输送设备 2.1 概述 流体输送机械：为流体提供能量的机械或装置 流体输送机械在化工生产的作用：从低位输送到高位，从低压送至高压，从一处送至另一处。 2.1.1 对流体输送机械的基本要求 （1）满足工艺上对流量和能量的要求(最为重要）； （2）结构简单，投资费用低； （3）运行可靠，效率高，日常维护费用低； （4）能适应被输送流体的特性，如腐蚀性、粘性、可燃性等。 2.1.2 流体输送机械的分类 按输送流体的种类不同泵（液体）：离心泵、往复泵、旋转泵 风机（气体）：通风机、鼓风机、压缩机，真空泵 按作用原理不同：离心式、往复式、旋转式等 本章主要讲解：流体输送机械的基本构造、作用原理、性能及根据工艺要求选择合适的输送设备。 2.2离心泵 离心泵是化工生产中最常用的一种液体输送机械，它 的使用约占化工用泵的80～90％。 2.2.1离心泵的工作原理和主要部件 基本结构：蜗形泵壳，泵轴（轴封装置），叶轮 启动前：将泵壳内灌满被输送的液体（灌泵）。 输送原理：泵轴带动叶轮旋转→液体旋转→离心力 （p,u）→泵壳，A↑ u↓ p↑→液体以较高的压力，从压出 口进入压出管，输送到所需的场所。→中心真空→吸液 气缚现象：启动前未灌泵，空气密度很小，离心力也很小。吸入口处真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送体。此现象称为“气缚”。说明离心泵无自吸能力。防止：灌泵。 生产中一般把泵放在液面以下。 底阀（止逆阀），滤网是为了防止固体物质进入泵内。 2.2.2 离心泵的主要部件 1. 叶轮 叶轮是离心泵的最重要部件。其作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能都有所提高。 按结构可分为以下三种： 开式叶轮：叶轮两侧都没有盖板， 制造简单，效率较低。它适用于输送含 杂质较多的液体。
化工原理-第二章-流体输送设备 一、选择题 1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 汽蚀现象； C. 汽化现象； D. 气浮现象。 2、离心泵最常用的调节方法是 ( )。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变压出管路中阀门的开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B A. 包括内能在内的总能量； B. 机械能； C. 压能； D. 位能（即实际的升扬高度）。 4、离心泵的扬程是 ( )。D A. 实际的升扬高度； B. 泵的吸液高度； C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。 5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C A. 水温太高； B. 真空计坏了； C. 吸入管路堵塞； D. 排出管路堵塞。 6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。A A. 大于； B. 小于； C. 等于。 7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。A；C A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。输送大流量，低粘度的液体应采用（）。C；A A. 离心泵； B. 往复泵； C. 齿轮泵。 9、1m3 气体经风机所获得能量，称为（）。A A. 全风压； B. 静风压； C. 扬程。 10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。A A. 打开； B. 关闭； C. 半开。 11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。C A. 发生了气缚现象； B. 泵特性曲线变了； C. 管路特性曲线变了。 12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。D A 灌水； B 放气； C 灌油； D 灌泵。 13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。A A. 吸入管路； B. 排出管路； C. 调节管路； D. 分支管路。 14、为有效提高离心泵的静压能，宜采用_____ 叶片。B A 前弯； B 后弯； C 垂直； D 水平。 15、往复泵的_____ 调节是采用回路调节装置。C A. 容积； B. 体积； C. 流量； D. 流速。 16、离心泵铭牌上标明的扬程是指( ) D A. 功率最大时的扬程 B. 最大流量时的扬程 C. 泵的最大扬程 D. 效率最高时的扬程 17、往复泵在操作中( ) B A. 不开旁路阀时，流量与出口阀的开度无关 B. 允许的安装高度与流量无关 C. 流量与转速无关 D. 开启旁路阀后，输入的液体流量与出口阀的开度无关 18、一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( ) D
“化工原理”第二章流体输送机械复习题 （化0703、0704班；2009-09-01） 一、填空题： 1.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=19m水柱,输水量为0.0079m3/s ,则泵的有效功率为________. ***答案*** 1472w 2.（2分）离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______. ***答案*** 泵壳; 叶轮; 泵轴 3.（2分）离心泵的主要参数有:______,______,______,________. ***答案*** 流量; 扬程; 功率; 效率 4．（3分）离心泵的特性曲线有: _____________,_________________,___________________. ***答案*** 压头H～流量Q曲线；功率N～流量Q曲线；效率η～流量Q曲线 5．（2分）离心泵的最大安装高度不会大于_______________. ***答案*** 10m 6.（2分）离心泵的工作点是如下两条曲线的交点：______________,________________. ***答案*** 泵特性曲线H--Q；管路特性曲线H--Q 7．（3分）调节泵流量的方法有：_____________,__________________,____________________. ***答案*** 改变出口阀门的开度；改变泵的转速；车削叶轮外径 8.（3分）液体输送设备有：___________,___________,__________,___________,_______. ***答案*** 离心泵; 往复泵; 齿轮泵; 螺杆泵; 旋涡泵 9.（3分）气体输送设备有:________,_________,___________. ***答案*** 通风机; 鼓风机; 压缩机 10.（3分）泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿____________ **答案** 降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤;同时也避免出口管线水力冲击。 11.（3分）若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头＿＿＿，流量＿＿＿，效率＿＿＿，轴功率＿＿＿＿。***答案*** 减小减小下降增大 12.离心泵的流量调节阀安装在离心泵＿＿＿管路上，关小出口阀门后，真空表的读数＿＿＿＿，压力表的读数＿＿__＿。***答案*** 出口减小增大
第二章流体输送机械自测题 一．填空或选择 1．离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是。 2．离心泵的主要特性曲线包括、和三条曲线。3．离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体，否则将可能发生现象。而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生现象。4．若离心泵入口真空表读数为700mmHg，当地大气压为101.33kPa，则输送42℃水时（饱和蒸汽压为8.2kPa）泵内将发生现象。 5．离心泵安装在一定管路上，其工作点是指。用离心泵将储槽A 内的液体送到一常压设备B，若B变为高压设备，则输液量，泵的压头，轴功率。 6．离心泵通常采用调节流量；往复泵采用调节流量。某离心泵在Q=0.02m3/s时H=20m，管路性能Qe=0.02m3/s时需要的He=16 m，泵安在此输水管路中调节流量为0.02m3/s，因调节阀门的压头损失为，消耗的功率。 7．离心泵在一管路系统中工作，管路要求流量为Q e，阀门全开时管路所需压头为H e，而与相对应的泵所提供的压头为H m，则阀门关小压头损失百分数为％。8．往复泵的往复次数增加时，流量，扬程。 9．离心泵的效率η和流量Q的关系为（） A.Q增大，η增大 B.Q增大，η先增大后减小 C.Q增大，η减小 D.Q增大，η先减小后增大 10．离心泵的轴功率N和流量Q的关系为（） A.Q增大，N增大 B.Q增大，N先增大后减小 C.Q增大，N减小 D.Q增大，N先减小后增大 11．离心泵停止操作时宜（） A.先关出口阀后停电 B.先停电后关阀 C.先关出口阀或先停电均可 D.单级泵先停电，多级泵先关出口阀 12．往复泵适用于（） A.大流量且要求流量特别均匀的场合 B.介质腐蚀性特别强的场合 C.流量较小，压头较高的场合 D.投资较小的场合 13．在测定离心泵性能时，若将压力表装在调节阀以后，则压力表读数p2将（），而当压力表装在调节阀以前，则压力表读数p1将（）， A.随流量增大而减小 B.随流量增大而增大 C.随流量增大而基本不变 D.随真空表读数的增大而减小 14．离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是（）。 A.最高效率点对应值 B.操作点对应值 C.最大流量下对应值 D.计算数据 15．离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀能力。 16．离心泵在一定管路系统下工作时，压头与被输送液体密度无关的条件是。 A.Z2-Z1=0 B.ΣH f=0 C.Δu2/2g=0 D.(p2-p1)/ρg=0 17．往复泵具有特性，有能力，安装过高会发生现象。二．分析题 刚安装好的一台离心泵，启动后出口阀已经开至最大，但不见水流出，试分析原因并采取措施使泵正常运行。
第二章 流体输送机械 授课时间：8学时 授课方式：板书+幻灯片 授课内容提纲： 离心泵结构、操作原理和类型；离心泵的理论压头和实际压头；离心泵特性参数和特性曲线；管路特性曲线；离心泵的工作点和流量调节；离心泵安装高度的确定；离心泵的选用；往复泵和其它类型泵；通风机、鼓风机、 压缩机和真空泵 教学目的、要求： 1.了解离心泵主要部件，重点掌握离心泵的工作原理，掌握离心泵基本方程式及应用，离心泵主要性能参数，重点掌握离心泵的特性曲线及其应用、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的安装高度及其计算，熟悉离心泵的类型与选择。了解往复泵、计量泵和旋转泵等其他类型泵的工作原理和构造。 2.了解离心通风机、鼓风机与压缩机的构造和工作原理。了解往复压缩机的构造及工作原理，压缩循环的有关计算。 教学重点及难点： 重点：离心泵操作原理；离心泵的工作点和流量调节；离心泵安装高度的确定。 难点：离心泵特性参数和特性曲线；管路特性曲线。 教学方法和教学手段： 新课引入：1.播放动画、2.播放图片 新课教学：1.动画图示、2.过程解析 讨论：离心泵启动前为什么灌满液体；离心泵的安装高度目的 本讲要点：离心泵的工作原理，离心泵基本方程式及应用，掌握离心泵的特性曲线及其应用、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的安装高度及其计算。 作业布置：3；5 教学内容： 第二章 流体输送机械 如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与工厂之间联系的通道的话，则流体输送机械是这种联系的动力所在。以供料点和需料点为截面列柏努利方程： f e H g u g p z H +?+?+?=22 ρ
其中e H 是流体输送机械对单位重量流体所做的功。从上式可以看出，采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也可能几种目的兼而有之。 流体输送机械目的：实现非自动化过程。 流体输送机械的分类： （1）按输送流体的状态分： 液体输送机械 如：泵 气体输送机械 如：风机、压缩机、真空泵 （2）按工作原理通常分三大类： 离心式 正位移式 流体动力作用式 第一节 离心泵 一、离心泵的操作原理与构造 1.离心泵的构造： 2.操作原理： 启动： ?????：、： 、： 、泵轴及轴封装置泵壳叶轮321 离心泵结构示意图
流体输送机械介绍 原作者： 出处： 【关键词】流体输送机械 【论文摘要】化工生产都是连续流动的各种物料或产品。由于工艺需要常需将流体由低处送至高处；由低压设备送至高压设备；或者克服管道阻力由一车间（某地）水平地送至另一车间（另一地）。为了达到这些目的，必须对流体作功以提高流体能量，完成输送任务。这就需要流体输送机械。 流体输送机械 概述 一、化工生产中为什么要流体输送机械？ 化工生产都是连续流动的各种物料或产品。由于工艺需要常需将流体由低处送至高处；由低压设备送至高压设备；或者克服管道阻力由一车间（某地）水平地送至另一车间（另一地）。为了达到这些目的，必须对流体作功以提高流体能量，完成输送任务。这就需要流体输送机械。 二、为什么要用不同结构和特性的输送机械？ 这是因为化工厂中输送的流体种类繁多： 1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易 挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等； 2、温度和压强又有高低之分； 3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。 所以需要有各种结构和特性的输送机械。 三、化工流体输送机械分类 一般可分为四类：即离心式、往复式、旋转式和流体动力作用式。这四种类型机械均有国产产品，且大多数已成为系列化产品。 四、本章讨论的主要容 为了能选用一台既符合生产要求，又经济合理的输送机械，不仅要熟知被输送流体的性质、工作条件、输送要求，同时还必须了解各种类型输送机械的工作原理、结构和特性。这样才能正确地选型和合理地使用。这就是本章讨论的主要容。
2-1-1 离心泵的工作原理 离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳 （如图（此图最好能实现动态）所示）。叶轮是离心泵直接对液体作功的部件，其上通常有6 到12片后弯叶片（即叶片弯曲方向与旋转方向相反）。离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速 旋转运动，迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程中获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在泵壳，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。 在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体，在液面压力（常为大气压）与泵压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此 可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心 力来输送液体，故名离心泵。 离心泵若在启动前未充满液体，则泵存在空气，由 于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处 所形成的真空不足以将液体吸入泵，虽启动离心泵，但 不能输送液体，这种现象就称为“气缚”。所以离心泵 启动前必须向壳体灌满液体，在吸入管底部安装带滤网 的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵漏 失。滤网防止固体物质进入泵。靠近泵出口处的压出管 道上装有调节阀，供调节流量时使用。 2-1-2 离心泵的理论压头 一、离心泵的理论压头 从离心泵工作原理知，液体从离心泵叶轮获得能量 而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，可以从理论上来分析。由于液体在叶轮的运动比较复杂，故作如下假设： （1）叶轮叶片的数目无限多，叶片的厚度为无限薄，液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动，无任何倒流现象； （2）液体为粘度等于零的理想流体，没有流动阻力。如图所示，叶轮带动液体一起作旋转运动时，液体具有一个随叶轮旋转的圆周速度u，其运动方向为所处圆周的切线方向；同时，液体又具有沿叶片间通道流的相对速度w，其运动方向为所在处叶片的切线方向；液体在叶片之间任一点的绝对速度c为该点的圆周速度u与相对速度w的向量和。由图可导出三者之间的关系：
2.2 习题 1（1）离心泵的主要部件有________、_________和_________。 2（2）往复泵主要适用于__________、_________的场合。 3离心泵产生汽蚀，通常是由于______________，______________，____________，______________等。 4离心泵的叶片一般是__________，这是为了输出时增大__________，减少__________。 5（1）若被输送流体粘度增高，则离心泵的压头________、流量________、效率________、轴功率________。 6（2）若被输送流体密度改变,则离心泵的________、________及________均保持不变。 7（3）离心泵的总效率 反映了________，________和________三项能量损失的影响。 8（4）离心泵吸入管线一般处于________压状态，若此时吸入管有泄漏，离心泵可能出现________现象。 9（1）离心泵工作点是________曲线与________曲线的交点。 10（2）离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生________现象。 11（1）离心泵的轴封装置主要有________和________两种； 12（2）管路特性曲线的一般表达式是________。 13（3）影响离心泵理论流量的因素有________和________。 14（4）离心泵叶轮按有无盖板可分为________、________、________。 15在测定离心泵的性能曲线实验过程中，在泵出口处应安装________和________，而________必须在________的前部。在泵的入口处应安装________，在________上还必须安测流量仪表，测流量仪表可以采用________或________或________等。 16（1）离心泵的特性曲线通常包括________、________和________曲线，这些曲线表示在一定的________下输送某特定液体时的性能。 17（2）离心泵用出口阀调节流量实质上是改变了________曲线使其________位置发生变化,如果将离心泵的转速减少，则可以使________曲线改变，改变的方向是________。
第二章流体输送设备习题及答案 一、选择题 1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 汽蚀现象； C. 汽化现象； D. 气浮现象。 2、离心泵最常用的调节方法是 ( )。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变压出管路中阀门的开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B A. 包括内能在内的总能量； B. 机械能； C. 压能； D. 位能（即实际的升扬高度）。 4、离心泵的扬程是 ( )。D A. 实际的升扬高度； B. 泵的吸液高度； C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。 5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C A. 水温太高； B. 真空计坏了； C. 吸入管路堵塞； D. 排出管路堵塞。 6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。A A. 大于； B. 小于； C. 等于。 7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。A；C A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。输送大流量，低粘度的液体应采用（）。C；A A. 离心泵； B. 往复泵； C. 齿轮泵。 9、1m3 气体经风机所获得能量，称为（）。A A. 全风压； B. 静风压； C. 扬程。 10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。A A. 打开； B. 关闭； C. 半开。 11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。C A. 发生了气缚现象； B. 泵特性曲线变了； C. 管路特性曲线变了。 12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。D A 灌水； B 放气； C 灌油； D 灌泵。 13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。A A. 吸入管路； B. 排出管路； C. 调节管路； D. 分支管路。 14、为提高离心泵的经济指标，宜采用_____ 叶片。B A 前弯； B 后弯； C 垂直； D 水平。 15、离心泵最常用的调节方法是（）。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变排出管路中阀门开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 16、往复泵的_____ 调节是采用回路调节装置。C
第二章流体输送机械 离心泵特性 【2-1】某离心泵用 15 C 的水进行性能实验，水的体积流量为 540m 3/h ，泵出口压力表 读数为350kPa ，泵入口真空表读数为 30kPa 。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为 350mm ，吸入管与压出管内径分别为 350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。 解 水在 15 C 时 995.7kg/m 3，流量 q V 540m 3 / h 压力表P M 350kPa,真空表g 30kPa （表压） 压力表与真空表测压点垂直距离 ％ 0.35m 管径 d ! 0.35m, d 2 0.31m 2 d . u 2 q - 1.56 d 2 2 2 P M P V U 2 U 1 H h 。 2 - p 2 g 350 103 ( 30 103) 0.35 - 995.7 9.81 0.35 38.9 0.078 39.3m 水柱 【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为 1400kg/m 3的水溶液，其他性质可 视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明： （1） 泵的压头（扬程）有无变化； （2）若在泵出口装一压力表，其读数有无变化； （3）泵的轴功 率 有无变化。 解（1）液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。 （见教材） （2） 液体密度增大，则出口压力表读数将增大。 （3） 液体密度 增大，则轴功率 P 乐gH 将增大。 【2-3】某台离心泵在转速为 1450r/min 时，水的流量为 18m 3/h , 扬程为20m （H 2O ）。试 求：（1）泵的有效功率，水的密度为 1000kg/ m 3 ； （2）若将泵的转速调 节到 1250r/min 时，泵的 流量与扬程将变为多少？ 解(1)已知 q v 18m 3 / h, H 20m 水柱， 1000 kg /m 3 有效功率 P e q v gH —— 1000 9.81 20 981W 流速 U 1 q v 540/3600 1.56m /s 4d1 (0.35)2 2 0.35 031 1.99 m / s 扬程 (1.99)2 (1.56)2 2 9.81
习题 填空与选择题 1（1）离心泵的主要部件有________、_________和_________。 2（2）往复泵主要适用于__________、_________的场合。 3离心泵产生汽蚀，通常是由于______________，______________，____________，______________等。 4离心泵的叶片一般是__________，这是为了输出时增大__________，减少__________。 5（1）若被输送流体粘度增高，则离心泵的压头________、流量________、效率________、轴功率________。 6（2）若被输送流体密度改变,则离心泵的________、________及________均保持不变。 7（3）离心泵的总效率 反映了________，________和________三项能量损失的影响。 8（4）离心泵吸入管线一般处于________压状态，若此时吸入管有泄漏，离心泵可能出现________现象。 9（1）离心泵工作点是________曲线与________曲线的交点。 10（2）离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生
________现象。 11（1）离心泵的轴封装置主要有________和________两种； 12（2）管路特性曲线的一般表达式是________。 13（3）影响离心泵理论流量的因素有________和________。 14（4）离心泵叶轮按有无盖板可分为________、________、________。 15在测定离心泵的性能曲线实验过程中，在泵出口处应安装________和________，而________必须在________的前部。在泵的入口处应安装________，在________上还必须安测流量仪表，测流量仪表可以采用________或________或________等。 16（1）离心泵的特性曲线通常包括________、________和________曲线，这些曲线表示在一定的________下输送某特定液体时的性能。 17（2）离心泵用出口阀调节流量实质上是改变了________曲线使其________位置发生变化,如果将离心泵的转速减少，则可以使________曲线改变，改变的方向是________。 18泵的压头单位是________，可简化为________，其物理意义是________。 19往复压缩机的排气量是指________。 20离心通风机全风压的单位是________，它的物理意义应理解为
第2章流体输送机械 学习目的与要求 1、掌握离心泵的工作原理、结构及主要性能参数。 2、掌握离心泵特性曲线、管路特性曲线、工作点。 3、理解汽蚀现象成因，掌握离心泵最大安装高度计算。 4、了解往复泵和旋转泵结构。 5、了解风机结构和工作原理。 6、了解真空泵、真空技术及相关知识。 综合练习 一. 填空题 1．离心泵的主要部件有_________、_________和_________。 2．离心泵的泵壳制成螺壳状，其作用是_________。 3．离心泵特性曲线包括_________、_________和_________三条曲线。 4．离心泵特性曲线是在一定_________下，用常温_________为介质，通过实验测定得到的。 5．离心泵启动前需要向泵充满被输送的液体，否则将可能发生_________现象。．6．离心泵的安装高度超过允许吸上高度时，将可能发生_________现象。 7．离心泵的扬程是指_________，它的单位是_________。 8．若离心泵人口处真空表读数为93.32 kPa，当地大气压强为101.33 kPa，则输送42℃水（饱和蒸气压为8.2 kPa）时，则泵内_________发生气蚀现象。 9．离心泵安装在一定管路上，其工作点是指_________。 10．若被输送液体的粘度增高，则离心泵的压头_________、流量_________、效率_________、轴功率_________。 答案：1. 叶轮泵壳轴封装置 2. 转能，即使部分动能转化为静压能 3.H-Q、N-Q、η-Q 4．转速水 5. 气缚 6. 气蚀 7. 泵对单位重量流体提供的有效能量 m 8. 会 9. 泵的特性曲线与管路曲线交点 10. 减小减小下降增大 二、选择题 1．离心泵的扬程是指（）。 A．实际的升扬高度 B．泵的吸上高度 C．单位重量液体通过泵的能量 D．液体出泵和进泵的压强差换算成的液柱高 2．离心泵的轴功率是（）。 A．在流量为零时最大 B．在压头最大时最大 C．在流量为零时最小 D．在工作点处最小 3．离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。 A．Q增大，η增大 B． Q增大，η先增大后减小 C．Q增大，η减小 D． Q增大，η先减小后增大 4．离心泵的轴功率N和流量Q关系为（）。
第二章 流体输送设备 【例2－1】 离心泵特性曲线的测定 附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据： 泵进口处真空表读数p 1=2.67×104Pa(真空度) 泵出口处压强表读数p 2=2.55×105Pa(表压) 泵的流量Q =12.5×10－ 3m 3/s 功率表测得电动机所消耗功率为6.2kW 吸入管直径d 1=80mm 压出管直径d 2=60mm 两测压点间垂直距离Z 2－Z 1=0.5m 泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，电动机的效率为0.93 实验介质为20℃的清水 试计算在此流量下泵的压头H 、轴功率N 和效率η。 解：（1）泵的压头 在真空表及压强表所在截面1－1与2－2间列柏努利方程： =+++H g u g p Z 22 111ρf H g u g p Z +++22222ρ 式中 Z 2－Z 1=0.5m p 1=－2.67×104Pa （表压） p 2=2.55×105Pa （表压） u 1=()m/s 49.208.0105.12442 3 21=???=-ππd Q u 2=() m/s 42.406.0105.12442 3 22=???=-ππd Q 两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故 H =0.5+()()81 .9249.242.481.910001067.21055.22 2 45?-+ ??+? =29.88mH 2O （2）泵的轴功率 功率表测得功率为电动机的输入 功率，电动机本身消耗一部分功率，其效率为0.93，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率）为： N =6.2×0.93=5.77kW （3）泵的效率 = ==N g QH N N e ρη100077.581 .9100088.29105.123?????- =63.077 .566 .3= 在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据，计算出相应的H 、
第2章流体输送设备 2.1概述 流体输送机械：为流体提供能量的机械或装置 流体输送机械在化工生产的作用：从低位输送到高位，从低压送至高压，从一处 送至另一处。 2.1.1对流体输送机械的基本要求 （1）满足工艺上对流量和能量的要求（最为重要）； （2）结构简单，投资费用低； （3）运行可靠，效率高，日常维护费用低； （4）能适应被输送流体的特性，如腐蚀性、粘性、可燃性等。 2.1.2流体输送机械的分类 按输送流体的种类不同泵（液体）：离心泵、往复泵、旋转泵 风机（气体）：通风机、鼓风机、压缩机，真空泵 按作用原理不同：离心式、往复式、旋转式等 本章主要讲解：流体输送机械的基本构造、作用原理、性能及根据工艺要求选择 合适的输送设备。 2.2离心泵 离心泵是化工生产中最常用的一种液体输送机械，它 的使用约占化工用泵的80?90%。 2.2.1离心泵的工作原理和主要部件 基本结构：蜗形泵壳，泵轴（轴封装置），叶轮启动前：将泵壳 内灌满被输送的液体（灌泵）。 输送原理：泵轴带动叶轮旋转—液体旋转—离心力 （p,u）f泵壳，A T u J pt—液体以较高的压力，从压出口进入压出 管，输送到所需的场所。—中心真空—吸液 气缚现象：启动前未灌泵，空气密度很小，离心力也很小。吸入口处真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送体。此现象称为“气缚”。说明离心泵无自吸能力。防止：灌泵。 生产中一般把泵放在液面以下 底阀（止逆阀），滤网是为了防止固体物质进入泵内 2.2.2离心泵的主要部件 1.叶轮 叶轮是离心泵的最重要部件。其作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能都有所提高。 按结构可分为以下三种：开式叶轮：叶轮 两侧都没有盖板，制造简单，效率较低。它适用 于输送含杂质较多的液体。 W开式⑹^^幵式同阑式
第二章 习 题 管路特性 1. 拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m 高的塔中。塔顶压强为0.06MPa(表压)。全部输送管均为φ57×3.5mm 无缝钢管, 管长50m(包括局部阻力的当量长度)。碱液的密度ρ=1200kg/m 3 , 粘度μ=2mPa ·s 。管壁粗糙度为0.3mm 。试求： (1) 流动处于阻力平方区时的管路特性方程； (2) 流量为30m 3 /h 时的He 和Ne 。 习题1 附图 习题2 附图 离心泵的特性 2. 直径0.4m, 高0.2m 的空心圆筒内盛满水, 圆筒以1000rpm 绕中心轴旋转, 筒顶部中心处开有一小孔与大气相通。试用静力学基本方程式(1-8)求： (1) 液体作用于顶盖上的压强分布(p 与半径r 的关系)； (2) 筒圆周内壁上液体的势能 g ρP 及动能 u g 2 2比轴心处各增加了多少？ 3. 某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水, 当流量为71m 3 /h 时, 泵吸入口处真空表读数0.029MPa, 泵压出口处压强计读数0.31MPa 。两测压点的位差不计, 泵进、出口的管径相同。测得此时泵的轴功率为10.4kW, 试求泵的扬程及效率。 带泵管路的流量及调节 4. 在离心泵和输送管路的系统中, 已知下列条件：输送管路两端的势能差g ρP ?, 管径d 、管长l(包括局部阻力的当量长度)，粗糙度ε, 液体物性μ、ρ及泵的特性方程2BV A H e -=。试作一框图以表示求取输液量的计算步骤。
习题4 附图 V,l/min 0 1200 2400 3600 4800 6000 H e , m 34.5 34 33 31.5 28 26 管路终端与始端的位差5m, 管长360m(包括局部阻力的当量长度), 泵的进、出口内径为 120mm, 设λ为一常数0.02。求泵的供水量及有效功率。 *6. 某台离心泵的特性曲线可用方程2220V H e -=表示。式中H e 为泵的扬程, m ；V 为流量, m 3/min 。现该泵用 于两敞口容器之间送液, 已知单泵使用时流量为1m 3/min 。欲使流量增加50%, 试问应该将相同两台泵并联还是串联使用? 两容器的液面位差为10m 。 *7. 某带有变频调速装置的离心泵在转速1480rpm 下的特性方程为23.404.38V H e -=(V- m 3/min)。输送管路两 端的势能差为16.8m, 管径为φ76×4mm, 长1360m(包括局部阻力的当量长度),λ=0.03。试求: (1) 输液量V ； (2) 当转速调节为1700rpm 时的输液量V ’。 离心泵的安装高度 8. 某离心泵的必需汽蚀余量为3.5m, 今在海拔1000m 的高原上使用。已知吸入管路的全部阻力损失为3J/N 。今拟将该泵装在水源之上3m 处, 试问此泵能否正常操作？该地大气压为90kPa, 夏季的水温为20℃。 *9. 要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽, 釜中真空度为67kPa(其中液体处于沸腾状态, 即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强)。泵位于地面上, 吸入管总阻力为0.87J/N, 液体的密度为986kg/m 3, 已知该泵的必需汽蚀余量(NPSH)r 为3.7m, 试问该泵的安装位置是否适宜? 如不适宜应如何重新安排？