1、20第二章 流體輸送機械（多）一、 流體輸送機械：為流體提供外加能量的機械（機器Ö和設備）。二、 分類泵， 液體Ö風機或壓縮機或真空泵， 氣體離心式Ö （離心泵、離心風機） 或動力式或葉輪式往復式 （往復泵、往復壓縮機） 容積式或正位移式旋轉式 （齒輪泵、羅茨鼓風機）流體動力作用式 （噴射泵）第一節 離心泵一、 工作原理1 結構：見圖2-1。2 原理：甩出、真空、吸入。葉輪旋轉時，葉片之間的液體隨葉輪一起旋轉，在離心力的作用下，液體沿葉片間的通道從葉輪中心被甩到葉輪外圍，具有很高的能量，從而液體可流到所需場所。當液體被甩出后，在葉輪中心就會形成一定的真空，外界壓力

2、與該真空的壓差就使液體經底閥，吸入管道流入葉輪中心。這樣，只要葉輪不停地旋轉，液體就源源不斷地被吸入和排出。3 氣縛：葉輪旋轉時不能輸送液體的現象。若離心泵啟動前未充滿液體，則葉片間必充滿氣體。由于氣體密度很小，所產生的離心力也很小。所以在葉輪中心形成的真空不足以將液體吸入泵內，這時葉輪雖然旋轉，但不能輸送液體。二、 主要部件1 葉輪：見圖2-2和圖2-3。 敞式 （開式） 半蔽式 （半閉式） 單吸 蔽式 （閉式） 雙吸 為平衡軸向推力，可在葉輪后蓋板上鉆一些小孔（見圖2-3a）或采用雙吸式葉輪。2 泵殼：見圖2-4。泵殼一般制成蝸牛殼形，以便動能有效地轉化為靜壓能，為了進一步提高轉化率，有時

3、在葉輪與泵殼之間裝有一個導輪。3 軸封（裝置）：旋轉的泵軸與固定的泵體之間的密封。(1) 填料密封填料一般采用浸油或涂石墨的石棉繩。結構簡單，但功率消耗大，且有一定程度的泄漏。(2) 機械（端面）密封動環硬度大，常用硬質合金、陶瓷等，而靜環硬度較小，常用石墨制品、聚四氟乙烯等。三、 基本方程1 離心力場流線柏努利方程由流線柏努利方程的最初形式：對理想流體，有對勻速離心力場和重力場中的穩定流動或某一時刻，有對不可壓縮流體沿流線進行不定積分，得離心力場流線柏努利方程2 基本方程假定：(1) 葉輪為具有無窮多個葉片、每個葉片無限薄的理想葉輪，即液體質點嚴格沿葉片表面而流動，在同一圓周上所有液體質點的

4、所有物理量都各自相等。(2) 流過葉輪的液體為理想液體，即液體流過葉輪時無能量損失。在1、2兩點間列某一時刻流線柏努利方程：所以 站在葉輪上，在1、2兩點間列同一時刻流線柏努利方程，則所以 理論壓頭(2-4)(P89)由余弦定理得 基本方程(2-5)(P89)在離心泵的設計中，一般使a1=90°，則cosa1=0所以 由 得 代入上式，得 又將 代入上式，得 3 基本方程的討論(1) 理論壓頭與葉輪直徑及轉速成正比。(2) 葉片的幾何形狀對理論壓頭的影響：a. 后彎葉片，b2<90°，ctgb2>0，b. 徑向葉片，b2=90°，ctgb2=0，c.

5、前彎葉片，b2>90°，ctgb2<0，由上可見，b2值越大，HT¥值越高，似乎前彎葉片較好。但由于b2大于90°以后，隨b2的增加，動壓頭增加，靜壓頭反而減小，從而能量損失大，效率低。因此，實際上離心泵的葉片總是后彎的。見圖2-9。(3) 理論流量對理論壓頭的影響當葉輪的幾何尺寸(D2、b2、b2)和轉速(n)一定時，理論壓頭與理論流量呈線性關系。a. b2>90°，QT­，HT¥­b. b2=90°，QT­，HT¥®c. b2<90°，QT

6、3;，HT¥¯實際上，葉輪的葉片數是有限的，液體也是非理想的，所以實際壓頭和實際流量的關系曲線應在理論壓頭和理論流量的關系曲線的下方。四、 性能參數1 流量：單位時間內泵所輸送的液體體積，Q，m3/s、m3/h或L/s。2 揚程（壓頭）：單位重量的液體流經泵后所獲得的能量，H，m液柱。揚程（一般）由實驗測定，裝置如圖，原理如下：在真空表和壓力表之間列柏努利方程：式中 葉輪提供給單位重量的液體的能量，m液柱。所以 所以 式中 分別是壓力表和真空表的讀數，Pa。3 有效功率：液體流經泵后所獲得的功率，Ne，W。顯然 4 效率：有效功率與軸功率之比，即 容積損失hv，高壓液體泄漏

7、到低壓處，Q¯能量損失h 機械損失hm，軸與軸承，軸封的摩擦 水力損失hh，液體內摩擦及液體與液體及泵殼的碰撞，H¯所以 5 軸功率：電機提供給泵軸的功率，N，W。由 得 或 ，kW五、 特性曲線1 特性曲線：反應揚程、軸功率、效率和流量之間函數關系的曲線，一般用20°C的清水在特定轉速下由實驗測定。由軸功率特性曲線知，啟動泵時，應關閉出口閥門，以保護電機。由效率特性曲線知，泵的工作點應在高效率區(h>92%)。2 各因素對特性曲線的影響(1) 密度的影響a. 由知Q與r無關，又由泵的基本方程可知，揚程與液體的密度無關，所以HQ曲線不變。b. 由h只與Q、H

8、及軸的摩擦有關，所以效率也與密度無關，hQ曲線不變。c. 由知，NQ曲線有變。(2) 粘度粘度增大，能量損失增大，因此泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大。即 m­，H¯，Q¯，h¯，N­特性曲線的改變可按下式進行換算：式中 CQ，CH，Ch換算系數，可由圖2-14及圖2-15查得。(3) 轉速當轉速變化不大（±20%）時，有以下近似關系：比例定律(4) 葉輪直徑當葉輪直徑變化不大（±10%）時，有以下近似關系：切割定律六、 氣蝕現象和安裝高度1 氣蝕現象：液體汽化后又凝結，且對葉輪產生破壞的現象。當葉輪入口處壓力

9、等于或低于液體的飽和蒸汽壓時，該處液體就會汽化并產生汽泡，這些汽泡流到高壓處又重新凝結，凝結時會產生很高的局部沖擊力，會使葉輪因疲勞而破壞成蜂窩或海綿狀，而且會產生很大的噪音和強烈的振動。產生氣蝕現象可以是安裝高度過高、液體溫度過高、吸入管路阻力過大等。2 允許吸上真空度(1) 定義 式中 p1泵入口處允許達到的最低絕對壓力，Pa；用液柱高度來表示的泵入口處允許達到的最高真空度，m液柱，通常在10mH2O(9.807´104Pa)的大氣壓下，用20°C的清水由實驗測定。(2) 允許安裝高度Hg與的關系 在貯槽液面與泵入口處之間列柏努利方程，則 所以 若 則 (2-26)(3

10、) 校正3 汽蝕余量(1) 定義式中 NPSH汽蝕余量，泵入口處靜壓頭和動壓頭之和與操作溫度下液體飽和蒸汽壓頭之差。式中 (NPSH)c臨界汽蝕余量，泵入口處最低靜壓頭和動壓頭之和操作溫度下液體飽和蒸汽壓頭之差。用20°C的清水由實驗測定，在一固定流量下，通過關小泵吸入管路的閥門，以泵的揚程下降3%作為發生氣蝕的依據，測出相應的p1,min。式中 (NPSH)r必需汽蝕余量，由臨界汽蝕余量加上一定的安全量而得。(2) Hg與(NPSH)r的關系（2-25）(3) 校正：通常不校正而把它作為安全系數。七、 工作點和流量調節21211 管路特性曲線及泵的工作點在1、2兩截面間列柏努利方程

11、，得又 令 則 管路特性曲線工作點：泵的特性曲線與管路特性曲線的交點。當泵在管路系統中工作時，流經管路的流量就是流經泵的流量；管路所需要的外加能量就是液體流經泵后所獲得的能量。2 流量調節(1) 改變閥門的開度實質是改變管路特性曲線。能損大，但方便，多采用。(2) 改變泵的轉速實質是改變泵的特性曲線。能損小，但昂貴，少采用。(3) 改變葉輪的直徑實質也是改變泵的特性曲線。不方便，相當于換一臺泵，極少采用。3 并聯當一臺泵的流量不夠時，可以用兩臺泵并聯操作，以增大流量。兩臺相同的泵并聯時，其聯合特性曲線為單臺特性曲線在流量上的兩倍。但并聯后的流量并非單臺泵流量的兩倍，因為流量增大，管路阻力增加。

12、4 串聯當一臺泵的揚程不夠時，可以用兩臺泵串聯操作，以提高揚程。兩臺相同的泵串聯時，其聯合特性曲線為單臺特性曲線在揚程上的兩倍。但串聯后的揚程并非單臺泵揚程的兩倍，因為揚程提高，管路阻力也增加。八、 類型和選擇1 類型(1) 分類 單級，IS型 單吸 水泵 多級，D型，揚程高 雙吸，Sh型，流量大 耐腐蝕泵，F型，耐腐蝕 油泵， Y型，密封性好 污水泵，PW型 雜質泵，P型， 砂泵， PS型 防堵、耐磨 泥漿泵，PN型 低溫泵，隔熱性好(2) 型號IS10080160 40FM1-26 100Y-120´2(3) 系列特性曲線將同一類型的各種型號泵的較高效率范圍內的HQ曲線繪在一個總

13、圖上（如圖2-28，P113），以方便選用。2 選擇(1) 確定輸送系統的流量和揚程 生產任務¾®流量 管路系統¾®揚程(2) 選擇泵的類型和型號 液體性質 操作條件 流量 揚程(3) 核算泵的特性曲線 若液體的密度和粘度與水相差很大，則應核算泵的特性曲線： 然后根據核算后的泵的特性曲線確定泵的型號。第二節 其它類型泵一、 往復泵1 結構2 原理當活塞向右運動時，工作室的容積增大，形成負壓，將液體經吸入閥吸入工作室；當活塞向左運動時，工作室的容積縮小，形成高壓，將液體經排出閥排出工作室。3 分類 單動 雙動 三聯4 特點(1) 容積式泵：往復一次，就排出

14、一定體積的液體，而與壓頭無關。單動泵： 理論流量：雙單泵： 由于漏泄，實際流量低于理論流量。(2) 壓頭無限：只要泵的機械強度和原動機功率允許。是正位移泵之一。(3) 有自吸能力(4) 用回路調節流量二、 計量泵：裝有可調偏心輪的往復泵，通過調節偏心輪來調節沖程，從而嚴格地調節流量。三、 隔膜泵：活柱往復泵，用彈性薄膜（橡膠或金屬）將活柱與液體隔開，適合輸送腐蝕性液體和懸浮液。四、 旋轉泵：正位移泵之一。1 齒輪泵：兩齒撥開形成低壓，兩齒合攏形成高壓。2 螺桿泵：兩桿均合攏。五、 旋渦泵：一種特殊的離心泵，啟動前要灌滿液體，啟動時要全開出口閥，并用回路調節流量。第三節 氣體輸送和壓縮機械一、

15、用途1 輸送氣體2 產生高壓氣體3 產生真空二、 分類 通風機 <14.7kPa (表)鼓風機 =14.7294kPa(表)，壓縮比<4 終壓 壓縮機 >294kPa (表)，壓縮比>4 真空泵 =Pa (大氣壓)，初壓為負壓三、 離心通風機1 分類 低壓離心通風機 0.9807kPa (表) 中壓離心通風機 終壓 =0.98072.942kPa (表) 高壓離心通風機 =2.94214.7kPa (表)2 原理： 與離心泵相似3 結構： 與離心泵相似4 性能參數(1) 風量：單位時間內排出的氣體體積，并換算成吸入狀態的數值，Q，m3/h。(2) 風壓：單位體積的氣體流

16、徑風機后，所獲得的能量，HT，J/m3=Pa，mmH2O。風壓也由實驗測定，裝置與測泵揚程的裝置相似，原理如下：在風機進出口之間列柏努利方程，得所以 HTHSThNQ校正 (3) 軸功率與效率5 特性曲線：反應HT、HST、N、h與Q之間函數關系的曲線。6 選擇(1) 確定輸送系統的風量和風壓 生產任務¾®進口(吸入)態風量Q 管路系統¾®實際風壓¾®實驗風壓HT(2) 確定風機的類型和型號 氣體性質 實驗風壓范圍 進口(吸入)態風量 實驗風壓HT四、 離心鼓風機又稱透平鼓風機，結構和原理與多級離心泵類似。五、 離心壓縮機結構和原理與

17、離心鼓風機的相似，只是離心壓縮機的級數更多，一般要分級降溫，且葉輪逐級縮小。六、 羅茨鼓風機結構如圖，原理與齒輪泵相似。七、 液環壓縮機結構如圖，原理為氣室的變化。八、 往復壓縮機P2P11 結構如圖2 原理 假設理想氣體無氣閥阻力無泄漏P2P13422/2/1(1) 理想壓縮循環：活塞與氣缸端蓋之間沒有空隙或沒有余隙。a. 過程數 吸氣 等溫，12 壓縮 絕熱，12/ 排氣 多變，12/b. 循環功式中 m多變指數。(2) 實際壓縮循環：活塞與氣缸端蓋之間有空隙或有余隙。3412a. 過程數吸氣 壓縮 排氣 膨脹b. 循環功c. 余隙系數：余隙體積與活塞掃過體積之比，即 d. 容積系數：吸氣

18、體積與活塞掃過體積之比，即e. l0與e的關系式中 m多變指數，m<k； k絕熱指數。所以 3 性能參數(1) 排氣量：單位時間內排出的氣體體積換算成吸入狀態的數值，Vmin，m3/min。a. 理想循環b. 實際循環(2) 軸功率與效率a. 有效功率（理論功率）b. 效率氣體泄漏 能量損失ha 流動阻力 部件摩擦c. 軸功率4 多級壓縮(1) 流程(2) 采用多級壓縮的理由a. 避免排出氣體溫度過高b. 減少功耗c. 提高氣缸容積利用率d. 壓縮機結構更合理5 類型 單級 單動 雙級 多級雙動低壓 <9.807´105Pa中壓 終壓 =9.807´1059.807´106Pa高壓