教師授課教案

課程名稱：化工原理

課程號：________03010300__________

授課教師：龐金釗、張建偉等

所屬教研室：化工原理

材料科學與化學工程學院

2007年6月制

第十授課單元

離心泵的操作原理、構造、類型、主要性能參數

教案內容備注*

一、教學目的

1.了解流體輸送機械分類。

2.熟悉液體輸送機械一一泵的各局部結構姚玉英等編著化工原理

3.掌握葉輪形式，理論壓頭導出過程、氣縛現象上冊

二、教學內容劉佩茹編著化工過程與

離心泵的操作原理、構造、類型、主要性能參數設備

三、教學重點、難點及其處埋王志魁主編億工原理

1.重點：葉輪形式，理論壓頭導出過程第二版

2.難點及其處理方法：理論壓頭。

四、教學方法、手段

結合生活中的例子引出流體輸送機械，結合教具介紹液體輸送

機械一一泵及其各局部結構

五、板式設計

第一節液體輸送機械

液體輸送機械按其工作原理通常分兩大類：

即離心泵和正位移泵（往復泵和旋轉泵）

2-1-1離心泵

離心泵的主要部件與工作原理

（一）離心泵的主要部件

1.葉輪：

閉式，半閉式，開式一一展示教具

2.葉輪后蓋板上平衡孔的作用：

平衡軸向應力

3吸液方式：

單吸式和雙吸式多媒體

（二）離心泵的工作原理

啟動：

1泵內灌滿液體，2關出口閥，3開泵（開出口閥）：一一多媒體

原理：

主要依靠高速旋轉的葉輪對液體作功，液體在離心力的作用下

獲得了能量以提高靜壓能

離心泵的氣縛現象

氣縛現象：離心泵啟動時，泵內存有空氣一一多媒體

二、離心泵的根本方程

1推導離心泵的根本方程式的假設：

1葉輪具有無限多葉片

2理想液體

2離心泵的根本方程為：

Sg兀D2b2

式中：兀Dm

=--------

Qr=cr27rD2b2

H1理論壓頭Q.r理論流量

O,葉輪外徑b2葉輪出口寬度

n葉輪的轉速四葉輪出口的流動角

討論：

1〃個,。2個那么?,QTT

2葉片幾何形狀

后彎葉片分<90°HT<U1/g靜壓頭大比例大

徑向葉片22=90°%=〃；/g

H>u1/g動壓頭比例大

前彎葉片/72>90°T

3理論流量與理論揚程

線性關系

HT=A—BQT

離心泵的性能參數與特性曲線

離心泵的主要性能參數有流量，壓頭，軸功率，效率和氣蝕

余量等。離心泵性能參數間的關系通常用特性曲線來表示

(-)離心泵的主要性能參數

1.流量Q

2.壓頭H

3.功率與效率

N=HQrg=HQr/102[KW]

r|=(Ne/N)z100%

n小于1,離心泵在輸送液體過程中存在能量損失，主要有

三種：

(1)容積損失

(2)機械損失

(3)水力損失離心泵的效率反映上述三項能量損失的總和，

故又稱為總效率，因此總效率為上述三個效率的乘積，即：

h=hVhmhh

離心泵輸送液體中的能量傳遞、變化過程：

電功率”電機輸出功率絲甄率空翻[功率

六、思考題

離心泵為何采用后彎葉片？

亭1、主要參考書目

2、課程實驗內容及目的

第十一授課單元

離心泵的特性曲線及影響因素

教案內容備注*

一、教學目的

1.了解離心泵的特性參數。

2.熟悉離心泵的特性曲線姚玉英等編著化工原理

3.掌握離心泵特性曲線得出原理和過程上冊

二、教學內容劉佩茹編著化工過程與

離心泵的特性曲線及影響因素設備

三、教學重點、難點及其處埋王志魁主編億工原理

1.重點：離心泵的特性曲線第二版

2.難點及其處理方法：影響因素。

四、教學方法、手段

板書推導為主。

水泵在2900r/min時的特性曲線，由H-Q,N—Q及h-Q三條

曲線所組成。

?特性曲線隨轉速而變，故特性曲線圖上一定要標出實驗時

18

的轉速。90

80

70

(DH-Q曲線60

18

yu

80

(2)N-Q曲線(3)n—Q曲線70

60

SO

40

四、離心泵的性能的改變和換算30

20

泵的生產部門所提供的離

心泵特性曲線一般都是在一定

E

轉速和常壓下，以常溫的清水為

介質做實驗測得的，所輸送的液H

大流量離心泵的粘度換算系數

Q叔min

體不同、泵的轉速或HI輪直徑發生變化時特性曲線應當重新進

行換算。

(?)液體物性的影響

1.密度的影響

2.粘度的影響

(二)離心泵轉速的影響

f=7齊守E

(三)離心泵葉輪直徑的影響

葉輪切削，直徑改變不大時，其流量、壓頭和軸功率與葉輪

=(2)3近似關系

D

：吸入管內徑100mm、排出管內徑80mm、AZ=0.5in>

n=2900r/min、介質為2()℃清水。

數據：v=15L/s,p2=2.55x1()5pa,

p,=-2.67xlO4pa,

N電=6.2Kw月電=0.93。

解：

(1)泵的壓頭

Z[+"+△+”=z2+^-+—+Hf

2gPS-2gpg

其中：Z2-Zj=0.5m;

p尸2.67X104pa(表)

P2=2.55X1()5PM表)

15x1(尸/I5xl(r3re。,

u.----------=1.9\m/5；”,=----------=2.98/〃/s

().785x0.12-0.785x0.08-

石ME”o八V2.55Xliy+2.67X1042.982-1.912<

泵的壓頭：H=0.5+------------------+-----------=29.5m

1000x9.812x9.81

(2)泵的軸功率

N=h電xN電=6.2x0.93=5.77kw

⑶泵的效率

15x29.5x1000xl00%=752%

102N1000x102x5.77

亭1、主要參考書目

2、課程實驗內容及目的

第十二授課單元

離心泵汽蝕現象、允許吸上真空度、汽蝕余量、離心泵的工作點和管路特性曲線、安

裝高度計算。

教案內容備注*

一、教學目的

掌握離心泵汽蝕現象、允許吸上真空度、汽蝕余量、離心泵

的工作點和管路特性曲線、安裝高度計算。姚玉英等編著化工原

二、教學內容理上冊

離心泵汽蝕現象、允許吸上真空度、汽蝕余量、離心泵的工作劉佩茹編著化工過程

點和管路特性曲線。與設備

三、教學重點、難點及其處埋王志魁主編化_L原

1.重點：離心泵汽蝕現象、允許吸上真空度、汽蝕余量、離理第二版

心泵的工作點和管路特性曲線、安裝高度計算

四、教學方法、手段

課堂教學。

五、板式設計

離心泵的氣蝕現象與允許吸上高度

（一）氣飩現象

為防止氣蝕現象產生，葉片入口附近的最低壓強不能低于

輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓。（泵的安裝高度不能過高）泵內

最低壓強的位置不易確定，一般都規定泵入口處的最低壓強，

稱為入口處允許的最低壓強。

H、=(P「P\)/pg

（二）離心泵的允許吸上高度

Hg離心泵的允許吸上

高度又稱為允許安裝高度，是

指泵的吸入口與吸入貯槽液

面間可允許到達的最大垂直

距離。

于貯槽液面0—0,與泵入

處一列柏努利方程式可得出

〃。-Pi_2￡_u11,

其計Pg2g,算式（在允許安裝高度下操

P“一Pi

作）：

pg2g

假設貯槽上方與大氣相通，那么Po即為大氣壓強Pa,上

式可表示為：

1,離心泵的允許吸上真空度HS

當吸入液面為常壓時，離心泵允許吸上高度（即允許安裝高

廈）的計算式：

輸送其它液體或操作條件與實驗條件不同時，需對性能表上的

H's進行換算；

=田s+(4-10)-(―^―T-0.24)1—2.氣蝕余量△!!

9.81x1()p

2

M=且+2一旦.....(2-29)

Pg2gpg

,^L+2￡=A_+2￡+/y...(2-30)

pg2gpg2gA"

比擬式2-29和2-30可得：△〃=&+〃，-

2g3

用Ah表示的允許吸_L高度（即允許安裝高廈）的“算式:

例2-5：V=45-55m3/h,Hf

&二PvA/z—H/g

PSpg

()-1=Im,p()=6.65Kgf7cm2,Hg=-1.5m,Hf()-1=1.6m,

p=530kg/nA,pv=6.5Kgl7cm2,Z\h=3.5m。

確定該泵能否正常操作？

解：

Pv

△h—H/g

pg

式中：po=6.65'9.81'l()4pa。p=530z9.81z104pa,Hf0.l=1.6m,

△h=3.5mo

4

H=(6.65-6.5)x9.81xlQ

3.5-1.6=-2.27m<-1.5/n

530x9.81

不能正常操作

六、離心泵的工作點與流量調節

（一）管路特性曲線與泵的工作點

對以下圖所示的管路輸送系統，在1--與2-2,間列柏努利

方程得：

&

者路系統示意圖

H,=--1-AZ4-----------kHf

Pg2g，

對于一定的管路系統，上式中的az與ap/rg均為定值，即:

△Z+Ap/rg=K

一般△u2/2gH.

上式可簡化為：He=K+Hf假設輸送管路的直徑均一,

那么：

左產y+或）手

〃，?對特定的管路，上

_（1+ZL"、0/3600A）2

d2g

式中的d、L>aLe>zc>ze等均為定值，湍流時1變化不大，

于是令：。鏟+—口說嬴T'

那么上式可簡化成：

2

He=K+BQe（2-36）

?式2-36即為管路特性方程，表

示管路所需壓頭He隨液體流量Qe

的平方成正比；將其標繪在相應的

坐標圖上，稱為管路特性曲線，如

下圖。管路特性曲線與泵的工作點

管路特性曲線與泵特性曲線交點M稱為泵在管路上的工作

在M點處：Q=QeH=He;

（二）離心泵的流量調節

1改變閥門的開度

流量調節實質是通過增加或減少管路中的局部阻力來改變

管路特性曲線，進而改變離心泵的工作點，到達調節流量的目

的。

2改變泵的轉速

改變泵的轉速，即可改變泵的特性曲線，轉速提高，H-Q

線向上移，Q增大，反之那么Q減小。

改變閥門開度時流量變化示意圖改變泵的轉速時流隹變化示意圖

（三）離心泵的并、串聯

六、思考題

地面的離心泵能否將地下

米的井水抽上來？

七、作業

2-3

第十三授課單元

離心泵的選用、安裝和運行。其他類型泵和氣體輸送機械

教案內容備注*

一、教學目的

通過本單元的學習，掌握高心泵安裝高度的計算，能夠根據給

定的生產條件選擇適宜的離心泵，熟悉離心泵運行過程中常見姚玉英等編著化工原理

故障的診斷和排除。了解其他類型泵的分類、優缺點和適用場上冊

合。了解氣體輸送機械的結構和分類，適用場合。劉佩茹編著化工過程與

二、教學內容設備

離心泵安裝、選型、操作c其他類型泵分類。王志魁主編億工原理

三、教學重點、難點及其處理第二版

1.重點：往復泵工作原理、流量調節

四、教學方法、手段

多媒體教學為主、實驗室實物教學。

五、板式設計

離心泵的類型與選擇

（一）離心泵的類型

（1）水泵（B型、D型、Sh型）

（2）油泵（Y型）

（3）耐腐蝕泵（F型）等

（二）、離心泵的選用

選用步驟：

1、確定輸送系統的流量與壓頭

2、選擇泵的類型與型號，列出泵的各種性能參數

3、核算泵的軸功率

2-1-2其它類型泵

往復泵、計量泵、旋轉泵（齒輪泵、羅桿泵、旋渦泵）

本節要求掌握往復泵的工作機理，特性參數和流量調節。

第二節氣體輸送和壓縮機械

氣體機械主要用于以下三個方面：

U）輸送氣體；（2）壓縮氣體；（3）制造真空

氣體壓送機械按出口壓強分類：

通風機：P2W14.7x1（）3pa（表壓）

鼓風機：14.7xl（）3pa<P2>29.4x1（尸Pa（表壓）

壓縮機：（表壓），壓縮比>4；

真空泵：用于減壓，P2為大氣壓；

2-2-1離心通風機、鼓風機與壓縮機

離心通風機、鼓風機與壓縮機的結構和原理與離心泵類似。

通風機是單級的，鼓風機與壓縮機是多級的，壓縮機轉速極高。

?一、離心通風機-多媒體

?通風機按風壓不同，又可分為低壓離心通風機、中壓離心

通風機和高壓離心通風機C

（一）離心通風機結構

離心通風機葉輪-多媒體（二）離心通風機的性能參數與特性

曲線

?離心通風機的主要性能參數有風量、風壓、軸功率與效率。

1風量Q：單位時間內從風機出口排出的氣體體積（以進口處

的氣體狀態計算的體積），單位為m3/h;

2風壓H「單位體積氣體通過風機時所獲得的能量，單位為

J/m3（Pa）,習慣上用

3軸功率N與效率h軸功率為：N=HTQ/1000h[KW]

（三）、離心通風機的選擇

選擇步驟：

1計算系統所需的實際風壓HT'，將HT'換算為實驗條

件下的風壓H「

2確定風機類型；

3選擇具體機號；

二、離心鼓風機和壓縮機

旋轉式流體輸送設備一多媒體:

流體動力作用式輸送i殳備-多媒體六、思考題

離心泵和往復泵流量調節有何不同？

七、作業

2一4

1、主要參考書目

2、課程實驗內容及目的

1.離心泵的主要性能參數之一是泵的揚程（又稱壓頭），其定義是（）液體流經

泵所獲得的能量。

A.lkg