1、2 流体输送机械,流体输送机械根据其作用的对象不同主要分为二大类：（1）对液体做功的输送机械泵（2）对气体做功的输送机械风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）由于不同的物料（腐蚀性酸碱、粘度高润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为研究对象。,2 流体输送机械2.1 离心泵,2.1 离心泵(Centrifugal pumps)2.1.1 工作原理及构造(1)工作原理,1叶轮，2蜗壳形泵体（泵壳），3泵轴，4吸入管路，5底阀（单向阀）和滤网，6排出管路,2 流体输送机械2.1 离心泵,2 流体输送机械2.1.
2、1 工作原理及构造,若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为“气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）。,2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造,(2)构造及其作用 叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达12003600转/min，高速1070020450转/min。根据其结构可分为：
3、,2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造,哪种形式的叶轮做功效率高？闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。,泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。,2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造,轴封装置 前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压（吸入口在泵体一侧），故其会吸入外界的空气；
4、液体经过叶轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开式，与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。,2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造,以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：导轮：液体经叶轮做功后直
5、接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这些叶片的弯曲方向与叶轮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，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。若泵安装于液面之下，底阀是否有必要？启动前是否也要灌泵？滤网：防止液体中杂质进入泵体。,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,H=he,2.1.2.1 理论
6、压头 假设：（1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小,即叶片没有厚度；（2）液体为粘度等于零的理想流体。,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,(2-2),H 叶轮对液体所加的压头，m；p1、p2 液体在1、2两点处的压力，Pa；c1、c2 液体在1、2两点处的绝对速度，m/s；液体的密度，kg/m3；,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,液体从点1运动到点2，静压头增加（p2 p1）/g的原因：质量为1kg的液体因受离心力作用而接受的外功：,质量为1kg的液体从点1运动到点2由于通道的截面增大，一部分动能转变为静压能,质量为1kg的液体通过叶轮后其静
7、压能的增量：,(2-3),2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,(2-4),在离心泵设计中，一般都使设计流量下的,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,(2-10,11),2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,根据装置角2的大小，叶片形状可分为三种：,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,图2-9 离心泵H-Q图,(2-10,11),2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,2.1.2.2 实际压头 由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的
8、能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。流体通过泵的过程中压头损失的原因：,（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。,（2）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻力损失。,（3）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。,2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头,实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体输送的需要，而流体输送伴随着位压头（升扬高度），静压头、动压头的变化和阻力损失（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计入泵的效率），因此,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,2.1.3 离心泵的主要性能参数
9、,（2-12）,由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动压头差一般也可以略去，则可得,（2-12a）,（1）压头和流量由b、c两截面间的柏努利方程：,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,（2）有效功率Ne、轴功率N 和效率 有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功Ne=HQg，W 轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN泵的效率：泵对外加能量的利用程度，100%。为什么？,泵运转过程中存在以下三种损失：容积损失 该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时
10、，叶片通道不易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。水力损失 该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。机械损失 该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：,一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达90%。,2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数,（3）叶轮转速n,10003000转/min（或r.p.m）；2900转/min最常见。泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把它标
11、在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20 的水测定的。,2 流体输送机械2.1.4离心泵特性曲线,2.1.4 离心泵特性曲线（Characteristic curves）,由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线HQ、NQ、Q的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为4B20型离心泵在转速n2900r/min时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,2 流体输送机械2.1.4离心泵特性曲线,由图212可知：,（1）HQ曲线：Q，H(Q很小时 可能例外)。当Q0时，H
12、也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。,（2）N Q曲线：Q，N。当Q0时，N最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。,（3）Q曲线：有极值点(最大值)，于此点下操作效率最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92max。,2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素,2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素（1）密度对特性曲线的影响理论Q=2r2b2c2sin2 与无关，实际 Q也与无关，但ms=Q 与有关。理论H=u2c2cos2/g与无关，实际H也
13、与无关。N=HQg/。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送20清水时的N。所选泵用于输送比水的大的液体应先按N=N/核算轴功率，若N 表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。,2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素,（2）流体粘度对特性曲线的影响、hf、Q、H、N(的幅度超过Q H的幅度，N)。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体比清水大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。,若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。,2 流体输送机械,（3）转速n对特性曲线的影响,泵的特性
14、曲线是在一定转速下测得的，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化20，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变（如图所示)，则泵的效率不变（等效率）。,2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素,（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定)而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低Q和H而节省N。若D2变化20%，可以认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变，不变，D2b2不变，则,根据以上各式可得离心泵的切割定律如下：,2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节,2.1.6 离心泵的工作点与流量调节（1）管路特性曲线方程,令,而,令,