第二章流体输送机械 Key words: Fluid-Moving, Machinery, Centrifugal pumps, Positive displacement pumps, Theoritical head, Actual head 第一节概述 流体输送机械: 给流体增加机械能的设备 机械能「使液体p↑→转换为其它形式 u2克服磨擦阻力 输送对象∫液体→泵 气体→压缩机、鼓风机、通气机 工作原理「动力式(叶轮式)一离心式、轴流式 容积式(正位移式)、往复式、旋转式 其它形式→喷射式 掌握要求「基本原理 主要结构丫选择、计算功率 性能参数确定安装位置 第二节离心泵 、工作原理和主要构件 原理(1)汲入管注满水 2)给液体以动能、静压能15-20m/s 流道扩大p↑→管路 3)叶轮中心形成真空p-pa 气缚:气体ρ小、离心力作用小、不足以吸入 2、主要构件 开式 加速,p↑ 叶轮1半开式沿叶片间隙,p↑ 闭式 泵壳「封闭叶轮 排出汲入液体,转换能量 (避免阻力损失,导向叶轮) 轴密封:填料密封、机械密封 、离心泵基本方程 从理论上分析离心泵中液体质点的运动状况, 获得离心泵压头和流量关系。 基本方程的导出: 假设1)叶片无限多,液体完全 沿叶片弯曲表面流动 2)μ=0,理想液体, 无磨擦阻力损失 ,u2随叶轮转动速度
23 第二章 流体输送机械 Key words：Fluid-Moving, Machinery, Centrifugal pumps, Positive displacement pumps, Theoritical head，Actual head 第一节 概述 流体输送机械： 给流体增加机械能的设备 机械能 使液体 p → 转换为其它形式 u 2 /2 克服磨擦阻力 输送对象 液体→泵 气体→压缩机、鼓风机、通气机 工作原理 动力式（叶轮式）－离心式、轴流式 容积式（正位移式）、往复式、旋转式 其它形式→喷射式 掌握要求 基本原理 主要结构 选择、计算功率 性能参数 确定安装位置 第二节 离心泵 一、工作原理和主要构件 1、原理 1) 汲入管注满水 2) 给液体以动能、静压能 15－20m/s 流道扩大 p↑→管路 3) 叶轮中心形成真空 po－pa 气缚：气体小、离心力作用小、不足以吸入。 2、主要构件 开式 加速，p↑ 叶轮 半开式 沿叶片间隙，p↑ 闭式 泵壳 封闭叶轮 排出汲入液体，转换能量 (避免阻力损失，导向叶轮） 轴密封：填料密封、机械密封 二、离心泵基本方程 从理论上分析离心泵中液体质点的运动状况， 获得离心泵压头和流量关系。 1、基本方程的导出： 假设 1) 叶片无限多，液体完全 沿叶片弯曲表面流动 2) ＝0，理想液体， 无磨擦阻力损失 u1 ，u2 随叶轮转动速度；
W1,W2沿叶片运动速度:;c1 合速度 泵给单位重量液体的机械能(m) 对于进出口(Z不考虑) P=B+s=H(静)+H动) g H静压能↑∫离心力作功 流道扩大动能→静压能 ∫Fb=J°rmb l2-l1 由速度三角形余弦定理: =ci+-2 C l COs a W2=C2+u2-2c2u, cosa 代入:H a1)/g 般设计中为提高理论压头, coSa1=0a1=90) C,,=u,, sina, ctgP,, ctgP,=(u2-C2 cosa,)/c, sin a2 O =2Tr,b,c, sina,, C, sina,=@r /2Tr,b H=uc, cosa,/ g (u,-C, sina,ctgB,)=-(u u,octg B, 2xi6) h=(0)2-2gO 1g, b g 泵一定 bz,β2一定,Hr=A-BQ 2、讨论 后弯片:ctg2>0(B2<90°),Qn↑,Hr 径向片:ctg2=0(β2=90°),H与Qr无关 前弯片:ctgβ2<0(β2>90°),Q1↑.Hr↑ 后弯:∫①静压能比例↑ ②流速过大,冲击损失大(前弯片) 3、理论压头与实际压头 (1)叶片间环流(并非无限多)u2, 比实际小 (2)磨擦损失 Friction与u2成正比 (3)冲击损失β2:设计值
24 W1 ，W2 沿叶片运动速度；c1 ， c2 合速度 泵给单位重量液体的机械能（ｍ） 对于进出口（Z 不考虑） 2 2 2 1 2 1 2 T p C p p c H H H g g = + = + － －c （静） （动） Hp 静压能↑ 离心力作功 流道扩大 动能→静压能 ① 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 ( ) 2 2 r r r r u u Fdr r dr r r − = = − = ② 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2 2 T w w u u w w c c H g g g − − − − = + + 由速度三角形余弦定理： 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 cos 2 cos ( cos cos ) / T w c u c u w c u c u H u c u c g = + − = + − 代入： = − 一般设计中为提高理论压头， 1 1 cos 0 ( 90 ) = = ， 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 cos sin ( cos ) / sin T T 2 sin sin / 2 c u c ctg ctg u c c Q r b c c Q r b = − = − = = ， ， 2 2 2 cos / H u c g T = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 ( sin ) ( ) 2 1 ( ) 2 T T T T u u Q ctg H u c ctg u g g r b Q H r ctg g b g = − = − = − 泵一定：r2，b2，2 一定，HT = A–BQ 2、讨论 后弯片：ctg2 >0 （2 <90°)， QT↑，HT↓ 径向片：ctg2 =0 （2 =90°) ，HT与 QT无关 前弯片：ctg2 <0 （2 >90°) ，QT↑. HT↑ 后弯： ① 静压能比例↑ ② 流速过大，冲击损失大（前弯片） 3、理论压头与实际压头 ⑴ 叶片间环流（并非无限多）u２， c２比实际小 ⑵ 磨擦损失 Friction 与 u 2 成正比。 ⑶ 冲击损失 2：设计值
三、离心泵的主要性能参数: 1、流量m2/h,与转速、尺寸、结构有关 2、压头H=△z+△P/Pg+H扬程≠2,提供有效能量 3、效率泵轴转动功并非全部转换为液体能量 ①容积损失:回漏,平衡孔0.85-0.95 ②水力损失:磨擦,边界层0.8~0.9 ③机械损失:Ne/N=n有效功率/轴功率 轴功率:N=QHpg/n或N=QHl/102n(kw) 四、离心泵的特性曲线及影响因素 特性曲线: ①Q↑H↑ ②Q↑N↑开启时关出口阀 ③Q↑ 有最大值 2、影响因素 1)密度:Q=2π [hasina:2与p无关 H=uc2cos2/g与p无关 p↑、离心力↑、p↑,除以pg,压头不变[液柱] 2)粘度:μ↑,流体阻力↑,H-Q下降急剧 最高效率点处:Q,H,n,N个 0=C2, H =CHH, n=c,n 3)叶轮转速 条件:转速变化不大①速度△相似,②η不变(速度变化小于2%) Or 2Tr bcl sin( Or 2Tr,b,c, sina, c2 u2n △相似 H u,?cosa, u2n H u2C2 cosa, u,n 若不变:N/N=n13n3(比例定律) 4)叶轮外径: ①△相似,阝相同,出口截面不变:zb2=m2b2 g 2Tr:b'c sin a cA u r Dy =+ Or 2T b, c, sin a, 若不变:N/N=D2/D2(切割定律) 5)若直径与其它尺寸变化相应变化。 叶轮直径D与出口宽度b2比例固定。zDb2∝D
25 三、离心泵的主要性能参数： 1、流量 m2 /h , 与转速、尺寸、结构有关 2、压头 / H z p g H = + + f 扬程 z ，提供有效能量 3、效率 泵轴转动功并非全部转换为液体能量 ① 容积损失：回漏，平衡孔 0.85~0.95 ② 水力损失：磨擦，边界层 0.8 ~ 0.9 ③ 机械损失：Ne/N= 有效功率 / 轴功率 轴功率： N=QHg/或 N=QH/102(kw) 四、离心泵的特性曲线及影响因素。 1、特性曲线： ①Q↑ H↑ ②Q↑ N↑ 开启时关出口阀 ③Q↑ 有最大值 2、影响因素： 1) 密度：Q=2r2b2sin2 与无关 H=u2c2cos2/g 与无关 ↑、离心力↑、p↑，除以g，压头不变[液柱] 2) 粘度：↑，流体阻力↑，H－Q 下降急剧 最高效率点处：Q，H，，N ' ' ' Q c Q H c H c = = = Q H ， ， 3) 叶轮转速： 条件：转速变化不大①速度△相似，② 不变（速度变化小于 2％） △相似： 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 sin 2 sin cos cos T T T T Q r b c c u n Q r b c c u n H u c u n H u c u n = = = = = = = 若 不变： 3 3 N N n n / / = （比例定律） 4) 叶轮外径： ①△相似， 相同， 出口截面不变： 2 2 2 2 r b r b = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 '2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 sin 2 sin cos cos T T T T Q r b c c u r D Q r b c c u r D H u c u D H u c u D = = = = = = = = 若 不变： '3 3 2 2 N N D D / / = （切割定律） 5) 若直径与其它尺寸变化相应变化。 叶轮直径 D 与出口宽度 b2 比例固定。 2 Db D 2
则g=(D), O D H D N 五、离心泵吸上高度: 1、气蚀现象: 当p处达到相应温度下液体的饱和蒸汽压时出现汽化现象→p↑后冷凝,填充空穴 冲击压力几百个大气压pmm临界值:p 频率 几万次/秒 2、允许吸上真空度 hn很难测定,一般以入口压强p代替。 H=(Pn-P1)/pgHs:代表1处的真空度(m液柱) 3、允许吸上高度: 入口到储槽液面的最大垂直距离 H=P=_2 h(允许安装高度) (P。-P)/pg数值上=H H=|H+(Hn-10) 981×103~02/100 P 需要知道Hs,这与输送液体性质,当地大气压(H。)有关 铭牌:20℃清水、H2=10m水柱 4、气蚀余量 入口处静压头+动压头,大于饱和蒸气压头PPg的某个最小值 B+4-P H=Po-P pg 2g pg pgpg 泵性能表的△h是20℃清水测定,输送其它液体Mh=p△ 一般安装高度<允许吸上高度,减少0.5~1m.。 当输送T↑,吸上高度小,甚至出现负值 沸点低厂H(↓d个) 泵安装储槽液位下 六、离心泵工作点与流量调节: 1、管路特性曲线 n=x,2+11=是((x(2(=#)p
26 则 3 2 5 ( ) , ( ) , ( ) ( ) Q D H D N D Q D H D N D = = = 五、离心泵吸上高度： 1、气蚀现象： 当 p1 处达到相应温度下液体的饱和蒸汽压时出现汽化现象→ p↑后冷凝，填充空穴。 冲击压力 几百个大气压 pmin 临界值：pv 频率 几万次/秒 2、允许吸上真空度： pmin 很难测定，一般以入口压强 p1 代替。 1 ( ) / H p p g S o = − HS ：代表 1 处的真空度（m 液柱） 3、允许吸上高度： 入口到储槽液面的最大垂直距离： 2 1 2 o g f p p u H h g g − = − − （允许安装高度） 1 ( ) / p p g o − 数值上＝ HS ( ) 3 1000 10 0.24 9.81 10 S S a p H H H = + − − − 需要知道 HS ，这与输送液体性质，当地大气压（ Ha ）有关。 铭牌：20℃清水、 Ha＝10m 水柱 4、气蚀余量： 入口处静压头＋动压头，大于饱和蒸气压头 / p g v 的某个最小值。 2 1 1 2 p u pv h g g g + − = o v g f p p H h H g g = − − − 泵性能表的△h 是 20℃清水测定，输送其它液体 = h h 一般安装高度＜允许吸上高度，减少 0.5~1m.。 当输送 T↑，吸上高度小，甚至出现负值。 沸点低 H d f ( ) 泵安装储槽液位下。 六、离心泵工作点与流量调节： 1、管路特性曲线： ( ) 2 2 2 5 8 2 e e f f p u H Z H H Q g d g g d + + = + + = =
A=f(Re)=∫(Q)H=f"(Q) H=△Z++"(g) pg 2、离心泵的工作点 管路需要压头=泵对液体提供压头 3、流量调节 ①改变管路特性曲线 ②改变泵特性曲线转速 ③并联,串联 低阻抗管路:并联优于串联 高阻抗管路:串联优于并联 七、泵的选用: 1、选泵:①液体性质、操作条件→选类型 ②压头流量 选尺寸,型号 2、安装与运行:①安装高度(吸入管不小于泵入口) ②启动前充满液体,关出口阀 ③运行检查,轴承 ④关出口阀(停车) 第三节其它类型泵 往复泵: 活塞 活塞杆冲程S:活塞移距离 基本结构及原理泵缸 活门 联动装置 与离心泵: 1、Q与H无关。Q=A·s·n(单动) Q=(2A-a)sn(双动) 2、压头与机械强度有关 吸上高度有限、*(自吸) 4、开动时阀打开N=QHpg 5、旁路调节
27 ( ) ( ) ( ) ( ) Re f f f Q H f Q p H Z f Q g = = = = + + 2、离心泵的工作点： 管路需要压头＝泵对液体提供压头。 3、流量调节： ①改变管路特性曲线 ②改变泵特性曲线 转速 ③并联，串联 低阻抗管路：并联优于串联 高阻抗管路：串联优于并联 七、泵的选用： 1、选泵：①液体性质、操作条件→选类型 ②压头流量―――――→选尺寸，型号 2、安装与运行： ①安装高度（吸入管不小于泵入口） ②启动前充满液体，关出口阀 ③运行检查，轴承 ④关出口阀（停车） 第三节 其它类型泵 一、往复泵： 活塞 活塞杆 冲程 S：活塞移距离 基本结构及原理 泵缸 活门 联动装置 与离心泵： 1、Q 与 H 无关。 Q＝A·s·n（单动） Q＝（2A－a）s n（双动） 2、压头与机械强度有关 3、*吸上高度有限、*（自吸） 4、开动时阀打开 N=QHg 5、旁路调节