西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页第二章 流体输送机械
2,1 概 述
2,2速度式流体输送机械
2,3容积式流体输送机械
2,4真空泵
2,5流体输送机械的特点西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,1 概 述
流体输送机械的分类工作原理 液体输送机械 气体输送机械速度式离心式 离心泵、旋涡泵 离心风机、离心压缩机轴流式 轴流泵 轴流式通风机喷射式 喷射泵容积式往复式 往复泵、隔膜泵、
计量泵往复式压缩机回转式 齿轮泵,螺杆泵 罗茨风机、液环压缩机西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2速度式流体输送机械
2,2,1离心式流体输送机械的基本方程
2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
2,2,3离心泵与离心通风机的性能
2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
2,2,7离心鼓风机与离心压缩机
2,2,8轴流泵和轴流通风机
2,2,9旋涡泵西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,1离心式流体输送机械的基本方程
离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假设,
(1)叶片的数目无限多，叶片无限薄，
流动的每条流线都具有与叶片相同的形状。
（ 2）流动是轴对称的相对定常流动，即在同一半径的圆柱面上，各运动参数均相同，
而且不随时间变化。
（ 3）流经叶轮的是理想流体，粘度为零，因此无流动阻力损失产生。
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2,2,1离心式流体输送机械的基本方程
离心泵和离心式风机的基本方程式
gucucH /c osc os 111222
其中单位重量流体通过无限多叶片的旋转叶轮所获得的能量，称为理论压头 H?。
w是流体具有的与叶片相切的相对速度； u
是随叶轮一起转动的圆周速度，两者的合成速度为绝对速度 c。图 2-1 流体进入与离开叶轮时的速度
r1
β2
α1
r2
w1
A
c2sinα2
u2
u1
w2
c2
2 β
1
α2
c1
一般离心泵，为提高 H?,使?1=90?，即 cos?1=0。
此时 222 c o s?ucH
2222 s i n2 cbrQ?离心泵的流量可表示为式中,r2为叶轮出口半径,b2表示叶轮出口处叶轮的宽度，其它参数见图 2-1所示。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
1.离心泵 的结构、工作原理与分类
(1)离心泵结构离心泵部件可分为旋转部件和静止部件。旋转部件包括叶轮和转轴等；静止部件包括吸入室、蜗壳等，如图所示。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
(2)离心泵工作原理
① 原动机 —— 轴 —— 叶轮,旋转离心力? 叶片间液体 中心?外围
—— 液体被做功动能?
高速离开叶轮西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
② 泵壳,液体的汇集与能量的转换 （ 动?静 ）
③ 吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成
p 泵内有气,则 泵入口压力?
液体不能吸上 —— 气缚故离心泵在启动前必须灌泵
— 液体高速离开
④ 轴封的作用
⑤ 平衡孔的作用 —— 消除轴向推力
⑥ 导轮的作用 —— 减少能量损失西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
(3)离心泵分类
①按液体吸入方式分为单吸式泵（液体从叶轮的一面进入）和双吸式泵（液体从叶轮的两面进入）；
②按叶轮级数分为单级泵（泵轴上只装有一个叶轮）和多级泵（泵轴上装有串联的两个以上的叶轮）
③ 按其用途来分类，常用的类型有：水泵、耐腐蚀泵、油泵和杂质泵等。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
1.离心通风机的 结构、工作原理与分类
(1)基本结构：
离心式通风机的主要部件包括 叶轮 和 机壳 两部分。
为适应 大 风量，通常叶片数较多且叶轮直径较大；
根据叶轮上叶片尺寸和形状的不同，可分为多翼式和涡轮式 风机。
与离心泵相似机壳内逐渐扩大的通道及出口截面有矩形和圆形两种，低中压风机多用矩形。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
(2)工作原理 与离心泵相似
(3)分类通常根据离心通风机终压（表压）的大小分为低压（ <1kPa以下）、中压 1kPa~3kPa） 和高压
（ 3kPa~15kPa） 三种通风机。另外根据用途可分为一般通风机、
排尘通风机、高温通风机、防腐通风机和防爆通风机等。
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
1.流量
->流量是单位时间内输送出去的流体量。通常用 Q来表示体积流量，单位 m3/s。
->通风机流量也常称为风量，并以进口处为准。通风机铭牌上的风量是在,标准条件,
下，即压力 1.013?105Pa,温度 20?C下的气体体积。
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
2.压头（或称扬程） H和风压 pt
离心泵的压头 H和风机的风压 pt都是指流体通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。
根据伯努利方程,单位体积气体通过通风机所获得的压头为
g
uugppH
t 2
)(/)( 2122
12
式中 —— 分别为通风机进口和出口速度,m/s21,uu
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能压头计算 式中,称为通风机的静压头，
称为通风机的动压头,称为全压头，
单位为 m。
gppH p?/)( 12
g
uuH c
2
)( 2122
tH
通风机铭牌上的风压是用空气测定的,其,标准条件,为压力 pa=101.3kPa,温度 20?C,此时空气密度
0=1.2kg/m3。 如果操作条件与,标准条件,不同,
则操作条件下的风压 pt可用下式换算
2.1000
ttt ppp
—— 选择风机时应以 为准
0tp
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
3.效率效率反映了泵与风机中能量的损失程度容积效率?v,考虑流量泄漏所造成的能量损失水力效率?H,考虑流动阻力所造成的能量损失机械效率?m,考虑轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失。
离心泵与通风机的总效率为,
mHv
一般来讲，在设计流量下泵与风机的效率最高。
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
4.功率功率分为有效功率和轴功率有效功率 Ne
轴功率 N
流体经过泵或风机后获得的实际功率。
对于离心泵 gQHN e
对于风机 te QpN?
原动机传到泵轴上的功率离心泵的轴功率通风机的轴功率
gHQN?
QpN t?
有效功率和轴功率的关系
eNN?
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
QN ~
QH~
hmQ /,3
mH,?
N
Q~? 离心泵特性曲线及通风机特性曲线缺西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
1.曲线讨论
（ 1）压头（风压） ~流量（ H~Q,pt~Q） 曲线 它是判断离心泵或风机是否满足管路使用要求的重要依据。
通风机流量 Q自零开始增加，风压 pt先上升，后下降，风压最大值不在 Q=0时。
（ 2）轴功率曲线（ N～ Q） 轴功率一般随流量的增大而增大，当流量为零时，功率最小，因此离心泵与风机应在出口阀关闭下启动，
以防止电机过载。
（ 3）效率曲线（?～ Q） 效率曲线有一最高点，称为设计点。因为离心泵与风机在最高效率点工作时最经济，所以其所对应的流量、
压头（风压）、轴功率为最佳工况参数。一般选用离心泵或风机时，其工作区应处于最高效率点的 92%左右。
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
1.流体物性对特性曲线的影响
（ 1）流体密度的影响离心泵的压头和流量与被输送流体的密度无关。泵的效率一般也和流体的密度无关。但是泵的轴功率随流体密度变化而变化,可按下式校正对于通风机，风压和轴功率都和密度有关，因为，所以
N
N
2.10
t
t
p
p
2.1
N
N
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
2.流体物性对特性曲线的影响当被输送液体的运动粘度小于 20?10-6m2/s时，
泵的特性曲线变化很小，可不作修正；当输送液体的运动粘度大于 20?10-6m2/s时，泵的特性曲线变化较大，必须修正。常用的方法是在原来泵的特性曲线下，对每一点利用换算系数进行换算。
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
3.叶轮尺寸与转速对离心泵特性曲线的影响
（ 1）叶轮外径的影响
D
D
Q
Q
2
D
D
H
H 3?
D
D
N
N
—— 式（ 2-23）称为泵的切削定律
（ 2）转速的影响
n
n
Q
Q 2 nnHH
3
nnNN
—— 在转速变化小于 20%时，也可近似认为叶轮出口的速度三角形、泵的效率等基本不变。
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
1.管路特性曲线管路特性曲线 表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。
流体流过管路所需要的压头：
fe hg
pZh
式中 22
52
2 8
2 BQQd
ll
gg
u
d
llh ee
f
，
g
pZA
52
8
d
ll
gB
e
令
2BQAh e则 —— 管路特性 曲线 (方程 )
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
管路特性曲线的特点
0
phz
g?
①
表示的是管路流动所需要的最小外加压头；
② 阻力平方区,?与 Q无关，此时 管路特性系数 B为常数；管路特性曲线为一过 (0,h0)点的二次曲线；
④ 高阻管路曲线陡 (B大 )； 低阻管路曲线平缓 (B小 )。
表示管路流量 Q与 所 需外加压头 he间 的曲线关系,B值与 Q的单位有关；
物理意义：
③ 对于 曲线在纵轴上截距 h0,
2eh A B Q
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
2.离心泵与通风机的工作点
—— 泵的特性曲线 (H~Q)与管路特性曲线的交点西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节说明
①工作点?泵的特性 与 管路的特性工作点确定 联解两特性方程作图，得两曲线交点
② 泵装于管路时,工作点 ~（ H,Q)
Q=泵供流量 =管路流量
Q=泵供压头 =流体得压头
③ 工作点 ~（ Q,H,N,? ）
泵的实际工作状态，若该点在泵的高效区，则该工作点是适宜的。
④ 风机的工作点求法与泵类似。
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
3.离心泵与通风机的流量调节离心泵或通风机的工况调节有三种途径：
1）改变离心泵或通风机的特性曲线；
改变转速，切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联。
2）改变管路的特性曲线；
管路特性曲线的改变一般通过调节管路阀门的开度实现。
3）同时改变离心泵（或通风机）和管路的特性曲线。
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
例 2-1 用一离心泵输送酒精，当转速 n=2900r/min时泵的特性曲线方程为，已知出口阀全开时管路特性曲线方程为。两式中 Q的单位为 m3/h,H,he的单位是 m。
问,(1)此时的输送量为多少？ (2)若生产需要的酒精量为上述的 80%，拟采用变速调节，转速如何变化？
图 P109
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
1.离心泵的汽蚀余量
z
见图，液面 0— 0与泵吸入口截面 1— 1之间的垂直距离 Z为离心泵的安装高度。
Z?,则 p1?
叶轮中心液体汽化?汽泡当 p1?pv,
被抛向外围?压力升高 >pv
局部真空
汽泡破裂，蒸汽凝结
—— 汽 蚀现象
周围液体高速冲向汽泡中心? 撞击叶片 (水锤 )
叶片冲击与腐蚀西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,6离心泵与通风机的安装和选用伴随现象,① 泵体振动并发出噪音 ；
② H?,Q?,严重时不送液 ；
③ 水锤冲击和化学腐蚀,损坏叶片安装高度汽蚀?
问题：如何确定 Z的上限 —— 泵的允许安装高度当泵刚发生汽蚀时,pK等于所输送液体的饱和蒸汽压 pv,相应地 p1也将达到某一最小值 p1min,此时
KfKv hgugpgugp 1
221m i n1
22
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用上式表明：在泵刚发生汽蚀条件下，泵进口处液体的总压头 比液体的饱和蒸汽压对应的静压头高出某一定值，常将这一差值称为泵的最小汽蚀余量,?
gugp 2 21min1? g
pv
minh?
Kf
Kv h
g
u
g
p
g
u
g
ph
1
22
1m i n1
m i n 22
为确保泵正常工作不发生汽蚀，根据有关规定，将作为允许值，称为允许汽蚀余量,此值列入泵的样本，
由离心泵厂向用户提供。又称为净正吸上压头，用（ Net
Positive Suction Head） 表示。
)3.0( m inh
h?
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
1.安装高度最大安装高度 Zmax
m i n)10(
1
2
)10(m a x 2
hh
g
p
g
p
h
g
u
h
g
p
g
p
Z
f
va
Kf
K
f
va
为防止汽蚀，相应地将最大安装高度减去 0.3m作为安全量，称为允许安装高度 [Z]。
hhgpgpZ fva 10
泵的实际安装高度 Z<[Z]
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
（ 5） 允许汽蚀余量的校正
h～ 20℃ 清水，条件不同时要校正，校正曲线?说明书讨论
（ 1） 汽蚀现象产生的原因,
① 安装高度太高 ；
② 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高 ；
③ 吸入管路阻力或压头损失太高。
（ 2） 计算出 的 Zmax<0时,需 低于贮槽液面安装
（ 3） Zmax~Q关系,Q?,则 Zmax?,安全系数?
一般用工作条件的最大 Q计算 Zmax
（ 4） 安装泵时为保险,取 Z比 Zmax小 0.5至 1米西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,7离心鼓风机与离心压缩机结构特点,外形?离心泵 蜗壳形通道常为圆形外壳直径与厚度之比较大,叶片数目较多，叶轮外周都装有导轮，转速较高。
单级出口表压多在 30kPa以内 ； 多级可达 0.3MPa
1.离心式鼓风机离心压缩机的结构与离心鼓风机类似，但可以达到的压力更高，且级数更多（ 10级以上），转速更高（ 5000rpm以上）。由于压缩比高，气体温度升高显著，故压缩机都分成几段，每段包括若干级，
段与段之间设有冷却器。
2.离心压缩机西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,8轴流泵和轴流通风机轴流泵的构造如图所示轴流泵提供给液体的压头较小，但输送量却很大，特别适用于大流量和低压头的液体输送状况。
轴流通风机和轴流泵的结构相似，它产生的风压很低，一般只作通风换气用，常用于化工生产中空冷器和凉水塔的通风。
图 P115
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2,2,9旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，其主要部件为圆盘形叶轮和开有环行凹槽的泵壳。旋涡泵的效率比较低，
一般为 20%～ 50%。但与多级离心泵或往复泵相比，旋涡泵的体积较小，结构简单，
加工方便，产生的压头较相同叶轮直径和转速的离心泵高 2～ 4倍。旋涡泵适合小流量、高压头下粘性不高、不含固体颗粒的液体输送。
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2,3容积式流体输送机械
2,3,1往复式流体输送机械工作原理
2,3,2往复泵
2,3,3往复压缩机
2,3,4回转式流体输送机械西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,3,1往复式流体输送机械工作原理
往复式流体输送机械理想循环具有以下特征：
（ 1）流体在进、出工作腔时通过阀门没有阻力；
（ 2）工作腔内无余隙容积，腔内的流体被全部排出；
（ 3）工作腔作为一个孤立体与外界无热交换；
（ 4）气体压缩指数为定值；
（ 5）气体无泄漏。
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2,3,1往复式流体输送机械工作原理如右图为往复压缩机工作过程示意图。
压缩机的吸入过程功,相应的排出过程功为,压缩过程功为,总的指示功为三者的代数和。即
11Vp
22Vp?
21 )(VV dVp
21212211 ppVVi V d ppdVVpVpW
co n stpV n? （理想气体压缩过程）
11
1
1
2
11
n
n
i p
p
n
nVpW
式中,-” 号表示机械需要外功来帮助它实现缸内的循环，所以需由原动机来进行驱动 。
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2,3,2往复泵
1.往复泵的结构下图是往复泵的示意图主要部件,
泵缸 ； 活塞 ； 活塞杆 ； 吸入阀,排出阀其中的吸入阀和排出阀均为单向阀。
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2,3,2往复泵
2.往复泵的特点和分类往复泵具有以下特点：
(1)往复泵的流量仅与往复泵活塞的直径、行程、转速及液缸数有关，与管路的情况、所输送流体的温度、粘度无关。
(2)往复泵的压头取决于往复泵在其中工作的管路特性。
(3)往复泵装置中必须安装有安全阀或其它安全装置 。
(4)往复泵有很好的自吸能力 。
(5)往复泵的效率较高
(6)往复泵的流量较小,且流量不均匀,结构比较复杂,适用于高压头,小流量的场合 。 但不宜输送腐蚀性液体及含有固体颗粒的悬浮液 。
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2,3,2往复泵往复泵的分类,
(1)按与输送介质接触的工作机构分有 活塞泵、
柱塞泵 和 隔膜泵 ；
(2)按往复泵的作用特点分有 单作用泵,双作用泵 和 差动泵 ；
(3)根据动力分有 机动泵 （包括电动机驱动的泵和内燃机驱动的泵）,直接作用泵 （包括蒸汽、
气、液压直接驱动的泵）和 手动泵 等。
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2,3,2往复泵
4.往复泵工况调节往复泵的流量调节通常采用改变往复泵的转速、改变活塞行程或旁路调节等方法来实现。
3.往复泵性能参数往复泵的主要性能参数有流量、压头
（压力）、功率、效率、活塞每分钟的往复次数及汽蚀余量等，它们的定义与离心泵相同。
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2,3,3往复压缩机
② 特性曲线
③ 特点与应用
—— 与往复泵相似
—— 与往复泵相似，是通过气缸内活塞的往复运动，使气体完成吸入、压缩和排出工作循环。
结构复杂、体积重量大、流量小,供气不均匀、
运转平稳、易损坏部件多，适用于高压力、中小流量的生产场合，不宜在大流量、含有悬浮 颗 粒的场合下使用。 常使用多级压缩。
① 结构与工作原理西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,3,4回转式流体输送机械
1.螺杆泵工作原理,
旋转泵的一种螺纹在旋转 时 有推进作用西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,3,4回转式流体输送机械
1.螺杆泵特点,
螺杆泵有单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵。
螺杆泵的特点是 转速高,流量和压力均匀 ；机组 结构紧凑,传动平稳经久耐用,
工作安全可靠； 无噪音,效率高 。常用于输送各种油类及高分子聚合物，还可作为计量泵，但加工工艺复杂,成本高,不能输送含有固体颗粒的液体。
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2,3,4回转式流体输送机械
2.滑片泵图 P124
泵的转子为圆柱形，
转子上有若干槽，槽内有滑片，滑片可在转子的槽中作径向滑动。滑片靠离心力、弹簧力或液压力压向机体，使滑片端部与机体紧贴而保证密封。
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2,3,4回转式流体输送机械
3.齿轮泵图 P124
属旋转泵的一种，工作部件是一对旋转的啮合齿轮，齿轮旋转时，封闭在齿穴和泵壳间的液体被强行压出；齿轮脱离啮合时产生真空吸入液体。
齿轮泵的特点,流量均匀、
尺寸小而轻便，结构简单紧凑，坚固耐用，维修保养方便，流量小、压力高，适合输送粘性较大的液体，但不宜输送含有固体颗粒的液体 。
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2,3,4回转式流体输送机械
4.罗茨鼓风机罗茨鼓风机的主要零部件有：转子、同步齿轮、气缸、端板及轴承密封件等，如图所示。
气缸内一对转子将气缸内的空间分为互不相连的吸入和排出室，当电机带动主动转子旋转时，从动转子被牵制着作相反方向旋转。通过吸入室空间体积的由小变大吸入的气体，被转子和气缸所形成的空间带到排出室，再由排出室空间体积的由大变小强行排出。
图
P125
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2,4 真空泵
2,4,1真空泵的典型结构和分类
2,4,2真空泵性能及选用西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,4,1真空泵的典型结构和分类
1.水环式真空泵水环式真空泵简称水环泵，如图所示，它由圆柱形泵壳、偏心安装的叶轮和有吸、排气口的端盖等组成。
水环泵的效率比较低，一般 30%左右，所产生的最大真空度为 83kPa，
由于水环泵没有阀门和摩擦面，适用于抽除含尘气体等。
图
P126
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2,4,1真空泵的典型结构和分类
1.喷射泵喷射真空泵简称喷射泵,其结构如图所示,由喷嘴,混合室和扩压器组成 。 其原理是利用工作介质作高速流动时静压能和动压能之间相互转换所形成的真空来实现气体的吸送目的 。
喷射泵适合处理强腐蚀性、含有机械杂质以及带有水蒸气的气体，
但其效率比较低，仅为 10%~25%。
图
P126
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2,4,2真空泵性能及选用
真空泵性能包括极限真空压力、抽吸量和抽吸时间等。
极限真空压力 利用真空泵的抽吸作用使系统中的气体能达到的最低压力，称为极限真空压力。
抽吸量 真空泵的抽吸量是随真空度而变化的。一般铭牌上的抽吸量是指常压下单位时间内的吸气量。真空泵选用时，可根据其特性曲线来决定。
抽吸时间 一台真空泵从一封闭容器中抽吸气体，从开始到要求真空度所需要的时间，称为抽吸时间。
真空泵的选用应根据极限真空压力和抽吸时间这两个指标，从相应的样本中选择真空泵的类型。
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2,5流体输送机械的特点
(1)由于速度式流体输送机械的转动惯量小，摩擦损失小，
适合高速旋转，所以速度式流体输送机械转速高、流量大、功率大。
(2)运转平稳可靠，排气稳定、均匀，一般可连续运转 1~3
年而不需要停机检修。
(3)速度式流体输送机械的零部件少，结构紧凑 。
1.速度式流体输送机器的特点
(4)由于单级压力比不高，故不适合在太小的流量或较高的压力（ >70MPa） 下工作。
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2,5流体输送机械的特点
(1)运动机构的尺寸确定后，工作腔的容积变化规律也就确定了，因此机械转速改变对工作腔容积变化规律不发生直接的影响，故机械工作的稳定性较好。
(2)流体的吸入和排出是靠工作腔容积变化，与流体性质关系不大，故容易达到较高的压力。
(3)容积式机械结构复杂，易于损坏的零件多。而且往复质量的惯性力限制了机械转速的提高。此外，流体吸入和排出是间歇的，容易引起液柱及管道的振动。
2.容积式流体输送机械的特点
2,1 概 述
2,2速度式流体输送机械
2,3容积式流体输送机械
2,4真空泵
2,5流体输送机械的特点西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,1 概 述
流体输送机械的分类工作原理 液体输送机械 气体输送机械速度式离心式 离心泵、旋涡泵 离心风机、离心压缩机轴流式 轴流泵 轴流式通风机喷射式 喷射泵容积式往复式 往复泵、隔膜泵、
计量泵往复式压缩机回转式 齿轮泵,螺杆泵 罗茨风机、液环压缩机西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2速度式流体输送机械
2,2,1离心式流体输送机械的基本方程
2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
2,2,3离心泵与离心通风机的性能
2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
2,2,7离心鼓风机与离心压缩机
2,2,8轴流泵和轴流通风机
2,2,9旋涡泵西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,1离心式流体输送机械的基本方程
离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假设,
(1)叶片的数目无限多，叶片无限薄，
流动的每条流线都具有与叶片相同的形状。
（ 2）流动是轴对称的相对定常流动，即在同一半径的圆柱面上，各运动参数均相同，
而且不随时间变化。
（ 3）流经叶轮的是理想流体，粘度为零，因此无流动阻力损失产生。
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2,2,1离心式流体输送机械的基本方程
离心泵和离心式风机的基本方程式
gucucH /c osc os 111222
其中单位重量流体通过无限多叶片的旋转叶轮所获得的能量，称为理论压头 H?。
w是流体具有的与叶片相切的相对速度； u
是随叶轮一起转动的圆周速度，两者的合成速度为绝对速度 c。图 2-1 流体进入与离开叶轮时的速度
r1
β2
α1
r2
w1
A
c2sinα2
u2
u1
w2
c2
2 β
1
α2
c1
一般离心泵，为提高 H?,使?1=90?，即 cos?1=0。
此时 222 c o s?ucH
2222 s i n2 cbrQ?离心泵的流量可表示为式中,r2为叶轮出口半径,b2表示叶轮出口处叶轮的宽度，其它参数见图 2-1所示。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
1.离心泵 的结构、工作原理与分类
(1)离心泵结构离心泵部件可分为旋转部件和静止部件。旋转部件包括叶轮和转轴等；静止部件包括吸入室、蜗壳等，如图所示。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
(2)离心泵工作原理
① 原动机 —— 轴 —— 叶轮,旋转离心力? 叶片间液体 中心?外围
—— 液体被做功动能?
高速离开叶轮西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
② 泵壳,液体的汇集与能量的转换 （ 动?静 ）
③ 吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成
p 泵内有气,则 泵入口压力?
液体不能吸上 —— 气缚故离心泵在启动前必须灌泵
— 液体高速离开
④ 轴封的作用
⑤ 平衡孔的作用 —— 消除轴向推力
⑥ 导轮的作用 —— 减少能量损失西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
(3)离心泵分类
①按液体吸入方式分为单吸式泵（液体从叶轮的一面进入）和双吸式泵（液体从叶轮的两面进入）；
②按叶轮级数分为单级泵（泵轴上只装有一个叶轮）和多级泵（泵轴上装有串联的两个以上的叶轮）
③ 按其用途来分类，常用的类型有：水泵、耐腐蚀泵、油泵和杂质泵等。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
1.离心通风机的 结构、工作原理与分类
(1)基本结构：
离心式通风机的主要部件包括 叶轮 和 机壳 两部分。
为适应 大 风量，通常叶片数较多且叶轮直径较大；
根据叶轮上叶片尺寸和形状的不同，可分为多翼式和涡轮式 风机。
与离心泵相似机壳内逐渐扩大的通道及出口截面有矩形和圆形两种，低中压风机多用矩形。
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2,2,2离心泵与通风机的结构、工作原理与分类
(2)工作原理 与离心泵相似
(3)分类通常根据离心通风机终压（表压）的大小分为低压（ <1kPa以下）、中压 1kPa~3kPa） 和高压
（ 3kPa~15kPa） 三种通风机。另外根据用途可分为一般通风机、
排尘通风机、高温通风机、防腐通风机和防爆通风机等。
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
1.流量
->流量是单位时间内输送出去的流体量。通常用 Q来表示体积流量，单位 m3/s。
->通风机流量也常称为风量，并以进口处为准。通风机铭牌上的风量是在,标准条件,
下，即压力 1.013?105Pa,温度 20?C下的气体体积。
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
2.压头（或称扬程） H和风压 pt
离心泵的压头 H和风机的风压 pt都是指流体通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。
根据伯努利方程,单位体积气体通过通风机所获得的压头为
g
uugppH
t 2
)(/)( 2122
12
式中 —— 分别为通风机进口和出口速度,m/s21,uu
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能压头计算 式中,称为通风机的静压头，
称为通风机的动压头,称为全压头，
单位为 m。
gppH p?/)( 12
g
uuH c
2
)( 2122
tH
通风机铭牌上的风压是用空气测定的,其,标准条件,为压力 pa=101.3kPa,温度 20?C,此时空气密度
0=1.2kg/m3。 如果操作条件与,标准条件,不同,
则操作条件下的风压 pt可用下式换算
2.1000
ttt ppp
—— 选择风机时应以 为准
0tp
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
3.效率效率反映了泵与风机中能量的损失程度容积效率?v,考虑流量泄漏所造成的能量损失水力效率?H,考虑流动阻力所造成的能量损失机械效率?m,考虑轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失。
离心泵与通风机的总效率为,
mHv
一般来讲，在设计流量下泵与风机的效率最高。
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2,2,3离心泵与离心通风机的性能
4.功率功率分为有效功率和轴功率有效功率 Ne
轴功率 N
流体经过泵或风机后获得的实际功率。
对于离心泵 gQHN e
对于风机 te QpN?
原动机传到泵轴上的功率离心泵的轴功率通风机的轴功率
gHQN?
QpN t?
有效功率和轴功率的关系
eNN?
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
QN ~
QH~
hmQ /,3
mH,?
N
Q~? 离心泵特性曲线及通风机特性曲线缺西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
1.曲线讨论
（ 1）压头（风压） ~流量（ H~Q,pt~Q） 曲线 它是判断离心泵或风机是否满足管路使用要求的重要依据。
通风机流量 Q自零开始增加，风压 pt先上升，后下降，风压最大值不在 Q=0时。
（ 2）轴功率曲线（ N～ Q） 轴功率一般随流量的增大而增大，当流量为零时，功率最小，因此离心泵与风机应在出口阀关闭下启动，
以防止电机过载。
（ 3）效率曲线（?～ Q） 效率曲线有一最高点，称为设计点。因为离心泵与风机在最高效率点工作时最经济，所以其所对应的流量、
压头（风压）、轴功率为最佳工况参数。一般选用离心泵或风机时，其工作区应处于最高效率点的 92%左右。
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
1.流体物性对特性曲线的影响
（ 1）流体密度的影响离心泵的压头和流量与被输送流体的密度无关。泵的效率一般也和流体的密度无关。但是泵的轴功率随流体密度变化而变化,可按下式校正对于通风机，风压和轴功率都和密度有关，因为，所以
N
N
2.10
t
t
p
p
2.1
N
N
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
2.流体物性对特性曲线的影响当被输送液体的运动粘度小于 20?10-6m2/s时，
泵的特性曲线变化很小，可不作修正；当输送液体的运动粘度大于 20?10-6m2/s时，泵的特性曲线变化较大，必须修正。常用的方法是在原来泵的特性曲线下，对每一点利用换算系数进行换算。
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2,2,4离心泵与通风机的特性曲线
3.叶轮尺寸与转速对离心泵特性曲线的影响
（ 1）叶轮外径的影响
D
D
Q
Q
2
D
D
H
H 3?
D
D
N
N
—— 式（ 2-23）称为泵的切削定律
（ 2）转速的影响
n
n
Q
Q 2 nnHH
3
nnNN
—— 在转速变化小于 20%时，也可近似认为叶轮出口的速度三角形、泵的效率等基本不变。
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
1.管路特性曲线管路特性曲线 表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。
流体流过管路所需要的压头：
fe hg
pZh
式中 22
52
2 8
2 BQQd
ll
gg
u
d
llh ee
f
，
g
pZA
52
8
d
ll
gB
e
令
2BQAh e则 —— 管路特性 曲线 (方程 )
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
管路特性曲线的特点
0
phz
g?
①
表示的是管路流动所需要的最小外加压头；
② 阻力平方区,?与 Q无关，此时 管路特性系数 B为常数；管路特性曲线为一过 (0,h0)点的二次曲线；
④ 高阻管路曲线陡 (B大 )； 低阻管路曲线平缓 (B小 )。
表示管路流量 Q与 所 需外加压头 he间 的曲线关系,B值与 Q的单位有关；
物理意义：
③ 对于 曲线在纵轴上截距 h0,
2eh A B Q
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
2.离心泵与通风机的工作点
—— 泵的特性曲线 (H~Q)与管路特性曲线的交点西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节说明
①工作点?泵的特性 与 管路的特性工作点确定 联解两特性方程作图，得两曲线交点
② 泵装于管路时,工作点 ~（ H,Q)
Q=泵供流量 =管路流量
Q=泵供压头 =流体得压头
③ 工作点 ~（ Q,H,N,? ）
泵的实际工作状态，若该点在泵的高效区，则该工作点是适宜的。
④ 风机的工作点求法与泵类似。
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
3.离心泵与通风机的流量调节离心泵或通风机的工况调节有三种途径：
1）改变离心泵或通风机的特性曲线；
改变转速，切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联。
2）改变管路的特性曲线；
管路特性曲线的改变一般通过调节管路阀门的开度实现。
3）同时改变离心泵（或通风机）和管路的特性曲线。
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2,2,5离心泵与通风机的工作点和流量调节
例 2-1 用一离心泵输送酒精，当转速 n=2900r/min时泵的特性曲线方程为，已知出口阀全开时管路特性曲线方程为。两式中 Q的单位为 m3/h,H,he的单位是 m。
问,(1)此时的输送量为多少？ (2)若生产需要的酒精量为上述的 80%，拟采用变速调节，转速如何变化？
图 P109
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
1.离心泵的汽蚀余量
z
见图，液面 0— 0与泵吸入口截面 1— 1之间的垂直距离 Z为离心泵的安装高度。
Z?,则 p1?
叶轮中心液体汽化?汽泡当 p1?pv,
被抛向外围?压力升高 >pv
局部真空
汽泡破裂，蒸汽凝结
—— 汽 蚀现象
周围液体高速冲向汽泡中心? 撞击叶片 (水锤 )
叶片冲击与腐蚀西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,6离心泵与通风机的安装和选用伴随现象,① 泵体振动并发出噪音 ；
② H?,Q?,严重时不送液 ；
③ 水锤冲击和化学腐蚀,损坏叶片安装高度汽蚀?
问题：如何确定 Z的上限 —— 泵的允许安装高度当泵刚发生汽蚀时,pK等于所输送液体的饱和蒸汽压 pv,相应地 p1也将达到某一最小值 p1min,此时
KfKv hgugpgugp 1
221m i n1
22
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用上式表明：在泵刚发生汽蚀条件下，泵进口处液体的总压头 比液体的饱和蒸汽压对应的静压头高出某一定值，常将这一差值称为泵的最小汽蚀余量,?
gugp 2 21min1? g
pv
minh?
Kf
Kv h
g
u
g
p
g
u
g
ph
1
22
1m i n1
m i n 22
为确保泵正常工作不发生汽蚀，根据有关规定，将作为允许值，称为允许汽蚀余量,此值列入泵的样本，
由离心泵厂向用户提供。又称为净正吸上压头，用（ Net
Positive Suction Head） 表示。
)3.0( m inh
h?
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
1.安装高度最大安装高度 Zmax
m i n)10(
1
2
)10(m a x 2
hh
g
p
g
p
h
g
u
h
g
p
g
p
Z
f
va
Kf
K
f
va
为防止汽蚀，相应地将最大安装高度减去 0.3m作为安全量，称为允许安装高度 [Z]。
hhgpgpZ fva 10
泵的实际安装高度 Z<[Z]
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2,2,6离心泵与通风机的安装和选用
（ 5） 允许汽蚀余量的校正
h～ 20℃ 清水，条件不同时要校正，校正曲线?说明书讨论
（ 1） 汽蚀现象产生的原因,
① 安装高度太高 ；
② 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高 ；
③ 吸入管路阻力或压头损失太高。
（ 2） 计算出 的 Zmax<0时,需 低于贮槽液面安装
（ 3） Zmax~Q关系,Q?,则 Zmax?,安全系数?
一般用工作条件的最大 Q计算 Zmax
（ 4） 安装泵时为保险,取 Z比 Zmax小 0.5至 1米西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,7离心鼓风机与离心压缩机结构特点,外形?离心泵 蜗壳形通道常为圆形外壳直径与厚度之比较大,叶片数目较多，叶轮外周都装有导轮，转速较高。
单级出口表压多在 30kPa以内 ； 多级可达 0.3MPa
1.离心式鼓风机离心压缩机的结构与离心鼓风机类似，但可以达到的压力更高，且级数更多（ 10级以上），转速更高（ 5000rpm以上）。由于压缩比高，气体温度升高显著，故压缩机都分成几段，每段包括若干级，
段与段之间设有冷却器。
2.离心压缩机西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,2,8轴流泵和轴流通风机轴流泵的构造如图所示轴流泵提供给液体的压头较小，但输送量却很大，特别适用于大流量和低压头的液体输送状况。
轴流通风机和轴流泵的结构相似，它产生的风压很低，一般只作通风换气用，常用于化工生产中空冷器和凉水塔的通风。
图 P115
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2,2,9旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，其主要部件为圆盘形叶轮和开有环行凹槽的泵壳。旋涡泵的效率比较低，
一般为 20%～ 50%。但与多级离心泵或往复泵相比，旋涡泵的体积较小，结构简单，
加工方便，产生的压头较相同叶轮直径和转速的离心泵高 2～ 4倍。旋涡泵适合小流量、高压头下粘性不高、不含固体颗粒的液体输送。
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2,3容积式流体输送机械
2,3,1往复式流体输送机械工作原理
2,3,2往复泵
2,3,3往复压缩机
2,3,4回转式流体输送机械西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,3,1往复式流体输送机械工作原理
往复式流体输送机械理想循环具有以下特征：
（ 1）流体在进、出工作腔时通过阀门没有阻力；
（ 2）工作腔内无余隙容积，腔内的流体被全部排出；
（ 3）工作腔作为一个孤立体与外界无热交换；
（ 4）气体压缩指数为定值；
（ 5）气体无泄漏。
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2,3,1往复式流体输送机械工作原理如右图为往复压缩机工作过程示意图。
压缩机的吸入过程功,相应的排出过程功为,压缩过程功为,总的指示功为三者的代数和。即
11Vp
22Vp?
21 )(VV dVp
21212211 ppVVi V d ppdVVpVpW
co n stpV n? （理想气体压缩过程）
11
1
1
2
11
n
n
i p
p
n
nVpW
式中,-” 号表示机械需要外功来帮助它实现缸内的循环，所以需由原动机来进行驱动 。
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2,3,2往复泵
1.往复泵的结构下图是往复泵的示意图主要部件,
泵缸 ； 活塞 ； 活塞杆 ； 吸入阀,排出阀其中的吸入阀和排出阀均为单向阀。
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2,3,2往复泵
2.往复泵的特点和分类往复泵具有以下特点：
(1)往复泵的流量仅与往复泵活塞的直径、行程、转速及液缸数有关，与管路的情况、所输送流体的温度、粘度无关。
(2)往复泵的压头取决于往复泵在其中工作的管路特性。
(3)往复泵装置中必须安装有安全阀或其它安全装置 。
(4)往复泵有很好的自吸能力 。
(5)往复泵的效率较高
(6)往复泵的流量较小,且流量不均匀,结构比较复杂,适用于高压头,小流量的场合 。 但不宜输送腐蚀性液体及含有固体颗粒的悬浮液 。
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2,3,2往复泵往复泵的分类,
(1)按与输送介质接触的工作机构分有 活塞泵、
柱塞泵 和 隔膜泵 ；
(2)按往复泵的作用特点分有 单作用泵,双作用泵 和 差动泵 ；
(3)根据动力分有 机动泵 （包括电动机驱动的泵和内燃机驱动的泵）,直接作用泵 （包括蒸汽、
气、液压直接驱动的泵）和 手动泵 等。
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2,3,2往复泵
4.往复泵工况调节往复泵的流量调节通常采用改变往复泵的转速、改变活塞行程或旁路调节等方法来实现。
3.往复泵性能参数往复泵的主要性能参数有流量、压头
（压力）、功率、效率、活塞每分钟的往复次数及汽蚀余量等，它们的定义与离心泵相同。
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2,3,3往复压缩机
② 特性曲线
③ 特点与应用
—— 与往复泵相似
—— 与往复泵相似，是通过气缸内活塞的往复运动，使气体完成吸入、压缩和排出工作循环。
结构复杂、体积重量大、流量小,供气不均匀、
运转平稳、易损坏部件多，适用于高压力、中小流量的生产场合，不宜在大流量、含有悬浮 颗 粒的场合下使用。 常使用多级压缩。
① 结构与工作原理西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,3,4回转式流体输送机械
1.螺杆泵工作原理,
旋转泵的一种螺纹在旋转 时 有推进作用西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,3,4回转式流体输送机械
1.螺杆泵特点,
螺杆泵有单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵。
螺杆泵的特点是 转速高,流量和压力均匀 ；机组 结构紧凑,传动平稳经久耐用,
工作安全可靠； 无噪音,效率高 。常用于输送各种油类及高分子聚合物，还可作为计量泵，但加工工艺复杂,成本高,不能输送含有固体颗粒的液体。
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2,3,4回转式流体输送机械
2.滑片泵图 P124
泵的转子为圆柱形，
转子上有若干槽，槽内有滑片，滑片可在转子的槽中作径向滑动。滑片靠离心力、弹簧力或液压力压向机体，使滑片端部与机体紧贴而保证密封。
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2,3,4回转式流体输送机械
3.齿轮泵图 P124
属旋转泵的一种，工作部件是一对旋转的啮合齿轮，齿轮旋转时，封闭在齿穴和泵壳间的液体被强行压出；齿轮脱离啮合时产生真空吸入液体。
齿轮泵的特点,流量均匀、
尺寸小而轻便，结构简单紧凑，坚固耐用，维修保养方便，流量小、压力高，适合输送粘性较大的液体，但不宜输送含有固体颗粒的液体 。
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2,3,4回转式流体输送机械
4.罗茨鼓风机罗茨鼓风机的主要零部件有：转子、同步齿轮、气缸、端板及轴承密封件等，如图所示。
气缸内一对转子将气缸内的空间分为互不相连的吸入和排出室，当电机带动主动转子旋转时，从动转子被牵制着作相反方向旋转。通过吸入室空间体积的由小变大吸入的气体，被转子和气缸所形成的空间带到排出室，再由排出室空间体积的由大变小强行排出。
图
P125
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2,4 真空泵
2,4,1真空泵的典型结构和分类
2,4,2真空泵性能及选用西安交大化工原理电子课件返回主题后页前页
2,4,1真空泵的典型结构和分类
1.水环式真空泵水环式真空泵简称水环泵，如图所示，它由圆柱形泵壳、偏心安装的叶轮和有吸、排气口的端盖等组成。
水环泵的效率比较低，一般 30%左右，所产生的最大真空度为 83kPa，
由于水环泵没有阀门和摩擦面，适用于抽除含尘气体等。
图
P126
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2,4,1真空泵的典型结构和分类
1.喷射泵喷射真空泵简称喷射泵,其结构如图所示,由喷嘴,混合室和扩压器组成 。 其原理是利用工作介质作高速流动时静压能和动压能之间相互转换所形成的真空来实现气体的吸送目的 。
喷射泵适合处理强腐蚀性、含有机械杂质以及带有水蒸气的气体，
但其效率比较低，仅为 10%~25%。
图
P126
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2,4,2真空泵性能及选用
真空泵性能包括极限真空压力、抽吸量和抽吸时间等。
极限真空压力 利用真空泵的抽吸作用使系统中的气体能达到的最低压力，称为极限真空压力。
抽吸量 真空泵的抽吸量是随真空度而变化的。一般铭牌上的抽吸量是指常压下单位时间内的吸气量。真空泵选用时，可根据其特性曲线来决定。
抽吸时间 一台真空泵从一封闭容器中抽吸气体，从开始到要求真空度所需要的时间，称为抽吸时间。
真空泵的选用应根据极限真空压力和抽吸时间这两个指标，从相应的样本中选择真空泵的类型。
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2,5流体输送机械的特点
(1)由于速度式流体输送机械的转动惯量小，摩擦损失小，
适合高速旋转，所以速度式流体输送机械转速高、流量大、功率大。
(2)运转平稳可靠，排气稳定、均匀，一般可连续运转 1~3
年而不需要停机检修。
(3)速度式流体输送机械的零部件少，结构紧凑 。
1.速度式流体输送机器的特点
(4)由于单级压力比不高，故不适合在太小的流量或较高的压力（ >70MPa） 下工作。
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2,5流体输送机械的特点
(1)运动机构的尺寸确定后，工作腔的容积变化规律也就确定了，因此机械转速改变对工作腔容积变化规律不发生直接的影响，故机械工作的稳定性较好。
(2)流体的吸入和排出是靠工作腔容积变化，与流体性质关系不大，故容易达到较高的压力。
(3)容积式机械结构复杂，易于损坏的零件多。而且往复质量的惯性力限制了机械转速的提高。此外，流体吸入和排出是间歇的，容易引起液柱及管道的振动。
2.容积式流体输送机械的特点
