浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 1/25
2.1 液体输送机械 —— 泵
2.1.1 离心泵一、离心泵的构造和工作原理二、离心泵主要构件的结构及功能三、离心泵的理论压头和实际压头幻灯片 1目录浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 2/25
第二章 流体输送机械流体输送机械
真空泵压缩机鼓风机通风机气体压送机械泵液体输送机械浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 3/25
2.1 液体输送机械 —— 泵按泵的工作原理分,
特点：使流体获得速度特点：机械内部的工作容积不断发生变化。
、回转式等往复式容积式：如轴流式、喷射式等、离心式速度式：如泵浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 4/25
：、
：、
：、
泵轴及轴封装置泵壳叶轮
3
2
1
2.1.1 离心泵一,离心泵的构造和工作原理
1,离心泵的构造：
思考：
为什么叶片弯曲？
泵壳呈蜗壳状？
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 5/25
2,离心泵的工作原理一,离心泵的构造和工作原理思考：
流体在泵内都获得了哪几种能量？
其中哪种能量占主导地位？
思考：
泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 6/25
二,离心泵主要构件的结构及功能
1,叶轮
半闭式叶轮敞式叶轮闭式叶轮思考,三种叶轮中那一种效率高？
闭式叶轮的内漏较弱些,敞式叶轮的最大 。
但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 7/25
二,离心泵主要构件的结构及功能叶轮轴向力将导致轴及叶轮的窜动和叶轮与泵壳的相互研磨。
叶轮轴向力问题浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 8/25
2．泵壳思考,泵壳的主要作用是什么？
① 汇集液体，并导出液体；
②能量转换装置二,离心泵主要构件的结构及功能浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 9/25
导轮思考：
为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？
二,离心泵主要构件的结构及功能浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 10/25
3,轴封装置
机械密封填料密封二,离心泵主要构件的结构及功能减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。
------填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。
常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或石棉。
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 11/25
压头,
泵提供给单位重量液体的能量称为泵的压头，
用 H表示，单位 m。
三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 12/25
多，且叶片厚度不计。
叶轮的叶片数目为无穷流体为理想流体
)2(
)1(
理论压头,理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头,用 H?表示 。
问：由 （ 1 ）,（ 2 ）可以得出什么结果？
由 ( 1 )? 液体在泵内无摩擦阻力损失由 (2)? 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同。
三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 13/25
w
2
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2
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2 u
2
w
1
c
1
1?
1
u
1
r
液体在高速旋转的叶轮中的运动分为 2种,
周向运动,
与叶片的相对运动,处处与叶片相切在 1 与 2 之间列机械能衡算方程式，得,
u
H
g
pp
12
)1(
2
2
1
2
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g
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1,理论压头表达式的推导三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 14/25
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使静压头增加 g pp? 12? 的原因：
原因一,离心力作功
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三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 15/25
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三．离心泵的理论压头和实际压头原因二,液体由 1流到 2时,由于流动通道逐渐扩大,
w逐渐变小,这部分能量将转化为静压能 。
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 16/25
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（ 2）
将式 2 代入式 1 得：
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u
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于是：
根据余弦定理可知：
111212121 c o s2?ucucw
222222222 c o s2?ucucw
（ 3）
（ 4）
式 3,4 代入 上式 得,
三．离心泵的理论压头和实际压头故：
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 17/25
g
ucucH 111222 co sco s
一般 地,? 1 = 9 0? 则 c o s? 1 =0,于是：
g
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g
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（ 5）
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三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 18/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
Q又 rcbr 2222?
2
22
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代入式 5 得：
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浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 19/25
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2
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三．离心泵的理论压头和实际压头请思考,与 H?有关的因素有哪些？ 分别是怎样的关系？
讨论：
（ 1） 理论压头与流量 Q,叶轮转速?,叶轮的尺寸和构 造 r2,b2,?2） 有关；（ 2） 叶轮直径及转速越大,则理论压头越大；
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 20/25
g
c t g
b
Qr
g
c t g
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H
2
2
2
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22
22
2 22
（ 3 ）在叶轮转速、直径一定时，流量 Q 与理论压头 H? 的关系受装置角? 2 的影响如下：
叶片后弯,?2<90?,ctg?2>0，
即 H?随流量增大而减小；
叶片径向,?2=90?,ctg?2=0，
即 H?不随流量而变化 ；
叶片前弯,?2>90?,ctg?2<0，
即 H?随流量增大而增大。
w
2
w
2
w
2
2
2
2
后弯叶片 径向叶片 前弯叶片浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 21/25
思考,为什么工业用泵采用后弯叶片的居多？
c2w2
u2
后弯叶片
c2w2
u2
径向叶片
c2w2
u2
前弯叶片
c2小，泵内流动阻力损失小三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 22/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
g
c t g
b
Q
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u
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2
2
2
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22
22
2 22
（ 4） 理论压头 H?与液体密度无关 。
这就是说,同一台泵无论输送何种密度的液体,对单位重量流体所能提供的能量是相同的 。
思考：
泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？
有关,?gH? 与密度呈正比。
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 23/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
2,离心泵的实际压头实际压头比理论压头要小。 具体原因如下：
主要取决于叶片数目,装置角?2,叶轮大小等因素,而几乎与流量大小无关 。
（ 1）叶片间的环流运动浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 24/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
（ 2）水力损失
-----可近似视为与流速的平方呈正比
冲击损失阻力损失
----在设计流量下,此项损失最小 。 流量若偏离设计量越远,
冲击损失越大 。
设计流量浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 25/25
三．离心泵的理论压头和实际压头以泄漏流量 q的大小来估算。（ 3）容积损失可以证明,当泵的结构不变时,q值与扬程的平方根成正比 。
设计流量
q-H
H
q
实际压头
2.1 液体输送机械 —— 泵
2.1.1 离心泵一、离心泵的构造和工作原理二、离心泵主要构件的结构及功能三、离心泵的理论压头和实际压头幻灯片 1目录浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 2/25
第二章 流体输送机械流体输送机械
真空泵压缩机鼓风机通风机气体压送机械泵液体输送机械浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 3/25
2.1 液体输送机械 —— 泵按泵的工作原理分,
特点：使流体获得速度特点：机械内部的工作容积不断发生变化。
、回转式等往复式容积式：如轴流式、喷射式等、离心式速度式：如泵浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 4/25
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泵轴及轴封装置泵壳叶轮
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2.1.1 离心泵一,离心泵的构造和工作原理
1,离心泵的构造：
思考：
为什么叶片弯曲？
泵壳呈蜗壳状？
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 5/25
2,离心泵的工作原理一,离心泵的构造和工作原理思考：
流体在泵内都获得了哪几种能量？
其中哪种能量占主导地位？
思考：
泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 6/25
二,离心泵主要构件的结构及功能
1,叶轮
半闭式叶轮敞式叶轮闭式叶轮思考,三种叶轮中那一种效率高？
闭式叶轮的内漏较弱些,敞式叶轮的最大 。
但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 7/25
二,离心泵主要构件的结构及功能叶轮轴向力将导致轴及叶轮的窜动和叶轮与泵壳的相互研磨。
叶轮轴向力问题浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 8/25
2．泵壳思考,泵壳的主要作用是什么？
① 汇集液体，并导出液体；
②能量转换装置二,离心泵主要构件的结构及功能浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 9/25
导轮思考：
为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？
二,离心泵主要构件的结构及功能浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 10/25
3,轴封装置
机械密封填料密封二,离心泵主要构件的结构及功能减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。
------填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。
常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或石棉。
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 11/25
压头,
泵提供给单位重量液体的能量称为泵的压头，
用 H表示，单位 m。
三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 12/25
多，且叶片厚度不计。
叶轮的叶片数目为无穷流体为理想流体
)2(
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理论压头,理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头,用 H?表示 。
问：由 （ 1 ）,（ 2 ）可以得出什么结果？
由 ( 1 )? 液体在泵内无摩擦阻力损失由 (2)? 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同。
三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 13/25
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1,理论压头表达式的推导三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 14/25
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使静压头增加 g pp? 12? 的原因：
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三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 15/25
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三．离心泵的理论压头和实际压头原因二,液体由 1流到 2时,由于流动通道逐渐扩大,
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浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 16/25
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（ 3）
（ 4）
式 3,4 代入 上式 得,
三．离心泵的理论压头和实际压头故：
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 17/25
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ucucH 111222 co sco s
一般 地,? 1 = 9 0? 则 c o s? 1 =0,于是：
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三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 18/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
Q又 rcbr 2222?
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代入式 5 得：
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三．离心泵的理论压头和实际压头请思考,与 H?有关的因素有哪些？ 分别是怎样的关系？
讨论：
（ 1） 理论压头与流量 Q,叶轮转速?,叶轮的尺寸和构 造 r2,b2,?2） 有关；（ 2） 叶轮直径及转速越大,则理论压头越大；
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 20/25
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（ 3 ）在叶轮转速、直径一定时，流量 Q 与理论压头 H? 的关系受装置角? 2 的影响如下：
叶片后弯,?2<90?,ctg?2>0，
即 H?随流量增大而减小；
叶片径向,?2=90?,ctg?2=0，
即 H?不随流量而变化 ；
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即 H?随流量增大而增大。
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后弯叶片 径向叶片 前弯叶片浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 21/25
思考,为什么工业用泵采用后弯叶片的居多？
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后弯叶片
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径向叶片
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前弯叶片
c2小，泵内流动阻力损失小三．离心泵的理论压头和实际压头浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 22/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
g
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（ 4） 理论压头 H?与液体密度无关 。
这就是说,同一台泵无论输送何种密度的液体,对单位重量流体所能提供的能量是相同的 。
思考：
泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？
有关,?gH? 与密度呈正比。
浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 23/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
2,离心泵的实际压头实际压头比理论压头要小。 具体原因如下：
主要取决于叶片数目,装置角?2,叶轮大小等因素,而几乎与流量大小无关 。
（ 1）叶片间的环流运动浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 24/25
三．离心泵的理论压头和实际压头
（ 2）水力损失
-----可近似视为与流速的平方呈正比
冲击损失阻力损失
----在设计流量下,此项损失最小 。 流量若偏离设计量越远,
冲击损失越大 。
设计流量浙江大学本科生课程化工原理 第二章 流体输送机械 25/25
三．离心泵的理论压头和实际压头以泄漏流量 q的大小来估算。（ 3）容积损失可以证明,当泵的结构不变时,q值与扬程的平方根成正比 。
设计流量
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实际压头
