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
u2/2 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, 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）
Hp静压能↑ 离心力作功
流道扩大 动能→静压能
①
②
由速度三角形余弦定理：
一般设计中为提高理论压头，
泵一定：r2，b2，(2一定，HT = A–BQ
2、讨论
后弯片：ctg(2 >0 （(2 <90°),QT↑，HT↓
径向片：ctg(2 =0 （(2 =90°),HT与QT无关
前弯片：ctg(2 <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u2成正比。
⑶ 冲击损失 (2：设计值
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 扬程，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=QH(g/(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=2(r2b2sin(2 与(无关
H=u2c2cos(2/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(
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：
若不变,（比例定律）
4) 叶轮外径：
①△相似， 相同,出口截面不变：
若不变,（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。
则
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。
：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：
（允许安装高度）
数值上＝
需要知道，这与输送液体性质，当地大气压（）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，大于饱和蒸气压头的某个最小值。
泵性能表的△h是20℃清水测定，输送其它液体
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
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、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）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=QH(g
5、旁路调节
计量泵与隔膜泵,
旋转泵，转子旋转吸入排出液体 齿转泵
螺杆泵 Q与H 无关旋涡泵：特殊离心泵。
吸入口与排出口相对
吸入腔与排出腔间隔开
第四节 气体输送和压缩设备
特点,可压缩，V，T有变化
VS大约是 u=15～25m/s
通气机,p2/p1 = 1～1.15
鼓风机,p2/p1 < 4
压缩机,p2/p1 > 4
离心通风机、鼓风机、压缩机：
离心通风机：低100mmH2O；中100-300mmH2O；高300-1500mmH2O
特点：矩形通道，叶片短而多，直、后、前性能与特性曲线：
风量：m2 / h 通过进风口的体积流率，气体体积（以进口处状态计）
风压：单位体积气体(m3)获得能量。J/m3 → N/m2 mmH2O
静风压
――全风压,――动风压
与气体(有关。按20℃，760mm Hg为标况。(o=1.2kg/m3
计算出标况查算图。
功率： 同一状况下的HT，Q
同样可以折算 N’实际功率选用：气体性质，风量范围
往复压缩机：
1、工作原理及理想循环
理想气体
假设 缸内阻力不计
无泄漏
全部排净
如图：压缩阶段
压出阶段
吸入阶段
等温：
绝热：
多变：k ( m
2、余隙及其影响（有余隙的理想气体循环）
1－2压缩阶段
2－3压出阶段
3－4余隙气体膨胀
余隙系数：
容积系数：
多变压缩时：
(o与(，p2/p1有关，p2/p1高到某程度，(o可为0
3、多级压缩：
(避免压缩比太高，T(
(减少功耗
(提高各级容积系数
(设备材质
级数越多，越接近等温过程。
级间压力确定：
冷却到原温度：p1v1= pivi
令dwS/dpi = 0，求出：
推到n级：
4、压缩机的主要参数
排气量：单位时间排出气量（吸入状态计）
实际：
余隙阻力，
绝热功率：
5、分类及选用。
D2－3讨论题
对于往复泵：
Q不变，
p1=13KPa(真空)，
p2=0.33MPa(表)
对于离心泵：
Q变小，p1<13KPa(真空),绝压(，p2(，但<0.33MPa
D2－4
Ne =QH(g相同
(2) 阀2开大
离心泵，Q(，Ne (
往复泵，Q不变，Ne (
(3) 阀2开度不变、打开(
离心泵 Q入口(,N(,Q出口(
往复泵 Q入口不变，N(，Q出(
各类化工用泵的比较
类 型
非 正 位 移 泵
正 位 移 泵
离心泵
轴流泵
旋涡泵
往复泵
旋转泵
流
量
均匀性
均 匀
均 匀
均 匀
不均匀
尚 可
恒定性
随管路特性而变
恒 定
恒 定
范围
广，易达大流量
大流量
小流量
较小流量
小流量
压头
不易达到高压头
压头低
压头较高
高压头
较高压头
效率
稍低、愈偏离额定值愈小
稍低、高效区窄
低
高
较高
操
作
流量调节
小辐度调节用出口阀、简便；大泵大辐度调节可调节转速或切削叶轮直径
小辐度调节用旁路阀；有些泵可以调节叶片角度
用旁路调节
小辐度调节用旁路阀；大辐度调节可调节转速、行程等
用旁路调节
自 吸作 用
一般没有
没 有
部分型号有自吸能力
有
有
启 动
出口阀关闭
出口阀全开
出口阀全开
出口阀全开
出口阀全开
维 修
简 便
简 便
简 便
麻 烦
较简便
结构与造价
结构简单，造价低廉
结构紧凑简单，加工要求稍高
结构复杂，振动大，体积庞大，造价高
结构紧凑，加工要求高
适用范围
流量，压头适用范围广，尤其适用于较低压头，大流量。除高粘度物料不太合适外，可输送各种物料
特别适宜于大流量，低压头
高压头，小流量的清洁液体
适宜于流量不大的高压头输送任务；输送悬浊液要用特殊结构的隔膜泵
适用于小流量较高压头的输送，对高粘度液体较合适
特
性
曲
线
几种气体输送和压缩装置
类 型
离 心 式
旋 转 式
往 复 式
风
量
离心通风机
离心鼓风机
离心压缩机
罗茨鼓风机
液环压缩机
往复压缩机
均 匀
取决于它的结构、尺寸和转速
正比于转速，n一定时风量不变（风量较大2－500m3/min）
均匀，风量较大
脉动（需加贮气罐）
低：<10 m3/min
中：10－30m3/min
高：>30 m3/min
︵
风 表
压 压
︶
单级<1500mm H20
低100mm H20
中100－300mmH20
高300－1500 mmH20
多级
< 3kgf/cm2
多级>3kgf/cm2
0.8kgf/cm2
以内，
在0.4kgf/cm2附近效率最高
5－6 kgf/cm2,在 1.5-1.8 kgf/cm2
时效率最高。
低：<10 kgf/cm2
中：10-100kgf/cm2
高:100－1000
kgf/cm2
结构特点
叶片多而短、平直、弯曲均有，低中压机壳断面方形，高压为园形
多级叶轮直径大体相同，无冷却装置
级数多，转数高(>5000rpm)分几段，每段若干级，叶轮直径和宽度逐渐下降，段间设冷却器
两个腰形或三星形转子，转子、机壳间的间隙小，出口安装稳压罐
椭园外壳与旋转叶轮，壳内有适量液体（输送腐蚀性气体）
与往复泵相近，多级，各个压气缸从大到小，中间冷却。
注 意
回路调节t<85℃出口阀不可全闭
保持清洁
水 环 真 空 泵
蒸 汽 喷 射 泵
真空度
～100mmHg（绝）
充当压气机时：
～1 kgf/cm2（表）
1级：100 mmHg（绝）
5级：0.05 mmHg（绝）
结构特点
水环呈液封，
叶轮处壳内偏心，与水封组成小室由小(大，由大(小进行吸气、排气，
转动部分无机械损失，寿命长但效率低（温度不能过高）。
蒸气在喷射过程中静压强转变为动能，产生低压，吸入气体。无活动部件，但效率低。
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
u2/2 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, 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）
Hp静压能↑ 离心力作功
流道扩大 动能→静压能
①
②
由速度三角形余弦定理：
一般设计中为提高理论压头，
泵一定：r2，b2，(2一定，HT = A–BQ
2、讨论
后弯片：ctg(2 >0 （(2 <90°),QT↑，HT↓
径向片：ctg(2 =0 （(2 =90°),HT与QT无关
前弯片：ctg(2 <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u2成正比。
⑶ 冲击损失 (2：设计值
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 扬程，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=QH(g/(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=2(r2b2sin(2 与(无关
H=u2c2cos(2/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(
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：
若不变,（比例定律）
4) 叶轮外径：
①△相似， 相同,出口截面不变：
若不变,（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。
则
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。
：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：
（允许安装高度）
数值上＝
需要知道，这与输送液体性质，当地大气压（）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，大于饱和蒸气压头的某个最小值。
泵性能表的△h是20℃清水测定，输送其它液体
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
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、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）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=QH(g
5、旁路调节
计量泵与隔膜泵,
旋转泵，转子旋转吸入排出液体 齿转泵
螺杆泵 Q与H 无关旋涡泵：特殊离心泵。
吸入口与排出口相对
吸入腔与排出腔间隔开
第四节 气体输送和压缩设备
特点,可压缩，V，T有变化
VS大约是 u=15～25m/s
通气机,p2/p1 = 1～1.15
鼓风机,p2/p1 < 4
压缩机,p2/p1 > 4
离心通风机、鼓风机、压缩机：
离心通风机：低100mmH2O；中100-300mmH2O；高300-1500mmH2O
特点：矩形通道，叶片短而多，直、后、前性能与特性曲线：
风量：m2 / h 通过进风口的体积流率，气体体积（以进口处状态计）
风压：单位体积气体(m3)获得能量。J/m3 → N/m2 mmH2O
静风压
――全风压,――动风压
与气体(有关。按20℃，760mm Hg为标况。(o=1.2kg/m3
计算出标况查算图。
功率： 同一状况下的HT，Q
同样可以折算 N’实际功率选用：气体性质，风量范围
往复压缩机：
1、工作原理及理想循环
理想气体
假设 缸内阻力不计
无泄漏
全部排净
如图：压缩阶段
压出阶段
吸入阶段
等温：
绝热：
多变：k ( m
2、余隙及其影响（有余隙的理想气体循环）
1－2压缩阶段
2－3压出阶段
3－4余隙气体膨胀
余隙系数：
容积系数：
多变压缩时：
(o与(，p2/p1有关，p2/p1高到某程度，(o可为0
3、多级压缩：
(避免压缩比太高，T(
(减少功耗
(提高各级容积系数
(设备材质
级数越多，越接近等温过程。
级间压力确定：
冷却到原温度：p1v1= pivi
令dwS/dpi = 0，求出：
推到n级：
4、压缩机的主要参数
排气量：单位时间排出气量（吸入状态计）
实际：
余隙阻力，
绝热功率：
5、分类及选用。
D2－3讨论题
对于往复泵：
Q不变，
p1=13KPa(真空)，
p2=0.33MPa(表)
对于离心泵：
Q变小，p1<13KPa(真空),绝压(，p2(，但<0.33MPa
D2－4
Ne =QH(g相同
(2) 阀2开大
离心泵，Q(，Ne (
往复泵，Q不变，Ne (
(3) 阀2开度不变、打开(
离心泵 Q入口(,N(,Q出口(
往复泵 Q入口不变，N(，Q出(
各类化工用泵的比较
类 型
非 正 位 移 泵
正 位 移 泵
离心泵
轴流泵
旋涡泵
往复泵
旋转泵
流
量
均匀性
均 匀
均 匀
均 匀
不均匀
尚 可
恒定性
随管路特性而变
恒 定
恒 定
范围
广，易达大流量
大流量
小流量
较小流量
小流量
压头
不易达到高压头
压头低
压头较高
高压头
较高压头
效率
稍低、愈偏离额定值愈小
稍低、高效区窄
低
高
较高
操
作
流量调节
小辐度调节用出口阀、简便；大泵大辐度调节可调节转速或切削叶轮直径
小辐度调节用旁路阀；有些泵可以调节叶片角度
用旁路调节
小辐度调节用旁路阀；大辐度调节可调节转速、行程等
用旁路调节
自 吸作 用
一般没有
没 有
部分型号有自吸能力
有
有
启 动
出口阀关闭
出口阀全开
出口阀全开
出口阀全开
出口阀全开
维 修
简 便
简 便
简 便
麻 烦
较简便
结构与造价
结构简单，造价低廉
结构紧凑简单，加工要求稍高
结构复杂，振动大，体积庞大，造价高
结构紧凑，加工要求高
适用范围
流量，压头适用范围广，尤其适用于较低压头，大流量。除高粘度物料不太合适外，可输送各种物料
特别适宜于大流量，低压头
高压头，小流量的清洁液体
适宜于流量不大的高压头输送任务；输送悬浊液要用特殊结构的隔膜泵
适用于小流量较高压头的输送，对高粘度液体较合适
特
性
曲
线
几种气体输送和压缩装置
类 型
离 心 式
旋 转 式
往 复 式
风
量
离心通风机
离心鼓风机
离心压缩机
罗茨鼓风机
液环压缩机
往复压缩机
均 匀
取决于它的结构、尺寸和转速
正比于转速，n一定时风量不变（风量较大2－500m3/min）
均匀，风量较大
脉动（需加贮气罐）
低：<10 m3/min
中：10－30m3/min
高：>30 m3/min
︵
风 表
压 压
︶
单级<1500mm H20
低100mm H20
中100－300mmH20
高300－1500 mmH20
多级
< 3kgf/cm2
多级>3kgf/cm2
0.8kgf/cm2
以内，
在0.4kgf/cm2附近效率最高
5－6 kgf/cm2,在 1.5-1.8 kgf/cm2
时效率最高。
低：<10 kgf/cm2
中：10-100kgf/cm2
高:100－1000
kgf/cm2
结构特点
叶片多而短、平直、弯曲均有，低中压机壳断面方形，高压为园形
多级叶轮直径大体相同，无冷却装置
级数多，转数高(>5000rpm)分几段，每段若干级，叶轮直径和宽度逐渐下降，段间设冷却器
两个腰形或三星形转子，转子、机壳间的间隙小，出口安装稳压罐
椭园外壳与旋转叶轮，壳内有适量液体（输送腐蚀性气体）
与往复泵相近，多级，各个压气缸从大到小，中间冷却。
注 意
回路调节t<85℃出口阀不可全闭
保持清洁
水 环 真 空 泵
蒸 汽 喷 射 泵
真空度
～100mmHg（绝）
充当压气机时：
～1 kgf/cm2（表）
1级：100 mmHg（绝）
5级：0.05 mmHg（绝）
结构特点
水环呈液封，
叶轮处壳内偏心，与水封组成小室由小(大，由大(小进行吸气、排气，
转动部分无机械损失，寿命长但效率低（温度不能过高）。
蒸气在喷射过程中静压强转变为动能，产生低压，吸入气体。无活动部件，但效率低。
