2009-7-30
第 二章流体输送机械第 一 节液体输送机械
2-1-1离心泵
离心泵的操作原理、构造与类型
离心泵的基本方程式
离心泵的主要性能参数与特性曲线
离心泵性能的改变
离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
离心泵的工作点与流量调节
2-1-2其他类型的泵
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流体输送机械,向流体作功以提高流体机械能的装置 。
输送液体的机械通称为 泵；
例如,离心泵,往复泵、旋转泵和漩涡泵 。
输送气体的机械按不同的工况分别称为,
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵 。
本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的 操作原理、基本构造与性能,合理地 选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
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2-1-1离心泵一．离心泵的操作原理、构造与类型
1,操作原理
由若干个弯曲的叶片组成的 叶轮 置于具有蜗壳通道的 泵壳 之内。
叶轮 紧固于 泵轴 上泵轴与 电机 相连，
可由电机带动旋转。
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吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装一止逆阀。
泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。
离心泵的工作过程,
开泵前,先在泵内 灌满要输送的液体 。
开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周,压力增高,并 以很高的速度（ 15-25 m/s） 流入泵壳 。
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在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大,液体的 流速减慢,使大部分动能转化为压力能 。 最后液体 以较高的静压强从排出口流入排出管道 。
泵内的液体被抛出后,叶轮的中心形成了真空,在液面压强 （ 大气压 ） 与泵内压力 （ 负压 ） 的压差作用下,液体便经吸入管路进入泵内,填补了被排除液体的位置 。
离心泵之所以能输送液体,主要是 依靠高速旋转叶轮所产生的离心力,因此称为 离心泵 。
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气 缚离心泵 启动 时，如果 泵壳内存在空气,由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的 离心力很小,叶轮中心处产生的低压 不足以造成吸上液体所需要的真空度,这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作,气缚,。
为了使启动前泵内充满液体,在吸入管道底部装一 止逆阀 。 此外,在离心泵的出口管路上也装一 调节阀,用于开停车和调节流量 。
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2、基本部件和构造
1）叶轮
a)叶轮的作用将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
b)叶轮的分类根据结构闭式叶轮开式叶轮半闭式叶轮叶片的内侧带有 前后盖板,适于输送干净流体,效率较高 。
没有前后盖板,适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。
只有 后盖板,可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。
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按吸液方式单吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。
相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起,可以从两侧吸入液体,具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。
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2）泵壳
A,泵壳的作用
汇集液体，作导出液体的通道；
使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
B,导叶轮为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个 固定不动的带有叶片的圆盘,称为 导叶轮。 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向 相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向,使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
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3）轴封装置
A 轴封的作用为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类轴封装置填料密封,
机械 密封,
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。
主要由装在泵轴上随之转动的 动环 和固定于泵壳上的 静环 组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
起到密封作用。
端面密封
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3、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少单级泵多级泵轴上只有 一个叶轮 的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；
轴上 不止一个叶轮 的离心泵,可以达到较高的压头。离心泵的 级数就是指轴上的叶轮数,我国生产的多级离心泵一般为 2~9级 。
2）按叶轮上吸入口的数目单吸泵双吸泵叶轮上只有 一个吸入口,适用于输送量不大的情况。
叶轮上有 两个吸入口,适用于输送量很大的情况。
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3）按离心泵的不同用途水泵 输送 清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很少的液体 的泵,（ B型 ）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用 耐腐蚀材料 制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便
、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（ F型 ）
油泵 输送 石油产品 的泵,要求密封完善。（ Y 型 ）
杂质泵 输送 含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液 等的泵
，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
叶片数目少。
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二、离心泵的基本方程式
1、离心泵基本方程式的导出假设如下理想情况,
1） 泵叶轮的 叶片数目为无限多个,也就是说叶片的厚度为无限薄,液体质点沿叶片弯曲表面流动,不发生任何环流现象 。
2） 输送的是 理想液体,流动中 无流动阻力 。
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在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：
液体随叶轮旋转 ；
经叶轮流道向外流动。
液体与叶轮一起旋转的速度 u1或 u2方向与所处圆周的切线方向一致，大小为：
60
2 1
1
nru
60
2 2
2
nru
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液体沿叶片表面运动的速度 ω 1,ω 2,方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关
cp HHH g
CC
g
PP
2
2
1
2
212
单位重量液体由点 1到点 2获得的机械能为,
单位重量理想液体,通过无数叶片的旋转,获得的能量称作 理论压头,用 H∞ 表示 。
两个速度的 合成速度 就是液体质点在点 1或点 2处 相对于静止的壳体的速度,称为 绝对速度,用 c1,c2来表示 。
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HC,液体经叶轮后 动能的增加
HP,液体经叶轮后 静压能的增加；
静压能增加项 HP主要由于两方面的因素促成：
1） 液体在叶轮内接受离心力所作的外功,单位质量液体所接受的外功可以表示为,
2)(2
2
1
2
22
1
2
2
2
22
1
2
1
uurrdrrF d r r
r
r
r
2） 叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，液体通过时 部分动能转化为静压能,这部分静压能的增加可表示为：
2
2
2
2
1
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单位重量流体经叶轮后的静压能增加为,
gg
uuH
P 22
2
2
2
1
2
1
2
2
222
2
1
2
2
2
2
2
1
2
1
2
2
g
cc
gg
uuH
（ a）
根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：
111212121 c o s2 ucuc
222222222 c o s2 ucuc
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代入（ a） 式，并整理可得到：
gcucuH /)c o sc o s( 111222 (b)
一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使 α 1=90°,即
cosα 1=0
gcuH /c o s 222
——离心泵的基本方程式
—— 离心泵理论压头的表达式
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理论压头与理论流量 QT关系流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积
s in2 222 cbrQ T?
从点 2处的速度三角形可以得出
222222 s inc o s c t gcuc
代入 H=u2c2cosα 2/g
)s in( 22222 c t gcugu )2(1
22
222
2 br
c t gQuu
g
T
2
2
2
2 2)(
1?
c t g
gb
Qr
g
T
H
——离心泵基本方程式表示离心泵的 理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状 间的关系。
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对于某个离心泵 （ 即其 β 2,γ 2,b2固定 ）,当转速 ω 一定时,理论压头与理论流量之间呈线形关系,可表示为：
TBQAH
2、离心泵基本方程式的讨论
1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系当叶片几何尺寸（ b2,β 2） 与理论流量一定时，离心泵的 理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。
2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系根据叶片出口端倾角 β 2的大小,叶片形状可分为三种,
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a） 后弯叶片 (β 2<90,b),ctgβ 2>0 。 泵的 理论压头随流量 Q
的增大而减小
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b） 径向叶片 （ β 2=90。,图 a）,ctgβ 2=0 。 泵的理论压头不随流量 QT而变化。
c） 前弯叶片 (β 2>90。,图 c),ctgβ 2<0 。 泵的理论压头随理论流量 QT的增大而增大。
前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式的叶片吗？
NO
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H
静压头的增加,g2g2 uu
2
2
2
1
2
1
2
2
动压头的增加,g2 cc
2
1
2
2?
前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。
由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。
一般都 采用后弯叶片
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3、实际压头离心泵的实际压头与理论压头有 较大的差异,原因在于流体在通过泵的过程中 存在着压头损失,它主要包括：
1） 叶片间的环流
2） 流体的 阻力损失
3） 冲击损失理论压头,实际压头及各种压头损失与流量的关系为
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三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用 Q表示，单位为 m3/h。 又称为泵的送液能力 。
2）离心泵的压头泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以 H表示，
单位为 m。 又称为泵的 扬程 。
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离心泵的压头取决于：
泵的结构 （叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）
转速 n
流量 Q，
如何确定转速一定时，
泵的 压头 与 流量 之间的关系呢？
实验测定
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H的计算可根据 b,c两截面间的柏努利方程：
bcf
ccbb h
g
u
g
PZH
g
u
g
P )(
22
22
bcf
bcbc h
g
uu
g
PPZH )(
2
22
gPPZH bc?/)(
离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举高度△ Z,升举高度只是扬程的一部分 。
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3）离心泵的效率离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用 效率 η
来反映能量损失 。这些能量损失包括：
容积损失
水力损失
机械损失泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。
与泵的 大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质 有关
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4）轴功率及有效功率轴功率,电机输入离心泵的功率,用 N表示，单位为 J/S,W或 kW
有效功率,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用 Ne表示轴功率和有效功率之间的关系为,?/
eNN?
有效功率可表达为
gQHN e
轴功率可直接利用效率计算
/gQHN?
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2、离心泵的特性曲线离心泵的 H,η,N都与离心泵的 Q有关，它们之间的关系由 确定离心泵压头的实验 来测定，实验测出的一组关系曲线：
H～ Q,η ～ Q,N～ Q
—— 离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变 。
各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点
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1） H～ Q曲线,表示泵的压头与流量的关系,离心泵的 压头普遍是随流量的增大而下降 （ 流量很小时可能有例外 ）
2） N～ Q曲线,表示泵的轴功率与流量的关系,离心泵的轴功率随流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小 。
离心泵启动时,应关闭出口阀,使启动电流最小,以保护电机 。
3） η ～ Q曲线,表示泵的效率与流量的关系,随着流量的增大,泵的效率将上升并达到一个最大值,以后流量再增大,效率便下降 。
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离心泵在一定转速下有一最高效率点。 离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。
与最高效率点所对应的 Q,H,N值称为最佳工况参数 。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。
注意,在选用离心泵时,应使离心泵在该点附近工作 。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的 92%。
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四、离心泵性能的改变
1,液体性质的影响
1）液体密度的影响
s in2 222 cbrQ T?离心泵的流量 与液体密度无关。
离心泵的压头 gcuH /c o s 222 与液体的密度无关
H～ Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。
泵的效率 η 不随输送液体的密度而变。
/gQHN
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
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2）粘度的影响当输送的液体 粘度大于常温清水的粘度 时，
泵的 压头减小
泵的 流量减小
泵的 效率下降
泵的 轴功率增大
泵的特性曲线发生改变,选泵时应根据原特性曲线进行修正当液体的运动粘度小于 20cst（ 厘池 ） 时,如汽油,柴油,煤油等粘度的影响可不进行修正 。
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2、转速对离心泵特性的影响当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、
轴功率与转速的近似关系可表示为：
n
n
Q
Q ''? 2)'('
n
n
H
H? 3)'('
n
n
N
N?
——比例定律
3、叶轮直径的影响
1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相似,b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，
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2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使 D2变小,b2/D2变大若切削使直径 D2减小的幅度在 20%以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等,此时有,
2
2 ''
D
D
Q
Q? 2
2
2 )'('
D
D
H
H? 3
2
2 )'('
D
D
N
N?
---------切割定律
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五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
1、气蚀现象气蚀产生的条件叶片入口附近 K
处的压强 PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压
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气蚀 产生的后果：
气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落
液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。
2、离心泵的允许吸上高度离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度,指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离,以 Hg
表示 。
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贮槽液面 0-0’ 与入口处 1-
1’ 两截面间列柏努利方程
10
2
110
2
fHg
u
g
PPHg
若贮槽上方与大气相通，则
P0即为大气压强 Pa
10
2
11
2
f
a H
g
u
g
PPHg
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2、离心泵的允许吸上真空度
g/pP'H 1aS
注意,HS’ 单位是压强的单位，通常以 m液柱 来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成 m（ 实际上应为 mH2O）。
——离心泵的允许吸上真空度 定义式将 gpPH aS?/' 1 代入
10
2
11
2
f
a H
g
u
g
PPHg
得
10
2
1
2
' fS H
g
uHHg
—— 允许吸上高度的计算式
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HS’值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好,安装高度 Hg越高。
HS’与泵的 结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压 等因素有关。
通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气压为 10mH2O（ 9.81Pa）
下,以 20℃ 清水为介质进行的。
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HS’随 Q增大而减小
确定离心泵安装高度时应使用泵 最大流量下的 HS’进行计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对 HS’进行校正。
100024.0
1081.9)10(' 3
v
aSS
PHHH
3、气蚀余量为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头
g
p
1
与动压头
g
u
2
2
1 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头
g
pv
的一个最小值。
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g
p
g
u
g
ph v
2
2
11 ——气蚀余量定义式
△ h 与 Hg 的关系当叶轮入口附近 (k-k’ )最小压强等于液体的饱和蒸汽压 pv 时，
泵入口处压强 (1-1’ )必等于某确定的最小值 p1。
在 1-1’ 和 k-k’间列柏努利方程：
kf
kv H
g
u
g
p
g
u
g
p
1
22
11
22
kf
k H
g
uh
1
2
2
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当流量一定且流体流动为阻力平方区时,气蚀余量仅与泵的结构和尺寸 有关,是泵抗气蚀性能参数 。
将
g
p
g
u
g
ph v
2
2
11 代入
kfg Hg
u
g
ppH
1
2
110
2?
10
0
f
v
g Hhg
p
g
pH
—— 允许吸上高度的计算式离心泵的气蚀余量 h? 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的
△ h随 Q增大而增大
计算允许安装高度时应取高流量下的 △ h值 。
图
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泵性能表上所列的 △ h值也是按输送 20℃ 的清水测定的,当输送其它液体时应乘以校正系数予以校正,
但因一般校正系数小于 1，
故把它作为外加的安全系数,不再校正 。
4、离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值 小 0.5～ 1m。 mHH gg )1~5.0(实
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注意：
1） 离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量有关的,大流量下 △ h较大而 HS’较小,因此,必须注意 使用最大额定流量值 进行计算 。
2） 离心泵安装时,应注意 选用较大的吸入管路,减少吸入管路的弯头,阀门等管件,以减少吸入管路的阻力 。
3） 当液体输送温度较高或液体沸点较低时,可能出现 允许安装高度为负值 的情况,此时,应 将离心泵安装于贮槽液面以下,使液体利用位差自流入泵内 。
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六,离心泵的工作点与流量调节
1,管路特性曲线与泵的工作点
1）管路特性曲线管路特性曲线 流体通过某特定管路时 所需的压头与液体流量 的关系曲线。
在截面 1-1′与 2-2′ 间列柏努利方程式,并以 1-1′截面为基准水平面,则液体流过管路所需的压头为：
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fe Hg
u
g
pzH
2
2
Kgpz
式中：
02
2
gu
上式简化为
fe HKH
)
2
1()
4
)(( 2
2
0 g
d
Q
d
llH
c
e
f
而
B
gdd
ll
c
e
420
1)(
令
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2BQKH e
——管路的特性 方程
2）离心泵的工作点离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点 M，
就是离心泵在管路中的 工作点。
在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量 Q的平方而变
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M点所对应的流量 Qe和压头 He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头 。
2,离心泵的流量调节
1） 改变出口阀开度
——改变管路特性曲线
阀门关小时：
管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的 M点移到 M1点，
流量由 QM降到 QM1；
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当阀门开大时：
管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由 M移到 M2流量加大到 QM2。
优点,调节迅速方便，流量可连续变化；
缺点,流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
2）改变泵的转速 ——改变泵的特性曲线若把泵的转速提高到 n1,则 H~Q线上移，工作点由 M移至
M1,流量由 QM 加大到 QM1；
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若把泵的转速降至 n2：
则 H~Q线下移，工作点移至 M2,流量减小到 QM2
优点,流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；
缺点,需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用 。
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3、离心泵的并联和串联
1）串联组合泵的特性曲线两台相同型号的 离心泵串联 组合，在同样的流量下，其提供的 压头是单台泵的两倍 。
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2）并联组合泵的特性曲线两台相同型号的 离心泵并联,若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的 流量为单泵的两倍 。
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3）离心泵组合方式的选择
对于低阻输送管路 a,并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；
对于高阻输送管路 b,串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵 。
低阻输送管路 ----并联优于串联；
高阻输送管路 ----串联优于并联 。
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七、离心泵的选用、安装与操作
1、离心泵的选择
1）确定输送系统的流量和压头,一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按 最大流量 考虑，然后，根据输送系统管路的安排，
用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头 。
2） 选择泵的类型与型号,首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。
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若是没有一个型号的 H,Q与所要求的刚好相符，则在邻近型号中 选用 H和 Q都稍大的一个 ；若有几个型号的 H和 Q都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的 H和 Q外，还 应考虑效率 η 在此条件下是否比较大。
3)核算轴功率,若输送液体的密度大于水的密度时，按
/gQHN? 来计算泵的轴功率。
2、离心泵的安装和使用
1）泵的安装高度为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体,泵的实际安装
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高度必须低于理论上计算的最大安装高度,同时，应尽量 降低吸入管路的阻力 。
2）启动前先,灌泵,
这主要是为了防止,气傅,现象的发生,在泵启动前,向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止 。
3） 离心泵应在出口阀门关闭时启动为了不致启动时电流过大而烧坏电机,泵启动时要将出口阀完全关闭,等电机运转正常后,再逐渐打开出口阀,并调节到所需的流量 。
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4）关泵的步骤关泵时,一定要先关闭泵的出口阀,再停电机 。 否则,压出管中的高压液体可能反冲入泵内,造成叶轮高速反转,使叶轮被损坏 。
5） 运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。
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2-1-2其他类型泵一、往复泵
1、往复泵的结构及工作原理往复泵是一种 容积式泵,它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。
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泵的主要部件有 泵缸,活塞,活塞杆,吸入单向阀和排出单向阀 。 活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动 。 活塞与单向阀之间的空隙称为 工作室 。
工作原理：
当活塞自左向右移动时,工作室的容积增大,形成低压,
贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内,排出阀受排出管内液体压力作用而关闭 。 当活塞移到右端时,工作室的容积最大 。
活塞由右向左移动时,泵缸内液体受挤压,压强增大,使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出,活塞移到左端时,
排液完毕,完成了一个工作循环,此后开始另一个循环 。
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活塞从左端点到右端点的距离叫 行程或冲程。
活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。
由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能排液，因此 排液不是连续的 。
为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用 双动泵 或 三联泵往复泵的工作原理与离心泵不同,具有以下特点,
1） 往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有关,而与泵的压头无关 。 无论在什么压头下工作,只要往复一次,泵就排出一定的液体 。
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其理论流量：
对单动泵 rT A S nQ?
对双动泵 rT SnaAQ )2(
2） 往复泵的压头与泵的几何尺寸无关,只要泵的机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就能提供多大的压头。
3） 往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强,输送液体的性质和温度而变,所以往复泵的吸上高度也有一定的限制 。 但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的,所以在开动之前,泵内无须充满液体,往复泵有自吸作用 。
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4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用 回路调节 。
往复泵适用于小流量,高压强的场合,输送高粘度液体时的效果也比离心泵好,但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液 。
二、计量泵计量泵就是往复泵的一种 。 通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动 。 偏心轮的偏心距离可以调整,使柱塞的冲程随之改变 。 这样就达到控制和调节流量的目的
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三、旋转泵旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，
又称 转子泵
1、齿轮泵泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而达到排出腔,排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出液体。
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齿轮泵可以产生 较高的压头，但流量较小,用于输送粘稠的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。
2、螺杆泵螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等图（ a） 为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。 （ b） 为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。
螺杆泵的压头高,效率高,无噪音,适用于高粘度液体的输送 。
往复泵,旋转泵均属于正位移泵 。
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3、旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵,它是由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列
。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的作用。因此,旋涡泵在开动前也要灌满液体 。旋涡泵适用于要求 输送量小，压头高而粘度不大的液体 。
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第二章流体输送机械 一,离心通风机、鼓风机与压缩机二,旋转鼓风机、压缩机与真空泵第二节气体输送和压缩设备
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按照终压与压缩比
通风机,
鼓风机,
压缩机,
真空泵：
终压不大于 14.7× 103Pa(表压 )
终压为 14.7× 103~294× 103Pa,压缩比小于 4。
终压在 294× 103Pa以上,压缩比大于 4。
将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中 。
按结构与工作原理离心式,往复式,旋转式和流体作用式
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一、离心式通风机、鼓风机与压缩机
1、离心式通风机离心式通风机按所产生的风压不同,分为：
低压 离心通风机：
中压 离心通风机：
高压 离心通风机,
出口风压低于 0.9807× 103Pa(表压 )；
出口风压为,0.9807× 103Pa~2.942× 103Pa
出口风压为,2.942× 103Pa~14.7× 103Pa
1） 离心式通风机的结构
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2） 离心通风机的性能参数与特性曲线
（ 1） 风量,指气体通过进风口的体积流率,以 Q表示,单位为 m3/h或 m3/s。 气体的体积按进口状态计 。
（ 2） 风压,指单位体积的气体通过通风机时所获得的能量,
单位为 N/m2,与压强单位相同,以 Ht表示 。 取决于风机的结构,叶轮尺寸,转速与进入风机的气体的密度 。
目前,还不能用理论方法精确计算离心通风机的风压,而是由试验测定 。
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在通风机的进口截面 1-1’ 和出口截面 2-2’ 间列柏努力方程：
2121221212 2/)()()( hfuuppgzzH t
简化为
2)(
2
2
12
uPPH
t
（ P2－ P1） 称为静风压,以 HSt表示
2
2
2u? 称为动风压 。
离心通风机的风压为 静风压和动风压之和,称为全风压 。
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风压与被输送气体的密度 ρ 成正比,风机性能表上列出风压是按,标准状态,下 (20℃,1.01× 105Pa)的空气密度测定的 。 若实际操作条件与上述试验条件不同,应将操作条件下的风压 HT’换算为试验条件下的风压 HT,然后按 HT的数值来选择风机 。
'
2.1'
'
'
TTT HHH
（ 3） 功率和效率离心通风机的轴功率为：
1000
QHN T?
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（ 4） 特性曲线
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3） 离心通风机的选用选择离心通风机的主要步骤为：
（ 1） 根据气体的种类 （ 清洁空气,易燃气体,腐蚀性气体,含尘气体,高温气体等 ） 与风压范围,确定风机的类型
（ 2） 据所要求的风量与全压,从产品样本或规格目录中的特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号 。
2,离心鼓风机和压缩机
1） 离心鼓风机离心鼓风机外形与离心泵相象 。 蜗壳形的通道为圆形,但其 外壳直径与宽度之比较大,叶轮上数目较多,转速较高,
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并且有一固定的导轮 。 图 为一台五级离心鼓风机的示意图 。
气体由吸入口进入后,经过第一级的叶轮和导轮,然后转入第 二 级 叶 轮 入 口,再 依 次 逐 级 通 过 以 后 的 叶 轮和导轮,最后由排气口排出 。
离心通风机的送气量大,但所产生的风压仍不太高,出口表压强一般不超过 294× 103Pa。 由于在离心鼓风机中,气体的压缩比不高,所以无需设置冷却装置,各级叶轮的直径也大致上相等 。
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2） 离心压缩机离心压缩机又称 透平压缩机 。 它的主要结构和工作原理与离心鼓风机相似 。 离心压缩机的 特点 是 叶轮级数多,通常在 10级以上,叶轮转速高,一般为 5000r/min以上 。 这样可以产生很多的出口压强,且由于压缩比高,气体体积缩小很多
,温度升高大 。 因此 压缩机都分成几段,每段包括若干级 。
叶轮的直径逐级缩小 。 叶轮宽度也逐级略有缩小,在 各段之间设有中间冷却器 。
优点,流量大而均匀,体积小,运转平稳,容易调节,维护方便 。
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二、旋转鼓风机、压缩机与真空泵旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。
特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，适用于所需压强不高且流量大的情况。
1、罗茨鼓风机罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似,机壳内有两个渐开摆线形的转子,两转子之间,转子与机壳之间
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缝隙很小,使转子能自由运动而无过多的泄漏,两转子的旋转方向相反,可使气体从技巧一侧吸入,从另一侧排出
。 若改变两转子的旋转方向,则吸入和排出口互换 。
罗次鼓风机的特点,
(1)风量与转速成正比,转速一定时,出口压力提高,风量可保持大体不变 。
(2)输气量范围,2~500m3/min。 出口表压在 80kPa以内且在 40kPa附近效率较高 。
(3)流量调节一般用支路调节,出口阀不能完全关闭,且操作温度 ≯ 80-85oC
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2,液环压缩机液环压缩机 也称纳氏泵,由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所组成,叶轮在存有适量液体的壳体内旋转,由叶片带动,液体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环 。 椭圆形长轴处则形成两个月牙形空隙,供气体吸入和排出 。 当叶轮旋转一周时,在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变小各两次,气体从两个吸气口进入机内,从两个排气口排出
。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触,可用于输送腐蚀性气体 。
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3,真空泵从设备中或系统中抽出气体,使其处于绝对压强低于外界大气压的状态,所用的输送机械称为真空泵 。 实质上真空泵也是气体压缩机械,只是它入口压强低,出口为常压 。 化工厂中较常用的型式有：
1） 水环真空泵水环真空泵的外形呈圆形,外壳内有一个偏心安装的叶轮,
上有辐射状叶片,水环真空泵的壳内注入一定量的水,当叶轮旋转时,在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环 。
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水环具有密封作用,使叶片间的空隙形成大小不同的密封室 。 当小室增大时,气体从吸入口吸入,当小室从大变小时,气体由压出口排出 。
水环真空泵可以造成的最高真空度为 83.4× 103Pa左右,它也可作鼓风机用,但所产生的表压强不超过 98.07× 103Pa当被抽吸的气体不宜与水接触时,泵内可充以其它液体 。
此类泵结构简单,紧凑,易于制造和维修 。 但泵的效率较低,一般为 30%～ 50%。 另外,该泵产生的真空度受泵内水温的限制 。
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2） 喷射泵喷射泵 是利用高速流体射流时静压能转换为动能而造成的真空将气体吸入泵体,在泵内与射流流体混合,气体及工作流体一并排出泵体 。
喷射泵的工作流体可以是水,也可以是蒸汽 。 单级蒸汽喷射泵可以达到 90%的真空度,为要获得更高的真空度,可以采用多级蒸汽喷射泵 。 喷射泵结构简单,无运动部件,但效率很低,工作流体消耗很大 。
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第 二章流体输送机械第 一 节液体输送机械
2-1-1离心泵
离心泵的操作原理、构造与类型
离心泵的基本方程式
离心泵的主要性能参数与特性曲线
离心泵性能的改变
离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
离心泵的工作点与流量调节
2-1-2其他类型的泵
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流体输送机械,向流体作功以提高流体机械能的装置 。
输送液体的机械通称为 泵；
例如,离心泵,往复泵、旋转泵和漩涡泵 。
输送气体的机械按不同的工况分别称为,
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵 。
本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的 操作原理、基本构造与性能,合理地 选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
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2-1-1离心泵一．离心泵的操作原理、构造与类型
1,操作原理
由若干个弯曲的叶片组成的 叶轮 置于具有蜗壳通道的 泵壳 之内。
叶轮 紧固于 泵轴 上泵轴与 电机 相连，
可由电机带动旋转。
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吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装一止逆阀。
泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。
离心泵的工作过程,
开泵前,先在泵内 灌满要输送的液体 。
开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周,压力增高,并 以很高的速度（ 15-25 m/s） 流入泵壳 。
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在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大,液体的 流速减慢,使大部分动能转化为压力能 。 最后液体 以较高的静压强从排出口流入排出管道 。
泵内的液体被抛出后,叶轮的中心形成了真空,在液面压强 （ 大气压 ） 与泵内压力 （ 负压 ） 的压差作用下,液体便经吸入管路进入泵内,填补了被排除液体的位置 。
离心泵之所以能输送液体,主要是 依靠高速旋转叶轮所产生的离心力,因此称为 离心泵 。
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气 缚离心泵 启动 时，如果 泵壳内存在空气,由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的 离心力很小,叶轮中心处产生的低压 不足以造成吸上液体所需要的真空度,这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作,气缚,。
为了使启动前泵内充满液体,在吸入管道底部装一 止逆阀 。 此外,在离心泵的出口管路上也装一 调节阀,用于开停车和调节流量 。
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2、基本部件和构造
1）叶轮
a)叶轮的作用将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
b)叶轮的分类根据结构闭式叶轮开式叶轮半闭式叶轮叶片的内侧带有 前后盖板,适于输送干净流体,效率较高 。
没有前后盖板,适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。
只有 后盖板,可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。
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按吸液方式单吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。
相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起,可以从两侧吸入液体,具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。
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2）泵壳
A,泵壳的作用
汇集液体，作导出液体的通道；
使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
B,导叶轮为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个 固定不动的带有叶片的圆盘,称为 导叶轮。 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向 相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向,使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
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3）轴封装置
A 轴封的作用为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类轴封装置填料密封,
机械 密封,
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。
主要由装在泵轴上随之转动的 动环 和固定于泵壳上的 静环 组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
起到密封作用。
端面密封
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3、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少单级泵多级泵轴上只有 一个叶轮 的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；
轴上 不止一个叶轮 的离心泵,可以达到较高的压头。离心泵的 级数就是指轴上的叶轮数,我国生产的多级离心泵一般为 2~9级 。
2）按叶轮上吸入口的数目单吸泵双吸泵叶轮上只有 一个吸入口,适用于输送量不大的情况。
叶轮上有 两个吸入口,适用于输送量很大的情况。
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3）按离心泵的不同用途水泵 输送 清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很少的液体 的泵,（ B型 ）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用 耐腐蚀材料 制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便
、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（ F型 ）
油泵 输送 石油产品 的泵,要求密封完善。（ Y 型 ）
杂质泵 输送 含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液 等的泵
，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
叶片数目少。
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二、离心泵的基本方程式
1、离心泵基本方程式的导出假设如下理想情况,
1） 泵叶轮的 叶片数目为无限多个,也就是说叶片的厚度为无限薄,液体质点沿叶片弯曲表面流动,不发生任何环流现象 。
2） 输送的是 理想液体,流动中 无流动阻力 。
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在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：
液体随叶轮旋转 ；
经叶轮流道向外流动。
液体与叶轮一起旋转的速度 u1或 u2方向与所处圆周的切线方向一致，大小为：
60
2 1
1
nru
60
2 2
2
nru
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液体沿叶片表面运动的速度 ω 1,ω 2,方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关
cp HHH g
CC
g
PP
2
2
1
2
212
单位重量液体由点 1到点 2获得的机械能为,
单位重量理想液体,通过无数叶片的旋转,获得的能量称作 理论压头,用 H∞ 表示 。
两个速度的 合成速度 就是液体质点在点 1或点 2处 相对于静止的壳体的速度,称为 绝对速度,用 c1,c2来表示 。
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HC,液体经叶轮后 动能的增加
HP,液体经叶轮后 静压能的增加；
静压能增加项 HP主要由于两方面的因素促成：
1） 液体在叶轮内接受离心力所作的外功,单位质量液体所接受的外功可以表示为,
2)(2
2
1
2
22
1
2
2
2
22
1
2
1
uurrdrrF d r r
r
r
r
2） 叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，液体通过时 部分动能转化为静压能,这部分静压能的增加可表示为：
2
2
2
2
1
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单位重量流体经叶轮后的静压能增加为,
gg
uuH
P 22
2
2
2
1
2
1
2
2
222
2
1
2
2
2
2
2
1
2
1
2
2
g
cc
gg
uuH
（ a）
根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：
111212121 c o s2 ucuc
222222222 c o s2 ucuc
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代入（ a） 式，并整理可得到：
gcucuH /)c o sc o s( 111222 (b)
一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使 α 1=90°,即
cosα 1=0
gcuH /c o s 222
——离心泵的基本方程式
—— 离心泵理论压头的表达式
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理论压头与理论流量 QT关系流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积
s in2 222 cbrQ T?
从点 2处的速度三角形可以得出
222222 s inc o s c t gcuc
代入 H=u2c2cosα 2/g
)s in( 22222 c t gcugu )2(1
22
222
2 br
c t gQuu
g
T
2
2
2
2 2)(
1?
c t g
gb
Qr
g
T
H
——离心泵基本方程式表示离心泵的 理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状 间的关系。
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对于某个离心泵 （ 即其 β 2,γ 2,b2固定 ）,当转速 ω 一定时,理论压头与理论流量之间呈线形关系,可表示为：
TBQAH
2、离心泵基本方程式的讨论
1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系当叶片几何尺寸（ b2,β 2） 与理论流量一定时，离心泵的 理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。
2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系根据叶片出口端倾角 β 2的大小,叶片形状可分为三种,
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a） 后弯叶片 (β 2<90,b),ctgβ 2>0 。 泵的 理论压头随流量 Q
的增大而减小
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b） 径向叶片 （ β 2=90。,图 a）,ctgβ 2=0 。 泵的理论压头不随流量 QT而变化。
c） 前弯叶片 (β 2>90。,图 c),ctgβ 2<0 。 泵的理论压头随理论流量 QT的增大而增大。
前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式的叶片吗？
NO
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H
静压头的增加,g2g2 uu
2
2
2
1
2
1
2
2
动压头的增加,g2 cc
2
1
2
2?
前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。
由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。
一般都 采用后弯叶片
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3、实际压头离心泵的实际压头与理论压头有 较大的差异,原因在于流体在通过泵的过程中 存在着压头损失,它主要包括：
1） 叶片间的环流
2） 流体的 阻力损失
3） 冲击损失理论压头,实际压头及各种压头损失与流量的关系为
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三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用 Q表示，单位为 m3/h。 又称为泵的送液能力 。
2）离心泵的压头泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以 H表示，
单位为 m。 又称为泵的 扬程 。
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离心泵的压头取决于：
泵的结构 （叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）
转速 n
流量 Q，
如何确定转速一定时，
泵的 压头 与 流量 之间的关系呢？
实验测定
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H的计算可根据 b,c两截面间的柏努利方程：
bcf
ccbb h
g
u
g
PZH
g
u
g
P )(
22
22
bcf
bcbc h
g
uu
g
PPZH )(
2
22
gPPZH bc?/)(
离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举高度△ Z,升举高度只是扬程的一部分 。
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3）离心泵的效率离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用 效率 η
来反映能量损失 。这些能量损失包括：
容积损失
水力损失
机械损失泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。
与泵的 大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质 有关
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4）轴功率及有效功率轴功率,电机输入离心泵的功率,用 N表示，单位为 J/S,W或 kW
有效功率,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用 Ne表示轴功率和有效功率之间的关系为,?/
eNN?
有效功率可表达为
gQHN e
轴功率可直接利用效率计算
/gQHN?
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2、离心泵的特性曲线离心泵的 H,η,N都与离心泵的 Q有关，它们之间的关系由 确定离心泵压头的实验 来测定，实验测出的一组关系曲线：
H～ Q,η ～ Q,N～ Q
—— 离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变 。
各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点
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1） H～ Q曲线,表示泵的压头与流量的关系,离心泵的 压头普遍是随流量的增大而下降 （ 流量很小时可能有例外 ）
2） N～ Q曲线,表示泵的轴功率与流量的关系,离心泵的轴功率随流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小 。
离心泵启动时,应关闭出口阀,使启动电流最小,以保护电机 。
3） η ～ Q曲线,表示泵的效率与流量的关系,随着流量的增大,泵的效率将上升并达到一个最大值,以后流量再增大,效率便下降 。
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离心泵在一定转速下有一最高效率点。 离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。
与最高效率点所对应的 Q,H,N值称为最佳工况参数 。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。
注意,在选用离心泵时,应使离心泵在该点附近工作 。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的 92%。
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四、离心泵性能的改变
1,液体性质的影响
1）液体密度的影响
s in2 222 cbrQ T?离心泵的流量 与液体密度无关。
离心泵的压头 gcuH /c o s 222 与液体的密度无关
H～ Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。
泵的效率 η 不随输送液体的密度而变。
/gQHN
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
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2）粘度的影响当输送的液体 粘度大于常温清水的粘度 时，
泵的 压头减小
泵的 流量减小
泵的 效率下降
泵的 轴功率增大
泵的特性曲线发生改变,选泵时应根据原特性曲线进行修正当液体的运动粘度小于 20cst（ 厘池 ） 时,如汽油,柴油,煤油等粘度的影响可不进行修正 。
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2、转速对离心泵特性的影响当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、
轴功率与转速的近似关系可表示为：
n
n
Q
Q ''? 2)'('
n
n
H
H? 3)'('
n
n
N
N?
——比例定律
3、叶轮直径的影响
1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相似,b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，
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2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使 D2变小,b2/D2变大若切削使直径 D2减小的幅度在 20%以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等,此时有,
2
2 ''
D
D
Q
Q? 2
2
2 )'('
D
D
H
H? 3
2
2 )'('
D
D
N
N?
---------切割定律
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五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
1、气蚀现象气蚀产生的条件叶片入口附近 K
处的压强 PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压
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气蚀 产生的后果：
气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落
液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。
2、离心泵的允许吸上高度离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度,指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离,以 Hg
表示 。
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贮槽液面 0-0’ 与入口处 1-
1’ 两截面间列柏努利方程
10
2
110
2
fHg
u
g
PPHg
若贮槽上方与大气相通，则
P0即为大气压强 Pa
10
2
11
2
f
a H
g
u
g
PPHg
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2、离心泵的允许吸上真空度
g/pP'H 1aS
注意,HS’ 单位是压强的单位，通常以 m液柱 来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成 m（ 实际上应为 mH2O）。
——离心泵的允许吸上真空度 定义式将 gpPH aS?/' 1 代入
10
2
11
2
f
a H
g
u
g
PPHg
得
10
2
1
2
' fS H
g
uHHg
—— 允许吸上高度的计算式
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HS’值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好,安装高度 Hg越高。
HS’与泵的 结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压 等因素有关。
通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气压为 10mH2O（ 9.81Pa）
下,以 20℃ 清水为介质进行的。
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HS’随 Q增大而减小
确定离心泵安装高度时应使用泵 最大流量下的 HS’进行计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对 HS’进行校正。
100024.0
1081.9)10(' 3
v
aSS
PHHH
3、气蚀余量为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头
g
p
1
与动压头
g
u
2
2
1 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头
g
pv
的一个最小值。
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g
p
g
u
g
ph v
2
2
11 ——气蚀余量定义式
△ h 与 Hg 的关系当叶轮入口附近 (k-k’ )最小压强等于液体的饱和蒸汽压 pv 时，
泵入口处压强 (1-1’ )必等于某确定的最小值 p1。
在 1-1’ 和 k-k’间列柏努利方程：
kf
kv H
g
u
g
p
g
u
g
p
1
22
11
22
kf
k H
g
uh
1
2
2
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当流量一定且流体流动为阻力平方区时,气蚀余量仅与泵的结构和尺寸 有关,是泵抗气蚀性能参数 。
将
g
p
g
u
g
ph v
2
2
11 代入
kfg Hg
u
g
ppH
1
2
110
2?
10
0
f
v
g Hhg
p
g
pH
—— 允许吸上高度的计算式离心泵的气蚀余量 h? 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的
△ h随 Q增大而增大
计算允许安装高度时应取高流量下的 △ h值 。
图
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泵性能表上所列的 △ h值也是按输送 20℃ 的清水测定的,当输送其它液体时应乘以校正系数予以校正,
但因一般校正系数小于 1，
故把它作为外加的安全系数,不再校正 。
4、离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值 小 0.5～ 1m。 mHH gg )1~5.0(实
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注意：
1） 离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量有关的,大流量下 △ h较大而 HS’较小,因此,必须注意 使用最大额定流量值 进行计算 。
2） 离心泵安装时,应注意 选用较大的吸入管路,减少吸入管路的弯头,阀门等管件,以减少吸入管路的阻力 。
3） 当液体输送温度较高或液体沸点较低时,可能出现 允许安装高度为负值 的情况,此时,应 将离心泵安装于贮槽液面以下,使液体利用位差自流入泵内 。
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六,离心泵的工作点与流量调节
1,管路特性曲线与泵的工作点
1）管路特性曲线管路特性曲线 流体通过某特定管路时 所需的压头与液体流量 的关系曲线。
在截面 1-1′与 2-2′ 间列柏努利方程式,并以 1-1′截面为基准水平面,则液体流过管路所需的压头为：
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fe Hg
u
g
pzH
2
2
Kgpz
式中：
02
2
gu
上式简化为
fe HKH
)
2
1()
4
)(( 2
2
0 g
d
Q
d
llH
c
e
f
而
B
gdd
ll
c
e
420
1)(
令
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2BQKH e
——管路的特性 方程
2）离心泵的工作点离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点 M，
就是离心泵在管路中的 工作点。
在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量 Q的平方而变
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M点所对应的流量 Qe和压头 He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头 。
2,离心泵的流量调节
1） 改变出口阀开度
——改变管路特性曲线
阀门关小时：
管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的 M点移到 M1点，
流量由 QM降到 QM1；
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当阀门开大时：
管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由 M移到 M2流量加大到 QM2。
优点,调节迅速方便，流量可连续变化；
缺点,流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
2）改变泵的转速 ——改变泵的特性曲线若把泵的转速提高到 n1,则 H~Q线上移，工作点由 M移至
M1,流量由 QM 加大到 QM1；
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若把泵的转速降至 n2：
则 H~Q线下移，工作点移至 M2,流量减小到 QM2
优点,流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；
缺点,需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用 。
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3、离心泵的并联和串联
1）串联组合泵的特性曲线两台相同型号的 离心泵串联 组合，在同样的流量下，其提供的 压头是单台泵的两倍 。
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2）并联组合泵的特性曲线两台相同型号的 离心泵并联,若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的 流量为单泵的两倍 。
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3）离心泵组合方式的选择
对于低阻输送管路 a,并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；
对于高阻输送管路 b,串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵 。
低阻输送管路 ----并联优于串联；
高阻输送管路 ----串联优于并联 。
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七、离心泵的选用、安装与操作
1、离心泵的选择
1）确定输送系统的流量和压头,一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按 最大流量 考虑，然后，根据输送系统管路的安排，
用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头 。
2） 选择泵的类型与型号,首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。
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若是没有一个型号的 H,Q与所要求的刚好相符，则在邻近型号中 选用 H和 Q都稍大的一个 ；若有几个型号的 H和 Q都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的 H和 Q外，还 应考虑效率 η 在此条件下是否比较大。
3)核算轴功率,若输送液体的密度大于水的密度时，按
/gQHN? 来计算泵的轴功率。
2、离心泵的安装和使用
1）泵的安装高度为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体,泵的实际安装
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高度必须低于理论上计算的最大安装高度,同时，应尽量 降低吸入管路的阻力 。
2）启动前先,灌泵,
这主要是为了防止,气傅,现象的发生,在泵启动前,向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止 。
3） 离心泵应在出口阀门关闭时启动为了不致启动时电流过大而烧坏电机,泵启动时要将出口阀完全关闭,等电机运转正常后,再逐渐打开出口阀,并调节到所需的流量 。
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4）关泵的步骤关泵时,一定要先关闭泵的出口阀,再停电机 。 否则,压出管中的高压液体可能反冲入泵内,造成叶轮高速反转,使叶轮被损坏 。
5） 运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。
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2-1-2其他类型泵一、往复泵
1、往复泵的结构及工作原理往复泵是一种 容积式泵,它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。
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泵的主要部件有 泵缸,活塞,活塞杆,吸入单向阀和排出单向阀 。 活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动 。 活塞与单向阀之间的空隙称为 工作室 。
工作原理：
当活塞自左向右移动时,工作室的容积增大,形成低压,
贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内,排出阀受排出管内液体压力作用而关闭 。 当活塞移到右端时,工作室的容积最大 。
活塞由右向左移动时,泵缸内液体受挤压,压强增大,使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出,活塞移到左端时,
排液完毕,完成了一个工作循环,此后开始另一个循环 。
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活塞从左端点到右端点的距离叫 行程或冲程。
活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。
由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能排液，因此 排液不是连续的 。
为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用 双动泵 或 三联泵往复泵的工作原理与离心泵不同,具有以下特点,
1） 往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有关,而与泵的压头无关 。 无论在什么压头下工作,只要往复一次,泵就排出一定的液体 。
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其理论流量：
对单动泵 rT A S nQ?
对双动泵 rT SnaAQ )2(
2） 往复泵的压头与泵的几何尺寸无关,只要泵的机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就能提供多大的压头。
3） 往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强,输送液体的性质和温度而变,所以往复泵的吸上高度也有一定的限制 。 但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的,所以在开动之前,泵内无须充满液体,往复泵有自吸作用 。
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4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用 回路调节 。
往复泵适用于小流量,高压强的场合,输送高粘度液体时的效果也比离心泵好,但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液 。
二、计量泵计量泵就是往复泵的一种 。 通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动 。 偏心轮的偏心距离可以调整,使柱塞的冲程随之改变 。 这样就达到控制和调节流量的目的
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三、旋转泵旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，
又称 转子泵
1、齿轮泵泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而达到排出腔,排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出液体。
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齿轮泵可以产生 较高的压头，但流量较小,用于输送粘稠的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。
2、螺杆泵螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等图（ a） 为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。 （ b） 为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。
螺杆泵的压头高,效率高,无噪音,适用于高粘度液体的输送 。
往复泵,旋转泵均属于正位移泵 。
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3、旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵,它是由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列
。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的作用。因此,旋涡泵在开动前也要灌满液体 。旋涡泵适用于要求 输送量小，压头高而粘度不大的液体 。
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第二章流体输送机械 一,离心通风机、鼓风机与压缩机二,旋转鼓风机、压缩机与真空泵第二节气体输送和压缩设备
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按照终压与压缩比
通风机,
鼓风机,
压缩机,
真空泵：
终压不大于 14.7× 103Pa(表压 )
终压为 14.7× 103~294× 103Pa,压缩比小于 4。
终压在 294× 103Pa以上,压缩比大于 4。
将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中 。
按结构与工作原理离心式,往复式,旋转式和流体作用式
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一、离心式通风机、鼓风机与压缩机
1、离心式通风机离心式通风机按所产生的风压不同,分为：
低压 离心通风机：
中压 离心通风机：
高压 离心通风机,
出口风压低于 0.9807× 103Pa(表压 )；
出口风压为,0.9807× 103Pa~2.942× 103Pa
出口风压为,2.942× 103Pa~14.7× 103Pa
1） 离心式通风机的结构
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2） 离心通风机的性能参数与特性曲线
（ 1） 风量,指气体通过进风口的体积流率,以 Q表示,单位为 m3/h或 m3/s。 气体的体积按进口状态计 。
（ 2） 风压,指单位体积的气体通过通风机时所获得的能量,
单位为 N/m2,与压强单位相同,以 Ht表示 。 取决于风机的结构,叶轮尺寸,转速与进入风机的气体的密度 。
目前,还不能用理论方法精确计算离心通风机的风压,而是由试验测定 。
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在通风机的进口截面 1-1’ 和出口截面 2-2’ 间列柏努力方程：
2121221212 2/)()()( hfuuppgzzH t
简化为
2)(
2
2
12
uPPH
t
（ P2－ P1） 称为静风压,以 HSt表示
2
2
2u? 称为动风压 。
离心通风机的风压为 静风压和动风压之和,称为全风压 。
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风压与被输送气体的密度 ρ 成正比,风机性能表上列出风压是按,标准状态,下 (20℃,1.01× 105Pa)的空气密度测定的 。 若实际操作条件与上述试验条件不同,应将操作条件下的风压 HT’换算为试验条件下的风压 HT,然后按 HT的数值来选择风机 。
'
2.1'
'
'
TTT HHH
（ 3） 功率和效率离心通风机的轴功率为：
1000
QHN T?
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（ 4） 特性曲线
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3） 离心通风机的选用选择离心通风机的主要步骤为：
（ 1） 根据气体的种类 （ 清洁空气,易燃气体,腐蚀性气体,含尘气体,高温气体等 ） 与风压范围,确定风机的类型
（ 2） 据所要求的风量与全压,从产品样本或规格目录中的特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号 。
2,离心鼓风机和压缩机
1） 离心鼓风机离心鼓风机外形与离心泵相象 。 蜗壳形的通道为圆形,但其 外壳直径与宽度之比较大,叶轮上数目较多,转速较高,
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并且有一固定的导轮 。 图 为一台五级离心鼓风机的示意图 。
气体由吸入口进入后,经过第一级的叶轮和导轮,然后转入第 二 级 叶 轮 入 口,再 依 次 逐 级 通 过 以 后 的 叶 轮和导轮,最后由排气口排出 。
离心通风机的送气量大,但所产生的风压仍不太高,出口表压强一般不超过 294× 103Pa。 由于在离心鼓风机中,气体的压缩比不高,所以无需设置冷却装置,各级叶轮的直径也大致上相等 。
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2） 离心压缩机离心压缩机又称 透平压缩机 。 它的主要结构和工作原理与离心鼓风机相似 。 离心压缩机的 特点 是 叶轮级数多,通常在 10级以上,叶轮转速高,一般为 5000r/min以上 。 这样可以产生很多的出口压强,且由于压缩比高,气体体积缩小很多
,温度升高大 。 因此 压缩机都分成几段,每段包括若干级 。
叶轮的直径逐级缩小 。 叶轮宽度也逐级略有缩小,在 各段之间设有中间冷却器 。
优点,流量大而均匀,体积小,运转平稳,容易调节,维护方便 。
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二、旋转鼓风机、压缩机与真空泵旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。
特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，适用于所需压强不高且流量大的情况。
1、罗茨鼓风机罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似,机壳内有两个渐开摆线形的转子,两转子之间,转子与机壳之间
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缝隙很小,使转子能自由运动而无过多的泄漏,两转子的旋转方向相反,可使气体从技巧一侧吸入,从另一侧排出
。 若改变两转子的旋转方向,则吸入和排出口互换 。
罗次鼓风机的特点,
(1)风量与转速成正比,转速一定时,出口压力提高,风量可保持大体不变 。
(2)输气量范围,2~500m3/min。 出口表压在 80kPa以内且在 40kPa附近效率较高 。
(3)流量调节一般用支路调节,出口阀不能完全关闭,且操作温度 ≯ 80-85oC
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2,液环压缩机液环压缩机 也称纳氏泵,由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所组成,叶轮在存有适量液体的壳体内旋转,由叶片带动,液体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环 。 椭圆形长轴处则形成两个月牙形空隙,供气体吸入和排出 。 当叶轮旋转一周时,在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变小各两次,气体从两个吸气口进入机内,从两个排气口排出
。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触,可用于输送腐蚀性气体 。
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3,真空泵从设备中或系统中抽出气体,使其处于绝对压强低于外界大气压的状态,所用的输送机械称为真空泵 。 实质上真空泵也是气体压缩机械,只是它入口压强低,出口为常压 。 化工厂中较常用的型式有：
1） 水环真空泵水环真空泵的外形呈圆形,外壳内有一个偏心安装的叶轮,
上有辐射状叶片,水环真空泵的壳内注入一定量的水,当叶轮旋转时,在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环 。
2009-7-30
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水环具有密封作用,使叶片间的空隙形成大小不同的密封室 。 当小室增大时,气体从吸入口吸入,当小室从大变小时,气体由压出口排出 。
水环真空泵可以造成的最高真空度为 83.4× 103Pa左右,它也可作鼓风机用,但所产生的表压强不超过 98.07× 103Pa当被抽吸的气体不宜与水接触时,泵内可充以其它液体 。
此类泵结构简单,紧凑,易于制造和维修 。 但泵的效率较低,一般为 30%～ 50%。 另外,该泵产生的真空度受泵内水温的限制 。
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2） 喷射泵喷射泵 是利用高速流体射流时静压能转换为动能而造成的真空将气体吸入泵体,在泵内与射流流体混合,气体及工作流体一并排出泵体 。
喷射泵的工作流体可以是水,也可以是蒸汽 。 单级蒸汽喷射泵可以达到 90%的真空度,为要获得更高的真空度,可以采用多级蒸汽喷射泵 。 喷射泵结构简单,无运动部件,但效率很低,工作流体消耗很大 。
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