流体输送机械

1. 流体输送机械 主讲：袁光辉 安康学院化学化工系

2. 流体输送机械 为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。 分类 按工作原理： 离心式；往复式；旋转式；流体作用式。 按输送介质： 液体输送机械 泵 流体输送机械 通风机、鼓风机 气体压送机械 压缩机、真空泵

3. 离心泵

4. 离 心 泵 的 工 作 原 理 离心泵结构： 高速旋转的叶轮和固定的泵壳，叶轮上装有若干叶片，叶轮将输入的轴功提供给液体。 离心泵工作原理： 液体随叶轮旋转在离心力作用下沿叶片间通道向外缘运动，速度增加、机械能提高。液体离开叶轮进入蜗壳，蜗壳流道逐渐扩大、 流体速度减慢，液体动能转换为静压能，压强不断升高，最后沿切向流出蜗壳通过排出导管输入管路系统。

5. 离心泵装置简图

6. 吸上原理与气缚现象 吸上原理： 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 高速离开叶轮 动能 静压能

7. 气缚现象： 如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。

8. 主要部件 （1）叶轮 — 叶片（+盖板） 6～12个叶片 （前弯、后弯，径向） 液体通道。 闭式叶轮：前盖板、后盖板 半开式： 后盖板 开式： 无盖板

9. 平衡孔：消除轴向推力

10. （2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮 截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 液体入口— 中心 出口 — 切线 作用： ① 汇集液体，并导出液体； ② 能量转换装置

11. （3）泵轴：垂直叶轮面，穿过叶轮中心 轴封：旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封。 作用：防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入。 填料密封 机械密封

12. 填料：采用浸油或涂石墨的石棉绳。 结构简单，但功率消耗大，且有一定程度的泄漏。 填料密封 1－填料套；2－填料环；3－填料；4－填料压盖；5－长扣双头螺栓；6－螺母

13. （4）导轮的作用 — 减少能量损失

14. 离心泵的特性曲线 性能参数： 流量V [m3/s] 压头H [mH2o] 轴功率N [kW] 效率[%] 特性曲线： H—V曲线 N—V曲线 —V曲线 离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。

15. H—V曲线 离心泵的压头H又称扬程，是指泵对单位重量的流体所能提供的机械能[J/N]，单位为m。因此H—V曲线代表离心泵所提供的能量与流量的关系，离心泵压头H随流量V增加而下降。 在真空表和压力表之间列柏努利方程： N—V曲线与—V曲线 离心泵的轴功率N是指电机输入到泵轴的功率。流体从泵获得的实际功率为泵的有效功率Ne，由泵的流量和扬程求得 有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率

16. 反映离心泵能量损失，包括： 容积损失：一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。 水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力、局部阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。 机械损失：泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。 设计点：效率曲线最高点称为设计点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。 泵的启动：泵的轴功率随输送流量的增加而增大，流量为零时，轴功率最小。因此关闭出口阀启动离心泵，启动电流最小。

17. 特性曲线的变换 特性曲线是制造厂用20℃清水在一定转速下实验测定的。若输送液体性质与此相差较大，泵特性曲线将发生变化，应加以修正，使之变换为符合输送液体性质的新特性曲线。 液体密度的影响 离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，H—V曲线不随液体密度而变，η—V曲线也不随液体密度而变。 轴功率则随液体密度的增加而增加。 离心泵启动时一定应在泵体和吸入管路内充满液体，否则将发生“气缚” 现象。 液体粘度的影响 液体粘度改变，H—V、N—V、—V曲线都将随之而变。

18. 例：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线相关的其它性能参数。 解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量V、压头H、轴功率N和效率。其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。 以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程，有

19. 代入数据 工作流量下泵有效功率为 泵轴功率为

20. 离心泵的工作点 当泵安装在一定管路系统中的离心泵工作时，泵输出的流量即为管路流量、泵提供的压头即为管路所要求的压头。泵的特性曲线与管路特性曲线有一交点a点，该交点称为离心泵的工作点。

21. 离心泵的流量调节  改变工作点 改变泵的特性 改变流量 改变流量  改变管路特性 （1）改变出口阀开度 -管路特性 关小出口阀 le  管特线变陡  工作点左上移  H  ， qV  开大出口阀 le  管特线变缓  工作点右下移  H  ， qV 

22. （2）改变叶轮转速 -- 改变泵的特性 n泵H- qV曲线上移  工作点右上移， H  ， qV 

23. 离心泵的并联和串联 离心泵并联和串联，将组合安装的离心泵视为一个泵组，泵组的特性曲线或称合成特性曲线，据此确定泵组工作点。 离心泵并联操作时，泵在同一压头下工作，泵组的流量为该压头下各泵对应的流量之和。据此，并联离心泵组的H-V特性曲线。 离心泵串联操作时，泵送流量相同，泵组的扬程为该流量下各泵的扬程之和。离心泵串连工作时的合成特性曲线。

24. 离心泵并联 同一压头下，并联泵的流量为单泵流量的两倍，据此作出合成特性曲线 并联泵的流量大于一台单泵的流量，小于两台单泵的流量

25. 离心泵串联 同一流量下，串联泵的压头为单泵压头的两倍，据此作出串联泵合成特性曲线 串联泵的流量大于一台单泵的流量，小于两台单泵的流量

26. 并串联的选择 高阻管路：串联泵 低阻管路：并联泵

27. 离心泵的气蚀现象与安装高度 从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的。研究表明，叶轮内缘处的叶片背侧是泵内压强最低点。

28. 汽蚀现象： 当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230℃以上。 症状： 噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。 后果： 高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。 防止措施： 把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压 pv。

29. 离心泵的类型与选用 离心泵的类型 清水泵 清水泵物理化学性质类似于水的介质。清水泵有若干系列。最简单的为单级单吸式，系列代号为“IS”，结构简图如图，若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh” 。

30. 1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈；8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件

31. 耐腐蚀泵 输送腐蚀性流体用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。 油泵 油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200℃以上的热油时，还需设冷却装置。 液下泵 液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。

32. 杂质泵 杂质泵有多种系列，常分为污水泵、渣浆泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。 1－泵体；2－泵盖；3－叶轮；4－泵轴；5－密封环； 6－轴套；7－轴承；8－连轴器

33. 离心泵的运行 运行前准备工作： （1）检查泵出、入口管线上的阀门、法兰地脚螺栓、联轴器、 温度计和压力表等。 （2）检查泵的运转情况，先盘车，听是否有杂音，看是否灵 活。 （3）打开入口阀，排出泵体内的气体，给泵内充满所要输送 的液体，再关死出口阀。 （4）往泵的油箱加好润滑油或润滑脂。 （5）给冷却水，打开压力表，看是否灵敏。 （6）检查安全设备如对轮罩、接地线等。 （7）对热油泵看预热情况，使泵体温度不能低于界质温度的 40度。 （8）与各有关岗位、有关单位联系好。做好启动准备。

34. 离心泵的运行 正常启动： （1）准备工作经检查正常后可启动泵。启动后应注意电流表， 泵转向，压力表，泄漏等情况，一切正常后再慢慢打开出口阀。 （未打开出口阀前泵运转不得超过3分钟，否则液体在泵内强制 循环后温度升高，液体汽化会产生抽空等现象。） （2）检查泵的轴承温度不得大于65度，电机温度不得大于70度 （3）可用泵出口阀门调节流量 （4）观察出口压力表、电流表的波动情况 （5）检查泵的运行、振动、泄漏情况。 （6）检查泵冷却水的供应情况，润滑油液面的变化情况。 （7）打封油的泵，封油压力至少高出泵出口压力0.05-0.1MPa. （8）对于长周期运转的泵，要定期更换润滑油或润滑脂，保证 泵在良好的润滑状态下工作。

35. 离心泵的运行 离心泵的停运： （1）慢慢关死出口阀门。 （2）切断电源后关入口阀，压力表阀。 （3）热油泵，待泵体温度降低后停冷却水和封油。 （4）在冬季，对停下来的泵要放掉泵内液体，并采取必 要的防冻措施。 （5）定时检查、盘车。

36. 离心泵的运行 离心泵的切换： （1）做好起动泵前的各种准备后，打开入口阀，引入液体。 （2）启动后，待泵的转速、声音、泵体压力等正常后再开出口阀 （3）泵的流量正常，压力平稳时关闭运行泵的出口阀。 （4）停电后按停泵要求做好善后工作。 （5）尽量减少因切换泵造成的流量、压力的波动，维持生产的正 常进行。 （6）检查起动泵的泄漏、润滑等情况。

37. 离心泵常见故障

38. 离心泵常见故障

40. 往复泵

42. 往复泵的工作原理 往复泵是容积式泵，其结构主要由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀(活门)构成。活塞经曲柄连杆机构在外力驱动下作往复运动，单动往复泵输送液体不连续，流量曲线是半周正弦曲线。双动泵有所改善。三缸泵的流量曲线更平稳。

44. 往复泵的流量调节 往复泵的流量V(m3/s)可按下式计算 往复泵不能采用调节出口阀的方法进行流量调节。往复泵特性曲线为， 结合管路特性曲线，可确定往复泵的工作点。往复泵的流量与管路特性曲线无关。因此，若在往复泵出口安装调节阀，不仅不能调节流量，若操作不当使出口阀完全关闭则会使泵压头剧增，损坏设备。 往复泵通常采用旁路流程调节流量，如图增加旁路，并未改变泵的总流量，只是使部分液体经旁路又回到泵进口，从而减小了主管路系统的流量。 往复泵也可通过改变曲柄转速来调节流量

45. 往复泵的流量调节

46. 往复泵的特点 1.有较强的自吸能力 靠自身抽出泵及吸入管中的空气而将液体从低处吸入泵内的能力。自吸能力可由自吸高度和吸上时间来衡量。泵吸口造成的真空度越大，则自吸高度越大；造成足够真空度的速度越快，则吸上时间越短。自吸能力与泵的型式和密封性能有重要关系。当泵阀、泵缸等密封变差，或余隙容积较大时，其自吸能力就会降低。故起动前灌满液体，可改善泵的自吸能力。 2.理论流量与工作压力p无关，只取决于转速n、泵缸尺寸和作用数K。 不能用节流调节法，只能用变速调节或回流调节法。有些特殊结构的往复泵可通过调节柱塞的有效行程来改变流量。 3.额定排出压力与泵的尺寸和转速无关 工作压力P取决于泵原动机的转速n、轴承的承载能力、泵的强度和密封性能等。为防过载，泵起动前必须打开排出阀，且装设安全阀。 以上是共有特点。此外，往复泵还有： 4.流量不均匀，排出压力波动 为减轻脉动率σQ ，常采用多作用往复泵或设置空气室。

47. 往复泵的特点 5.转速不宜太快 电动往复泵转速多在200～300 r/min以下，若转速n过高，泵阀迟滞造成的容积损失就会相对增加；泵阀撞击更为严重，引起噪声和磨损；液流和运动部件的惯性力也将随之增加，产生有害的影响。由于转速n受限，往复泵流量不大。 6.运送含固体杂质的液体时，泵阀容易磨损和泄漏 应装吸入滤器。 7.结构比较复杂，易损件(活塞环、泵阀、填料等)较多 由于上述特点，笨重(在Q相同时与其它泵相比) ，造价高，管理维护麻烦，在许多场合它已被离心泵所取代。但舱底水泵和油轮扫舱泵等在工作中容易吸入气体，需要具有较好的自吸能力，故常采用往复泵；在要求小流量Q、高压头P时，也可采用往复泵。

48. 往复泵的运行 往复泵的启动前准备： （1）检查泵的零件是否齐全 （2）检查注油器，看润滑油的上油情况 （3）清洗润滑油孔，清除个接触面的灰尘。 （4）排除气缸中的冷凝水，打开油缸中的排气阀，之后给少许 蒸汽暖缸。 （5）检查盘根的松动、磨损情况 （6）打开出口阀，打开入口阀。

49. 往复泵的运行 往复泵的启动： （1）引入液体后看泵体的温升变化情况。 （2）打开压力表、安全阀前手阀。 （3）入口蒸汽阀门开大，启动泵，看运行情况。 （4）启动后看流量、压力、泄漏情况。

50. 往复泵的运行 往复泵的停运： （1）作好停泵前的联系、准备工作。 （2）关蒸汽入口。 （3）关泵的出、入口阀门。 （4）关压力表阀、安全阀。 （5）放掉油缸内压力 （6）打开气缸放水阀，排缸内存水。 （7）做好防冻工作，搞好卫生。