第二章流体输送机械 流体输送机械：为流体提供外加能量的机械（机器√和设备）。 二、分类 泵，液体输送 按流体种类分 风机或压缩机或真空泵，气体输送 离心式 往复式 按原理分 旋转式 流体动力作用式
第二章 流体输送机械 一、流体输送机械：为流体提供外加能量的机械（机器和设备）。 二、分类 泵， 液体输送 按流体种类分 风机或压缩机或真空泵， 气体输送 离心式 往复式 按原理分 旋转式 流体动力作用式
第一节 液体输送机械 一、离心泵 1.结构：见图2-1。 2.原理：甩出、真空、吸入。 叶轮旋转时，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间的通道从叶 轮中心被甩到叶轮外围，具有很高的能量，从而液体可流到所需场所。 当液体被甩出后，在叶轮中心就会形成一定的真空，外界压力与该真空的压差就使液体经底 阀，吸入管道流入叶轮中心。这样，只要叶轮不停地旋转，液体就源源不断地被吸入和排出。 3.气缚：叶轮旋转时不能输送液体的现象。 若离心泵启动前未充满液体，则叶片间必充满气体。由于气体密度很小，所产生的离心力也 很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内，这时叶轮虽然旋转，但不能输送 液体。 4.主要部件 (1)叶轮：见图2-2和图23。 敞式（开式） 按叶片的形式分 半蔽式（半闭式） 蔽式（闭式） 单吸 按吸入方式分 双吸
第一节 液体输送机械 一、离心泵 1．结构：见图2-1。 2．原理：甩出、真空、吸入。 叶轮旋转时，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间的通道从叶 轮中心被甩到叶轮外围，具有很高的能量，从而液体可流到所需场所。 当液体被甩出后，在叶轮中心就会形成一定的真空，外界压力与该真空的压差就使液体经底 阀，吸入管道流入叶轮中心。这样，只要叶轮不停地旋转，液体就源源不断地被吸入和排出。 3．气缚：叶轮旋转时不能输送液体的现象。 若离心泵启动前未充满液体，则叶片间必充满气体。由于气体密度很小，所产生的离心力也 很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内，这时叶轮虽然旋转，但不能输送 液体。 4．主要部件 (1) 叶轮：见图2-2和图2-3。 敞式 （开式） 按叶片的形式分 半蔽式 （半闭式） 蔽式 （闭式） 单吸 按吸入方式分 双吸
(2)泵壳：见图2-4。 泵壳一般制成蜗牛壳形，以便动能有效地转化为静压能，为了进一步提高转化率，有时在叶转 与泵壳之间装有一个导轮。 (3) 轴封（装置）：旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封。 填料密封 填料一般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。 b.机械（端面）密封 动环硬度大，常用硬质合金、陶瓷等，而静环硬度较小，常用石墨制品、聚四氟乙烯等
(2) 泵壳：见图2-4。 泵壳一般制成蜗牛壳形，以便动能有效地转化为静压能，为了进一步提高转化率，有时在叶转 与泵壳之间装有一个导轮。 (3) 轴封（装置）：旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封。 a. 填料密封 填料一般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。 b. 机械（端面）密封 动环硬度大，常用硬质合金、陶瓷等，而静环硬度较小，常用石墨制品、聚四氟乙烯等
5.基本方程 F=ma,=mro2 ro F=ro.cos0 m =ro2.sin0 9 m 二一吕 m X=0 Y=ro2.cos0 Z ra2.sin0-g 假定： ()叶轮为具有无穷多个叶片、每个叶片无限薄的理想叶轮，即液体质点严格沿叶片表面而流动， 在同一圆周上所有液体质点的所有物理量都各自相等。 (2)流过叶轮的液体为理想液体，即液体流过叶轮时无能量损失。 在1、2两点间列某一时刻流线柏努利方程： +++。=,++ 所以 Wm=ga,-)+P,-+c号-c 2
5. 基本方程 假定： (1) 叶轮为具有无穷多个叶片、每个叶片无限薄的理想叶轮，即液体质点严格沿叶片表面而流动， 在同一圆周上所有液体质点的所有物理量都各自相等。 (2) 流过叶轮的液体为理想液体，即液体流过叶轮时无能量损失。 在1、2两点间列某一时刻流线柏努利方程： 所以 z x y g 2 r r
由流线柏努利方程的最初形式： Xk++Zt-1+1电d-h.床+h,+九)=d 2 对理想流体，有 xax+Ydy+zd-Idp+Id=d p at 2 对匀速离心力场和重力场中的稳定流动或某一时刻，有 ra'cos@ly+(ro'sin 0-g)d-dp-d 2 p 2 =0 wW+z02t-gt-1 p-d =0 2 对不可压缩流体沿流线进行不定积分，得 yo2+52-卫 =Const 2 2 p 2 r22 =Const 2 0 2 2-B 12 5o2 82- P2 好 P 2 2 2
由流线柏努利方程的最初形式： 对理想流体，有 对匀速离心力场和重力场中的稳定流动或某一时刻，有 对不可压缩流体沿流线进行不定积分，得
站在叶轮上，在1、2两点间列同一时刻流线柏努利方程，则 2g-4.w3@2 1 p22 82-2)+B-A=7o2-ra2 w2-w2 2 2 u-ui+wi-wi (（u=r@) 2 所以 -+w-w+-c 2 2 2 H-+-w+c- 2g 2g 2g 理论压头(2-4)(P87) 由余弦定理 w2=c2+42-2c41cosa% w=c号+4-2c4cosa2 =- 2C2c0SC2-41C1c0S1 得 8 基本方程(2-5)(P87)
站在叶轮上，在1、2两点间列同一时刻流线柏努利方程，则 所以 ——理论压头(2-4)(P87) 由余弦定理 得 ——基本方程(2-5)(P87)
在离心泵的设计中，一般使o1=90°，则c0s1=0 所以 42C2C0S2 8 cigp,=42-c cosa2 C,2 代入上式，得 uxC.acep 8 又将 er =Cy2nDb2 πD2n 42= 60 代入上式，得 = uetgBer π2Dn2 nctgB2Or gπDb2 3600g 60gb2 6.基本方程的讨论 (1)理论压头与叶轮直径及转速成正比。 (2)叶片的几何形状对理论压头的影响：
在离心泵的设计中，一般使1=90，则cos1=0 所以 将 代入上式，得 又将 代入上式，得 6．基本方程的讨论 (1) 理论压头与叶轮直径及转速成正比。 (2) 叶片的几何形状对理论压头的影响：
a.后弯叶片，B20, 8 径向叶片，B2=90°，ctg那2=0， =- 8 穹叶片，阝290°，Cg290°，Q↑，HT↑ b. B2=90°，Q↑，Hm→ C. B2<90°，Q个，H↓ H或 Qr或g 实际上，叶轮的叶片数是有限的，液体也是非理想液体，所以实际压头和实际流量的关系曲 线应在理论压头和理论流量的关系曲线的下方。 7.性能参数 (1)流量：单位时间内泵所输送的液体体积，Q,m/s、m/h或Ls。 (2)扬程（压头）：单位重量的液体流经泵后所获得的能量，H,液柱。 扬程（一般）由实验测定，装置如图，原理如下：
a. 后弯叶片，290，ctg20， b. 径向叶片，2=90，ctg2=0， C. 前弯叶片，290，ctg20， 由上可见，2值越大，HT值越高，似乎前弯叶片较好。但由于2大于90以后，随2的增加， 动压头增加，静压头反而减小，从而能量损失大，效率低。因此，实际上离心泵的叶片总是 后弯的。 (3) 理论流量对理论压头的影响 当叶轮的几何尺寸(D2、b2、2 )和转速(n)一定时，理论压头与理论流量呈线性关系。 a. 290，QT，HT b. 2=90，QT，HT→ C. 2<90，QT，HT 实际上，叶轮的叶片数是有限的，液体也是非理想液体，所以实际压头和实际流量的关系曲 线应在理论压头和理论流量的关系曲线的下方。 7．性能参数 (1) 流量：单位时间内泵所输送的液体体积，Q，m3 /s、m3 /h或L/s。 (2) 扬程（压头）：单位重量的液体流经泵后所获得的能量，H，m液柱。 扬程（一般）由实验测定，装置如图，原理如下： QT或Q HT或H
在真空表和压力表之间列柏努利方程： +A++=,+n++H, pg 2g pg 2g 式中H。一叶轮提供给单位重量的液体的能量，m液柱。 所以 H=H-H,=a2-a,+P:-B+5- pg 2g 所以 H=么+B,+P）m,-D）+5-4=h+P+L+ pg 2g pgpg 2g 式中 Pm,P,-分别是压力表和真空表的读数，Pa。 (3)有效功率：液体流经泵后所获得的功率，N。,W。 显然 N。=HQPg (4)效率：有效功率与轴功率之比，即 7= N 容积损失nw,高压液体泄漏到低压处，Q 能量损失n 机械损失nm,轴与轴承，轴封的摩擦 水力损失nh, 液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，HN 所以 7=7,·7m·7h
在真空表和压力表之间列柏努利方程： 式中 He—叶轮提供给单位重量的液体的能量，m液柱。 所以 所以 式中 ——分别是压力表和真空表的读数，Pa。 （3）有效功率：液体流经泵后所获得的功率，Ne，W。 显然 （4）效率：有效功率与轴功率之比，即 容积损失v，高压液体泄漏到低压处，Q 能量损失 机械损失m，轴与轴承，轴封的摩擦 水力损失h，液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，H 所以 1 2 h0
(5)轴功率：电机提供给泵轴的功率，N,W。 由 N。 7 得 N- HOpg 7 或 N=H10p×9.807xHgp 10007 1021 8.特性曲线：反应扬程、轴功率、效率和流量之间函数关系的曲线，一般用20°C的 清水在特定转速下由实验测定。由轴功率特性曲线知，启动泵时， n=2900rp min 应关闭出口阀门，以保护电机。 由效率特性曲线知，泵的工作点 应在高效率区(>92%)。 9.各因素对特性曲线的影响 (1)密度的影响 a.由泵的基本方程可知，扬程和流量均与液体的密度无关，所以HQ曲线不变。 b.由， N。_ HOpg 可知轴功率与密度成正比，否则轴功率不能与有效功率同步， 7= N N 所以效率也与密度无关，ηQ曲线不变。 C.由N= HOP 知，NwQ曲线有变。 1027
（5）轴功率：电机提供给泵轴的功率，N，W。 由 得 或 8． 特性曲线：反应扬程、轴功率、效率和流量之间函数关系的曲线，一般用20C的 清水在特定转速下由实验测定。由轴功率特性曲线知，启动泵时， 应关闭出口阀门，以保护电机。 由效率特性曲线知，泵的工作点 应在高效率区(92%)。 9．各因素对特性曲线的影响 (1) 密度的影响 a. 由泵的基本方程可知，扬程和流量均与液体的密度无关，所以H~Q曲线不变。 b. 由， 可知轴功率与密度成正比，否则轴功率不能与有效功率同步， 所以效率也与密度无关，~Q曲线不变。 C. 由 知，N~Q曲线有变。 H N n = 2900rp min