第二章 流体输送机械 （Fluid Moving machines）思维导图
流体输送机械介绍
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思维导图大纲
第二章 流体输送机械 （Fluid Moving machines）思维导图模板大纲
2.1 流体输送机械概述
2.1.1 流体输送机械的作用
一、管路系统对流体输送机械的能量要求
①向流体作功以提高流体的机械能
②用于克服流体输送过程中的机械能损失
③用于提高位能
④用于提高流体的压力
二、管路系统对输送机械的其他性能要求
2运行可靠，操作效率高，日常操作费用低
①结构简单，重量轻，投资费用低
③能适应被输送流体的特性，如黏度、可燃性、毒性、腐蚀性、爆炸性、含固体杂质等
2.1.2 流体输送机械的分类
①按流体的状态
输送气体
通风机
鼓风机
压缩机
真空泵
输送液体
泵
动力式（又称叶轮式）
容积式（又称正位移式）
流体作用式
②按工作原理
2.2 离心泵 （Centrifugal pumps）
2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 （Principle and structure of centrifugal pump）
一、工作原理
液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高，离心泵之所以能输送液体主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力
气缚现象（airbound）
当泵启动时，若泵内存在空气，因空气的密度很小，产生的离心力也很小，叶轮中心只能造成很小的负压力，不足以吸入液体，就会形成叶轮的空转，虽启动泵，但不能输送液体
产生原因：不灌泵或者是泵漏气
气缚现象表明：离心泵无自吸能力，故启动前必须灌泵(pump priming)
二、离心泵的主要部件
供能
叶轮
转能（动能转换成静压能）
泵壳
导轮
叶轮上的后弯叶片
轴封（防止泵内高压液体从缝隙流出，避免外界空气进入泵内）
2.2.2 离心泵的基本方程（能量方程） （Basic equations of centrifugal pump）
一、简化假设
①叶轮叶片无限多、无限薄，液体质点沿叶片表面流动，不发生环流
②理想液体
③定态流动
④速度三角形
ω₁² =c₁² +u₁² -2c₁ u₁ cosα ₁ ω₂² =c₂² +u₂² -2c₂ u₂ cosα ₂ α 为ω 所对的角
二、离心泵的基本方程的表达式
Ht∞（理论压头）=u₂²/g-u₂cotβ₂Qt/gπD₂b₂ D-叶轮外径 b-叶轮外缘宽度 Qt-理论流量
u₂ =π D₂ n/60
三、离心泵理论压头影响因素分析
①叶轮转速和直径
当理论流量Q，和叶片的几何尺寸一定时，离心泵的理论压 头随叶轮转速n、直径D，的增大而增高
②叶片的几何形状（β ）
对于后弯叶片，泵的理论压头随理论流量的增大而减小；对于径向叶片，泵的理论压头与流量无关；对于前弯叶片，理论压头随理论流量的增加而增加
Ht∞ -Qt理论特性曲线方程：Ht∞ =A-BQt
③理论流量
离心泵的实际压头小于理论压头，实际流量小于理论流量
H-Q理论特性曲线方程：H=Aa-GQ²
2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 (Characteristic parameters and curves of centrifugal pump)
①Volumetric flow rate (流量Q，l/s、m³/h)
②Head(压头/扬程H，H,m，J/N)
③efficiency（效率η ，）
2.2.4 离心泵在管路中的运行 （Operation of centrifugal pumps in pipelines）
一、离心泵的高度安装（Hg）：贮液槽液面与离心泵吸入口之间的垂直距离
①离心泵安装高度的限制--汽蚀现象（cavitation）
产生的原因：叶轮入口附近处液体的绝对压强(P)低于该液体在工作温 度下的饱和蒸汽压(Pv)。
通常把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到损坏的过程，称为气蚀现象。
“汽蚀”现象的危害: (1)离心泵的性能(Q、H、η )下降； (2)金属材料遭受损坏(点蚀到裂缝)； (3)产生噪声和振动。
②离心泵的抗汽蚀性能
NPSH（离心泵的允许汽蚀余量）=P₁/ρg+u₁²/2g-Pv/ρg NPSH=(NPSH)r+0.5m
③离心泵的允许安装高度
Hg=(Pa-p=Pv)/ρg-NPSH-Hf,₀-₁ Hf₀-₁压头损失
二、离心泵的操作
1)安装时，必须使实际安装高度小于最大安装高度，防止气蚀
2)启动前先灌水，防止气缚
3)启动前先关出口闸，使电机在最小功率下启动，保护电机
4)停泵时也先关出口闸，防止水倒流，叶片反转，并可免去下次启动时灌水
5)长期停泵，应将泵内的水排空
6)泵运转中应定期检查和维修
三、离心泵的工作点 (operating point)
H=Aa-GQ²
He=K+BQe²
三、离心泵的流量调节 (djustment of centrifugal pumps)
①改变泵出口阀开度（By changing the characteristic curve of pipeline）
②改变泵的转速（By changing the pump speed）
③离心泵的并联和串联（Parallel & series operation of pump）
2.2.5 离心泵的类型和选择
一、离心泵的类型
①叶轮数目
单级泵
多级泵
②吸液方式
单吸泵
双吸泵
泵送液体性质
清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂 质泵、高温泵、高温高压泵、低温 泵、液下泵、磁力泵
二、离心泵的选择
(1)根据被输送液体的性质和操作条件，确定适宜的类型
(2)根据管路系统在最大流量下的流量Q。和压头H。确定泵的型号
(3)当单台泵不能满足管路要求时，要考虑泵的串联和并联
(4)若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率
2.3 其他类型化工用泵
2.3.1 往复泵
一、往复泵的基本结构和工作原理
①主要部件
主要由泵缸、活塞、活塞杆、单向吸入阀和单向排出阀构成
②工作原理
往复泵是靠活塞在泵缸的左右两端点做往复运动而吸入和排出液体。通常把活塞从左端点到右端点的距离称为冲程/位移
往复泵有自吸能力， 启动前不灌泵
二、往复泵的性能阐述与特性曲线
①流量（排液能力）
单动泵：Qt(理论流量)=ASn A-活塞的截面积 S-活塞的冲程 n-活塞每分钟往返次数
双动泵：Qr=(2A-a)Sn
②功率与效率
N=HQρ g/60η
三、往复泵的工作点与流量调节
1.往复泵的工作点
由管路特性曲线与泵的特性曲线决定
往复泵的工作点只能沿Q=常数的垂直线上移动
2.往复泵的流量调节
(1)往复泵的流量与管路曲线无关，不能通过出口阀调流量，可通过增设旁路调节装置
(2)改变活塞冲程S或往复频率n
计量泵
隔膜泵
输送剧毒、易燃、易 腐蚀性液体或悬浮液
2.3.2 回旋式泵
一、齿轮泵
流量小而扬程高，适用于粘稠液体乃至膏状物料的输送，但不能输送含固体颗粒的悬浮液
二、螺杆泵
压头高，效率高，运转平稳，噪音低，适用于高粘度液体的输送
2.3.3 旋涡泵
一种特殊类型的离心泵，工作原理与离心泵相同，依靠叶轮旋转产生离心力而吸液和排液。
2.4 气体输送和压缩风机
2.4.1 气体输送机械分类
通风机——出口表压低于1.47×10⁴Pa，压缩比为1～1.15，常见的有离心通风机
鼓风机——出口表压1.47×10⁴～2.94×10⁵ Pa，压缩比小于4，如罗茨鼓风机、离心鼓风机等
压缩机——出口表压在2.94×10⁵ Pa以上，压缩比大于4，如往复压缩机、离心压缩机、液环压缩机等
真空泵——用于减压操作，出口压力为1.013×10⁵ Pa，如水环真空泵、往复真空泵、蒸汽喷射真空泵等
2.4.2 离心通风机、离心鼓风机和离心压缩机
一、离心通风机
1、性能参数与特性曲线
①风量Q（以风机进口出的状态计）
②风压Ht=(P₂ -P₁ )+ρ u₂ ² /2
③轴功率N与效率η ：N=HtQs/1000η
2、离心通风机的选择
①根据管路布局和工艺条件，计算输送系统所需的实际风压H'，换算为实验条件下的风压Hr
②根据所输送气体的性质及所需的风压范围，确定风机的类型
③ 根据以风机进口状态计的实际风量和实验条件下的风压，从风机样本的性能表或特性曲线中查得适宜的风机型号
二、离心压缩机
流量大，供气均匀，体积小，可连续运转且安全可靠，机体内易损部件少，维修方便，体内无润滑油和污染气体
2.4.3 旋转鼓风机和压缩机
一、罗茨鼓风机
二、液环压缩机
2.4.4 往复压缩机
2.4.5 真空泵
管路特性方程：He=K+BQe²思维导图模板大纲
Ne（离心泵的有效功率）=HQρg N(泵的轴功率)=Ne/1000η=HQρ/102η思维导图模板大纲
1、H-Q曲线
(1)当n一定，Q ↑，H↓
(2)当Q=0，H ≠ 0
2、N-Q曲线
(1)当Q=0，N ≠ 0
(2）Q ↑ ，N ↑ ，在Q=0时，N最小
3、η -Q曲线
(1)当Q=0，η =0
(2)Q ↑ ，η有一最大值——设计点，泵应该在设计点附近工作
故在离心泵启动时，应先关闭出口阀，使泵在最小下启动，以防止电机超负荷，保护电机思维导图模板大纲
联立所求得的流量和压头即为泵的工作点（H=He,Q=Qe）思维导图模板大纲
Q=ηvQt η v值：0.85~0.95思维导图模板大纲
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