第二章流体输送机械工作原理液体输送机械气体输送机械速度式离心式离心泵、旋涡泵离心风机、离心压缩机轴流式轴流泵轴流式通风机喷射式喷射
泵?容积式往复式往复泵、隔膜泵、计量泵往复式压缩机回转式齿轮泵、螺杆泵罗茨风机、液环压缩机流体输送机械的分类流体输送机械根据其
作用的对象不同主要分为二大类：（1）对液体做功的输送机械——泵（2）对气体做功的输送机械——风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩
机、真空泵）由于不同的物料（腐蚀性—酸碱、粘度高—润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵
、风机、压缩机的种类繁多。第一节液体输送机械离心泵的操作原理和主要部件离心泵的主要性能参数和特性曲线影响离心泵特性的因素
其它类型的泵电动机离心泵一、离心泵离心泵的特点：结构简单；流量大而且均匀；操作方便。1叶轮，2蜗壳形泵体（泵壳）
，3泵轴，4吸入管路，5底阀（单向阀）和滤网，6排出管路一、离心泵—工作原理1、工作原file:///E:\课件\高级工课件\
泵\离心泵\离心泵.swf.swf理http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/spgc/kejian/离心泵(侧视
).swf工作过程http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/spgc/kejian/离心泵(侧视).swf启
动前，前段机壳须灌满被输送的液体，以防止气缚。启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转。液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，
液体以较高的静压能及流速流入机壳(沿叶片方向，u?,P静?)。由于涡流通道的截面逐渐增大，P动?P静。液体以较高的压力
排出泵体，流到所需的场地。由于液体被抛出，在泵的吸口处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液
体的空间。叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液
体呢？此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以
克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为“气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作（
使泵内充满被输送的液体）。开式半开式闭式图2-2离心泵叶轮2、构造及其作用（1）叶轮:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部
件，其转速一般可达1200～3600转/min，高速10700～20450转/min。根据其结构可分为：叶轮——叶片（+盖板）
哪种形式的叶轮做功效率高？闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中
心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。（2）泵壳从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的故其
流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体
的汇集器，而且还是一个能量转换装置。（3）轴封装置由于泵启动后在叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，
泵体相对固定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用
于有腐蚀性易燃、易爆液体。填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封：液体泄漏量小，
寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。（4）辅助部件以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：
导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的
环。这些叶片的弯曲方向与叶轮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，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使
能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后
，泵内液体倒流到贮槽中。若泵安装于液面之下，底阀是否有必要？启动前是否也要灌泵？滤网：防止液体中杂质进入泵体。3、离心泵的主
要性能参数与叶轮结构、尺寸和转速离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率。（1）流量Q，Ｌ/ｓ或m3/ｈ泵的流量（又
称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。（2）扬程Ｈ，米液柱泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。
与流量、叶轮结构、尺寸有关。泵的扬程应大于升扬高度（3）有效功率Ne、轴功率N和效率η有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量泵的效率η：泵对外加能量的利用程度，η<100%。为什么？泵运转过程中存在以下三种损失
：①容积损失该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。②水力损失该损失是由于实际流体
在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失。③机械损失该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。
（4）叶轮转速n1000~3000转/min；2900转/min最常见。泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把
它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20℃的水测定的。4、离心泵特性曲线通常，离心泵的特性曲线由制造厂附于泵的样本或说
明书中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。4B20离心泵n＝2900r/min3080%2670%22H/m60%1850%
141240%NkW830%10420%00060204080100120140Q/(m3/h)图2－124B型离心泵的特性曲
线由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线H～Q、N～Q、η～Q的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供
参考。右图所示为4B20型离心泵在转速n＝2900r/min时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特
性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。4B20离心泵n＝2900r/min3080%2670%22H/m
60%1850%141240%NkW830%10420%00060204080100120140Q/(m3/h)图2－124B
型离心泵的特性曲线由图可知：（1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系。Q↑，H↓(Q很小时可能例外)。当Q＝0时，H也只能达
到一定值，（2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系。Q↑，N↑。当Q＝0时，N最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出
口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。4B20离心泵n＝2900r/min3080%2670%22H/m60%185
0%141240%NkW830%10420%00060204080100120140Q/(m3/h)图2－124B型离心泵的特
性曲线（3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系。有极值点(最大值)，于此点下操作效率最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额
定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92％ηmax。5、离心泵特性曲线的影响因素（
1）密度ρ对特性曲线的影响①实际Q与ρ无关，但ms=ρQ与ρ有关。②实际H也与ρ无关。（2）流体粘度μ对特性曲线的影响液体粘度
的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失。μ↑、∑hf↑、Q↓、H↓、η↓、N↑(η↓的幅度超过QH↓的幅度，N↑)。泵厂家提
供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体μ比清水μ大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。若液体的运动粘度小于2×10-5
m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。（3）转速n对特性曲线的影响泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际
使用时会遇到n改变的情况，若n变化<20％，泵的效率η不变（等效率）。（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响泵的特性曲线是针对某一型
号的泵(D2一定)而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低Q和H而节省N。若D2变化<20%，泵的效率η不变
.（2）汽蚀现象在液面与泵内压强最低处即叶轮中心进口处之间列机械能衡算式，得若液面压强p0一定，吸入管路流量一定（即u1一定）
，安装高度Hg↑，∑hf(0-1)↑，p1↓，当p1↓至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即p1＝pv），液体将发生什么
现象？又会使泵产生什么现象？液体将发生部分汽化现象，所生成的大量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即
凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击
频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对
金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生
什么样的后果呢？汽蚀现象发生时，泵体振动并发生噪音，流量Q、扬程（压头）H和效率η都明显下降，严重时甚至吸不上液体。因此汽蚀现象
是有害的，必须加以避免。那么，如何避免汽蚀现象的产生呢？泵的安装高度受到汽蚀现象的限制，为避免汽蚀现象的发生:①泵的安装位置
不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压pv;②可采取p0↑；③∑hf(0-1)↓。加大吸入管径，减少阀门、
弯头数量，降低吸入管阻力。等等等等7、离心泵的类型与选择（1）离心泵类型的划分按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵
、杂质泵等；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；按叶论数目：单级泵、多级泵；清水泵输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体
。单级单吸泵：IS（或B）型，中小型水泵，结构简单操作容易；扬程8~98m，流量45~360m3/h多级泵：D型，扬程高，14
~351m，10.8~850m3/h双吸泵：SH型，流量大，9~140m，120~12500m3/h型号：IS100-65-
250（或2B312B31A2B31B）为泵吸入口直径，mm叶轮公称直径，mm为泵排出直径，mm意义：IS100-6
5-250file:///E:\课件\高级工课件\泵\离心泵\多级离心泵.swfD型多级泵耐腐蚀泵与液体接触的部件由耐腐蚀材料（
铸铁、高硅铁、合金钢、玻璃、塑料等）制成且更换容易，密封可靠，适用于输送具有腐蚀性的液体。扬程15~195m，流量2~400m3/
h型号：50F-10350F-103A50F-103B意义：50为吸入口直径，mm；F为泵类型；103为基本型
号在最高效率下的扬程，m。油泵用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用温度-45℃~400℃，扬程60~60
3m，流量6.25~500m3/h。型号：50Y-6050Y-60A50Y-60×250Y-60A×
2意义：50为吸入口直径，mm；Y为泵类型；60为基本型号在最高效率下的扬程，m；×2为叶轮级数。杂质泵输送液体中含有固体颗
粒杂质，粘度大的液体如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨，叶轮流道宽（2~3片）。液下泵安装于贮槽内液面下，适用于输送各种腐蚀性流体，
密封要求不高（泵内外均为输送的流体，无泄漏问题）。屏蔽泵叶轮与轴相连固定，密封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒
、具有放射性或贵重的液体。扬程16~95m，流量0.65~200m3/h，温度-35℃~400℃。管道泵适用于长距离管
道输送的中途加压，24~150m，6.25~360。（2）选用选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。选择步
骤为：（1）确定输送系统的流量与压头流量一般为生产任务所规定。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。（2
）选择泵的类型与型号根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型；按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号；如果没有适合的型
号，则应选定泵的压头和流量都稍大的型号；如果同时有几个型号适合，则按列表比较选定；按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。（3）校
核泵的特性参数如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵的流量与压头及轴功率。9、离心泵的安装与运转（1）安装①对关键管
道用泵或容易损坏的泵应安装备用泵（并联一台工作，一台备用）；②安装高度不能太高，应小于允许安装高度；③设法尽量减少吸入管路的阻
力，以减少发生汽蚀的可能性。主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调节阀应装于出口管路。（
2）离心泵运转①启动前应灌泵（泵装在液面以下则为自然灌泵），并排气，防止出现气缚现象；②应在出口阀关闭的情况下启动泵，使启动功
率、电流最小，避免烧毁电机；③停泵前先关闭出口阀，避免管道中的液体倒流，带动叶轮倒转，以免损坏叶轮和电机，尤其对没有安装底阀的情
况；④多台泵组合操作（以两台同型号泵的串、并联操作为例）双泵联合操作其特性有如何呢？与单泵特性有何区别？21（3）离心泵的串、并
联两台型号相同的泵串联工作时，每台泵的压头和流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。在实际操作中，串联操作所提供的扬程并非是单泵的两倍
，而是H串<2H单将两台型号相同的泵并联工作，而且各自的吸入管路相同，则两泵的流量和压头必相同。因此，在同样的压头下，并联泵的流
量为单台泵的两倍。并联组合中的两台泵的压头相等且均等于H并，45b40353025a20H/m1510500246810121
41618203Q/m/h不论是串联还是并联操作，均能一定程度上提高管路的流量和扬程；但是哪种操作方式更为有效、合理，就要看
管路的特性。如图所示，对于低阻管路a，Q并>Q串，H并>H串，所以并联组合优于串联组合；对于高阻管路b，Q串>Q并，
H串>H并，所以串联组合优于并联组合。所以串联操作适用于压头大、流量小的管路；并联操作适用于压头小、流量大的管路。二、往复泵
除了离心泵外，为适应工业不同工艺的要求，还需要其他类型的用泵。对输送液体的机械（泵）主要分为两大类：正位移泵和非正位移泵。连续或
间歇地改变工作室的容积来压送液体，此类泵吸入的液体不能倒流，只能从排出口流出，故称之为正位移泵；其中往复泵为典型的正位移泵。1、
往复泵工作原理它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活门组成。活柱在外力推动下作往复运动，由此改变泵缸内的容积压强，交替地打开和关闭吸入、
压出活门，达到输送液体的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的。2、往复泵的类型按照往复泵
的动力来源可分类如下：电动往复泵：电动往复泵由电动机驱动，电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动转变为往复运动。汽动
往复泵：汽动往复泵直接由蒸气机驱动，泵的活塞和蒸气机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机构。按照作用方式可分：单动往复泵：
活柱往复一次只吸液和排液一次。双动往复泵：活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。图a单缸单动往复泵的流量曲线单缸单动往复
泵。活塞往复一次只吸液和排液一次，即只在排出行程时有液体送出，管路上流量是间歇的，其流量变化服从正弦曲线规律，如图所示。流量不均
匀是往复泵的严重缺点。往复泵不能用于流量要求均匀的场合，且管路内的液体处于变速状态，不但增加了能量损失，且易产生冲击，造成水锤现象
。并会降低泵的吸入性能。那么如何提高流量的均匀性呢？双动往复泵ⅢⅠⅡ三缸单动往复泵的流量曲线三缸单动往复泵三缸单动往复
泵是由三台单动泵连在一根曲拐上，互成120o，实质上就是三台单动泵并联构成。其流量曲线如图所示，该泵流量较均匀。三、其它类型泵（1
）file:///E:\课件\高级工课件\泵\其他泵\漩涡泵.swf旋涡泵（也称涡流泵）1—叶泵；2—径向叶片；3—泵壳；4—流
道；5—隔板；6—吸入口；7—压出口HH~QNN~QOQ旋涡泵的特性曲线流量越大，功率、扬程均减小，因此，开车时应打开出口阀
，减小电动机起动功率。回流支路调节流量启动前也应该灌泵特点：小流量、高扬程，体积小、结构简单，缺点：效率低2、齿轮泵旋转泵（转
子泵）齿轮泵：靠齿轮的旋转实现流体输送file:///E:\课件\高级工课件\泵\其他泵\齿轮泵.swf齿轮泵的工作特点：齿面
无磨损、运转平衡、无困液现象，噪声低、寿命长、效率高。起动（1）首次启动应向泵内注入输送液体。（2）启动前应全开吸入和排出管
路中的阀门，严禁闭阀启动停车（1）关闭电动机（2）关闭泵的进、出口阀门旁路流量控制3、螺杆泵靠螺杆的旋转实现流体输送具
有两个或两个以上啮合螺杆,可以在壳体中转动以实现吸、排的液压泵螺杆泵的file:///E:\课件\高级工课件\泵\其他泵\螺杆
泵工作原理示意.mpg原理2螺杆泵的file:///E:\课件\高级工课件\泵\其他泵\螺杆泵.swf原理1螺杆泵特点为：螺杆泵损
失小，经济性能好。压力高而均匀，流量均匀，转速高，能与原动机直联。螺杆泵可以输送润滑油，输送燃油，输送各种油类及高分子聚合物，用于输送黏稠液体。5、计量泵计量泵也是一种往复泵，用电动机带动偏心轮实现柱塞的往复运动，而偏心轮的偏心度可以调整，柱塞的冲程就发生变化，以此来实现准确的流量调节。主要应用在一些要求精确地输送液体的场合；或分别调节多缸计量泵中每个活塞的行程来实现将几种液体按精确的比例输送，如化学反应器中几种物料的投放。计量泵，也称定量泵或比例泵。计量泵是一种可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0-100%范围内无级调节，用来输送液体（特别是腐蚀性液体）一种特殊容积泵。柱塞式计量泵四、各类泵在化工生产中的应用（1）离心泵靠高速回转的叶轮完成输送任务，故易于达到大流量，较难产生高压头。离心泵适用性广，价格低廉，得到广泛应用。（2）往复泵靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因而易于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复泵设备庞大，造价昂贵。（3）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等）靠挤压作用产生压头，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较高的场合，对高粘度料液尤其适用。 |
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