1、1第二章流体输送机械第二章第二章流体输送机械流体输送机械食品工程原理主讲：肖飞燕福建农林大学金山学院2第一节概述在食品的生产加工中，常常需要将流体从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。为达到这个目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。为流体提供能量的机械称为 流体输送机械。3常用的流体输送机械泵 输送液体风机压缩机真空泵输送气体4叶片式泵依靠高速旋转的叶轮对液体作功。 如离心泵、轴流泵等。往复式泵靠作往复运动的活塞排挤对液体作功。如活塞泵、柱塞泵等。旋转式泵靠作旋转运动的部件推挤对液体作功。如齿轮泵、螺杆泵等。1 按工作原理分泵的分类5泵的类型离
2、心泵轴流泵6泵的类型柱塞泵7泵的类型罗茨泵齿轮泵8泵的分类2 按用途分清水泵 IS适用于输送水及粘度与水相近的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如离心泵。油泵Y适用于输送油等高粘度的流体。如齿轮泵、旋转泵等。耐腐蚀泵F用耐腐蚀材料（如塑料、玻璃等）制造，密封性好。杂质泵 P用于输送悬浮液等。9第二节离心泵离心泵的工作原理及结构离心泵的理论压头与实际压头离心泵的主要性能参数离心泵的特性曲线离心泵的工作点与流量调节离心泵的安装高度离心泵的选型10一、离心泵的工作原理及结构离心泵的外观111 结构2工作原理叶轮9 轴9 612片叶片机壳等。蜗牛形通道；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动能转化为静压能。叶轮机
3、壳底阀(防止“ 气缚 ”)滤网(阻拦固体杂质 )由于离心力的作用，泵的进出口处产生压力差，从而使流体流动。离心泵的工作原理12离心泵实际安装示意图13敞开式半开式封闭式泵壳：蜗牛壳形通道。有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能；有利于减少能耗。叶轮：离心泵的主要工作部件14二、离心泵的理论压头与实际压头指泵对单位重量流体提供的机械能。用符号H 表示，单位为m。1. 压头的意义22fpuH zhgg=+ + +以供料点和需料点为截面列柏努利方程：从上式可以看出，采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也可能几种目的兼而有之。H是流体输送机械对单位重
4、量流体所做的功15()222 2222cos12ucQHr ctggb g= =离心泵的理论压头与如下假定条件相对应：离心泵叶片数 液体无环流离心泵理想流体 无能量损失离心泵的理论压头可以表示为：叶轮半径叶轮旋转角速度泵的体积流量叶片宽度叶片装置角2. 离心泵的理论压头16根据装置角 2的大小，叶片形状可分为三种：22w2c2u2(a)(a)2 0，Q， H22w2c2u2(b)(b)2 = 90o为径向叶片，cot2 =0，H不随Q变化2c22w2u2(c)(c) 2 90o为前弯叶片，cot2 0，Q ，H173. 离心泵的实际压头泵的实际压头要小于理论压头 ，流体通过泵的过程中压头损失的
5、原因：（ 1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。（ 2）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻力损失。（ 3）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。a理论压头b环流损失d冲击损失c阻力损失HQ18三、离心泵的主要性能参数bch0真空表压力表图 2-11 测定离心泵性能参数的装置+=+bcf,2cc02bb22hgugphHgugp+=bcf,2b2cbc02hguugpphH由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动压头差一般也可以略去，则可得cb0ppHhg=+1. 压头 H， m由 b、 c两截面间的柏努利方程：19
6、三、离心泵的主要性能参数2. 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。3. 转速 n， r/min泵的转速是指泵轴单位时间内转动周数。20三、离心泵的主要性能参数eseNHQgmw= =4. 有效功率Ne、轴功率N 和效率 有效功率 Ne：离心泵单位时间内对流体做的功， W 轴功率 N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。 NeN泵的效率 ：泵对外加能量的利用程度， 100%。为什么？21离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：一般小型离心泵的效率 5070%，大型离心泵效率可达 90%。 /gHQN =泵的轴功率， W 泵的压头，m 泵的流量
7、，m3/s流体密度，kg/ m3泵的效率22三、离心泵的主要性能参数效率 100%泵内部损失主要有三种：容积损失水力损失机械损失23容积损失容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。从泵排出的实际流量要比理论排出流量低，其比值称为容积效率1 。24水力损失水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头低，其比值称为水力效率2 。25机械损失机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械摩擦而消耗部分能量。泵的轴功率大于泵的理
8、论功率（即理论压头与理论流量所对应的功率）。理论功率与轴功率之比称为机械效率3 。26四、离心泵的特性曲线特性曲线 （ characteristic curves）：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量 Q、压头 H、功率 N和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在 固定转速 下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n 的数值。图上绘有三种曲线H Q曲线N Q曲线Q 曲线27（ 1 ） H Q 曲线： Q，H (Q很小时 可能例外) 。当Q 0时， H也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。（ 2） N Q曲线：Q ，N 。当Q 0时，N 最小。这要求离心泵在启动时，应关
9、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。（ 3） Q曲线：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 max 。4B20离心泵n 2900r/min302622181410020 40 60 80 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)NH图 2 12 4B型离心泵的特性曲线28上式称为 比例定律 ，当转速变化小于 20%时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。2211QnQn=22211HnHn=32211NnNn=当转速由 n1 改变为 n2 时，其流量、压头及功率的近似关系为：离心泵的转数对特性曲线的影响29上式称为切割定律。2211QDQD=22112()HDHD=22113()NDND=当叶轮直径变化不大 (切割量小于 20%)，转速不变时，叶轮直径、流量、压头及功率之间的近似关系为：叶轮直径对特性曲线的影响30泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。液体的物理性质对特性曲线的影响粘度的影响密度的影响
