流体输送机械及操作技术.ppt

流体输送与热交换 流体输送机械及操作技术,Chemical engineering department,chemical engineering department,日常应用,chemical engineering department,chemical engineering department,一、流体输送机械在工业生产中的作用 1、为流体提供动力，以满足输送要求。 2、为工艺过程创造必要的压力条件。 对流体做功（提供能量）的机械装置统称为流体输送机械。 通常输送液体的机械叫泵； 输送和压缩气体的机械叫气体压送机械。,chemical engineering department,按着工作原理分为三类： 动力式（又称叶轮式、非正位移式）：它是利用高速旋转的叶轮向流体施加能量，主要包括离心式、轴流式和旋涡式等。 容积式（又称正位移式）：它是利用活塞或转子的挤压作用使流体获得能量。包括往复式、旋转式输送机械。 流体作用式：利用流体能量转换原理而输送流体，包括空气升液器、蒸汽或水喷射泵、虹吸管等。,chemical engineering department,流体输送机械的类型如下表：,chemical engineering department,尽管流体输送机械多种多样，但都必须满足以下基本要求： 满足生产工艺对流量和能量的需要； 满足被输送流体性质的需要； 结构简单，价格低廉，质量小； 运行可靠，维护方便，效率高，操作费用低。 选用时应综合考虑，全面衡量，其中最重要的是满足流量与能量的要求。,chemical engineering department,(1)泵壳（蜗壳）：,任务一： 离心泵的结构与性能 一、 离心泵的结构 主要结构: （供能和转能两部分）,chemical engineering department,作用： 汇集液体转能装置 为了减少能量损失， 常常在叶轮与泵壳之间 安装一个固定不动的导轮， 导轮也是一个转 能装置。,chemical engineering department,(2)叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的动能和静压能。 叶轮形式：叶轮一般由612片后弯形叶片组成。 后弯的目的:便于液体进入泵体与叶轮缝隙间的流道. 叶轮的分类: 按叶片两侧有无盖板: 敞式、半闭式、闭式。 (机械结构),chemical engineering department,敞式、半闭式、闭式,敞开式叶轮,半闭式叶轮,闭式叶轮,chemical engineering department,敞式和半闭式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。 闭式叶轮：适用于输送清洁液体 按吸液方式：单吸式、双吸式。,chemical engineering department,单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。 双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。,单吸式与双吸式叶轮,chemical engineering department,(3)轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵壳之间的密封。 作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气漏入泵内。 常用的密封方式有两种，即填料函密封与机械密封。 附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔等。,chemical engineering department,离心泵外形：,chemical engineering department,离心泵结构示意图,chemical engineering department,离心泵的工作原理,(1) 排出阶段 叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）流体流入涡壳(动能静压能) 流向输出管路。 （2）吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成低压区 贮槽液面与泵入口形成压差 液体吸入泵内。,chemical engineering department,chemical engineering department,当启动离心泵时，若泵内未能灌满液体而存在大量气体，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的惯性离心力很小，因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度，这种虽启动离心泵，但不能输送液体的现象。 说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。,气缚现象：,chemical engineering department,特别注意：在离心泵启动前必须先开启出口阀进行灌泵排气。灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。 而离心泵停机前，为防止出口管路中的高压流体向泵体内倒灌（因叶轮中心在停机瞬间尚处真空状态），以致对设备造成破坏，需先关闭出口阀后方可停机。 思考：离心泵操作时的开启、关闭顺序？,chemical engineering department,离心泵的性能参数及特性曲线,一、离心泵的性能参数 1.流量（送液能力） 指单位时间内从泵内排出的液体体积，用Q表示，工程上通常以单位m3/h . 离心泵的流量与离心泵的结构、尺寸和转速有关。离心泵的流量在操作中可以变化，其大小可以由实验测定。 离心泵铭牌上的流量是离心泵在最高效率下的流量，称为设计流量或额定流量。,chemical engineering department,2.扬程 是离心泵对1N流体所做的有效功，它是1N流体在通过离心泵时所获得的能量，用H表示，单位m，也叫压头。 离心泵的扬程与离心泵的结构、转速和流量有关。 离心泵铭牌上的扬程是离心泵在额定流量下的扬程。(最高效率下） 思考：离心泵的扬程与柏努力方程中的外加压头有何区别？,chemical engineering department,3.轴功率 离心泵从原动机械那里所获得的能量。用P表示。单位W，由实验测定，是选取电动机的依据。 有效功率离心泵在单位时间内对流体所做的功（提供给流体的实际能量），用Pe表示，单位W。 有效功率由下式计算，即 PeHQg 离心泵铭牌上的轴功率是离心泵在额定状态下的轴功率。（最高效率下）,chemical engineering department,4.效率 是反映离心泵利用能量情况的参数。由于机械摩擦、流体阻力和泄漏等原因，离心泵的轴功率总是大于其有效功率的，两者的差别用效率来表示，用表示。 其定义式为：=Pe/P。 离心泵效率的高低既与泵的类型、尺寸及加工精度有关，又与流量及流体的性质有关，一般地，小型泵的效率为5070，大型泵的效率要高些，有的可达90。 此外还有转速、汽蚀余量等,chemical engineering department,离心泵的性能参数总结如下：,小型泵效率，5070%；大型泵效率，90%左右。, 功率：,有效功率Pe：,轴功率P：, 效率：,流量Q ：,扬程H：,chemical engineering department,任务二：离心泵的流量调节,Q-H,Q-P,-Q,一、离心泵特性曲线,chemical engineering department,（1）从HQ特性曲线中可以看出，随着流量的增加，泵的压头是下降的，即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械能越小。 （2）轴功率随着流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流最小，以保护电机。,chemical engineering department,（3）泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下降。但流量为零时，效率也为零。根据生产任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作，称泵的高效区，在高效区内泵的效率一般不低于最高效率点的92%. （4）离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率点对应的性能参数，称为最佳工况参数。,chemical engineering department,二、影响离心泵特性曲线的主要因素 密度对泵特性曲线的影响 离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，有效 功率和轴功率随密度的增加而增加，这是因为离 心力及其所做的功与密度成正比，但效率又与密 度无关。,说明：流体密度变化时，应校正 P- Q 曲线。,chemical engineering department, 粘度对泵特性曲线的影响,定性分析：当液体的粘度增加时，液体在泵内运动时的能量损失增加，从而导致泵的流量、扬程和效率均下降，但轴功率增加。 所以，当被输送流体的粘度有较大变化时，泵的特性曲线也要发生变化。,chemical engineering department,叶轮转数对特性曲线的影响 同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。,适用：叶轮转数变化不超过20%,比例定律：,chemical engineering department, 叶轮直径对特性曲线的影响 当泵的转速一定时，压头、流量与叶轮外径有关。对于某同一型号的离心泵，若对其叶轮外径进行“切割”而其他尺寸不变，在叶轮外径减小变化不超过5时离心泵的性能可进行近似换算。 从而可以导出以下关系：,适用：叶轮切削量小于10%-20%,切削定律：,chemical engineering department,思考题： 1、离心泵的叶片为什么要加工成后弯形？ 2、离心泵的泵体为什么要加工成蜗壳形？ 3、离心泵的特性曲线有哪几条线段构成？可获得的结论有哪些？ 4、什么是离心泵的气缚现象？如何避免？,chemical engineering department,1、离心泵的汽蚀现象 离心泵的吸液是靠吸入液面与吸入口间的压差完成的。当吸入液面压力一定时，泵的安装高度越大，则吸入口处的压力将越小。当吸入口处压力小于操作条件下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将会气化产生气泡，含有气泡的液体进入泵体后，在离心力的作用下，进入高压区，气泡在高压的作用下，又液化为液体，由于原气泡位置的空出造成局部真空，周围液体在高压的作用下迅速填补原气泡所占空间。,三、离心泵安装高度的确定,chemical engineering department,这种高速冲击频率很高，可以达到每秒几千次，冲击压强可以达到数百个大气压甚至更高，这种高强度高频率的冲击，轻的能造成叶轮的疲劳，重的则可以将叶轮与泵壳破坏，甚至能把叶轮打成蜂窝状。这种因为被输送液体在泵体内气化再液化的现象叫离心泵的气蚀现象。气蚀现象发生时，会产生噪音和引起振动，流量、扬程及效率均会迅速下降，严重时不能吸液。工程上当扬程下降3时就认为进入了气蚀状态。,chemical engineering department, 泵汽蚀时的特征 泵体振动、噪声大； 泵流量、压头、效率都显著下降。 主要危害 造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。 汽蚀发生的位置 叶轮内压力最低处 (叶轮内缘, 叶片背面 K处)。 衡量泵抗汽蚀能力的参数 汽蚀余量、吸上真空高度。,离心泵的汽蚀现象,chemical engineering department,避免气蚀现象的方法是限制泵的安装高度。避免离心泵气蚀现象的最大安装高度，称为离心泵的允许安装高度,也叫允许吸上高度。 2、允许安装（吸上）高度的计算 ： 离心泵的允许安装高度可以通过00截面和11截面间列柏努利方程求得，即： 式中 Hg允许安装高度，m； p0吸入液面压力，Pa； p1吸入口允许的最低压力，Pa； u1吸入口处的流速，m/s； 液体的密度，kg/m3； 流体流经吸入管的阻力，m。,chemical engineering department,从上式可以看出，允许安装高度与吸入液面上方的压力、吸入口最低压力、液体密度、吸入管内的动能及阻力有关。因此，增加吸入液面的压力，减小液体的密度、降低液体温度（通过降低液体的饱和蒸汽压来降低 ）、增加吸入管直径（从而使流速降低）和减少吸入管内流体阻力均有利于允许安装高度的提高，在其它条件都确定的情况下，如果流量增加，将造成动能及阻力的增加，安装高度会减少，气蚀的可能性增加。,chemical engineering department,离心泵的允许安装高度可以由允许吸上真空高度法或允许气蚀余量法计算。近年来，前者已经很少使用，故只介绍后一种方法。离心泵的抗气蚀性能参数可用允许气蚀余量来表示，其定义为泵吸入口处动能与静压能之和比被输送液体的饱和蒸汽压头高出的最低数值，即： 将此式代入上式得： 式中 允许气蚀余量，m； pv操作温度下液体的饱和蒸汽压，Pa； 其它符号同前。 同样，泵的生产厂家提供的允许气蚀余量是在98.1kPa和293K下以水为介质测得的，当输送条件不同时，应该对其校正。,chemical engineering department,说明：为保证泵不发生汽蚀，防止产生汽蚀的办法, 储槽上方压力 p0：, 液体饱和蒸汽压 pS：,泵吸入管段阻力hf,0-1:,方法：应尽可能减小泵吸入管段阻力,chemical engineering department,例：用泵将25的某液体从地下贮槽中输送到高位槽，已知，流量为20m3/h，高位槽液面比贮槽液面高12 m，吸入管与排除管的规格均为573.5mm，两液面上方均为大气压，并维持液面恒定。则：（1）试判断流体的流动型态。已查得，该流体的密度为880/ m3，粘度为0.65cp.(2)设该流体从贮槽到高位槽的全部阻力损失为150J/，泵的效率为80%，问泵的轴功率是多少？,chemical engineering department,1、管路特性曲线与离心泵的工作点 管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系。 反映管路对泵的要求。（由柏努利方程决定 ） 说明：由管路系统 本身决定，与泵的 特性无关。,任务三：离心泵的安装与选用,chemical engineering department,离心泵的工作点： 泵工作时的 qV 、H、P、 当泵安装在指定管路时，流量与压头之间的关系既要满足泵的特性，也要满足管路的特性。如果这两种关系均用方程来表示，则流量与压头要同时满足这两个方程，在性能曲线图上，应为泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。这个交点称为离心泵在指定管路上的工作点，显然，交点只有一个，也就是说，泵只能在工作点下工作。 说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约 泵性能-离心泵特性曲线， 管路特性-管路特性曲线。,chemical engineering department,离心泵的工作点示意图,chemical engineering department,二、离心泵的流量调节 改变阀门的开度,实质：改变管路特性曲线 (阀门上阻力损失变化)， 泵特性曲线不变。,优点：迅速方便,连续调节；,代价：阀门阻力损失；,适用：流量调节幅度不大， 须经常调节的地方。,泵出口阀：两套(手动阀和自动阀),chemical engineering department, 调节离心泵转速或改变叶轮直径,实质：改变泵特性曲线，管路特性不变。,适用：流量变化幅度大的场合。,优点：不因调节流量而损失能量。,chemical engineering department, 泵合成特性曲线改变 在相同压头下，流量加倍。,(1) 并联操作 泵型号相同，吸入管路相同，出口阀开度相同。, 管路特性曲线不变,三、离心泵的并联与串联,chemical engineering department, 并联泵的工作点 * 并联泵总流量和总压头； * 流量增加不到单泵的两倍； 原因：管路存在阻力损失。, 并联泵效率 等于单泵在qV,单时的工作效率。,chemical engineering department, 泵的合成特性曲线改变 相同流量下，压头加倍。,(2) 串联操作 泵型号相同，首尾相连。, 管路合成特性曲线不变,chemical engineering department, 串联泵的工作点 * 串联泵的总流量和总压头； * 压头增加不到单泵的两倍。, 串联泵效率 等于单泵在qV,单时的工作效率。,chemical engineering department,2.2.5离心泵的类型与选用 (1) 离心泵的类型 按输送液体的性质或泵结构分类，用英语或汉语拼音为系列代号。 清水泵 B型：单级单吸式，系列扬程范围 8 98m， 流量范围：4.5360 m3/h, 属常用型。 D型：多级离心泵(一般29级)。 系列扬程范围：14351m， 流量范围：10.8850 m3/h， 适用：压头高，而流量不大的场合。 S 型：双吸式离心泵 系列扬程范围：9140 m ； 流量范围：1201250 m3/h； 适用：压头要求不高，流量较大的场合。,chemical engineering department, 油泵：Y型 要求密封性能好，一般具有冷却措施。 流量：6.5500 m3/h 压头：60 603 m。, 其它类型泵 耐腐蚀泵(F型)：密封性能好(常用机械密封)， 杂质泵(P型)：不易堵，耐磨， 叶轮：敞式或半闭式。 屏蔽泵：机泵一体，用于输送易燃、易爆液体。 液下泵(EY型)：无泄漏问题，化工常用泵。,(2) 离心泵的选用,原则： 确定泵的类型,chemical engineering department,依据： a）输送流体的性质清水泵、油泵、耐腐蚀泵等 b）现场安装条件卧式泵、立式泵等 c）流量大小单吸泵、双吸泵等 d）扬程大小单级泵、多级泵等 选择泵的具体型号 a）由管路所需压头、流量，确定泵压头、流量。 工程观点：选择时，有一定生产裕度。 b）抗汽蚀性能好 c）经济性好：泵的操作点应处于高效区内。 校核和最终选型 效率高、汽蚀余量小、重量轻、价格低,chemical engineering department,IS型泵代表单级单吸离心泵，即原B型水泵。 D型泵是国产多级离心泵的代号,chemical engineering department,S型泵是双吸离心泵的代号，即原SH型泵,chemical engineering department,耐腐蚀泵是用来输送酸、碱等腐蚀性液体的泵的总称 。,chemical engineering department,油泵是用来输送油类及石油产品的泵，由于这些液体多数易燃易爆，因此必须有良好的密封 （Y型）,chemical engineering department,磁力泵是一种高效节能的特种离心泵，通过一对永久磁性联轴器将电机力矩透过隔板和气隙传递给一个密封容器，带动叶轮旋转。,chemical engineering department,离心泵选用的步骤： 1.根据被输送液体的性质及操作条件，确定泵的类型。 2.确定流量。如果流量是变化的，应以最大值为准。 3.确定完成输送任务需要的压头。 4.通过流量与压头在相应类型的系列中选取合适的型号。 5.校核轴功率。当液体密度大于水的密度时，必须校核轴功率。 6.列出泵在设计点处的性能。,chemical engineering department,离心泵的安装与操作 1.安装要点 应尽量将泵安装在靠近水源，干燥明亮的场所，以便于检修； 应有坚实的地基，以避免振动。通常用混凝