设备管理_流体输送设备简介

第2章流体输送设备 主要内容 1 离心泵的结构 原理2 离心泵的特性曲线3 离心泵的调节 组合和安装4 往复泵的工作原理 特性曲线 操作要点5 通风机的原理 特性曲线 2 1概述 说明 由管路系统本身决定 反映全管路系统的能量需求特性 压头和流量是流体输送机械的主要指标 影响管路特性曲线的因素 影响K 影响A 流体输送设备 通用机械 液体输送设备 泵 气体输送设备 通风机 鼓风机 压缩机或真空泵 作用 向系统输入能量 补充所需机械能 用于流体的输送或加压 根据泵的工作原理和结构分类 泵 蜗壳 外壳 叶轮 敞式 半蔽式 蔽式单吸式 双吸式 附属装置 底阀 滤网 调节阀 平衡孔 平衡管 排气孔 轴封 2 2离心泵2 2 1离心泵的基本结构 工作原理及性能参数 1 离心泵的结构主要结构 2 工作原理 a 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 b 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 气缚现象 泵内未充满液体 气体密度低 产生离心力小 在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上 说明 离心泵无自吸能力 启动前必须将泵体内充满液体 离心泵结构示意图 c 主要部件作用 泵壳 动能 静压能 提高液体压力 能量转换装置 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 叶轮由6 12片叶片组成 按叶片两侧有无盖板 敞式 半蔽式 蔽式 叶轮的类型 按吸液方式 单吸式 双吸式 蔽式叶轮 适用于输送清洁液体敞式和半蔽式叶轮 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 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 3 离心泵的性能参数 小型泵效率 50 70 大型泵效率 90 左右 功率 有效功率Pe 轴功率Pa 效率 压头 扬程 H 流量qV 2 2 2离心泵的基本方程 1 液体在叶轮中的运动及其简化假设 简化假设 a 叶片数目无限多 且无限薄 严格将流体限定在叶轮流道内 b 流体为理想流体 无能量损失 液体质点的运动圆周运动 液体随叶轮一起旋转 圆周速度为u 切向运动 相对于叶轮的运动 相对速度w 合成运动 流体相对于壳体的运动 绝对速度c 液体质点在叶轮内的运动情况 各速度之间相互关系 几何参数叶片安装角 相对速度w与圆周速度u反向延长线间的夹角 夹角 绝对速度c和圆周速度u间的夹角 2 离心泵基本方程的推导 列叶轮进 出口截面机械能衡算式 则有 a 离心力产生的压头Hc 离心力 而 所以 此离心力产生的压头变化为 代入dFc 整理得 离心力作功 因此 离心力所产生的压头为 离心泵设计中 一般使 1 90o 则cos 1 0 故有 b 流道变化引起的压头增高Hp 离心泵基本方程 离心泵基本方程 3 离心泵基本方程的讨论 离心泵理论流量qv T对理论压头HT的影响 叶轮的转速和直径qv b2 2一定 D2 n HT 泵理论压头与叶片弯曲方向的关系叶片形式 径向 前弯 后弯 径向叶片 后弯叶片 前弯叶片 2 2 3离心泵的效率和实际压头实际压头 理论压头 原因 泵内各种能量损失 说明 为获得较高的效率 常用后弯叶片 前弯叶片 压力头小于动压头 冲击损失大 后弯叶片 压力头大于动压头 冲击损失小 水力损失摩擦损失 与流量平方成正比 冲击损失 与安装角 导向装置有关 在设计状态下为零 在非设计状态下与流量的平方成正比 环流损失 与叶片数目和形状等有关 几乎与流量无关 水力效率 H 容积损失原因 高压区向低压区泄漏 减少方法 采用蔽式叶轮等 容积效率 1 离心泵的效率 泵内液体的泄漏 机械损失原因 旋转叶轮盘面与液体间的摩擦和轴承机械摩擦机械效率 M 2 离心泵的实际压头 2 2 4离心泵的特性曲线 1 离心泵的特性曲线 说明 a 由厂家提供标准测定条件 常压 20 清水为工质 b 曲线与叶轮转数有关 故图中应标明转数 离心泵典型的特性曲线 离心泵典型的特性曲线 c He qv曲线选泵时常用 qv He 离心泵典型的特性曲线 d Pa qV曲线 qv Pa 思考题 应在什么情况下启动离心泵 为什么 启动离心泵时 应关闭泵出口阀门 以减小启动电流 保护电机 同时也避免出口管线的水力冲击 离心泵典型的特性曲线 e qV曲线 选用离心泵 尽可能在高效区内工作 高效区范围 离心泵最高效率点称为设计点 设计点对应的流量 压头和轴功率称为额定流量 额定压头和额定轴功率 标注在泵的铭牌上 2 液体物性对离心泵特性曲线的影响 密度对泵特性曲线的影响 说明 流体密度变化时 应校正Pa qV曲线 粘度对泵特性曲线的影响 定量计算 经验公式由实验确定 定性分析 实验曲线 适用 叶轮切削量小于10 20 在叶轮直径变化不大 不超过10 20 近似认为叶轮出口的速度三角形及泵的效率基本不变的前提下 根据 3 叶轮直径对特性曲线的影响 5 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 若转速改变后 叶轮出口速度三角形 泵的效率近似保持不变 则有 适用 叶轮转数变化不超过20 比例定律 2 2 5离心泵在管路中的工况 1 管路特性与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 离心泵的工作点 泵工作时的qV He Pa 说明 泵工作点受到泵性能 管路特性制约 管路特性 管路特性曲线 泵性能 离心泵特性曲线 离心泵的工作点即管路 泵特性曲线交点 2 作图法分别在图上作出泵的特性曲线和管路特性曲线 读出交点坐标 1 公式计算 3 离心泵性能曲线实验测定 测定原理 测定数据 数据 不同流量下的泵进 出口处压强 轴功率 绘制特性曲线 计算H 2 离心泵的流量调节实质 对工作点的调整 方法 改变泵或管路特性曲线 节流调节 阀门调节 方法 改变泵出口阀门开度 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 节流 多消耗在阀门上能量 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 思考题 应在什么情况下停泵 为什么 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 某离心泵工作转速为n 2900r p m 转 min 其特性曲线方程为 当泵的出口阀全开时 管路特性曲线方程为 式中qV的单位为m3 h H及He的单位均为m 求 1 阀全开时 泵的输水量为多少 2 要求所需供水量为上述供水量的75 时 若采用出口阀调节 则节流损失的压头为多少m水柱 解 1 qV qV 2 采用调节出口阀门的方法 泵特性曲线方程 管路特性曲线方程 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 2 2 7离心泵的组合运转工况分析组合方式 并联和串联 目的 提高泵输出的流量或压头 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 思考题 是否并联的泵越多越好 为什么 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 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 3 两种组合方式的比较及选择 截距A He单max 应采用串联操作原因 并联泵压头不够大 串 并联都满足时 应根据管路特性选择对于低阻管路 B较小 宜采用并联操作 对于高阻管路 B较大 宜采用串联操作 4 组合泵的流量调节方法 同单泵 注意 确定组合泵的工作点时 应使用泵的合成特性曲线和管路特性曲线 2 2 6离心泵的汽蚀现象和安装高度 1 离心泵的汽蚀现象 汽蚀现象 空蚀 吸入管段 无外加机械能 液体靠势能差 吸入离心泵 至泵内压力最低点K处 若 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 2 离心泵的汽蚀余量 汽蚀余量列1 1 泵入口 及K K间的机械能衡算式 关于NPSH NetPositiveSuctionHead 泵抗汽蚀能力的参数 NPSH 则泵抗汽蚀能力 NPSH f 泵结构 流体种类 流量 流量 则NPSH 泵抗汽蚀能力 由泵样本提供 工程上常用 a 必需汽蚀余量 NPSH r 为确保工作 标准规定 必需汽浊余量 NPSH r NPSH C 0 3m b 实际汽蚀余量 NPSH r 实际汽浊余量NPSH NPSH r 0 5m 3 离心泵的安装高度安装高度 泵入口与吸入液面间的垂直距离 最大安装高度zmax在0 0 k k截面间列机械能衡算方程 最大允许安装高度 储槽上方压力p0 液体饱和蒸汽压pv 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 1 泵的吸入管径比排出管径大一些 2 泵尽量靠近水流 缩短管路长度 3 吸入管尽量少转弯 省去不必要条件 NPSH r与流量有关 流量大时 NPSH r较大 因此在计算泵的最大容许安装高度时 必须以使用过程中可能达到的最大流量进行计算 问题1 Hg 能否为负值 答 可以 例如 精馏塔裙座高8 10m 问题2 调节阀安在哪 为什么 当液体输送温度较高或液体沸点较低时 可能出现允许安装高度为负值的情况 此时 应将离心泵安装于贮槽液面以下 使液体利用位差自流入泵内 问 泵合用否 若泵位于液面下 m安装合适 泵性能 qu19 8m3扬程38 55 pa3 75kw必须汽蚀余量 NPSH r2 6m 解 1 与管出口外侧列方程 u1 u2 0 z1 0 z2 5 p1 0 p2 177 103Pa 表 2 能否操作正常 需看安装高度是否合适 即要求安在液面下1 24m才正常 故安装不合适 须向下移0 24m 2 2 7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 5 360m3 h 属常用型 D型 多级离心泵 一般2 9级 系列扬程范围 14 351m 流量范围 10 8 850m3 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 9 140m 流量范围 120 1250m3 h 适用 压头要求不高 流量较大的场合 油泵 Y型要求密封性能好 一般具有冷却措施 流量 6 5 500m3 h压头 60 603m 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 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 控制在10 左右 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 2 离心泵的安装和使用1 泵的安装高度为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体 泵的实际安装 高度必须低于理论上计算的最大安装高度 同时 应尽量降低吸入管路的阻力 2 启动前先 灌泵 这主要是为了防止 气傅 现象的发生 在泵启动前 向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止 3 离心泵应在出口阀门关闭时启动为了不致启动时电流过大而烧坏电机 泵启动时要将出口阀完全关闭 等电机运转正常后 再逐渐打开出口阀 并调节到所需的流量 4 关泵的步骤关泵时 一定要先关闭泵的出口阀 再停电机 否则 压出管中的高压液体可能反冲入泵内 造成叶轮高速反转 使叶轮被损坏 5 运转时应定时检查泵的响声 振动 滴露等情况 观察泵出口压力表的读数 以及轴承是否过热等 操作运行 启动泵前 灌泵排气 防止气缚 关闭出口阀 保护电机 启动电流最小 启动后 检查是否漏夜停泵前 先关出口阀门 保护叶轮 故障 吸不上水启动时没灌满水 底阀漏水叶轮底阀吸入管堵塞漏气 中途吸不上水 气缚 用离心泵将江水送至高位槽 若管路条件不变 则下列参数随着江面的下降有何变化 设泵仍能正常工作 泵的扬程H 泵的流量管路总阻力损失hf 泵出口处压力表读数 泵入口处真空表读数 操作性问题分析举