流体输设备多媒体教案.ppt

第1 8节流体输送机械 1 定义 能够为流体提供能量的机械就称为流体输送机械 的大小是受工艺条件所限a 位置的要求 b 压强的要求 c 克服流体的流动阻力 2 分类 根据所输送的流体a 液体输送机械 泵 b 气体输送机械 风机或压缩机 P59 P84 根据流体输送机械的工艺原理 a 离心式 高速旋转的叶轮向液体输送能量b 往复式 利用活塞的往复运动 将能量传递给液体c 旋转式 利用转子的旋转作用而吸入和排出液体d 流体作用式 利用流体流动时动能和静压能的相互转换来吸送液体或气体 第1 8节流体输送机械 P59 P84 第1 8节流体输送机械 P59 P84 研究重点 讨论液体输送机械的作用原理 基本构造与性能及有关计算 以离心泵为研究中的重中之重 第1 8节流体输送机械 P59 P84 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1 1离心泵的工作原理和主要部件1 8 1 2离心泵的主要性能参数1 8 1 3离心泵的特性曲线及其应用1 8 1 4离心泵的工作点和流量调节1 8 1 5离心泵的组合操作1 8 1 6离心泵的汽蚀现象和安装高度1 8 1 7离心泵的类型与选用1 8 1 8小结和例题 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1 1离心泵的工作原理和主要部件 1 工作原理 灌泵在泵启动前 泵壳内灌满被输送的液体 排液原动机 轴 叶轮 旋转离心力 叶片间液体中心 外围 液体被做功动能 高速离开叶轮外缘 1 8 1离心泵 P60 P75 进入泵壳 流道增大 动能 静压能 高压 吸液中心 外缘 形成真空 在液面压力 常为大气压 与泵内压力 负压 的压差作用下 液体吸入 离心泵之所以能够输送液体 主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力 1 8 1离心泵 P60 P75 2 气缚现象如果在离心泵启动前 不灌满液体 会发生什么现象 1 8 1离心泵 P60 P75 贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内 即离心泵无自吸能力 使离心泵不能输送液体 此种现象称为 气缚现象 1 8 1离心泵 P60 P75 3 主要部件 叶轮a 作用 提供液体的动能和静压能b 结构 叶轮上有4 12片后弯叶片按叶片两侧有无盖板分为 开式叶轮 半开式叶轮 闭式叶轮 1 8 1离心泵 P60 P75 问题 对于半开式叶轮和闭式叶轮的后盖板上为什么有孔 平衡孔 减小轴向推力 增加内部泄漏量 能量损失增大 效率降低按照吸液方式的不同 单吸 液体只能从一侧吸入 双吸 液体可从两侧同时吸入可以消除轴向推力 1 8 1离心泵 P60 P75 泵壳a 结构壳内通道截面逐渐扩大 又称蜗壳 b 作用汇集由叶轮甩出的液体能量转换装置 部分动能转变为静压能 1 8 1离心泵 P60 P75 导轮 a 结构 在大泵中 叶轮与泵壳之间有固定不动的导轮 具有很多逐渐转向的通道 b 作用 将动能转换为静压能 减少能量损失按照叶轮数目 单级离心泵多级离心泵 1 8 1离心泵 P60 P75 轴封装置 a 作用 泵轴与泵壳之间的密封 防止高压液体漏出或外界气体进入 b 结构 填料密封 填料函 软填料 填料压盖构成 机械密封 轴上的动环和壳上的静环 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1 2离心泵的主要性能参数 1 流量泵的送液能力 是指在铭牌规定的扬程内单位时间泵所能够输送的液体体积 用Q表示 单位常用m3 s或m3 h 2 扬程 压头 是指单位重量液体流经泵后所获得的能量 用H表示 单位为m 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 P60 P75 理论压头的表达式 设想一个理想情况来分析一个离心泵可能达到的最大压头 1 叶轮内叶片的数目无限多 叶片的厚度无限小 液体完全沿着叶片的弯曲表面流动 无任何倒流现象 2 液体的粘度等于零的理想液体 即没有能量损失 1 8 1离心泵 P60 P75 后弯叶片 径向叶片 不变 前弯叶片 包括静压头和动压头 其中动压头占比例较大 转化为静压能的过程中 有能量损失 使效率降低 1 8 1离心泵 P60 P75 但实际压头比理论压头小 其原因是 叶片间的环流 由于叶片数目并非无限多 液体不是严格按叶片的轨道流动 而是有环流出现 产生涡流损失 此项损失只与等有关 与流量几乎无关 阻力损失 实际流体从泵的进口到出口有阻力损失 它约与流速平方成正比 亦即与流量的平方成正比 冲击损失 泵在操作过程中的流量偏离设计值 会加剧对叶片的冲击 就产生冲击损失 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 P60 P75 实际压头是对理论压头经过压头损失后产生的 如何进行定量计算 在泵的进口 出口处分别安装真空表和压力表 并在两表之间列BE 即若压头损失可忽略不计 1 8 1离心泵 P60 P75 3 效率由于泵内部的能量损失 泵轴从电机获得的功率并没有全部传给液体 容积损失 水力损失 机械损失 轴承与密封圈 叶轮盖板与液体的摩擦 使功率增大 离心泵的效率 又称总效率 1 8 1离心泵 P60 P75 4 功率离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率 也就是直接传动时电功机传给泵轴的功率 以N表示 单位为W或kW 离心泵的有效功率是排送到管道的液体从叶轮获得的功率 以Ne表示 单位为W或kW 泵的有效功率可以根据泵的压头H和流量Q计算 即 1 8 1离心泵 P60 P75 讨论 离心泵的扬程与升扬高度的关系升扬高度是指离心泵将流体从低位送到高位时两液面间的高度差 即BE中的 z扬程是能量的概念 即BE中的He 离心泵的流量是指用泵的出口管路上的流量 1 8 1离心泵 P60 P75 定型号IS100 80 125额定转数标准状态 1 8 1 3离心泵的特性曲线及其应用 1 特性曲线 1 8 1离心泵 P60 P75 讨论 H Q曲线 Q H Q很小时可能例外 N Q曲线 Q N 大流量 大电机注意 关闭出口阀启动泵 启动电流最小 也避免出口管线的水力冲击 Q曲线 小Q 大Q max注意 max 铭牌的主要性能参数 max 在一定转速下的最高效率点 称为离心泵的设计点 离心泵该点附近工作最为经济 高效率区的效率不低于最高效率的92 左右 位于最高效率的7 左右 1 8 1离心泵 P60 P75 2 影响离心泵特性曲线的主要因素 粘度的影响 阻力 H Q N a 液体粘度 叶轮内液体的流速降低 使得流量减小Q b 液体粘度 泵内的流动摩擦损失 水力损失 使扬程减小H c 液体粘度 叶轮前 后盖板与液体之间的摩擦而引起的能量损失 机械损失 使轴功率增加N 1 8 1离心泵 P60 P75 密度的影响a 发生变化 H不发生变化b 发生变化 Q不发生变化c 离心泵的 Q曲线也不随液体密度而变化d 泵的轴功率则随输送液体的密度改变而改变 1 8 1离心泵 P60 P75 离心泵转速 n 20 以内同一型号泵 同一液体 在 不变的前提下 叶轮直径 D 5 以内同一型号泵 同一液体 同一转速 在 不变的情况下 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1 4离心泵的工作点和流量调节 1 管路特性曲线 管路布局 操作条件 讨论 H0是H Q曲线在H轴上截距 管路所需最小外加压头 若在阻力平方区 与Q无关 K为管路特性系数 高阻管路 曲线较陡 低阻管路 曲线较平缓 1 8 1离心泵 P60 P75 2 离心泵的工作点 泵的H Q与管路的He Q曲线的交点 1 8 1离心泵 P60 P75 讨论 工作点 泵特性曲线 管路特性曲线工作点确定 联解两特性方程作图 两曲线交点 泵装于管路工作点 H Q Q 泵供流量 管得流量H 泵供压头 流体得压头 工作点 Q H N 泵的实际工作状态该点对应的效率 是在离心泵的最高效率区 该点为适宜的工作点 1 8 1离心泵 P60 P75 3 离心泵的流量调节 是在排出管线上装适当的调节阀 以改变管路特性曲线 关小出口阀 le 管路特性线变陡 工作点左上移 H Q 开大出口阀 le 管路特性线变缓 工作点右下移 H Q 改变离心泵的转数或改变叶轮外径 以改变泵的特性曲线 注意 等效率方程 1 8 1离心泵 P60 P75 4 流量调节方法的比较操作费用设备费用用出口阀来调节流量 是最经济的 也是最常用的思考题 当泵的出口处的调节阀关小后 阀前与阀后压力以及泵进口处的真空表压力将如何变化 当泵的转速减小 出口阀前 出口阀后压力以及泵进口处的真空表将如何变化 1 8 1离心泵 P60 P75 例 用离心泵将20 的水从水池送入高压高位槽 如图所示 泵的进 出口处分别装有真空表及压力表 在一定转速下测得离心泵的流量Q 扬程H 泵出口压力p表 泵入口真空度p真以及泵的轴功率N 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 现改变以下各条件之一而其它条件不变 问上述离心泵各参数将如何变化 1 出口阀门开度增大 2 液体密度改为1500kg cm3 3 泵叶轮直径减小5 4 转速提高5 P60 P75 1 8 1 5离心泵的组合操作 1 离心泵的并联操作 低阻管路特点 两台泵的扬程相同 总流量为每台泵的流量之和 1 8 1离心泵 P60 P75 2 离心泵的串联操作 高阻管路特点 两台泵的流量相同 总扬程等于每台泵的扬程之和 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1 6离心泵的汽蚀现象和安装高度 1 离心泵的汽蚀现象如图 若p0一定时 Hg 就会导致p1 当吸入口处的最低压力点pk小到输送温度下液体的饱和蒸汽压pv时 会使液体流量 压头及效率明显下降 严重时甚至吸不上液体 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 那么 pkpv 不发生汽蚀现象 若贮液槽为敞开 其表面压力p0一定时 Hg u1 hf 就会导致p1 pK 若贮液槽为密闭 其压力下降 就会导致p1 pK 所输送液体的温度过高 就会导致pv P60 P75 2 汽蚀余量 NPSH 有效汽蚀余量 NPSH a 装置汽蚀余量是指离心泵入口处液体的静压头与动压头之和超出蒸汽压头的部分 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 临界汽蚀余量 NPSH c当叶轮入口处的最低压力pk等于输送温度下液体的饱和蒸汽压pv时 相应泵入口处压力p1存在一个最小值p1min 实际上反映了液体从泵入口处流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失 与泵的结构尺寸及流量有关 如何测定 在泵流量不变的情况下 逐渐降低p1 使泵刚好发生汽蚀 测p1min 再利用公式计算 NPSH c P60 P75 必需汽蚀余量 NPSH r是指泵在给定的转速和流量下所必需的汽蚀余量 一般在临界汽蚀余量加上一个安全裕量 并作为离心泵的性能参数记在泵的样本中 1 8 1离心泵 P60 P75 泵入口处压头 饱和蒸汽压头 叶轮内最低压力 压头安全裕量 0 5m 临界汽蚀余量 必需汽蚀余量 有效汽蚀余量 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 为安全起见 不发生汽蚀现象 一般要求 发生严重汽蚀现象 刚好发生汽蚀现象 不发生汽蚀现象 如何利用汽蚀余量来判定泵是否发生汽蚀现象 P60 P75 3 离心泵的允许安装高度 为保证泵安全操作 不发生汽蚀现象 必须保证 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 提高离心泵的允许安装高度的途径 减小吸入管路的阻力 较大的吸入管径 管路尽可能地短 减小吸入管路的弯头 阀门等管件 并将调节阀安装在排出管线上 P60 P75 1 8 1 7离心泵的类型与选用 1 离心泵的类型 按输送液体性质的标准系列 清水泵 输送清水或相近 无腐蚀性 杂质较少的液体 结构简单 造价低 IS 耐腐蚀泵 输送腐蚀性的液体 用耐腐蚀材料制成 要求密封可靠 F 油泵 输送石油产品的泵 要求有良好的密封性 Y 杂质泵 输送含固体颗粒的液体 稠厚的浆液 叶轮流道宽 叶片数少 P 1 8 1离心泵 P60 P75 2 离心泵的选用 确定输送系统的流量与压头 选择泵的类型与型号定类型 由液体性质及输送条件定定泵的型号 由H Q定H HeQ Qe且效率高 核算泵的特性参数 1 8 1离心泵 P60 P75 3 离心泵的安装与运转 安装 实际安装高度低于允许安装高度之下0 5m 以防 汽蚀 启动 灌泵 防 气缚 关闭出口阀 减少启动电流 运转 先检查受热 密封 泄露 润滑等 开电源 停泵 先关出口阀 再停电 防液体倒流入离心泵使叶轮受冲击损坏 1 8 1离心泵 P60 P75 常见故障 1 启动时吸不上液体 灌液不足或底阀漏液 吸入管路堵塞 2 运转时吸不上液体 吸入管路连接处或密封填料处漏气 1 8 1离心泵 P60 P75 离心泵 工作原理 结构 主要性能参数 特性曲线 扬程 流量 轴功率 效率 1 8 1离心泵 1 8 1 8小结和例题 P60 P75 汽蚀余量 1 8 1离心泵 P60 P75 泵装在管路中 确定安装高度 汽蚀现象泵的开车步骤 灌泵 关出口阀 开电机 运转泵的工作点 管路特性曲线和泵的特性曲线泵的关闭步骤 关出口阀 关电机 1 8 1离心泵 P60 P75 例1 在图示管路中装有离心泵 吸入管直径 长 阻力系数 压出管直径 长 阻力系数 在压出管E处装有阀门 其局部阻力系数 管路两端水面高度差 泵进口高于水面2m 管内流量为12 10 3m3 s 1 8 1离心泵 P60 P75 1 8 1离心泵 试求 1 每千克流体需从离心泵获得多少机械能 2 泵进 出口断面的压强pc和pD各为多少 3 如果是高位槽中的水沿同样管路向下流出 管内流量不变 问是否需要安装离心泵 P60 P75 例2 1 某管路安装一台IS80 50 200型水泵 其特性曲线如附图所示 将水池中的水送至高度为10m