流体输送机械.ppt

第二章流体输送机械 流体输送机械在化工生产中的应用 将流体从低能位送往高能位向流体补加能量 流体输送机械的分类 流体输送机械按工作原理分类 离心式 叶轮式 往复式旋转式流体动力作用式根据流体性质的不同分成 输送液体用的泵输送气体用的压缩机 或风机 内容提要 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 第一节液体输送机械 其它类型的泵 1 定义 液体输送机械就是将能量加给液体的机械 通称泵 2 分类 离心泵 往复泵 旋转泵 流体作用泵 一 离心泵的操作原理和主要部件 1 操作原理 A获能 叶轮 B转能排液 泵壳 C吸液 入口 可见 离心泵之所以能输送液体 主要是依靠高速旋转的叶轮 将动能和静压给予液体 在泵壳内液体的部分动能转变成静压能 使液体获得较高的压力 压出泵体外 2 气缚现象 3 主要部件A叶轮 6 12片后弯叶片平衡孔 平衡轴向推力B泵壳 蜗壳 导轮C轴封装置 离心泵的结构录像 B型离心泵分解动画 叶轮种类 A按叶轮数目 多级泵 单级泵 B按吸液方式 双吸式 单吸式 C按所产生的压头大小 中压泵 20 50mH2O 低压泵 20mH2O 高压泵 50mH2O D按泵轴的位置 立式泵 卧式泵 4 离心泵分类 二 离心泵的主要性能参数 1 流量 送液能力Q 单位 m3 s2 扬程 H 单位 m3 轴功率 N轴 4 效率 泵轴叶轮液体 能量 能量 1 离心泵的特性曲线 H Q曲线 N轴 Q曲线 Q曲线 三 离心泵的特性曲线及影响因素 2 影响离心泵性能的因素有 密度N轴 Ne Q Hg 粘度 转速Q1 q2 n1 n2H1 H2 n1 n2 2N1 N2 n1 n2 3 叶轮直径Q Q D2 D2H H D2 D2 2N N D2 D2 3 四 离心泵的气蚀与允许吸上高度 1 离心泵的气蚀现象 离心泵运转时液体在泵内的压强变化a 泵入口 叶轮入口静压头 动压头基本不变 总压头 b 叶轮入口 叶轮入口转弯点 压强最低点 流体流到叶轮转弯点 消耗能量 静压头 动压头基不变 总压头 c 叶轮转弯点 叶轮出口叶轮对流体做功 静压头 动压头 总压头 d 叶轮出口 泵出口泵壳流道渐大 动压头一部分转换为静压头 静压头 流动又消耗能量 动压头 总压头 汽蚀现象 从上述分析可以看出 在叶轮入口转弯处存在一个压强最低点 如果此处附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压 液体就会在该处发生汽化并产生气泡 气泡随同液体从低压区流向高压区 气泡在高压作用下迅速凝结或破裂 此时周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间 在冲击点处产生几万KPa的压强 冲击频率可高达几万次之多 由于冲击作用使泵体震动并产生噪音 且叶轮局部处在巨大冲击力的反复作用下 使材料表面疲劳 从开始点蚀到形成裂缝 使叶轮或泵壳受到破坏 这种现象称为 汽蚀现象 离心泵的吸液作用是由于吸入液面与泵入口处的压力差造成 当吸入液面压力一定 而泵入口处的压力必须大于输送温度下液体的饱和蒸汽压 即压力差是有限的 由于液体流动的推动力有限 因此泵的吸上高度也有一个最大限度 称为最大吸上高度 泵的安装位置不允许超过这一高度 离心泵的气蚀 2 离心泵的允许吸上高度 允许安装高度 指泵的吸入口与吸入液面间可允许达到的最大垂直距离Hg 设泵在最大吸上高度上操作 液面压力P0 泵入口处压力P1 泵入口处流体流速u 密度 吸入管损失压头Hf 从吸液面0 0至泵入口1 1列柏氏方程P0 g u02 2g z0 P1 g u12 2g z1 Hf可以看出 当z1上升 Hf0 1上升 则P1下降一直下降到气蚀允许的最小绝压 就不能再下降 否则就产生气蚀 则此时z1 z0 Hg u0 0 Hg P0 P1 g u12 2g Hf 0 1对于敞口的贮槽P0 PaHg Pa P1 g u12 2g Hf 0 1 为了确定离心泵的允许安装高度 在国产的离心泵标准中 采用两种指标来表示泵的抗气蚀性能 离心泵的允许吸上真空度 气蚀余量 离心泵的允许吸上真空度 为了避免气蚀现象 泵入口处压强应为允许的最低绝对压强 则Pa P1为泵人口处的最高真空度 令Hs Pa P1 gHs 离心泵的允许吸上真空度 是指在泵人口处可允许达到的最高真空度 m液柱 Hg Hs u12 2g Hf0 1Hs Hs Ha 10 PV 9 81 103 0 24 1000 a 当输送与实验条件不同的清水时 可化简为 Hs1 Hs Ha 10 HV 0 24 b 当输送与实验条件不同的其他液体时Hs Hs H2O 气蚀余量 为了防止气蚀现象发生 在离心泵人口处液体的静压头P1 g与动压头u12 2g之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头PV g某一最小值 即 h P1 g u12 2g Pv gP1 g u12 2g h Pv gHg P0 g h Pv g Hf 0 1Hg Hs u12 2g Hf 0 1 Pa P1 g u12 2g Hf 0 1 h h为了保证泵在运转时不发生气蚀Hg实际 Hg计算 1 0 5 m当离心泵发生气蚀时 我们可以通过以下几个方面进行考虑 当地大气压Pa Hs Hg 易气蚀Hg 易气蚀吸入管Hf 0 1 易气蚀 故一般离心泵的吸入管比排出管粗 密度 Hs 易气蚀液体温度T 饱和蒸汽压 易气蚀 五 离心泵的工作点及流量调节 1 管路的特性曲线管路的特性曲线是表示一定的管路系统所必需的有效压头He与流量Qe的关系 在一稳定流动系统中 在1 1 2 2列柏努利方程式得 He Z P g u2 2g Hf当管路系统一定时 Z与 P g均为定值 上式可整理成如下形式 He K BQe2此式表示在特定的管路中 送液量Qe与所需压头He的关系称此式为管路特性曲线方程 将此关系标绘在图上 即可得He Qe曲线 2 离心泵的工作点 当离心泵安装在一管路中 泵所提供的流量与压头 H Q 应与管路所要的流量与压头 He Qe 相一致 若将 H Q 与 He Qe 绘于同一图中 则两曲线的交点即为工作点 3 离心泵的流量调节 对一台泵而言 其特性曲线H Q是不会变的 而管路特性曲线可变 当原工作点所提供的流量不满足新条件下所需要的送液量时 即应设法改变原工作点的位置 即需要进行流量调节 流量调节方法有 在离心泵出口管路上安装一调节阀 改变阀门开度 即改变He K BQ2中之B值 优点 操作简便 灵活 缺点 阀门关小时 管路中阻力增大 能量损失增加 并可能时泵不在最高效率区域中工作 故此种调节方法多用于流量调节幅度不大 而经常需要调节的场合 改变泵的特性曲线 如改变叶轮转速 切削叶轮等 用这种方法调节流量在一定范围内可保持泵在高效率区域中工作 能量利用较经济 但不方便 需用变速装置 故应用不广 六 离心泵的并联与串联操作 1 串联假若将两台型号相同的泵串联操作 则每台泵的压头和流量也是各自相同的因此在同一流量下 两台串联泵的压头为每台泵的两倍 H串 2H单两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍 H串 2H2 并联将两台型号相同的泵并联操作 且各自的吸入管路相同 则两泵的流量和压头必各自相同 在同一压头下 两台并联泵的流量等于单台泵的两倍 Q并 2Q单两台泵并联操作的总流量必低于原单泵流量的两倍 Q并 2Q 3 组合方式的选择 1 对于管路特性曲线较平坦的低阻管路 采用并联组合 可获得较串联组合高的流量和压头 2 对于管路特性曲线较陡的高阻管路 采用串联组合 可获得较并联组合高的流量和压头 3 对于 Z P g 值高于单泵所能提供最大压头的特定管路 则必须采用串联组合方式 七 离心泵的类型与选择 1 类型按输送液体的性质按叶轮吸入方式按叶轮数目 2 型号说明 4B29A4 泵吸入口直径 英寸 B 单级单吸悬臂式离心泵29 泵安装最大叶轮而效率最高时的扬程A 该型号的叶轮直径比基本型号4B29的叶轮直径小一级 即基本叶轮第一次切割 3 选择 确定输送系统的He与Qe Qe 一般已知 He 由柏努利方程求得 选择泵的类型与型号 液体的性质和操作条件确定泵的类型 由He Qe选泵型号 核算泵的轴功率 N HQ 102 第二节其它类型的泵 往复泵旋涡泵旋转泵 往复泵 1 作用原理及主要部件 主要部件 泵缸 活塞 活塞杆 吸入阀 排出阀 工作原理 活塞向右移动 泵缸容积 泵体压力 排出阀门关阀 吸入杆打开 液体吸入活塞向左移动 泵缸容积 泵体压力 排出阀门打开 吸入杆关闭 液体排出 流量不均匀性 单动泵由于吸入阀和排出阀均在活塞一侧 吸液时不能排液 排液时不能吸液 所以泵排液不连续 不均匀 为了改善往复泵的排液情况 可采用双动泵或三联泵 双动泵即活塞两侧都装有吸入阀和排出阀 使吸液 排液同时进行 往复泵的特点 流量仅与泵本身的尺寸及活塞的往复次数有关 而与泵的扬程无关 压头与泵本身的尺寸无关 只要泵的机械强度及电动机功率允许 要多大压头 往复泵可供多大压头 有自吸能力 启动泵前无需灌泵 采用支路调节流量 旋涡泵 特殊类型的离心泵 辐射状的径向叶片 原理与多级离心泵相似 Q H Q 曲线与离心泵相似 Q N曲线与离心泵相反 Q N 故旋涡泵开车应打开出口阀 回流支路调节流量 启动泵前先灌泵 漩涡泵总体 漩涡泵叶轮 旋转泵 1 齿轮泵工作原理与往复泵相似 在泵吸入口 由于两齿轮分开 空间增大形成低压区而将液体吸入 被吸入液体在齿轮和泵体之间被分成两路由齿轮推着前进 在压出口 由于两齿轮互相合拢 空间缩小形成而将液体压出泵 2 螺杆泵与齿轮泵相似 用两根相互啮合的螺杆推动液体作轴向移动 第三节气体输送和压缩机械 应用 输送气体 产生高压气体 产生真空 自动控制的回路或系统需有一定压力的气源 按工作原理分类 往复压缩机 旋转压缩机 离心压缩机 流体作用压缩机 按终压P2或压缩比P2 P1分 压缩机P2 P1 4P2 3 105Pa 表 鼓风机P2 P1 1 15 4 通风机P2 P1 1 1 15P2 1 5mH2O 表 真空泵用于减压 离心通风机 构造和原理 与离心泵相似 机壳 叶轮 吸入口 排出口 性能参数和特性曲线 风量 全风压 静风压 轴功率 效率离心通风机的特性曲线级有 Q HT Q Hp Q N Q 离心通风机的选择 离心通风机 离心鼓风机和压缩机 透平 主要结构与离心通风机相似 但级数多 由于P T V 故叶轮逐渐变小 压缩机在10级以上 必须分段冷却 以免温度过高 离心鼓风机 离心压缩机 离心压缩机叶轮 往复压缩机 1 气体压缩基本原理理想气体PV nRT mRT MP1V1 T1 P2V2 T2 等温压缩过程T1 T2则P1V1 P2V2 绝热压缩过程P1V1 P2V2 Cp CvT2 T1 多变压缩过程P1V1m P2V2mT2 T1 往复压缩的构造和工作原理 主要构造气缸 活塞 吸入阀和排气阀 工作原理压缩过程 排气过程 余隙气体膨胀过程 吸气过程 往复压缩机的主要性能参数 送气能力 将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态的数值 Vmin m3 h往复压缩机的理论送气能力等于单位时间内活塞所扫过的容积 单动泵Vmin ASnr双动泵Vmin 2A a SnrVmin dV min d 送气系数0 7 0