《制药工程原理与设备》2 流体输送设备.ppt

1 第二章流体输送设备 讲授人 史益强 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 2 概述 2 分类 输送液体 泵 1 作用 低压高压 低处高处 近处远处 按流体类型 按作用原理 离心式 往复式 旋转式 流体物性不同 操作条件各异 输送气体 通风机 鼓风机 压缩机及真空泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 3 1 基本结构 固定的泵壳 旋转的叶轮 第一节离心泵centrifugalpump一 离心泵的工作原理 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 4 第一节离心泵一 离心泵的工作原理 2 工作原理 叶轮中部低压 液体吸入 灌泵 叶轮高速旋转 离心作用 静压能和动能 叶轮外缘 流道扩大 动能 静压能 液体排出 排液过程 吸液过程 泵壳 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 5 3 气缚现象airbinding 装设底阀 单向止逆阀 第一节离心泵centrifugalpump一 离心泵的工作原理 预防气缚现象方法 1 在泵壳和吸入管内充满液体排除气体 2 将泵安装在液面下方 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 6 第一节离心泵二 离心泵的主要部件 1 叶轮 作用 传递能量 结构 前弯叶片 后弯叶片 径向叶片 类型 开式 半闭式和闭式 单吸式和双吸式 吸入方式 化工原理 课件 第二章流体输送设备 7 第一节离心泵二 离心泵的主要部件 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 8 双吸式 吸液量大 无轴向推力 第一节离心泵二 离心泵的主要部件 双吸 单吸 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 9 2 泵壳 汇集液体 转能装置 4 轴封 作用 防止漏液 类型 填料或机械 高 密封 3 导轮 未装导轮 装导轮 第一节离心泵二 离心泵的主要部件 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 10 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 1 主要性能参数 2B31型离心泵铭牌上标注的参数 1 流量Q 单位时间由泵排入管路的液体体积 m3 s Q与泵的结构 尺寸 转速等有关 实际流量还与管路特性有关 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 11 2 扬程或压头H 供给1N液体的有效机械能 m 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 H与泵的结构 转速和流量有关 扬程与升扬高度的区别 升扬高度 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 12 4 轴功率N 泵轴从电机上得到的功率 W 3 有效功率Ne 单位时间液体从泵获得到的能量 W 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 13 能量损失 容积损失漏液 机械损失机械摩擦 水力损失液体摩擦及局部阻力 5 效率 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 14 1 H Q线 Q H 3 Q线 Q 先 后 2 N Q线 Q N Q 0 N Nmin 0 Q 0 H 0 最高点设计点 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 2 离心泵的特性曲线characteristiccurves 实验测定 designpoint 泵的高效率区 最高效率的 2 左右 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 15 例 吸入管内径100mm 排出管内径80mm 两测压口间垂直距离为0 5m 转速2900r min 以20oC清水为介质测得流量为15L s 泵出口表压为2 55 105Pa 入口真空度为2 67 104Pa 电动机输入功率6 2kW 泵由电动机直接带动 电动机效率93 求泵的压头 轴功率和效率 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 解 1 求H 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 16 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 17 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 Z2 Z1 0 5m p1 2 67 104Pa 表 d1 0 1m d2 0 08m p2 2 55 105Pa 表 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 18 2 求N N N输入 电机 传 3 求 第一节离心泵三 离心泵的主要性能参数与特性曲线 6 2 0 93 100 5 77kW 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 19 第一节离心泵四 离心泵性能的改变与换算 物性 密度 粘度 泵 转速变化 20 叶轮直径变化 20 proportionlaw 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 20 操作温度下 液体的饱和蒸汽压 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 气化 气泡 叶轮中部 低压区 叶轮外缘 高压区 气泡破裂 冲击叶轮 泵损害 1 离心泵的气蚀现象cavitation 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 21 2 泵的允许安装高度installinghigh 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 实际安装高度Z 允许安装高度Hg 则泵发生气蚀现象 属于不正常操作 Hg越大越安全 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 22 1 允许吸上真空度 若 允许吸上真空度 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 10m 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 23 Hs越大 泵抗 气蚀 性越好 Hg越高 为提高泵的允许安装高度 应选用直径稍大的吸入管路 应尽可能缩短吸入管路的长度 并减少不必要的管件和阀门 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 24 由于泵的使用条件不同 吸入管路的布置情况也各异 因而有不同的和值 故制造商一般不能给出泵的值 使用单位应根据泵的具体使用条件和吸入管路的布置情况 由计算确定泵的值 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 25 Hs与泵结构 流量 物性 大气压有关 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 26 海拔高度越高 大气压力就越低 泵的允许吸上真空度就越小 液体的饱和蒸气压与温度有关 被输送液体的温度越高 所对应的饱和蒸气压就越高 泵的允许吸上真空度就越小 泵容易发生汽蚀现象 水20 80 泵HS5 71 14m 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 27 2 气蚀余量 敞口贮槽 由 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 H s 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 28 与泵的结构和尺寸有关 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 越高 泵抗 气蚀 的性能越差 Hg越低 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 29 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 2 若 则用替代 3 一般 注意 1 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 30 1 3 防止气蚀的措施 2 泵安装在液面以下 3 对易汽化的液体 提高 降低温度 第一节离心泵五 离心泵的气蚀现象与允许安装高度 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 31 1 管路特性曲线 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 32 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 管路特性方程 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 33 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 He Qe 与管路布局有关 与泵性能无关 H Q 泵的特性曲线 说明 He Qe H Q 管路的特性曲线 dutypoint 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 34 例 将20 的清水从敞口水池输送到高位槽 两液面间的垂直距离为15m 吸入管和排出管的管径均为 140 4 5mm 管总长200m 包括所有阻力的当量长度 摩擦系数 0 02 若高位槽液面上方的压强分别为常压和4 5 104Pa 表压 时 分别写出两种情况下的管路特性方程 解 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 35 常压 p2 4 5 104Pa 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 36 工作点 2 工作点 H 泵在Q下所能提供的压头 He 在Qe下 管路系统要求泵提供的压头 工作点 需要与可能的结合 Q Qe H He 说明供求一致 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 管路特性曲线 泵的特性曲线 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 37 3 离心泵的流量调节 1 调节阀门 改变管路特性曲线 阀门关小 MM1 开大 MM2 可连续调节流量 阀门关小 流阻增大 操作费高 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 He Qe 当改变管路特性曲线时 工作点沿泵的特性曲线移动 关小 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 38 转速增大 MM1 减小 MM2 改变叶轮直径 2 调节泵的特性曲线 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 H Q 改变转速 当改变泵的特性曲线时 工作点沿管路特性曲线移动 增大 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 39 1 并联 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 相同的管路特性曲线 单台泵的特性曲线相同 合成特性曲线 合成特性曲线 并联后的实际工作点a点 a 管路曲线越陡 流量增加得越小 4 离心泵的组合操作 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 40 2 串联 合成特性曲线 M 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 合成特性曲线 串联后的实际工作点a点 管路曲线越坡 扬程增加得越小 a 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 41 3 串并联的选择 须用串联 若 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 He Qe H Q 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 42 低阻管路 宜用并联 高阻管路 宜用串联 第一节离心泵六 离心泵的工作点与调节 A B A B 串联 并联 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 43 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 离心泵 输液性质 水泵 耐腐蚀泵 油泵 杂质泵 吸液方式 单吸泵 双吸泵 叶轮数目 单级泵 多级泵 压头高低 低压泵 中压泵 高压泵 H 20m水柱 H 50m水柱 1 离心泵的类型 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 44 1 清水泵 输送与水性质相似的液体 B型 IS型 单级单吸悬臂式 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 45 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 H 5 125m Q 6 3 400 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 46 D型 多级泵 压头较高 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 H 14 351m Q 10 8 850 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 47 流量较大 S型 原Sh型 双吸泵 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 H 9 140m Q 120 12500 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 48 2 耐腐蚀泵 F型 酸 碱液等 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 与被输送流体接触的材料全是耐腐蚀材料密封要求高 一般采用机械密封 H 灰口铸铁 浓硫酸 B 铬镍合金钢 弱腐蚀性液体 M 铬镍钼钛合金钢 浓硝酸 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 49 3 油泵 Y型 石油产品 轴封严格 冷却良好 100Y 120 2 吸入口直径 mm 单吸油泵 单级扬程 级数 YS 双吸油泵 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 4 杂质泵 P型 悬浮液和稠浆液 叶片少 流道宽 开式或半闭式 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 50 液下泵 轴封要求不高 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 51 磁力驱动泵 特点 无泄漏低噪音节能环保成本高 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 52 2 离心泵的选择 1 液体性质 泵的类型 如输送清水时可选用清水泵 并确定是IS型 B型 还是D型或Sh型 S型 输送腐蚀性液体时可选用相应的耐腐蚀泵 输送油类液体时可选用油泵等 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 53 2 确定流量 Qe 和压头 He 液体的输送量一般为生产任务所规定 选泵时应以生产过程中可能出现的最大流量作为Qe的值 而He可根据管路系统的具体布置情况 由柏努利方程式确定 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 54 根据泵的类型 流量Qe和压头He 从泵样本或产品目录中选择适宜的型号 为确保泵能安全可靠地运行 所选泵在要求的流量下提供的扬程应稍大一些 但在该条件下所对应的泵效率应比较高 即点 Qe He 的坐标位置应靠在泵的高效率范围所对应的H Q线下方 3 确定泵的型号 列出主要性能参数 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 55 附录21IS型单级单吸离心泵规格 摘录 p451 56 57 4 核算轴功率 若被输送液体的密度大于常温下清水的密度 校核泵的轴功率是否够用 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 58 例 若某输水管路系统所要求的流量为50m3 h 1 压头为28m 试选择一台适宜的离心泵 并确定该泵在实际运行时所需的轴功率及因用阀门调节流量而多消耗的轴功率 已知水的密度为1000kg m 3 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 59 解 1 确定泵的类型由于被输送液体为清水 故选用清水泵 由IS型 D型及Sh型水泵的流量范围和扬程范围可知 IS型和D型水泵都可满足所要求的流量和压头 但D型水泵的结构比较复杂 价格也较高 所以选用IS型水泵 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 60 2 确定泵的型号根据Qe 50m3 h 1及He 28m 由附录21查得IS80 65 160型水泵较为适宜 该泵的转速为2900r min 1 在最高效率点下的主要性能参数为 Q 50m3 h 1 H 32m N 5 97kW 73 2 5m 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 61 3 该泵实际运行时所需的轴功率该泵实际运行时所需的轴功率实际上是泵工作点所对应的轴功率 当该泵在Q 50m3 h 1下运行时 所需的轴功率为5 97kW 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 62 4 因用阀门调节流量而多消耗的功率由该泵的主要性能参数可知 当Q 50m3 h 1时 H 32m及 73 而管路系统要求的流量为Qe 50m3 h 1 压头为He 28m 为保证达到要求的输水量 应改变管路特性曲线 即用泵出口阀来调节流量 操作时 可关小出口阀 增加管路的压头损失 使管路系统所需的压头也为32m 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 63 阀门调节流量而多消耗的压头为 H 32 28 5m多消耗的轴功率为 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 64 安装高度 Hg 防气蚀 启动前灌液 防气缚 启动前关闭出口阀 N Nmin 停泵前关闭出口阀 防倒冲 冬天停泵应排尽液体 防冻裂 泵的安装和操作 第一节离心泵七 离心泵的类型与选择 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 65 1 往复泵reciprocatingpump 1 单动泵 结构 第二节其他类型泵 原理 吸液 排液 排液量不均匀 活塞 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 66 2 双动泵 3 三联泵 排液较均匀 第二节其他类型泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 67 排液能力 流量 活塞截面积 活塞往复次数 活塞冲程m 位移 4 特点 positivedisplacementpump 单动泵 第二节其他类型泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 68 活塞杆的截面积 双动泵 活塞杆的直径 第二节其他类型泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 69 压头 吸上高度有限制 取决于 原动机功率 装置机械强度 有自吸能力 无需灌液 第二节其他类型泵 往复泵的安装高度为4 5m 转速为80 200rpm 理论上 输送系统需要多大的压头 往复泵就能提供多大的压头 而与泵的流量无关 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 70 流量调节 改变往复速率或冲程 回 旁 路调节 能量损失大 不可关闭出口阀启动电机 适用于小流量 高压头 高粘度流体 不适于腐蚀性流体和悬浮液 第二节其他类型泵 72 93 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 71 二 计量泵 比例泵 精确调控流量 第二节其他类型泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 72 柱塞式计量泵 米顿罗计量泵 第二节其他类型泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 73 三 旋转泵 转子泵 正位移泵 齿轮泵gearpump 螺杆泵 高压头 高粘度 均为正位移泵 流量调节同往复泵 第二节其他类型泵 制药工程原理与设备 第二章流体输送设备 74 四 旋涡泵v