化工原理第三章-流体输送与流体输送机械

第三章流体输送与流体输送机械,化工生产系统中流体输送的主要任务： 满足对工艺流体的流量和压强的要求。,概 述,流体输送系统包括： 流体输送管路、流体输送机械、流动参数测控装置。,流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送机械也有共通的原理，所以有通用机械之称。流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理论为基础。,3.1 管路阻力损失,直管阻力损失：流经直管时造成的机械能损失。局部阻力损失：流经管件时造成的机械能损失。,计算公式,3.1.1 直管阻力损失,引起阻力损失的外部条件,主要由实验研究,采用实验方法测定一系列工业常见管道的摩擦系数值 后，反算出与之相当的粗糙度 。,工业管道的当量粗糙度（roughness）,3.1.1 直管阻力损失,非圆形截面管道流体流动的阻力损失可采用圆形管道的公式来计算，只需用当量直径 de 来代替圆管直径 d,流体浸润周边即同一流通截面上流体与固体壁面接触的周长。,非圆形截面管道的当量直径,当量直径定义：,矩形管,套管环隙,3.1.1 直管阻力损失,注意：当量直径 de 仅用于阻力损失和雷诺数的计算式中，即,式中的速度 u 要用实际的平均速度，,3.1.1 直管阻力损失,局部阻力损失主要是由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量漩涡消耗了机械能。,计算式,局部阻力系数法：,当量长度法：, 局部阻力系数（由实验测定，表3.4）,le 当量长度（由实验测定，图3.4）,3.1.2 局部阻力损失,u 取小截面上的流速!,100mm 的闸阀 1/2 关,le = 22m,100mm 的标准三通,le = 2.2m,100mm 的闸阀全开,le = 0.75m,3.1.2 局部阻力损失,3.2 流体输送管路计算的基本方程,不可压缩流体在管路中稳定流动,连续性方程,柏努利方程,摩擦系数计算式,3.2.1 管路计算基本方程,输送单位质量流体所需加入的外功， 是决定流体输送机械的重要数据。,J/s（W）,包括所选截面间全部管路阻力损失！,若输送流体的质量流量为 qm（kg/s），则输送流体所需供给的功率为：,如果流体输送机械的效率为，则实际消耗的功率为：,注意单位！,3.2.1 管路计算的基本方程,流体输送机械的有效功率,流体输送机械的轴功率,3.1.1 管路计算的基本方程,应用柏努利方程时的注意事项截面的选取 截面要与流体流动方向垂直（ 更严格地说应与流线垂直），截面上各点的总势能P 相等。因此截面应选在均匀管段且与管轴线垂直。 所选的截面应尽可能是已知条件最多的截面，而待求的参数应在两截面上或在两截面之间。 “1”截面在上游，“2”截面在下游。基准水平面的选取 取基准面通过一个截面的中心，可使方程简化。各项单位的须一致（如J/kg 或 Pa）。 柏努利方程是对稳定流动而言，在非稳定流动情况下则是针对某一瞬时而言。,3.2.2 管路计算的类型,给定：qm（或 qV），P2 ，l 、 he（或P1）选择：u 求：d、P1（或 he）,设计型：,指定不同的流速 u，可对应地求得一组 d、 P1（he）。设计人员的任务就在于从这一系列的计算结果中，选出最经济合理的管径 “dopt”。所以，设计型问题一般都包含着“选择”和“优化”的问题。,某些流体在管道中常用流速范围,费用,u,设备费,总费用,操作费,uopt,3.2.2 管路计算的类型,qV一定， d1/u1/2（u=4qV/d2）。u，d，设备费用；u，d，操作费用；但 u 过小时，维修费。,给定：d、l、，P1（或qV），P2 求：qV（或P1、he）,由于柏努利方程中的流动阻力损失 hf 与流速的关系为非线性，故管路的操作型计算一般需要进行试差。,若已知阻力损失服从平方或一次方定律时，可将关系式直接代入柏努利方程计算流速，不需进行试差。,非线性函数,操作型,3.2.2 管路计算的类型,3.3 流体输送管路计算,3.3.1 简单管路,简单管路即无分支的管路，既可以是等径、也可以由不同管径或截面形状的管道串联组成。,无论实际管路有多复杂，总是可以分解为简单管路、并联管路与分支管路三种基本类型的组合。,(1) 通过各段管路的质量流量相等,对于不可压缩流体，体积流量也相等,(2) 全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有局部阻力之和,注意：一般情况下，各段的d、l、u、 不同。,简单管路的基本特点,3.3.1 简单管路,【例3-1】,容器 B 内保持一定真空度，使溶液从敞口容器 A 经导管流入容器 B 中。导管内径 30mm，容器 A 的液面距导管出口的高度为 1.5m，管路阻力损失可按 hf = 5.5u2 计算（不包括导管出口的局部阻力），溶液密度为 1100kg/m3。,解：取容器A的液面1-1截面为基准面，导液管出口为2-2截面，在该两截面间列柏努利方程，有,计算送液量为每小时3m3时，容器B内应保持的真空度。,【例3-1】,【例3-2】,水由位于水箱底部、孔径 d 为 30mm的泄水孔排出。若水箱内水面上方保持 20mmHg 真空度，水箱直径 D 为1.0m，盛水深度1.5m，试求（1）能自动排出的水量及排水所需时间；,解：（1）设 t 时刻水箱内水深度为 H，孔口水流速度为 u0，以孔口面为基准面，在水面与孔口截面间列柏努利方程，有,1,2,【例3-2】,设 dt 时间内液面下降高度为 dH，由物料衡算得,u0 =0时，不再有水流出，此时,【例3-2】,t时刻，以导管出口为基准面，在水箱液面与导管出口间列柏努利方程，可以导出,当水箱内的水排空，即 H=0 时，由上式算得导管内流速 u0=1.50 m/s，所以水箱内的水能全部排出。所需时间为,（2）如在泄水孔处安装一内径与孔径相同的0.5m长的导水管（虚线所示），水箱能否自动排空及排水所需时间（流动阻力可忽略不计。）,1,2,【例3-2】,问题：管内流速 u0 与 D，d 有关吗？若有，会在式中哪一项出现？,【例3-3】,溶剂由容器A流入B。容器A液面恒定，两容器液面上方压力相等。溶剂由A底部倒U型管排出，其顶部与均压管相通。容器A液面距排液管下端6.0m，排液管为 603.5mm钢管，由容器A至倒U型管中心处，水平管段总长 3.5m，有球阀1个 (全开)，90标准弯头3个。试求：要达到 12 m3/h 的流量，倒U型管最高点距容器 A 内液面的高差H。（=900kg/m3，= 0.610-3 Pas）。,解：溶剂在管中的流速,【例3-3】,查图得摩擦系数,入管口突然缩小,90的标准弯头,球心阀（全开）,以容器 A 液面为 1-1 截面，倒 U 型管最高点处为 2-2 截面，并以该截面处管中心线所在平面为基准面，列柏努利方程有,【例3-3】,【例3-4】,用水泵向压力为0.2MPa的高位密闭水箱供水，流量为150m3/h，泵轴中心线距水池和水箱液面的垂直距离分别为 2.0m 和 25m。泵吸入管与排出管内径分别为 205mm 和180mm。吸入管管长10m，管路上装有一个吸水底阀和一个 90标准弯头；排出管管长200m，其间有全开的闸阀 1 个和 90标准弯头 1 个。试求泵吸入口处 A 点的真空表读数和泵的轴功率（设泵的效率为65%）。,【例3-4】,解：取水的密度为1000 kg/m3，粘度为1.010-3 Pas，设泵的吸入和排出管路水的流速分别为 uA 和 uB，则,【例3-4】,取管壁绝对粗糙度0.3mm，则,查图得摩擦系数,水泵吸水底阀,90的标准弯头,取水池液面1-1截面为基准面，泵吸入点处A为2-2截面，列柏努利方程，有,【例3-4】,【例3-4】,又取水箱液面为3-3截面，在1-1与3-3截面间列柏努利方程有,闸阀（全开）,90的标准弯头,出管口突然扩大,【例3-4】,泵的轴功率,管路质量流量,一水动力机械从水库引水喷射，设计流量 400m3/h，喷嘴出口处射流速度 32m/s。喷口处距水库液面垂直距离 80m，引水管长 300m（包括局部阻力的当量长度）。试计算：适宜的引水管直径。（水的密度为1000 kg/m3，粘度为1.30510-3 Pas）,【例3-5】,解：设管内流速为 u，喷嘴出口处为 u0，由水库水面到喷嘴出口列柏努利方程，,【例3-5】,1,2,【例3-5】,取一 的初值（管内湍流大致为 0.020.04），由计算出d ，代入得到 的计算值，与初设值比较并根据差值大小决定如何修改初设值，直到满意的计算精度。,由于摩擦系数计算式非线性，不能直接求解，需采用试差法。,习题,3.73.113.20,（1）主管中的质量流量等于各支管内质量流量之和。,对不可压缩流体,（2）单位质量流体通过每根支管的阻力损失相等。,并联管路的基本特点,严格讲应在A点上游和B点下游的两点。,3.3.2 并联管路,忽略分流点与汇流点的局部阻力损失,（li 包括局部阻力当量长度）,各支管的阻力损失,确定各支管的流量,并联各支管流量分配具有自协调性。,3.3.2 并联管路,在如图所示的输水管路中，已知水的总流量为3m3/s，水温为20C，各支管总长分别为l1=1200m，l2=1500m，l3=800m；管径d1=600mm，d2=500mm，d3=800mm。求AB间的阻力损失及各支管的流量。已知=0.3mm。,解：需先确定、。,设各支管的流动已进入阻力平方区，由,查图得,例,又,故,例,校核,已知,代入得,故,由图可看出，各支管进入或十分接近阻力平方区，原假设成立。,例,对不可压缩流体,分支点既可以是分流点，也可以是交汇点，这取决于支管上流体的流向。在任一个分支点处，若支管段内流体的机械能小于该点处主管上的值，则主管上的流体向支管分流；反之则由支管向主管交汇。,(1) 主管质量流量等于各支管质量流量之和,以分流为例，分支管路的特点是：,3.3.3 分支管路,qm,qm1,qm2,qm3,qm4,(2) 从分支点出发可对各支管列柏努利方程，对不可压缩流体有,3.3.3 分支管路,上述机械能衡算方程中没有考虑分支点处流体分流或合流的阻力损失和机械能转换。这是由流体在交点处动量交换而引起的，与各流股的流向、流速都有关，十分复杂。工程上用分流三通或合流三通局部阻力系数 予以表达，并通过实验测定不同情况下 的值。 可正可负，流体通过交叉点后，机械能若有所减少，则 为正；反之为负。,3.3.3 分支管路,设计时必须满足能量需求最大的支管的输送要求，其它支管可以通过改变管路阻力的方法调节流体机械能大小。,一般原则是逆着流动方向，由远而近对每一个分支点进行分解，逐一列出方程，编程上机计算。,3.3.3 分支管路,3.3.3 分支管路,【例3.7】,如图所示的输水管路系统，泵出口分别与B，C两容器相连。已知泵吸入管内径为50mm，有90标准弯头和吸水底阀各一个；AB 管段长 20m，管内径为 40mm，有截止阀一个；AC 管段长 20m，管内径为 30mm，有 90标准弯头和截止阀各一个。,水池液面距 A 点和容器 C 的液面垂直距离分别为 2m 和 12m。容器 C 内气压为 0.2MPa（表）。（=1000kg/m3，=1.010-3Pas，=60%）试求：,解：首先判断两分支管路中水的流向。以水池液面为基准面，分别在水池液面与 A 点间、A 点与容器 C 的液面间、A 点与管路 B 出口间列柏努利方程，有,0A,AC,AB,B,C,【例3.7】,（1）测得泵送流量为 15m3/h，泵的轴功率为 2.2kW 时，两分支管路 AB及 AC 的流量。,查得管路局部阻力系数如下：,水泵吸水底阀（管内径50mm）,90的标准弯头,截止阀（全开）,管出口（突然扩大）,泵入口管路流速,【例3.7】,忽略入口管路直管阻力，则,ECEAEB，所以水将由容器 C 流出，与泵联合向容器B供水。,【例3.7】,uC需试差。步骤：初设 uC，由（1）式算出c，带入（2）式 算出uC，进行比较，直到满意的计算精度。,而,【例3.7】,(2) 泵送流量不变，要使 AC 管路流量大小与上问计算值相同但水流方向反向，所需的泵的轴功率。,要达到由泵向容器 C 输水 4.12m3/h，管路系统要求泵提供的轴功率必须增加。在水池液面与容器 C 的液面间列柏努利方程有,【例3.7】,在水池液面与管路 B 出口处列柏努利方程有,【例3.7】,此条件下水在 AB 管段的流速,查图,【例3.7】,要完成此输送任务 AC 分支管路需泵提供的能量 heC 大于 AB 分支管路的 heB，泵的轴功率应满足 AC 管路的要求，所以,AB 管路则通过减小该支管上截止阀的开启度、增加管路阻力，满足流量分配要求。,解：设各支管内的流动均进入了阻力平方区，因此根据各支管的 /d 值可直接查出或计算出相应的摩擦系数,三角形供水管网，总管流量为1.2m3/s，各支管长度分别为l1=600m、l2=600m、l3=800m，管径分别为d1=0.65m、d2=0.6m、d3=0.5m。通过调节使 CD 支管流量为 BE 支管流量的 1.5 倍。,试求：管网中各管的流量。=1000kg/m3，=1.010-3Pas，=0.25mm，不计局部阻力损失。,【例3.8】,依据题意和连续性方程，各支管流量之间有如下关系,各支管阻力损失为,按管网的流向，并根据并联管路特点有,【例3.8】,在此流量分配下，校核 值。各支管的 Re 数为,可见，各支管的流动的确已进入或十分接近阻力平方区，原假设成立，上述计算结果有效。,联立求解方程组可得,【例3.8】,HL又称为管路的扬程或压头（单位为m)。,基准：单位质量流体,式中各项单位为m流体柱，HL=he /g，Hf= hf /g。,注意扬程HL与升杨高度(Z2-Z1) 是完全不同的。,3.3.4 管路特性曲线,基准：单位重量流体,一定管路系统输送流体的流量与所需补加能量的关系。,对一定的管路系统，当管内流动进入阻力平方区时，K是一个与流量无关的常数。,阻力损失,忽略u2/2g，则, 管路特性方程,3.3.4 管路特性曲线,管路特性曲线：代表管路特性方程的曲线。管路特性方程表明：向流体提供的能量用于提高流体的势能和克服管路的阻力损失。低阻力管路特性曲线平坦（曲线1）；高阻管路K值大，曲线更陡峭(曲线2)，表明完成同样的流体输送任务需要提供更大的扬程。,qV,0,HL,1,2,Hf,3.3.4 管路特性曲线,3.31,作业,对作稳态流动的理想流体，单位质量流体沿迹线微小位移过程中压力梯度与重力作功引起流体动能的改变量,对实际粘性流体，在该微元流动长度内摩擦力作功应为,摩擦力作功总是使流体机械能减少，则,在一定条件下积分上式即可得到可压缩粘性流体在直管内流动的机械能衡算方程。,3.3.4 可压缩流体的管路计算,用质量流速 G 将流速 u 表达为：,式中流体比容,同时将 Re 表达为,由于摩擦系数 =(Re,/d)，对等径管而言，d、G 为常数，在等温或温度改变不大的情况下气体粘度 也基本为常数，即 Re 数和 d 均为常数因此 沿管长不变。在此条件下有：,3.3.4 可压缩流体的管路计算,气体比容的变化一般可按完全气体 p-V-T 关系处理：,等温过程,绝热过程,多变过程,、k 气体的绝热指数和多变指数,选取适合过程特征的表达式即可积分得到粘性气体输送管路计算基本公式。,由于气体密度小其位能改变可以忽略不计，积分上式可得,多变过程：,3.3.4 可压缩流体的管路计算,平均压强,可压缩流体在直管内流动的静压能下降，一部分用于流体膨胀动能增加，另一部分用于克服摩擦阻力损失。若流体膨胀程度不大，上式右端括号中第一项可以忽略，则与不可压缩流体水平直管中流动的柏努利方程相一致。,平均密度,代入上式并整理可得,等温过程 k = 1，从上式可得,3.3.4 可压缩流体的管路计算,【例】,解：煤气的平均密度为,煤气质量流速,忽略输送管线两端的高差，对等温流动,煤气的压强 0.32MPa（表压），温度298K，以 0.35Nm3/s 的流量送往 150m（包括局部阻力的当量长度）外的燃烧喷嘴。要求进喷嘴前煤气的压强不低于 0.07MPa（表压），求煤气输送管道的直径。（假设流动为等温，煤气平均分子量为 13，粘度为 1.6110-5Pas，大气压强为 0.1MPa）,【例】,取管道,设选用DN40的水煤气管，管内径,整理得,代入数据,若等式右端小于等式左端，则可满足要求,【例】,查图查得 l = 0.029，得,可见用DN50管，流动阻力损失小于允许的压降，且略有裕量。,表明若使用 DN40 管，管路允许的压降 Dp 不足以克服流动阻力，因此应加大管径以降低阻力。,由图查得 l = 0.031，故,根据水煤气管规格，重选DN50管，管内径,塑性流体,K 稠度系数n 流变指数,非牛顿流体的主要类型及本构方程,假塑性流体与涨塑性流体（幂律流体）,表观粘度,n1牛顿流体；n1假塑性流体；n1 涨塑性流体。,对假塑性流体，表观粘度随速度梯度值的增大而逐渐减小，即出现剪切稀化现象；对涨塑性流体，表观粘度随速度梯度的值增大而逐渐上升，即出现剪切增稠现象。,3.4 非牛顿流体的流动,注意到柱座标系下 du/dr 90o，ctg290，前弯, =90，径向, 1/2 ；前弯叶片： 2 90o，cos2 0， R 1/2 。,故离心泵多选用后弯叶片!,3.6.1 离心泵,叶轮转速n,3.6.1 离心泵,液体密度对离心泵理论压头的影响,由上式可知，流体密度对理论压头没有影响。但注意：在同一压头下，泵的进、出口压差却与流体的密度成正比。因此，当有空气进入泵内时，由于密度减小，泵入口真空度下降，可能导致无法吸上液体，此称为“气缚”现象。,u2= nD2，如果 qVn，则 Hn2,解决方法：设置底阀、启动前灌泵、使泵的安装位置低于吸入液面等。,泵的流量qV 离心泵单位时间内排到管路系统的液体体积，l/s，m3/s，m3/h。泵的压头H 又称扬程。离心泵对单位重量液体所提供的有效能量，J/N，液柱。泵的轴功率N与效率 由电机输入泵的功率称为泵的轴功率N，W，kW。 液体从泵处获得的功率称为泵的有效功率Ne。,3. 离心泵的主要性能参数和特性曲线,3.6.1 离心泵,离心泵的主要性能参数,有效功率与轴功率之比为离心泵的效率。,（1）容积损失 部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔泄漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。 解决方法：使用半开式和蔽式叶轮。,离心泵的能量损失,3.6.1 离心泵,（2）水力损失 进入离心泵的粘性液体在流动过程中的摩擦阻力、局部阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。,（3）机械损失 泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。,解决方法：蜗壳的形状按液体离开叶轮后的自由流动轨迹螺旋线设计，可使液体动压头转换为势压头的过程中能量损失最小。在叶轮与泵壳间安装一固定不动的带有叶片的导轮（diffuser），也可减少此项能量损失。,3.6.1 离心泵,压头、轴功率、效率与流量关系的曲线（H-qV、N-qV、-qV）。对实际流体，这些曲线尚难以理论推导，而由实验测定。,离心泵的特性曲线反映了泵的基本性能，由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。以下逐一对其进行讨论。,离心泵的特性曲线,3.6.1 离心泵,qV，H流量极小时不明显，这是因为采用了能量损失较小的后弯叶片。,H-qV 曲线,3.6.1 离心泵,N-qV 曲线与 -qV 曲线,3.6.1 离心泵,qV，N。流量为零时，轴功率最小。关闭出口阀启动离心泵，启动电流最小。,qV，先上升，然后下降，存在一极大值，在与之对应的流量下工作，泵的能量损失最小。离心泵铭牌上标出的 H、qV、N 性能参数即为最高效率时的数据。一般将最高效率值的 92% 的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。,制造厂提供的特性曲线是在一定转速下用20的清水为工质实验测定的。若输送液体的性质与此相差较大时，泵的特性曲线将发生变化，应加以修正。,（1）液体密度 的影响 对 H-qV 曲线、-qV 曲线无影响； 对N-qV 曲线有影响。,特性曲线的影响因素,3.6.1 离心泵,，N， N-qV曲线上移。,3.6.1 离心泵,（2）液体粘度的影响 当 比20清水的大时，H、N、。 实验表明，当20厘斯时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。 1厘斯=10-6m2/s，20清水的粘度=1厘斯,（3）叶轮转速的影响改变叶轮转速来调节离心泵的流量是一种节能的操作方式。叶轮转速的改变将使泵内流体流动状态发生改变，其特性曲线随之而变。,3.6.1 离心泵,当叶轮转速n变化HL，故该泵来可用。,在离心泵工作点处,因此，管路系统消耗的功率为,关小阀门多消耗的功率为,作业,p.200201（3.33，）3.37,由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的。研究表明，叶轮内缘处的叶片背侧（K）是泵内压强最低点。,5. 离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度,3.6.1 离心泵,汽蚀现象 当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处受压溃灭，产生局部真空，周围液体高速冲击该点，瞬间压力可高达数十MPa，水击点局部瞬时温度可达230以上。众多液滴对叶片的高频冲击，加上高温下的化学腐蚀，将导致叶片过早损坏。,症状：噪声大、泵体振动，流量、出口压头、效率明显下降。后果：叶片受冲击而出现剥落；泵轴振动强烈，甚至振断。防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压 pv。,3.6.1 离心泵,由于泵内压强最低点处的真实压强难于测量，工程上以泵入口处压强 p1 来表征。对 1-1 和 K-K 截面列柏努方程,在一定流量下，当 pk=pv 时，汽蚀发生，令此时的 p1 为 p1,min ，则,安装高度,3.6.1 离心泵,上式左边称为离心泵的最小汽蚀余量，用符号hmin表示，即,或,为使泵正常运转，p1p1,min，即,实际汽蚀余量必须大于最小汽蚀余量！,3.6.1 离心泵,当流量一定且流动已进入阻力平方区时，最小汽蚀余量只与泵的结构尺寸有关，是泵的一个抗汽蚀性能的参数。hmin 可通过实验测定。泵的样本中给出的允许汽蚀余量 h 是在制造厂实验确定的 hmin 的基础上按标准规定加上一定裕量后的值。,泵入口允许的最小压强p1,允 应满足,3.6.1 离心泵,在 0-0 和 1-1 截面之间应用柏努利方程有,在一定流量下，Hg，p1，pk；当达到某一极限高度时，p1=p1,min，pk=pv，汽蚀现象发生。此极限高度称为泵的最大安装高度Hgmax，,3.6.1 离心泵,对一定型号规格的离心泵查得允许汽蚀余量 h 后，根据具体管路情况计算出允许安装高度Hg,允，实际安装高度 Hg 应小于Hg,允。减少吸入管路的阻力，可提高泵的安装高度。故离心泵的入口管径都大于出口管径，吸入管路不装调节阀。液体温度越高，饱和蒸汽压 pv 就越高，允许安装高度Hg,允则越低。在输送较高温度的液体时尤其要注意安装高度。,当p1=p1,允时，对应的安装高度为允许安装高度,3.6.1 离心泵,【例3.15】,用转速为1850转/分的50WG型离心杂质泵将温度为20，密度为1080kg/m3的钻井废水从敞口沉砂池送往一处理池中，泵流量为22.0m3/h。由泵样本查得在该流量下泵的汽蚀余量为5.3m。受安装位置所限，泵入口较沉砂池液面高出了2.5m。,试求：(1)泵吸入管路允许的最大阻力损失为多少？ (2)若泵吸入管长为20m (包括局部阻力当量长度)，摩擦系数取0.03，泵入口管直径至少应为多大？,【例3.15】,解：(1)在泵安装高度和管路流量一定的条件下，为避免汽蚀发生，泵吸入管路的最大损失应满足：,查得 20 水的饱和蒸汽压 Pv=2.34 kPa，故吸入管路允许的最大阻力损失为,【例3.15】,（2）,当 Hf 0-1=1.93 m 时，对应的管径为允许的最小管径,1 - 泵体；2 - 泵盖；3 - 叶轮；4 - 轴；5 - 密封环；6 - 叶轮螺母；7 - 止动垫圈；8 - 轴盖；9 - 填料压盖；10 - 填料环；11 - 填料；12 - 悬架轴承部件,清水泵（IS、D、Sh 型）广泛用于工矿企业、城市给排水和各种水利工程，也可用于输送各种不含固体颗粒的、物理化学性质类似于水的介质。,离心泵类型,6. 离心泵的类型与选用,3.6.1 离心泵,IS、IR 型单级单吸离心泵,ISG 型管道离心泵,3.6.1 离心泵,若需要的扬程较高，则可选 D 系列多级离心泵,1吸入段；2中段；3压出段；4轴；5叶轮；6导叶；7轴承部,3.6.1 离心泵,D 系列多级离心泵,TSWA型卧式多级泵T 透平式S 单吸泵W 介质温度低于80A 第一次更新,3.6.1 离心泵,1泵体；2泵盖；3叶轮；4泵轴；5密封环；6轴套；7轴承；8连轴器,若需要的流量很大，则可选用 Sh 双吸式离心泵,3.6.1 离心泵,S 型单级双吸离心泵,KSY 双吸中开式离心泵,S、SA、SH型单级双吸中开式离心泵,3.6.1 离心泵,耐腐蚀泵（F 型）输送腐蚀性化工流体必须选用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。不同材料耐腐蚀性能不一样，选用时应多加注意。,3.6.1 离心泵,3.6.1 离心泵,油泵（Y 型）油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y，双吸式为YS。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。,杂质泵（P 型）离心杂质泵有多种系列，常分为污水泵、无堵塞泵、渣浆泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。,3.6.1 离心泵,液下泵液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。,3.6.1 离心泵,屏蔽泵屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机的轴上，并置于同一密封壳体内。可用于输送易燃易爆、剧毒或贵重等严禁泄漏的液体。,3.6.1 离心泵,3.6.1 离心泵,离心泵的选用,根据所输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型；根据具体管路对泵提出的流量和压头 HL要求确定泵的型号。所选的泵提供流量V 和压头 H 的能力应比管路系统所要求的稍大。,注意：所选泵应在高效区范围工作。工程实践中，总是在可靠性前提下，综合造价、操作费用、使用寿命等多方面因素作出最佳选择。,3.6.1 离心泵,习题,（3.34）3.36,3.6.2 往复泵,1. 往复泵的工作原理,结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。,提高流量均匀性的措施（1）采用双动泵或多缸并联（2）设置空气室。,单动往复泵流量不均匀。,引起流体的惯性阻力损失，增加能量消耗，诱发管路系统的机械振动。,2. 往复泵的输出流量,3.6.2 往复泵,A 活塞面积 m2S 活塞的冲程 m（活塞在两端点间移动的距离）n 活塞往复的频率 1/mina 活塞杆的截面积 m2,往复泵的理论平均流量V（m3/s）,单缸单动泵,单缸双动泵,V 容积效率,活门不能及时启闭和活塞环密封不严等原因造成容积损失，实际平均流量,3.6.2 往复泵,往复泵的流量与管路特性曲线无关，压头完全取决于管路特性（在电机功率范围内）（具有这种特性的泵称为正位移泵）。,3. 往复泵的流量调节,3.6.2 往复泵,往复泵的特性曲线,往复泵的工作点,(1)旁路流程(2)改变转速和行程,流量调节,在泵出口安装调节阀不能调节流量，压头随阀门开启度减小而增大。若出口阀完全关闭则会使泵的压头剧增，一旦超过泵的机械强度或发动机的功率限制，设备将受到损坏。,3.6.2 往复泵,3S2 系列高压往复泵,XPB-90B型高压旋喷注浆泵,型式：三缸单作用柱塞式柱塞直径：45mm柱塞行程：120mm工作压力：45MPa流量：46-103/min吸入管直径：2排除管直径：16-25mm电机功率：90KW电机型号：调速YCT 335-4C外形尺寸：3050X1800X1150mm,3.6.2 往复泵,3.6.3 其它化工用泵,计量泵：又称比例泵。基本结构与往复泵相同，但设有一套可准确而方便地调节活塞行程的机构，调节和控制泵的流量的目的。一般用于要求输液量十分准确或几种液体要求按一定配比输送的场合。,YJH 系列隔膜计量泵1、电机 2、蜗轮蜗杆 3、凸轮 4、推杆 5、膜片 6、调节手轮7、排出阀 8、吸入阀9、泵头,JJM 系列计量泵,J 系列计量泵,JKM 系列计量泵（液压驱动）,3.6.3 其它化工用泵,隔膜泵：用弹性金属薄片或耐腐蚀性橡皮制成的隔膜将活柱与被输送液体隔开，与活柱相通的一侧则充满油或水。当活柱往复运动时，迫使隔膜交替向两侧弯曲，将液体吸入和排出。,隔膜泵因其独特的结构，适宜输送腐蚀性液体或悬浮液,3.6.3 其它化工用泵,齿轮泵：齿轮在泵吸入口脱离啮合，形成低压区，液体被吸入并随齿轮的转动被强行压向排出端。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。 齿轮泵可产生较高的扬程，但流量小。适于输送高粘度液体或糊状物料，不宜输送含固体颗粒的悬浮液。,3.6.3 其它化工用泵,螺杆泵：按螺杆数，有单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵以及五螺杆泵。螺杆泵的工作原理与齿轮泵相似，是借助转动的螺杆与泵壳上的内螺纹、或螺杆与螺杆相互啮合将液体沿轴向推进，最终由排出口排出。螺杆泵压头高、效率高、无噪音、适用于输送高粘度液体。,3.6.3 其它化工用泵,旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。叶轮为一圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列，叶片数目可多达几十片。叶轮旋转过程中泵内液体随之旋转的同时，又在径向环隙的作用下多次进入叶片反复作旋转运动，从而获得较高能量。,3.6.3 其它化工用泵,旋涡泵的压头随流量增大而下降很快，只有输送小流量才可获得高压头。旋涡泵的轴功率随流量增大而下降，流量为零时