第二章-流体输送机械

1,第二章流体输送机械,按结构特征和工作原理分类：,（一）叶片式泵：利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能，如离心泵，漩涡泵等。,（二）容积式或正位移式（往复式、旋转式）：利用往复运动的活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能。,（三）流体作用泵：利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体，如喷射泵。,2,第一节离心泵,离心泵是一种典型的叶轮式泵，它在国民经济中应用很广。在石油矿场上，离心泵主要用于油田注水，采油，油品输送，钻井泵灌注和供排水等。,3,离心泵的内部结构和工作原理？,4,一、离心泵的主要结构和部件,1.叶轮,组成：通常由4-8片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并放在泵壳内；是离心泵的心脏。,作用：将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。,分类：按其结构可分为开式、半开式和闭式叶轮。,5,.开式叶轮:,无前、后盖板；结构简单；但是液体易发生倒流，效率较低；适合于输送浆液和含有固粒悬浮物的液体，不易堵塞。,.半开式叶轮：,无前盖板，有后盖板，效率也低，适用于输送悬浮液。,.开式叶轮：,有前、后盖板，结构复杂，造价高，效率高，适用于输送清洁流体；应用广泛。,6,叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种：,7,2.泵轴,传递机械能的主要部件，转动时承受很大的扭矩。,3.泵壳,沿叶轮旋转方向，泵壳与叶轮之间形成一个截面逐渐扩大的通道，出口截面最大。,作用：封闭叶轮，以便使叶轮吸入和排除液体；汇集液体，转换能量。,吸入口：位于泵壳中央，与吸入管相接，装有底阀，防止液体倒流。,排出口：位于泵壳外缘，切线方向。,8,4.轴封装置,泵轴与泵壳之间的密封,作用：防止泵内高压液体沿间隙漏出，或外界空气以相反方向漏入泵内。,填料密封,机械密封,分类,9,5.轴向推力平衡装置,产生原因：单吸式离心泵，叶轮前后轮盖面积不等，且压强不同，受力不同，将叶轮推向吸入口一侧。,采取措施：平衡孔。,当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。,6.底阀：,7.导轮,叶轮甩出的高速液体流过导轮叶片间的流道时，将动能转换为静压能，并减小流动能量损失。,10,启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力作用下，液体沿叶片间的通道从叶轮中心处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压力从压出口进入排出管，输送道所需场所。,二、离心泵的工作原理,11,如果不灌泵，则泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为“气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作。,若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？,12,1.流量,单位时间内泵所输送液体的体积。单位有m3/s、m3/min、m3/h。,离心泵的流量取决于泵的结构、尺寸和转速。应予指出，离心泵总是和特定的管路相联系的，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关。,三、离心泵的主要性能参数,13,扬程与流量的关系可由实验方法测定：,由于两截面间的管长很短，其阻力损失和两截面间的动压头差可略去。,2.扬程,又称泵的压头，是指单位重量（N）液体流经泵所获得的能量，单位为J/N=m,14,轴功率P：泵轴所需的功率，电动机传给泵轴的功率。,有效功率Pe：单位时间内泵对所输送液体做的功。,Pe=qvgH,效率：泵对外加能量的利用程度。,小型泵：0.6-0.85,大型泵：0.9,3.功率与效率,15,泵内造成功率损失的原因,容积损失：该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。,水力损失：泵内流体流动摩擦损失，使叶轮给出的能量不能全部被液体获得，仅获有效扬程。,机械损失：该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。,造成泵内功率损失的原因？,16,由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线HQ、PQ、Q的关系只能靠实验测定。,借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,（一）离心泵的特性曲线,四、离心泵特性曲线,17,1.H-qv曲线,HQ曲线：Q，H。这是离心泵的一个重要特性。,18,Q，P。当Q0时，P最小。,这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。,2.P-qv曲线,19,有极值点(最大值)，于此点下操作效率最高，能量损失最小，称离心泵的设计工况点。,在此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92max,2.-qv曲线,20,1.密度的影响：,H、qv、与无关。P与有关。,P=qvgH/,、hf、Q、H、N,（二）离心泵性能的影响因素,2.黏度的影响：,21,3.转速对特性曲线的影响：,比例定律,22,五、离心泵的工作点与流量调节,当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵规格本身的性能有关，还与管路的特性有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是相互制约的。,23,1.管路特性方程与管路特性曲线,令,而,=,则,24,令,管路特性方程,（抛物线形状）,0,qv,H,管路特性曲线,1.管路特性方程与管路特性曲线,K为管路特性系数。K值较大的管路为高阻力管路；K值较小的管路为低阻力管路；,25,2.离心泵的工作点,将泵的H-Q曲线和管路特性线画在一张图上，得到的交点称为泵在管路上的工作点。,在工作点处泵的输液量即为管路的流量，泵提供的扬程等于管路所要求的扬程。,当工作点是在高效区（不低于92max），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。,26,3.流量调节,工作点的变化,（1）改变阀门开度-改变管路特性曲线,在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻力系数k,可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。,优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。,缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。,27,（2）改变泵的转速-改变泵的性能曲线,泵的转速由n1减小至n2时，泵的Hqv曲线下移，工作点由点A1移至点A2，流量由qv1减小至qv2,优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高效率区工作，能量利用较为经济，这对大功率泵是重要的。,缺点：调节不方便，一般只有在调节幅度大、时间又长的季节性调节中才使用。,28,（3）离心泵的并联,目的：满足流量需求较大或短时间内需要增大流量的要求。,29,特点：,1.工作点：单台泵工作时工作点为A，并联后工作点为B。,2.效率：并联是-qv曲线不变；总效率与每台泵的效率相同。,3.流量：总流量qv并单台泵单独时的流量qv，但qv并2qv。,4.压头：并联后压头H并单台泵工作时的压头。,30,（4）离心泵的串联,目的：增大扬程。,H,A,qv,B,C,qv串,H串,H1,H,qv,0,31,特点：,1.工作点：串联后工作点为B，其中每台泵工作点为C；单台泵工作时工作点为A。,2.效率：串联时的流量是串联的每台泵的流量，故此时的总效率为串联时的单泵效率。,3.流量：总流量单台泵单独时的流量qv。,4.压头：串联后压头H串2H。,32,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是泵内压强最低点。,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,33,1.离心泵的汽蚀现象,提高泵的安装高度，泵叶片入口附近的压强可能降至输送温度下液体饱和蒸汽压时，部分液体将在该处汽化并产生汽泡，被液流带入叶轮内压力较高处凝结或破裂。由于凝结点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。使叶轮表面破坏，这种现象称为汽蚀。,34,(1)噪声大、泵体振动，(2)流量、压头、效率都明显下降(3)严重时，泵不能正常工作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。,离心泵在汽蚀条件下运转会产生什么后果？,1.汽蚀所带来的危害：,2.防止措施,35,有效汽蚀余量ha：为了避免汽蚀发生，液体经吸入管的到达泵入口处所具有的压头(P1/g+u12/2g)不仅能使液体被推进叶轮入口，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸汽压Pv/g,其值为有效富余压头，常称有效汽蚀余量。,2.离心泵的安装高度,36,必需汽蚀余量hr：表示液体从泵吸入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失。hr越小，泵越不易发生汽蚀。,hahr时，不汽蚀；,ha=hr时，开始发生汽蚀；,hahr时，严重汽蚀；,判断汽蚀的条件,37,离心泵的最大安装高度,随着泵的安装高度Hg增高，有效汽蚀余量ha将减小。当ha减少道与必须汽蚀余量hr相等时，则开始发生汽蚀，此时的安装高度称为最大安装高度，以Hgmax表示。,38,允许汽蚀余量与最大允许安装高度,为了保证泵的安全操作，不发生汽蚀，在hr上加一个安全裕量0.3m，作为允许汽蚀余量h。,h=hr+0.3,离心泵规格表中列出的汽蚀余量就是允许汽蚀余量h。,39,泵的最大允许安装高度:,若安装高度不变，增大吸入管路的阻力损失，易发生汽蚀。,尽量减少入口管路损失。,40,（一）离心泵的类型,按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；按叶论数目：单级泵、多级泵；,七、离心泵的类型与选用,41,ISG型管道离心泵,IS、IR型单级单吸离心泵,42,（1）清水泵：输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。,IS、IR型单级单吸离心泵,43,（2）耐腐蚀泵：输送输送腐蚀性化工流体；所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。,44,输送200以上的热油时，还需设冷却装置；一般轴承和轴封装置带有冷却水夹套。,（3）油泵（Y型泵）：输送石油及油类产品。对泵密封性能要求较高。,45,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做出最佳选择。,（二）离心泵的选用,1.确