《流体输送机械》PPT课件

第2章流体输送设备,在化工生产中，常常需要将流体从低处输送到高处，或从低压送至高压，或沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。为流体提供能量的机械称为流体输送机械。气体与液体不同，气体具有可压缩性，因此，气体输送机械与液体输送机械不尽相同。液体输送设备-泵；气体输送设备-风机；作用：用于流体的输送或加压；向系统输入能量，补充所需机械能,离心泵：是借高速旋转的叶轮使液体获得能量的。容积泵（正位移泵）：是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量的。离心泵是化工生产中最常用的一种液体输送机械，它的使用约占化工用泵的8090。2.1离心泵2.1.1离心泵的工作原理和主要部件,1离心泵的工作原理当离心泵启动后，泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，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，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。,输送原理：泵轴带动叶轮旋转液体旋转离心力（p,u）泵壳，Aup液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。中心真空吸液气缚现象：启动前未灌泵，空气密度很小，离心力也很小。吸入口处真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送体。此现象称为“气缚”。说明离心泵无自吸能力。防止：灌泵。生产中一般把泵放在液面以下。底阀（止逆阀），滤网是为了防止固体物质进入泵内。,2离心泵的主要部件1叶轮叶轮是离心泵的最重要部件。其作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能都有所提高。按结构可分为以下三种：（）开式叶轮：叶轮两侧都没有盖板，制造简单，效率较低。它适用于输送含杂质较多的液体。（）半闭式叶轮：叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，它适用于输送含固体颗粒和杂质的液体。（）闭式叶轮闭式叶轮叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广。,闭式或半开式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝隙内，液体的压力较入口侧为高，这使叶轮遭受到向入口端推移的轴向推力。可在后盖板上钻几个小孔，称为平衡孔平衡孔作用：消除轴向推动力。（泵的效率有所下降）,2泵壳：泵壳的作用：（1）汇集液体；（2）使部分动能有效地转化为静压能。动能静压能。,3轴封装置轴封装置的作用：避免泵内高压液体沿间隙漏出，或防止外界空气从相反方向进入泵内。离心泵的轴封装置有填料密封和机械密封。机械密封的效果好于填料密封。,2.1.2离心泵的基本方程式（不讲）,2.1.3离心泵的性能参数与特性曲线,1离心泵的主要性能参数1）流量Q泵的流量（又称送液能力）单位时间内泵所输送的液体体积。单位为/或m3/。与叶轮尺寸、转速、管路特性有关。2）扬程（压头）H泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。单位为米液柱。离心泵压头的大小，取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。泵的压头可用实验方法测定，如图所示。在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，在真空表与压力表之间列柏努得方程式。,3）效率泵的效率就是反映能量损失的大小。能量损失的原因（）容积损失：泵的泄漏造成的。容积效率1。（）水力损失：由于流体流过叶轮、泵壳时产生的能损失。水力效率2。,（）机械损失：泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量，机械效率3。泵的总效率（又称效率）123对离心泵来说，一般0.60.85左右，大型泵可达0.90。,4）轴功率离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，以N表示，其单位为W或KW。泵的有效功率可写成由于有容积损失、水力损失与机械损失，所以泵的轴功率N要大于液体实际得到的有效功率，即泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值,例-某离心泵以20水进行性能实验,测得体积流量为720m3/h，泵出口压力表数为3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。（能量损失可以忽略）,2离心泵的特性曲线,一、离心泵的特征曲线1、H-Q曲线2、N-Q3、-QQ,HQ,NQ=0,=0;,注意：特性曲线是在一定转速下测定。最高效率点称为设计点。离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效率最高点的性能参数。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。高效率区：max92%3、离心泵的性能的改变和换算1）液体物性对离心泵特性的影响(1)密度的影响离心泵的压头、流量、效率均与液体的密度无关。但泵的轴功率与输送液体的密度有关，随液体密度而改变。因此，当被输送液体与水不同时，原离心泵特性曲线中的NQ曲线不再适用，此时泵的轴功率需重新计算,(2)粘度的影响若被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度，则泵体内部液体的能量损失增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大，亦即泵的特性曲线发生改变。2）离心泵的转速对特性曲线的影响当转速n改变时，泵的流量Q、压头H及功率N也相应改变。对同一型号泵、同一种液体，在效率不变的条件下，Q、H、N随n的变化关系如下式表示。,适用条件：同一型号泵、同一种液体，在效率不变的前提下。3）叶轮直径对离心泵特性的影响当离心泵的转速一定时，通过切割叶轮直径D，使其变小，也能改变特性曲线。(称为切割定律),适用条件：同一型号泵、同一液体、同一转速下直径D的切割量小于5。,比例定律,例2-2一水泵的铭牌上标有：流量36.2m3/h，扬程12m，轴功率1.82kw，效率65%，配用电机容量2.8kw，转数1400rpm。今欲在以下情况下使用是否可以？如不可以，采用什么具体措施才能满足要求？（计数说明）（1）输送密度为1800kg/m3的溶液，流量为33m3/h，扬程为12m；（2）输送密度为800kg/m3的油品，流量为50m3/h，扬程为24m。,2.1.4离心泵的气蚀现象与允许安装高度1离心泵的气蚀现象P98液体是由于离心泵入口的静压力低于外界压力而使液体流入泵内的。但当泵入口处压力减小到等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体将在泵的吸入口附近沸腾气化并产生大量的气泡；这些气泡随同液体从泵低压区流向高压区后，在高压作用下迅速凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，此时周围的液体以极高的速度流向原气泡占据的空间，产生了极大的局部冲击力。在这种巨大冲击力的反复作用下，使叶轮或泵体受到破坏，这种现象称为离心泵的“气蚀现象”。汽蚀：当p1饱和蒸汽压危害：噪音、震动，流量、扬程明显下降避免：最低点压强饱和蒸汽压产生原因：Hg高；泵吸入管路局部阻力过大；液体温度高,2离心泵的抗气蚀性能离心泵的抗气蚀性能可用气蚀余量和允许吸上真空度表示。1）离心泵的气蚀余量,油泵用h-气蚀余量,2）离心泵的允许吸上真空度,称之为允许吸上真空度由泵的制造厂家在98.1KPa（10mH2O）大气压下，用20清水实验测得。,若操作条件与上述实验条件不一致或输送其它液体时，可按P1002-22的公式换算。,3离心泵的允许安装高度,P102例2-5,例2-3某台离心泵，从样本上查得允许气蚀余量为2.0m（水柱）。若泵吸入口距水面以上4m高度处，吸入管路的压头损失为1.5m（水柱），当地大气压为0.1MPa。试求：（1）用此泵将敞口蓄水池中40的水输送出去，泵的安装高度是否合适？（2）若水温为80，此时泵的安装高度是否合适？,提高安装高度的方法：增大管径，减少管长，减少不必要的管件和阀门。,2.1.5离心泵的工作点和流量调节1管路特性曲线与离心泵的工作点,工作点：泵的特性曲线H-Qv与管路的特性曲线H-Q的交点。适宜工作点：工作点所对应效率在最高效率区。,2离心泵的流量调节1)改变泵出口阀门开度2)改变泵的转速,阀门开度与流量变化示意图泵的转速与流量变化示意图,3离心泵的并联和串联1）离心泵的并联当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并联操作，以增大流量。一台泵的特性曲线如图中曲线所示。两台相同的泵并联操作时，其联合特性曲线的作法是在每一个压头条件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大一倍而得出特性曲线如图中曲线。,并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而且并联压头略高于单台泵的压头。,2串联操作当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵串联使用.两台相同型号的泵串联工作时，每台泵的压头和流量也是相同的。因此，在同样的流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。将单台泵的特性曲线的纵坐标加倍，横坐标保持不变，可求得两台泵串联后的联合特性曲线。,两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。,（3）离心泵组合方式的选择,对于管路特性曲线较平坦的低阻力型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合方式为高的流量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻力型管路，则宜采用串联组合方式。,例2-4已知某台泵的特性方程式为，式中H为泵的压头（m），Q为流量(m3/min)。现该泵用于两敞口容器之间送液，已知单泵使用时流量为1m3/min。欲使流量增加50，试问应该将相同两台泵并联还是串联使用？两容器的液面位差为10m。,2.1.6离心泵的类型与选用,1离心泵的类型按输送介质分：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵。按叶轮吸入方式：单吸泵、双吸泵。按叶轮数目：单级泵、多级泵。1)清水泵（IS型、D型、Sh型）输送物理、化学性质与清水类似的液体。IS50-32-250：IS单级单吸悬臂式离心泵；50泵吸入口直径（mm)；32泵出口直径（mm)；250叶轮直径（mm)；适用：t80、Q：4.5360m3/h、H：898m。,IS型泵的全系列扬程范围为898m，流量范围为4.5360m3/h。若要求的扬程较高而流量并不太大时，可采用多级泵。这种泵在同一泵壳内有多只叶轮，液体串联通过各叶轮。国产多级泵的系列代号为D，称为D型离心泵。叶轮级数一般为29级，最多为12级。全系列扬程范围为14351m，流量范围为10.8850m3/h。若泵送液体的流量较大而所需扬程并不高时，则可采用双吸泵。国产双吸泵的系列代号为Sh。,这种泵在同一泵壳内有多只叶轮，液体串联通过各叶轮。D12253型泵为例：其中D为型号；12表示公称流量（公称流量是指最高效率时流量的整数值）；25表示该泵在效率最高时的单级扬程，m；3表示级数，即该泵在效率最高时的总扬程为75m。,国产双吸泵的系列代号为Sh。全系列扬程范围为9140m，流量范围为12012500m3/h。100S90型泵，100表示吸入口的直径，mm；S表示泵的类型为双吸式离心泵；90表示最高效率时的扬程，m。,2）耐腐蚀泵：（输送酸、碱、盐等腐蚀性液体时）输送酸、碱、盐等腐蚀性液体(多采用机械密封装置)F单级单吸式离心泵25FB-16A25代表吸入口的直径，mm；F代表耐腐蚀泵；B代表所用材料为1Cr18Ni9的不锈钢；16代表泵在最高效率时的扬程，m；A表示该泵装配的比标准直径小一号的叶轮。3）油泵特点：密封性能必须高，以免易燃液体泄漏Y型离心油泵如50Y60A50入口直径,mm；Y离心油泵；60单级扬程,m；A表示该泵装配的是比标准直径小一号的叶轮。,2离心泵的选用离心泵的选用，通常可按下列步骤进行。（1）根据被输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型。根据输送介质决定选用清水泵、油泵、耐腐蚀泵等；根据现场安装条件决定选用卧式泵、立式泵等；根据流量大小选用单吸泵、双吸泵等；根据扬程大小选用单级泵、多级泵等。（2）根据管路系统对泵提出的流量和压头的要求，从泵的样本、产品目录中选出合适的型号。所选泵所能提供的流量和压头比管路要求值要稍大.。（3）核算泵的轴功率若被输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率。,2.2其他类型液体输送机械,2.2.1往复泵1往复泵1)往复泵工作原理主要部件：泵缸、活塞、吸入阀和排出阀。吸入阀和排出阀均为单向阀。工作原理：活塞由曲柄连杆机构带动作往复运动，液体被吸入或排出。,适用场合：小流量、高扬程。冲程（行程）：活塞在泵缸内两端间移动的距离。,往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在启动之前，泵内无须充满液体。即往复泵有自吸作用。2）往复泵的特性（1）往复泵的压头往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，理论上，往复泵压头可无限大。实际上，受泵体强度及泵原动机限制。往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而与管路情况无关；但往复泵的压头只与管路情况有关。这种特性称为正位移特性。具有这种特性的泵称为正位移泵。,（2）往复泵的流量往复泵的流量只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数有关，与泵的压头及管路情况无关。只要活塞往复一次，就排出一定体积的液体。对单动泵其理论数量为,式中A活塞面积，m2；S活塞的种程，m；nr活塞往复的次数，1/min；对于双动泵，需考虑活塞杆所占的截面积a，故其理论流量为,由上式可知双动泵的理论流量并不是单动泵的两倍。,由于吸入阀和排出阀启闭不及时，并在压头较高时有液体渗漏，往复泵的实际流量低于理论流量。,-容积效率，中型泵为0.9-0.95,(3)往复泵的特性曲线,3）往复泵的流量调节1、旁路调节，改变调节阀的开启程度即可调节流量。2、改变活塞冲程和往复次数。,齿轮泵主要是由椭圆形泵壳和两个齿轮组成。其中一个齿轮为主动齿轮，由传动机构带动，另一个为从动齿轮，与主动齿轮相啮合而随之作反方向旋转。当齿轮转动时，因两齿轮的齿相互分开，而形成低压将液体吸入，并沿壳壁推送至排出腔。在排出腔内，两齿轮的齿互相合拢而形成高压将液体排出。如此连续进行以完成液体输送任务。齿轮泵流量较小，产生压头很高，适于输送粘度大的液体,2.3气体输送机械,气体输送机械与液体输送机械大体相同，但气体具有压缩性，在输送过程中，当压力发生变化时其体积和温度也将随之发生变化。气体压力变化程度，常用压缩比来表示。压缩比为气体排出与吸入压力的比值。各种化工生产过程对气体压缩比的要求很不一致。气体输送机械可按其终压（出口压力）或压缩比大小分为四类：通风机：终压（表压）不大于15KPa，压缩比不大于1.15；鼓风机：终压（表压）为15300KPa，压缩比小于4；压缩机