流体输送机械80146.ppt

流体输送机械,一、化工生产中为什么要流体输送机械？化工生产中大都是连续流动的各种物料或产品。由于工艺需要常需将流体由低处送至高处；由低压设备送至高压设备；或者克服管道阻力由一车间（某地）水平地送至另一车间（另一地）。为了达到这些目的，必须对流体作功以提高流体能量，完成输送任务。这就需要流体输送机械。,二、为什么要用不同结构和特性的输送机械？这是因为化工厂中输送的流体种类繁多：1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和压强又有高低之分；3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。所以需要有各种结构和特性的输送机械。,三、化工流体输送机械分类一般可分为四类：即离心式、往复式、旋转式和流体动力作用式。这四种类型机械均有国产产品，且大多数已成为系列化产品。四、本章讨论的主要内容为了能选用一台既符合生产要求，又经济合理的输送机械，不仅要熟知被输送流体的性质、工作条件、输送要求，同时还必须了解各种类型输送机械的工作原理、结构和特性。这样才能正确地选型和合理地使用。这就是本章讨论的主要内容。,离心泵的工作原理,离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造大同小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳（如图所示）。叶轮是离心泵直接对液体作功的部件，其上通常有6到12片后弯叶片（即叶片弯曲方向与旋转方向相反）。离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动，迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程中获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在泵壳内，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。,在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名离心泵。,什么是气缚?,离心泵若在启动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，这种现象就称为“气缚”。所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀，供调节流量时使用。,离心泵的理论压头,一、离心泵的理论压头从离心泵工作原理知，液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，可以从理论上来分析。由于液体在叶轮内的运动比较复杂，故作如下假设：,（1）叶轮内叶片的数目无限多，叶片的厚度为无限薄，液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动，无任何倒流现象；（2）液体为粘度等于零的理想流体，没有流动阻力。如上图所示，叶轮带动液体一起作旋转运动时，液体具有一个随叶轮旋转的圆周速度u，其运动方向为所处圆周的切线方向；同时，液体又具有沿叶片间通道流的相对速度w，其运动方向为所在处叶片的切线方向；液体在叶片之间任一点的绝对速度c为该点的圆周速度u与相对速度w的向量和。,由图可导出三者之间的关系：,叶轮进口处,（2-1）,叶轮出口处,（2-2）,泵的理论压头可从叶轮进出口之间列柏努利方程求得（2-3）即（2-4）式中:H_叶轮提供给液体的压头，m；HP_理想液体经理想叶轮后静压头的增量，m；HC_理想液体经理想叶轮后动静压头的增量，m；p1、p2_液体在进、出口处的压强，Pa；上式没有考虑进、出口两点高度不同，因叶轮每转一周，两点高低互换两次，按时均计此高差可视为零。,离心泵的功率与效率,泵的有效功率与效率泵在运转过程中由于存在种种损失，使泵的实际（有效）压头和流量均较理论值为低，而输入泵的功率较理论值为高，设H_泵的有效压头，即单位量液体在重力场中从泵获得的能量，m；Q_泵的实际流量，m3/s；_液体密度，kg/m3；Ne_泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，W。有效功率可写成Ne=QHg由电机输入离心泵的功率称为泵的轴功率，以N表示。有效功率与轴功率之比定义为泵的总效率，即,离心泵的特性曲线,特性曲线离心泵的性能参数H、Q、及N之间并非孤立的，而是相互联系相互制约的。其具体定量关系由实验测定，并将测定结果用曲线形式表示，即为特性曲线。上图即为4B20型清水泵在转速n=2900转/分钟条件下测得的特性曲线。关于特性曲线由此图可见：（1）离心泵的压头H随流量Q的增加而降低；（2）离心泵的轴功率N随着流量Q的增大而上升，流量为零时轴功率最小。所以离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减小，保护电机；（3）随着流量Q的增大，泵的效率也随之上升，并达到一最大值。以后流量再增大，效率就下降。这说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，称为设计点。与最高效率点对应的Q、H、P值称为最佳工况参数。根据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好在最佳工况点运转，因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的92%左右。,上图即为4B20型清水泵在转速,n=2900转/分钟条件下测得的,特性曲线。,离心泵的工作点与流量调节,工作点离心泵的特性曲线是泵本身固有的特性，它与外界使用情况无关。但是，一旦泵被安排在一定的管路系统中工作时，其实际工作情况就不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。所以，要选好和用好离心泵，就还要同时考虑到管路的特性。在特定管路中输送液体时，管路所需压头He随着流量Qe的平方而变化。将此关系绘在坐标纸上即为相应管路特性曲线。若将离心泵的特性曲线与其所在管路特性曲线绘于同一坐标纸上，如上图所示，此两线交点M称为泵的工作点。选泵时，要求工作点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又正好是离心泵所提供的，即Q=Qe，H=He。,流量调节,（1）改变阀门的开度改变离心泵出口管线上的阀门开关，其实质是改变管路特性曲线。如右图所示，当阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由M移至M1，流量由QM减小到QM1。当阀门开大时，管路阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移至M2，流量加大到QM2。用阀门调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点。所以应用十分广泛。缺点是阀门关小时，阻力损失加大，能量消耗增多，不很经济。,改变泵的转速改变泵的转速实质上是改变泵的特性曲线。泵原来转速为n，工作点为M，如右图所示，若把泵的转速提高到n1，泵的特性曲线HQ往上移，工作点由M移至M1，流量由QM加大到QM1。若把泵的转速降至n2，工作点移至M2，流量降至QM2。这种调节方法需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到连续调节流量，故化工生产中很少采用。,离心泵的安装高度,一、汽蚀现象在如图所示的管路中，在液面00与泵进口附近截面11之间无外加能量，液体靠压强差流动。因此，提高泵的安装位置，叶轮进口处的压强可能降至被输送液体的饱和蒸汽压，引起液体部分汽化。实际上，泵中压强最低处位于叶轮内缘叶片的背面，当泵的安装位置高至一定距离，首先在该处发生汽化并产生汽泡。含汽泡的液体进入叶轮后，因压强升高，汽泡立即凝聚，汽泡的消失产生局部真空，周围液体以高速涌向汽泡中心，造成冲击和振动。尤其是当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将会导致叶片的过早损坏，这种现象称为泵的汽蚀。离心泵在产生汽蚀条件下运转，泵体振动并发出噪音，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。为了避免汽蚀现象，泵的安装位置不能太高，以保证叶轮中各处的压强高于液体的饱和蒸汽压。,离心泵的安装高度,一般采用两种指标对泵的安装高度加以限制，以免发生汽蚀，现将这两种指标介绍如下：（1）允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs是指泵入口出压力p1可允许达到的最高真空度，其表达式为：式中Hs离心泵的允许吸上真空高度，m液柱；pa大气压强，Pa；被输送液体的密度，kg/m3。在前图所示的截面00与泵进口附近截面11间列柏努利方程：式中Hg离心泵的允许安装高度，m；Hf0-1液体从截面00到11的压头损失，m。由于贮槽是敞口的，p0为大气压pa，上式可写为所以此