离心泵newPPT课件

.,1,流体输送机械,.,2,问题的提出,机械功是如何被加入到体系中的？是什么样的输送机械？其原理、结构是怎么样的？如何选用流体输送机械？,.,3,学习本章的基本要求,具体的要求如下：（1）了解流体输送设备在化工生产中的地位，应用及分类；（2）掌握离心泵的基本结构、工作原理、主要特性参数、特性曲线及其应用、流体调节、串并联特性、泵的安装、操作注意事项及选型等；（3）简单了解往复泵的工作原理、特性、流量调节方法、安装要点及适应范围等；,.,4,流体输送设备：对流体做功以完成输送任务的机械或设备。流体输送设备是化工厂和其它领域所最常用的机械设备。,生产上对流体输送的要求：输送的流体流量和压头各不相同；流体种类繁多、性质千差万别；温度、压力等操作条件也有较大的差别。,为液体提供能量的输送设备称为泵。为气体提供能量的输送设备则按不同情况分别称为机或泵，按不同情况一般分别称为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,2.1概述,.,5,流体输送机械分类,气体输送和压缩机械：离心通风机、鼓风机与压缩机旋转鼓风机与压缩机往复压缩机真空泵,液体输送设备：离心泵往复泵其它类型泵,.,6,2.1.1离心泵,（CentrifugalPumps）1.离心泵的结构2工作原理3操作,.,7,蜗壳叶轮附属装置：轴封、底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔。,.,8,离心泵结构,主要部件1)叶轮：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均有所提高。2)泵壳（蜗壳）：作用是汇集内叶轮抛出的液体，同时将高速液体的部分动能转化为静压能。原因是壳形状为蜗壳形，流道截面逐渐增大，u，p。3)轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。,.,9,蔽式叶轮：适用于输送清洁液体敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。,.,10,2工作原理,离心力,动能,原动机,轴,叶轮,旋转,静压能,.,11,(a)排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）流体流入涡壳(动能静压能)流向输出管路。,(b)吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘叶轮中心形成低压区贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内,.,12,离心泵操作,启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。防止气缚现象。关闭出口阀后启动电机逐渐开大阀门用出口阀门调节流量停泵：要先关闭出口阀后在停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命。,.,13,气缚现象,气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于空气液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。,说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。,.,14,2.1.2离心力场中流体的修正压强的分布规律,1.参照系惯性系：牛顿运动定律适用的参照系。非惯性系：牛顿运动定律不适用的参照系，除考虑物体间相互作用力，还要考虑惯性力。,2.流体作回旋运动时流场中修正压强的分布规律,z,h,r1r2r,据流体静力学微分式：,在离心力场中：X=r2,Y=0,Z=-g,.,15,流体作回旋运动时流场中修正压强的分布规律,结论：r越大，pm越大；r越小，pm越小圆筒内侧属于低能位，外侧属于高能位,积分得,例2-1，见书62页略,离心泵叶轮高速旋转时，叶轮内沿产生低压，外沿产生高压,.,16,2-2离心泵操作性能的基本方程,2.2.1速度三角形圆周速度叶轮带动流体作回旋运动的速度u相对速度液体通过叶轮时相对叶片的速度w绝对速度流体质点相对地球的速度，即圆周速度与相对速度的合成c,.,17,2.2.1速度三角形,其中c2可分解为两个分量:,u2,w2,c2,2,2,c2r,c2u,c2r=c2sin2,c2u=c2cos2,c2u=u2w2cos2,c2r=w2sin2=V/(2r2b2),w2,.,18,2.2.2欧拉方程,假设：叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合。输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。,.,19,离心泵的基本方程的讨论,欧拉方程,叶轮外沿的圆周速度,叶轮半径,叶轮外径厚度,离角,离心泵的理论特性曲线。,.,20,1）HT与叶轮的转速及叶轮的直径D2有关,n,HT,u2,D2,HT,.,21,2）HT与叶片的几何形状有关,前弯叶片:902180,ctg2,HT,HT=,.,22,前弯叶片，动压头的提高大于静压头的提高,冲击损失大。后弯叶片，静压头的提高大于动压头的提高，其净结果是获得较高的有效压头，冲击损失小。,.,23,3）理论流量与理论压头的关系,上式表达了一定转速下指定离心泵（b2、D2、2及一定）的理论压头与理论流量的关系。这个关系是离心泵的主要特性。,.,24,4）液体密度,离心泵的理论压头与液体密度无关,离心泵进出口的压强差却与液体密度成正比。,.,25,2.3离心泵的性能曲线,2.3.2离心泵的主要性能参数1.流量V(Q):单位时间内泵输送的液体体积,m3/s。V取决于泵的结构，尺寸(叶轮直径与叶片的宽度)和转速。2.扬程He(压头):泵对单位重量的液体所提供的有效能量，若在泵的吸入口和排出口分别装上真空表和压力表并取2-2截面作计算则:,.,26,2.3.2离心泵的主要性能参数,3.有效功率:液体流过泵实际所得到的功率，用Ne表示Ne=(gV)He4.轴功率:原动机(电动机、蒸汽透平等)传给泵轴的功率,用Na表示5.效率:泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。=Ne/Na,.,27,水力损失摩擦损失：与流量平方成正比。冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零,在非设计状态下与流量的平方成正比。环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。水力效率H,容积损失原因：高压区向低压区泄漏，减少方法：采用蔽式叶轮等。容积效率:,泵内液体的泄漏,2.3.3离心泵各项效率分析,.,28,机械损失原因：摩擦损失机械效率M,(2)离心泵的实际压头,.,29,2.3.4离心泵的性能曲线,1.实际的HeV线实际上叶轮上的叶片数目是有限的612片，叶片间的流道较宽，这样叶片对液体流速的约束就减小了，使He有所降低。液体在叶片间流道内流动时存在轴向涡流，其直接影响速度，导致泵的压头降低.液体具有粘性。泵内由有各种泄漏现象，实际的V小于VT。所以，实际的HeV线应在HTVT线的下方,实际的HeV曲线由实验测定。,.,30,.,31,2.离心泵的特性曲线,当泵转速n一定时，由实验可测得HV，NaV，V，这三条曲线称为性能曲线，由泵制造厂提供。供泵的用户使用。泵厂以20清水作为工质作实验测定性能曲线。,离心泵典型的特性曲线,.,32,离心泵的特性曲线,）HeV，VHe，抛物线He=ABV2）NaV，VNa，当V=0，Na最小）V，V后，存在一最高效率点，此点称为设计点。V与max对应的H，V，Na值称为最佳工况参数，也是铭牌所标值。泵的高效率区=92max，这一区域定为泵的运转范围。,He,Na,.,33,3.影响离心泵性能的因素分析和性能换算,(1).密度的影响泵的效率也不随而改变，所以HeV与V曲线保持不变。变Na也变.,(2).粘度的影响,Na,电机功率,He,V,Na,.,34,(3)离心泵的转速对特性曲线的影响,比例定律：,转速20，不变,(4)离心泵的直径对特性曲线的影响,切割定律：,.,35,例题1,在实验装置上，用20的清水于98.1kPa的条件下测定离心泵的性能参数。泵的吸入管内径为80mm，排出管内径为50mm。实验测得一组数据为：泵入口处真空度为72.0kPa，泵出口处表压强为253kPa，两测压表之间的垂直距离为0.4m，流量为19.0m3/h，电动机功率为2.3kw，泵由电动机直接带动，电动机传动效率为93%,泵的转速为2900r/min。试求该泵在操作条件下的压头、轴功率和效率，并列出泵的性能参数。,.,36,例题1,解：(1)泵的压头在泵入口的真空表和泵出口压强表两截面之间列柏努利方程式，在忽略两测压口之间流动阻力下，可得测量泵压头的一般表达式为:,其中：p1,g=-72KPa,p2,g=253KPa,.,37,.,38,补例1,泵的轴功率,泵的有效功率,泵的效率,泵的性能参数为：转速n为2900r/min，流量V为19m3/h，压头He为34.45m，轴功率Na为2.139kw，效率为83.4%。,.,39,2.4离心泵的操作,2.4.1离心泵的工作点1.管路特性曲线,它表明管路中流体的流量与所需补加能量的关系,.,40,管路特性曲线的影响因素,阻力部分：(1)管径(2)管长l、le或(3)相对粗造度,的增加,位差增加,势能增加部分(1)位差(2)压差(3)密度,.,41,2.工作点,作图法：离心泵的性能曲线（HV曲线）与管路特性曲线的交点，即在HV坐标上，分别描点作出两曲线得交点M点。,计算法：泵的性能曲线方程He=ABV2管路特性曲线方程He=H0KV2两式联立求解,工作点,M,.,42,2.4.2流量调节,1.单台泵的调节,调节管路特性曲线：如改变出口阀的开度,调节泵的性能曲线：改变泵的转速或叶轮直径,2.比较,.,43,He1,V1,He2,V2,V3,He3,.,44,He1,He2,V2,V3,He3,V1,.,45,比较,比较，两种流量调节措施可知：）用阀门调节流量快速方便，且流量可以连续变化，化工生产中应用最广。其缺点是阀门关小时，流动阻力增加，要额外消耗一部分功率，且使泵在低效率点工作，经济上不合理。）第二种方法在泵给出的流量压头不满足输送压头时，可以换叶轮(一般泵出厂时均带另一不同直径的叶轮)或改变转速来调节。不额外增加流动阻力，变化前后泵的效率几乎不变，能量利用经济。当调节不方便，且变速装置或变速电动机价格贵，一般只有在调节幅度大，时间又长的季节性调节中才使用。,.,46,例23(P71),题意见P72解：阀全开时，管路特性曲线：,泵的特性曲线：,（1）,（2）,联立(1)(2)式,.,47,例23(P71),13.7,10.3,8.22,7.2,13.3,10.5,阀关小,m,如阀门全开，流量为V=7.2m3/h,管路所需压头,因阀门关小而损耗的轴功率,流量减少，泵能提供的扬程为：,.,48,补例2,如图所示管路中装有台离心泵，离心泵的特性曲线为He40一7.2104V2(式中V的单位为m3s)，管路两端的位差zl0m，压差P10mH20。用此管路输送清水时，供水量为l0Ls，且管内流动已进入阻力平方区。试求用此管路输送密度为1200kgm3的碱液，阀门开度及管路两端条件皆维持不变时，碱液的流量和离心泵的理论功率为多少?,解：由泵两端截面间的机械能衡算式和泵的特性方程式可得：,.,49,因流动进入阻力平方区，因此管路输送碱液的K值不变，此时的管路持性方程可由两端截面间的机械能衡算式求得,当供水量为10Ls时，泵的压头H40一72104V232.8m，故：,.,50,由泵的性能曲线方程及管路特性曲线方程,.,51,从计算结果可以看出，用同样的管路和泵，输送密度较大的液体，流量不会降低(如管路两端压强相同，压头和流量与流体密度无关)。但离心泵的功率与密度成正比，须防止电机过载。,.,52,思考,用离心泵输送清水给某设备中水温20，输送管线如图。在泵的进出口处各装一真空表和一压力表。当离心泵以定转速运转时测得泵的流量v，压头He,泵的出口压力P出，泵的进口真空表P真空度和泵的功率N为定值。现改变以下某一条件，而其他条件不变，问以上5个参数v、He、p出、p真空度、N如何变化?A：当出口的A阀关小时；B：当输送的料液不是清水,而是密度为1500kgm3的液体时：C：当泵的叶轮直径减少5%时，D：当泵转速提高5%时。,.,53,(1)阀门A关小,V,He,Na,00,11,22,V,P真空,P2,.,54,2.离心泵的组合操作,在离心泵的特性不合要求，或在生产幅度变化较大的场合下，如没有合适的泵可用，则采用泵的组合操作是一种解决办法。组合方式一般有并联和串联。下面以两台特性相同的泵为例，讨论组合操作问题。,两泵并联,两泵串联,.,55,1)泵的并联,(1)两泵并联的合成特性曲线将两台型号相同、入口吸入管路相同的泵并联后，在同样的扬程(或压头)下，并联泵的流量应为单台泵的两倍。,He,V,He并,V并,M,M,V并V单V并2V单,单台泵的工作点,.,56,2).泵的串联,(1)两泵串联的合成特性曲线同时在同样的流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。在HV标绘出两泵串联的合成特性曲线，将单泵的特性曲线纵坐标加倍，而横坐标不变。,H串,H,V,V串,M,M,H串H单H串2H单,单台泵的工作点,.,57,3)组合方式的选择,V2,V1并,V1串,V1,V2串,V2并,串联,并联,高阻,V1V1并V1串,低阻,V2V2串V2并,VV并=V串,低并高串,.,58,2.5离心泵的安装高度,安装高度:,Hg,1汽蚀现象,2汽蚀余量,问题？,3最大允许安装高度,工程案例:电厂锅炉高压水泵运转不正常,.,59,2.5.1汽蚀现象,0-01-1：,Hg，则p1,pk,当pkpv,撞击叶片(水锤),汽蚀,伴随现象与后果：,振动、噪音,He,qV,严重时qV=0,水锤冲击电化学腐蚀叶片迅速损坏,.,60,2.5.2正常安装高度必须满足的条件,要避免汽蚀现象的产生，即须使pKpv(t),.,61,2.5.3离心泵最大安装高度的计算,1.允许汽蚀余量h1）NPSH(NetPositiveSuctionHead)一般h与泵的结构和尺寸有关，由实验测定，并同标绘于性能曲线图上。,影响因素：,流量：V增大，h允增大泵结构与液体种类、温度无关,.,62,允许气蚀余量计算安装高度的推导,K,11,.,63,3）安装要求吸入管径常大于压出管径吸入管不安装调节阀实际安装高度小于最大安装高度,讨论：与当地大气压有关与工作流体的种类、温度有关与h允有关与吸入管阻力损失有关,2）最大安装高度计算,.,64,例题：,用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密度530kg/m3，罐内液面恒定，且上方绝对压强为6.65kgf/cm2，吸入管压头损失为1.6m，饱和蒸汽压为6.5kgf/cm2，泵的气蚀余量为3.15m，确定泵的安装高度。,.,65,P1=6.6598100PaPV=6.598100PaHf12=1.6mh允=3.15mHg,max=-1.92m泵应安装于罐液面下1.92m之下,解：,.,66,2.允许汲上真空高度计算安装高度,Hs,允的影响因素与当地大气压有关与工作流体的种类、温度有关与泵的结构有关与流量有关,令：实验条件为大气压10.33mH2O，20清水测定的Hs,允表示为HS,.,67,若被输液体的物性与水不同，且操作条件与标定条件不符时，则须换算,.,68,例题：某离心泵在样本中查得允许吸上真空度为6m，现将泵安装在海拔高度500m处，水温40度，问（1）修正后的Hs?,（2）若吸入管路压头损失为1m，动压头为0.2m，该泵安装在离水面5m高处是否合适？解：1、水40，Pv=55.32mmHg,500m处Pa=9.74mH2O，Hv=55.32/76010.3=0.75mH2OHa=9.74mH2OHs=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)=6+(9.74-10)-(0.75-0.24)=5.23,.,69,Hg=Hsu21/2gHf=5.230.21=4.03m计算的允许安装高度值(4.03m)低于实际安装高度值(5m),因此泵安装高度不合适。,.,70,2.6离心泵的类型和选型,2.6.1离心泵的类型清水泵（IS型，D型，S型）耐腐蚀泵（F型）油泵（Y型）杂质泵（P型）,IS型单级单吸离心泵性能范围：V6.3400m3/hH5125m,D型多级离心泵，在同一根轴上串联多个叶轮。性能范围：V6.3580m3/hH501800m,S型双吸泵，在同一泵壳内有背靠背的两个叶轮，从两侧同时吸液。性能范围：Q5014000m3/hH8.7250m,输送酸、碱腐蚀液体，V:2400m3/h,He:15105m,输送石油产品以及易燃易爆化学液体，V:6.5500m3/h,He:15105m,输送稠厚浆液及悬浮液，分污水泵、砂泵和泥浆泵。,.,71,离心泵类型,.,72,.,73,离心泵的选型,2.6.2离心泵的选型1依据被输液体的性质及操作条件,确定离心泵的类型。2确定输送系统的流量和压头。V一般为输送任务，如V变化，则取Vmax考虑。根据输液管路的安排，用柏努利方程确定He。3选择泵的型号。型号确定：依据V，He从泵样本中的性能特性曲线或性能表来确定合适的型号。4核算泵的轴功率5确定泵的安装高度。,.,74,例：将20C的清水从贮水池送至水塔。已知塔内水面高于贮水池水面13m。水塔及贮水池液面维持恒定，且均与大气相通。输水管为1404.5mm的钢管，总长为200m(包括局部阻力的当量长度)。要求送水流率不低于95m3/h。现拟选用4B20型水泵，但转速为2900rpm时，其特性曲线如附图，问此型号水泵在管路上工作是否合适？泵在运转时的流率、轴功率及效率各为多少？,.,75,解：管路特性曲线方程为在1,2截面间列伯努利方程,.,76,2标绘管路特性曲线,在泵的特性曲线图上做管路特性曲线路,.,77,.,78,2.8其他类型泵与风机,一往复泵,.,79,一往复泵,1.结构泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排除阀等2.工作原理通过活塞的往复运动以静压能的形式直接向液体提供能量。3.流量特点