流体流动及输送

1、化工单元操作化工单元操作 硫酸铵生产工艺流程图硫酸铵生产工艺流程图 项目一 流体流动及输送 任务一 认知流体输送设备及管 路 硫酸铵生产工艺流程图 硫酸铵生产工艺流程图 一、贮罐 贮罐是一种最典型的化工容器，主要用于贮存气体、 液体、液化气体等介质，如氢气贮罐、石油贮罐、液氨 贮罐等，除贮存作用外，还用作计量。 贮罐一般由筒体、封头、支座、法兰 及各种开孔 接管组成。 （一）贮罐类型 1立式圆筒贮罐 固定顶贮罐 浮顶贮罐浮顶贮罐 立式圆筒贮罐立式圆筒贮罐 外浮顶贮罐内浮顶贮罐 2卧式圆筒形贮罐 （二）贮罐的选用 1化工管路的标准化 直径标准与压力标准 2管子 金属管、非金属 管和复合管 满足节

2、约成本、强度和防腐的需要，在一些管子的内层衬 以适当的材料，如金属、橡胶、塑料、搪瓷等而形成的。 大小头大小头丝堵丝堵盲板盲板 4.阀门 截止阀截止阀 (动画动画1、2）闸阀（动画闸阀（动画1、2） 旋塞阀旋塞阀 球阀球阀碟阀碟阀 (3)阀门的选用 （4）阀门的维护（自学） 蒸汽加热设备及蒸汽管道上应设置疏水阀。 （二）化工管路的布置与安装 1. 化工管路的布置原则 2、化工管路的安装 螺纹连接、法兰连接、承插连接、焊接连接 （2）化工管路的热补偿 （3）化工管路的试压与吹洗 （4）化工管路的保温与涂色 水管为绿色，饱和蒸汽为红 色 （5）化工管路的防静电措施 (6) 化工管路的防腐 涂 料

3、沥 青 三、输送设备 m v V 1 1 n i i mi i 例例1-1已知已知20正戊烷和正辛烷的密度分别为正戊烷和正辛烷的密度分别为626kg/m3和和 703kg/m3。试求正戊烷含量为。试求正戊烷含量为70%（质量分数）的正戊烷（质量分数）的正戊烷- 正辛烷溶液的密度。正辛烷溶液的密度。 解： 3 12 12 3 10.70.3 1.54 10 626703 647/ m m kg m m pVRT M mpM VRT 4 .22 0 M 0 0 0 Tp pT 1 n mii i y m m pM RT n mii i MM y i y a、 （ ） b、 解： 1122 3 80

4、273353 32 0.2128 0.7928.84 294 28.84 2.89/ 8.314 353 m m m TK MM yM y pM kg m RT 则 277 1000 T d 水 F p A 5 2 17601.013 101.03310.33atmmmHgPaatmH O 242 2 11/9.81 10/735.610atkgfcmN mmmHgmH O 。 绝对零压线 大气压线 表压 真空度 绝对压强 绝对压强 真大 ppp 1 表大 ppp 2 kPapppp70367 12 真表 （三）黏度 衡量流体黏性大小的物理量，用表示 黏性越大，流动性越差，流动阻力越大 4.的

5、求取： 2 /ms 纯物质查表、查图；混合物利用经验公式。 注意：运动粘度 （一）密度与相对密度 混合液体、混合气体密度的求法 （二）流体的压力（压强） 绝压、表压、真空度 （三）黏度 小小 结结 0 p p 0 pp ( )pf h 2、 。 p = p0 + g h 3、 （关键是找等压面） （1）U形压差计形压差计 设指示液的密度为 ， 被测流体的密度为 。 A A与A面 为等压面，即 A A pp p1p2 m R AA 12 () A pg mRpgmgR 12 () A ppgR A 12A ppgR p1p2 m R AA )( 1 RmgppA 2A A ppgmgR 讨论：讨

6、论： p1 pa p1 pa 思考： 12 21 ()() A pp gRzz g p1 p2 z2 R AA z1 扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。 )( CA 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ； 12 () AC ppgR 12 () A ppgRgR 12 () A ppgR 空气 水 2.液位测定 s Rh mh4.3 800 13600 2.0 BA pp 管道中充满氮气， 其密度较小，近似 认为 ghpp aA BaA ppgR A hR 而 所以 A B 【例】有一地下对硝基氯苯贮槽，用图示装置测量其液 位。自管口通入压缩氮气，通过观察罩观察到氮气在贮 槽内鼓泡时，

7、吹气管上安装的U形管压差计的读数稳定 为R。已知压差计中指示液为汞，读数为R=100mm， 对硝基氯苯的密度为1250 kg/m3，贮槽上方通大气。 试求贮槽液面至吹气管口的垂直距离h？ 解：由于通过观察罩可以得知吹气管内氮气在鼓泡状态 下通过，所以氮气压力与吹气管底等高的槽内流体压力 相等。即： gRpghp s 00 mRh s 09. 1 1250 13600 1 . 0 g p h )(表 ()p h g 真 或 例1-6 故 AB ppgh（表压） m g p h A 09. 1 81. 91000 107 .10 3 小 结 一、静力学方程 0 ppgh 二、静力学方程的应用 U形

8、管压差计、测液位、液封 关键是找等压面: 作业作业 工艺计算题：工艺计算题：P67P67页页2 2、3 3 三、连续性方程式及其应用 （一）流量与流速： s V u A Kg/s m3/s m/s （二）连续性方程式（带声音动画） 222111 susu ， s Vsusu 2211 2 4 sd ， 或 21ss ww 2 1 2 2 2 1 d d u u 或或 2 22 2 11 dudu 1、管道直径的估算： 当Vs,ws一定 ，d=f（u） u，d，设备费降低，阻力大，操作费用大； u，d，设备费降高，阻力小，操作费用小。 例：某管道流量为50000kg/h,料液的性质与水相近, 密

9、度为960kg/m3,求管道的直径? 4 s V u 4 s w u 4 s w u 解：根据 d= d= 由连续性方程可得： s 50000 w = =13.89kg/s 3600 4 d= s w u 4 50000 =0.101m 3600 960 3.14 1.8 22 44 13.89 u=1.85m/s 9600.1 s w d 四、柏努利方程式及其应用 （一）柏努利方程式 流体在1-1和2-2截面间作稳定流动，流体从1-1截面 流入，从2-2截面流出。 fe h up gZW up gZ 22 2 22 2 2 11 1 fe H g u g p ZH g u g p Z 22

10、2 22 2 2 11 1 或： 对系统作能量衡算。由能量守衡定律得： J/kg 注意： 当流体静止时，流速等于零，此时也肯定无外加机械能，也无能量 损失。因此，柏努利方程式就为静力学基本方程式。 对于气体，一般不可以使用柏努利方程式，但当两截面间的压力差 不是很大（ ）时，可近似使用柏努利方程式，不过 其中的密度要用两截面的平均密度 。 （二）柏努利方程式的应用 1. 柏努利方程式的解题要点 (1) 作图与确定衡算范围 根据题意画出流动系统的示意图，并指明 流体的流动方向，定出上、下游截面，以明确流动系统的衡算范围。 %20 1 21 p pp 2 21 均 (2) 截面的选取 两截面均应与

11、流动方向相垂直，并且在两截面间的流体 必须是连续的。所求的未知量应在截面上或在两截面之间，且截面上的Z、 u、p等有关物理量，除所需求取的未知量外，都应该是已知的或能通过其 它关系式计算出来。 两截面上的u、p、Z与两截面间的hf都应相互对应一致。 (3) 基准水平面的选取 基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。 如衡算系统为水平管道，则基准水平面通过管道的中心线，Z=0。 (4) 单位必须一致 在用柏努利方程式解题前，应把有关物理量全部换算 成SI制单位，然后进行计算。 (5) 两截面上的压强 两截面上的压强除要求单位一致外，还要求表示方 法一致。由柏努力方程式知，式中两截面的压强为绝对

12、压强，但由于式中 所反映的是压强差( )的数值，且绝对压强大气压表 压，因此两截面的压强也可以同时用表压强来表示，真空度可写为负表压 强。 12 ppp 作业作业 工艺计算题：工艺计算题：P67P67页页4 4 2. 2. 应用实例 (1) (1) 确定管路中流体的流速或流量 例1 188 在常压下用虹吸管从高位槽向反应 器内加料，高位槽与反应器均通大气。如图所 示。高位槽液面比虹吸管出口高出2.092.09，虹 吸管内径为20mm20mm。阻力损失为20J/kg20J/kg。试求虹 吸管内流速和料液的体积流量（m m3 3/h/h）为多少？ 解：取高位槽液面为11截面，虹吸管出口为22截面，

13、以22截面为 基准水平面，已知条件有Z1=2.09m,Z2=0,u1=0,p1=p2=0(表压),We=0， hf =20J/kg 柏努利方程简化后得 （此式说明在此条件下，位能转化为动能和克服阻力损失） 即 故 体积流量 f h u gZ 2 2 2 1 20 2 81. 909. 2 2 2 u 2 1.0/um s hmsmuAVS/13. 1/1014. 302. 0785. 00 . 1 3332 (2)确定设备之间的相对位置 解:取高位槽水面为11截面,出水管口为22截面,基准水平面通过22 截面的中心,则已知条件有 Z1=h,u1=0,p1=p2=0(表压), u2=2.5m/s

14、,Z2=0,He=0, Hf=5.68m 柏努利方程式简化为 所以 例19 如图所示的高位槽,要求出水管内 的流速为2.5m/s，管路的损失压头为5.68 。试求高位槽稳定水面距出水管口的垂 直高度为多少米? f H g u Z 2 2 2 1 mh668. 5 81. 92 2 . 2 2 (3)确定流体流动所需的压力 例110 某车间用压缩空气压送98%浓硫酸,从底楼储罐压至4楼的计量槽内,如图所 示,计量槽与大气相通。每批压送量为10分钟内压完0.3m3，硫酸的温度为20，机械 能损失为7.66J/kg,管道内径为32mm。试求所需压缩空气的表压为多少？ sm d V u S /622.

15、0 032.0785.0 6010 3.0 4 2 2 2 3 /1831mkg f h u gZ p 2 2 2 2 1 解：取硫酸储槽液面为1 11 1截面，管道出口为2 22 2截面， 以1 11 1截面为基准水平面，则已知条件有 Z Z1 1=0,=0,u u1 1=0,=0,W We e=0=0，Z Z2 2=15m,=15m,p p2 2=0(=0(表压),),h hf f =7.66J/kg =7.66J/kg 查附录得硫酸的密度 柏努利方程式简化为 此式说明在此条件下，静压能转化为位能、动能和克服阻力损失, , 即 为了保证压送量，实际表压略大于283.9kPa283.9kPa

16、。 Pa 5 10839. 2 ) 2 ( 2 2 21f h u gZp )66. 7 2 622. 0 81. 915(1831 2 (4)确定流体流动所需的外加机械能 例111 某厂用泵将密度为1100kg/m3的碱液从碱池输送至吸收塔，经喷头喷出， 如图所示。泵的吸入管是 1084mm，排出管是 762.5mm钢管，在吸入管中碱 液的流速为1.5m/s。碱液池中碱液液面距地面1.5m，进液管与喷头连接处的表压为 29.4kPa，距地面20，碱液流经管路的机械能损失为30J/kg。试求输送机械的有效 功率。 mmd10042108 0 mmd715 . 2276 2 解：取碱液池液面为1

17、-11-1截面，管道与喷头连接处为2 22 2截面，以地面为基准水平面， 则已知条件有 Z Z1 1=1.5m,=1.5m,u u1 1=0,=0,p p1 1=0(=0(表压),),Z Z2 2=20m,=20m, 吸入管内径 排出管内径 kgJh f /30 sm d d uu/98. 2) 71 100 (5 . 1)( 22 2 0 02 3 1100/kg m， 吸入管内流速smu/5 . 1 0 3 2 29.4 10pPa（表压）， 柏努利方程式简化为： fe h uupp ZZgW 2 )( 2 1 2 212 12 30 2 98. 2 1100 104 .29 81. 9)

18、5 . 120( 23 kgJ /7 .242 故 2 242.7 1.5 0.785 0.11100 3140 3.14 ees NW w W kW 作业作业 工艺计算题：工艺计算题：P67P67页页5 5、6 6 五、流体流动阻力及降低措施 （一）雷诺数与流动型态 1.1.雷诺数与流动型态 a. 层流层流（或（或滞流滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方）：流体质点仅沿着与管轴平行的方 向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合； b. 湍流湍流（或（或紊流紊流） ：流体质点除了沿管轴方向向前流：流体质点除了沿管轴方向向前流 动外，还有径向

19、脉动，各质点的速度在大小和方向上都动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都 随时变化，质点互相碰撞和混合。随时变化，质点互相碰撞和混合。 判断依据 Re 2000 Re 2000 时，流体是层流流动； Re 4000 Re 4000 时，流体是湍流流动； 在2000Re40002000Re4000时，是一种不稳定流动，称为过渡区。 Re标志流体流动的湍动程度。其值愈大，流体的湍 动愈剧烈。 雷诺进一步实验发现，流体的流动型态与u、de 有关，以Re表示,称为雷诺数。 Re du 层流和湍流的比较（带声音） 层 流湍流 输送流体 传质和传热 解： sm d V u s /849. 0 0

20、5. 0785. 0 )3600/6( 785. 0 22 400010146. 1 103 810849. 0050. 0 Re 4 3 du 当量直径 对于非圆形截面的通道，可以用一个与圆形管直径 d相当的“直径”来代替，称作当量直径，用de表示。 de=4流通截面积/润湿周边长度 ba ab d e 2 不能 用当量直径来计算流体通过的截面积、流速和流量。 b b、湍流：湍流时，流速分布类似于抛物线。 u = 0.8umax a a、层流：层流时流速是一个正规的抛物线，而平时 所说的流速是整个截面的平均流速。 u = 0.5umax (a)(a)突起的壁面后缘：如粗糙表面、翅片管、挡板等

21、 (b)(b)截面的突然扩大：如管出口 (c)(c)截面的突然缩小：如管进口 (d)(d)流道方向变化：如折流、蛇管等 当处于稳定、直线流动的层流流体因流动方向或流道尺寸 突然改变时，原来紧贴壁面前进的边界层会离开壁面，发生边 界层分离，如图所示： 小 结 流体流型 Re 2000 Re 2000 时，流体是层流流动； Re 4000 Re 4000 时，流体是湍流流动（层流内层、过渡 区、湍流主体） 2000Re40002000Re4000时，是一种不稳定流动，称为过渡 区。 Re du 雷诺准数 故管路总的能量损失h hf f = h = hf f +h +hf f 1 1、直管阻力： 式

22、中：l l 直管长度，m m； d d 直管内径，m m； uu 流体流速，m/sm/s； 比例系数，摩擦系数，无因次。 2 2 f l u h d （二）流体流动阻力 生产用管路主要由直管和管件、阀门等两部分组成，流体 流动阻力也相应分为直管阻力和局部阻力两类。 与流体的流动形态与流体的流动形态Re有关，还与有关，还与管子粗糙度管子粗糙度有关。有关。 管子粗糙度：管子粗糙度： 管子根据材质，加工方法可分：管子根据材质，加工方法可分： 光滑管：玻璃管、铜管、塑料管等光滑管：玻璃管、铜管、塑料管等 粗糙管：钢管、水泥管等粗糙管：钢管、水泥管等 绝对粗糙度：绝对粗糙度：指壁面凸出部分的平均高度。指

23、壁面凸出部分的平均高度。 相对粗糙度：相对粗糙度：/d指壁面凸出部分的平均高度与直指壁面凸出部分的平均高度与直 径的比。径的比。 g u d l H f 2 2 2 2 u d l hp ff J/N=m 的计算： a a、层流时的计算： 层流时，流体是平行流动的，层流内层的厚度完全恢盖了管壁凸 凹不平的壁面，流体的质点与管壁凹凸部分不会发生碰撞，所以层流 时，与管子的粗糙度无关，只与Re有关，实验证明或理论推导： =64/ Re ，它们为线性关系。 湍流时，流体的层流内层的厚度很薄，它不能恢盖管壁凸凹不 平的壁面，流体的质点与管壁凹凸部分会发生碰撞使湍流程度加剧， 此时对的影响相当大，= f

24、（Re、/d），的计算：经验式和查 图两种方法。 双对数坐标的使用 a)层流区：层流区：Re2000，与与Re成直线关系，成直线关系，=64/Re。 c)湍流区：湍流区： Re4000且在图中虚线以下处时，且在图中虚线以下处时，值随值随Re数的增数的增 大而减小。大而减小。 d)完全湍流区完全湍流区：图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随 Re的变化而变化，的变化而变化，值近似为常数。值近似为常数。 b)过渡区：2000Re4000，管内流动随外界条件的影响 而出现不同的流型，摩擦系数也因之出现波动。 根据范宁公式，若l/d一定，则阻力损失与流速的平方成正

25、 比，称作阻力平方区 。 例1-13 解： smu/26.1 1.0785.09003600 100032 2 20001575 072. 0 90026. 11 . 0 Re du 0406.0 1575 64 Re 64 kgJ u d l hf/45. 6 2 26. 1 1 . 0 20 0406. 0 2 22 Pahp f 580590045.6 40001026. 5 10005. 1 2 .9981053. 0 Re 4 3 du 004.0 53 2.0 /d 查图得=0.03,对水平直管 PaPa u d l pp f 4 22 1083. 228251 2 12 .998

26、 053. 0 100 03. 0 2 作业作业 工艺计算题：工艺计算题：P68P68页页7 7 2.2.局部阻力： 流体通过管道的管件、阀件、扩大口、流 量计等局部障碍时，因流通截面积发生了改变， 流体的流动方向、速度变化很大，产生大量的旋 涡从而消耗很大的能量，比通过同等长度的直管 损失能量要大得多。因管路复杂、种类繁多，难 经精确计算，局部阻力能量损失的计算有二种近似 公式进行计算。 （1 1）阻力系数法： 将所有影响局部阻力的因素全归结到一个系数来， 即 动能的一个倍数。 2 f h = 2 u 0 2 1 A A 管出口1 e A2/A10，管进口c=0.5。 （2 2）当量长度法：

27、 把流体通过某一局部障碍所损失的能量，折算成 流体 流过相同管径一定长度直管的能量损失。 如：9090 。标准弯头，它的当量长度不是弯头本身的 长 度，而是流体流过弯头时产生的阻力损失与通过等管 径直 管产生相等的阻力损失直管的长度。用“le”表示。 式中：le当量长度, ,有表可查。 2 2 e f l u h d 因阻力系数法或当量长度法计算都是近似计算，而管件、 阀件加工精度、材质及使用的时间长短不同，对局部损失的大 小也就不同，教材上的有关数据不可能考虑这么细，所以只是 一个粗略计算或估算，采用不同的方法计算的出来的结果难免 会有差别。 例1-15 解 11截面：z 1=Z，p1=pa

28、=0（表压），u10 22截面：z2=0，p2=2104Pa（表压）， fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 sm A V u/1 . 1 04. 0785. 03600 5 2 2 4 3 1005.3 103.1 901.104.0 Re du kgJ u d l h f /72.4 2 1.1 04.0 8 039.0 2 22 局部阻力 kgJ u h f /54. 5 2 1 . 1 )4 . 675. 05 . 15 . 0( 2 22 总阻力 hf =hf +hf=4.72+5.54=10.26J/kg 故 m g h g u g p Z f

29、37. 3 81. 9 26.10 81. 92 1 . 1 81. 9900 20000 2 22 22 作业作业 工艺计算题：工艺计算题：P68P68页页9 9 六、流体的基本物理量的检测 化工生产正常运行必须对流体输送过程的工艺参数 进行检测。流体输送过程常见的工艺参数有温度（T）、 压力（P）、液位（L）、流量（F）。 （一）温度检测 热电偶 热电阻 （二）压力检测 （三）流量检测 1 1、孔板流量计 a a、结构及测量原理： )(2 00 A s gR SCV 孔板流量计的孔板流量计的C C0与与ReRe、A A0/A/A1 1的关系曲线的关系曲线 2 2、文氏管流量计 属变差压型流

30、量计属变差压型流量计 能量损失小，造价高能量损失小，造价高 任务三 熟悉流体输送机械 一、液体输送机械 （一）离心泵 1 1、离心泵的结构 （1 1）叶轮 4-84-8个叶片（前弯、后弯、径向）液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板 闭式叶轮闭式叶轮半开式半开式开式开式 液体入口中心 泵壳：泵体的外壳，包围叶轮。泵壳：泵体的外壳，包围叶轮。 截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。 出口出口切线切线 泵轴：泵轴：垂直叶轮面垂直叶轮面叶轮中心。叶轮中心。 A A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者 外界空气漏入泵壳内。 B B 轴封的分类 轴封装置轴封装置

31、 填料密封：填料密封： 机械密封：机械密封： （端面密封）（端面密封） 主要由填料函壳、软填料和填料压盖组主要由填料函壳、软填料和填料压盖组 成，普通离心泵采用这种密封。成，普通离心泵采用这种密封。 主要由装在泵轴上随之转动的动环和固主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 定于泵壳上的静环组成，两个环形端面定于泵壳上的静环组成，两个环形端面 由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动， 起到密封作用。起到密封作用。 2 2、离心泵的工作原理 离心泵装置简图： 叶轮、泵壳、泵轴、吸入口、吸入管、排出口、排出 管、底阀、出口阀 （1 1）排液： （2 2）吸液： 液体的汇集与能

32、量的转换液体的汇集与能量的转换（动（动静静） 消除轴向推力消除轴向推力 动动静、静、减少能量损失减少能量损失 抛出（从叶轮中心至边缘）形成真空叶轮中 心）压强差（吸入管贮槽液面与叶轮中心）吸入 离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气 的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力 很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所 需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象 称作称作“气缚气缚”。 作业作业 思考

33、题：思考题：P67P67页页5 5、6 6 离心泵铭牌 流量：指单位时间内泵能排出的液体量，即体积流量 (Q)(Q)，单位m m3 3/h/h，泵流量的大小与结构有关，与叶轮的 直径、转速成正比。 扬程（外加压头）：泵给予1N1N液体的有效能量(H),(H),单 位m m A A扬程不等于升扬高度，升扬高度为两截面间的 垂直距离。 B B扬程与叶轮的直径、转速成正比，受流量的影 响。 22 1122 12 22 2121 21 22 21 H 22 ()H 2 2 f f pupu ZHZ gggg ppuu HZZ gg ppuu Hh gg 表真 功率和效率： 每秒钟泵对输出液体所作的功，

34、称为有效功率 （即NeNe），单位为W W。 泵的轴功率即泵轴从电机获得的功率（N N）。由 于泵运转时，泵内高压液体部分回流到泵入口，甚 至 漏到泵外；液体在泵内流动时，要克服摩擦阻力和 局部阻力；泵轴转动时，有机械摩擦。使N N大于NeNe， 有一效率： e NQ H g e NQHg NN 泵的效率主要与制造质量和流量有关，一般为5050 7070，大型泵达9090。 出厂的新泵一般都有电机。若需自配电机，应按实际 工作的最大流量计算轴功率N N，取(1.1(1.11.2)N1.2)N作为选电机 的依据。 泵铭牌上注明的性能，是以常温清水为试验液体，其 密度为10001000Kg/m3。

35、如输送液体的密度较大，应重新核算电 机功率，看是否满足。 是一个便于用户计算安装高度的参数，其意义将在以后介绍。 4 4、离心泵性能的影响因素 23 111111 222222 QnHnNn QnHnNn ； ； 23 111111 222222 QDHDND QDHDND ； ； 作业作业 计算题：计算题：P68P68页页1010 5 5、离心泵的特性曲线与流量调节 （1 1）特性曲线 HQN Q Q 厂家实验测定厂家实验测定产品说明书产品说明书2020 C C清水清水 说明：说明： HQ曲线：曲线：Q ，H 。Q Q很小时可能例外很小时可能例外 NQ曲线曲线： Q ，N 。 大流量大流量大

36、电机大电机 关闭出口阀启动泵，启动电流最小关闭出口阀启动泵，启动电流最小 Q曲线曲线 ：小：小Q ， ；大大Q ， 。 max 泵的铭牌泵的铭牌与与 max对应的性能参数对应的性能参数 选型时 max 3 ,/Q mh mH, N QN QH Q 例：以2020的水为介质，在泵的转速为29002900r/min 时，测定某台离心泵性能时，某次实验的数据如下： 流量1212m3/h, ,泵出口处压强表的读数为0.370.37MPa， 泵入 口处真空表读数为0.0270.027MPa，轴功率为2.32.3KW。 若压 强表和真空表两测压口间垂直距离为0.40.4m，且泵的 吸 入管路和排出管路直径

37、相同。 求：这次实验中泵的扬程和效率。 解： Hf，1-20 2121 ,4 . 0uumzz 54 3.7 102.7 10 0.440.87 1000 9.81 Hm 581. 0 10003 . 23600 81. 910001287.40 N gHQ （2）工作点 a.a.管路特性曲线 流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。 2 BQKH e 管路的特性管路的特性 方程方程 在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液 体流量体流量Q Q的平方而变的平方而变 。 离心泵

38、的特性曲线与 管路的特性曲线的交点M， 就是离心泵在管路中的工 作点。 M点所对应的流量Qe和压头He表示离心泵在该特定管 路中实际输送的流量和提供的压头。 (3)离心泵的流量调节离心泵的流量调节（带声音动画）（带声音动画） a.a.改变管路特性曲线改变管路特性曲线 改变出口阀开度改变出口阀开度 阀门关小时：阀门关小时： 管路局部阻力加大，管路特性管路局部阻力加大，管路特性 曲线变陡，工作点由原来的曲线变陡，工作点由原来的M点移点移 到到M1点，流量由点，流量由QM降到降到QM1； 阀门开大时：阀门开大时： 管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦

39、一些，工作 点由点由M移到移到M2流量加大到流量加大到QM2。 优点：优点：调节迅速方便，流量可连续变化；调节迅速方便，流量可连续变化； 缺点：缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。 b.b.改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线改变泵的转速改变泵的转速 若把泵的转速提高到若把泵的转速提高到n1：则则HQ线上移，工作点由线上移，工作点由M移移 至至M1 ，流量由，流量由QM 加大到加大到QM1； 若把泵的转速降至n n2 2： 则HQ线下移，工作点 移至M2, ,流量减小到QM2 优点：优点：流量随转速下降而减小，流量随转速下降而减小， 动力消耗也相应降低；动

40、力消耗也相应降低； 缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流 量连续调节，化工生产中很少采用。 两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其 提供的压头是单台泵的两倍提供的压头是单台泵的两倍 。 两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管 路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。 7. 离心泵的选用 （1）离心泵的类型 水泵、耐腐蚀泵、油 泵和杂质泵等单吸泵和双吸 泵单级泵和多级泵。 （1）清水泵 多级泵 双吸泵 （2）耐腐蚀泵（F型、IH型泵） （3）油泵 （4）液下泵 （6）屏蔽泵 （7）杂质泵 作业作业 思考题

41、：思考题：P68P68页页1010、1111 贮槽液面贮槽液面0-00-0与入口处与入口处1-11-1两截面间列柏努利方程两截面间列柏努利方程 10 2 110 2 f H g u g PP Hg 若贮槽上方与大气相通，若贮槽上方与大气相通， 则则P P0 0即为大气压强即为大气压强P Pa a 10 2 11 2 f a H g u g PP Hg 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵的吸入 口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。 (2)(2)气蚀现象（动画1、2） 气蚀产生的条气蚀产生的条 件叶片入口附近件叶片入口附近K K 处的压强处的压强P PK K等于或等于

42、或 小于输送温度下液小于输送温度下液 体的饱和蒸气压。体的饱和蒸气压。 气蚀产生的后果：气蚀产生的后果： 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的 反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐 脱落脱落 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低， 严重时会输不出液体。严重时会输不出液体。 (3)(3)气蚀余量气蚀余量 为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压 头头 g p 1 与动压头与动压头

43、g u 2 2 1 之和必需大于液体在操作温度下之和必需大于液体在操作温度下 s p g 的一个最小值。的一个最小值。 的饱和蒸汽压头的饱和蒸汽压头 2 s11 2 ppu h ggg 气蚀余量定义式气蚀余量定义式 当流量一定且流体流动为阻力平方区时，气蚀余量仅与当流量一定且流体流动为阻力平方区时，气蚀余量仅与 泵的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。泵的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。 将将 2 s11 2 ppu h ggg 代入代入 kfg H g u g pp H 1 2 110 2 0s 0 1gf pp HhH gg 允许安装高度的计算式允许安装高度的计算式 离心泵的气蚀余量离

44、心泵的气蚀余量 h值也是由生产泵的工厂通过实验测定的值也是由生产泵的工厂通过实验测定的 h随随Q增大而增大增大而增大 计算允许安装高度时应取高流量下的计算允许安装高度时应取高流量下的h值。值。 泵性能表上所列的泵性能表上所列的h h值也是按输送值也是按输送2020的清水测定的，当的清水测定的，当 输送其它液体时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系输送其它液体时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系 数小于数小于1 1，故把它作为外加的安全系数，不再校正。，故把它作为外加的安全系数，不再校正。 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允 许值小0.50.51 1m m。 mHH gg )

45、 15 . 0( 实 1 1）允许气蚀余量值是与其流量有关的，大流量下h h较大， 因此，必须注意使用最大额定流量值进行计算。 2 2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸 入管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。 3 3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允 许安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮 槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。 作业作业 计算题：计算题：P68P68页页1111 ( (二）往复泵 1 1、往复泵的结构 往复泵是一种容积泵，往复泵是一种容积泵， 它依靠作往复运动的它依靠作往复运动的 活塞依次开启吸入阀活塞依次开启吸入阀 和排出阀从

46、而吸入和和排出阀从而吸入和 排出液体。排出液体。 泵的主要部件有泵缸、泵的主要部件有泵缸、 活塞、活塞杆、吸入单向阀活塞、活塞杆、吸入单向阀 和排出单向阀。和排出单向阀。 活塞经传动和机械在外活塞经传动和机械在外 力作用下在泵缸内作往复运力作用下在泵缸内作往复运 动。活塞与单向阀之间的空动。活塞与单向阀之间的空 隙称为工作室。隙称为工作室。 结构 2、工作原理（动画1、2、3） 当活塞自左向右移动时 活塞由右向左移动时 活塞从左端点到右端点的距离叫活塞从左端点到右端点的距离叫冲程或位移冲程或位移。 活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的 泵，称为泵

47、，称为单动泵单动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧， 吸液时不能排液，因此排液不是连续的。吸液时不能排液，因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵双动泵 或三联泵或三联泵 。 往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点： 1）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数 有关，而与泵的扬程无关。无论在什么压头下工作，只要往 复一次，泵就排出一定量的液体。 其理论流量：其理论流量： 对单动泵对单动泵 rT ASnQ 对双动泵对双动泵 rT SnaAQ)2( vT QQ 其实际

48、流量：其实际流量： 2 2）往复泵的）往复泵的扬程扬程与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度 及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就 能提供多大的压头。能提供多大的压头。 3）往复泵的允许气蚀余量也随泵安装地区的大气压强、输送 液体的性质和温度而变，所以往复泵的安装高度也有一定的 限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在 开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。 4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用 旁路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液往

49、复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液 体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐蚀性液体和固体体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐蚀性液体和固体 粒子的悬浮液。粒子的悬浮液。 二、计量泵二、计量泵 计量泵是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运计量泵是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运 动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使 柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的。柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的。 三、隔膜泵 被输送的液体位于隔膜一侧， 柱塞位于另一侧，彼此不相接触 四、旋转泵四、旋转泵 旋转泵

50、靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液 体，又称转子泵体，又称转子泵 。 1 1、齿轮泵齿轮泵 泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个 被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开， 形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮 转动而达到排出腔转动而达到排出腔 ，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成 高压而排出液体。高压而排出液体。 齿轮泵可以产生较高的压头，但流量较小，用于输送黏齿轮泵可以产生较高的