化工原理2-2综述

1、工作过程工作过程叶轮中部低压叶轮中部低压液体吸入液体吸入灌泵灌泵 叶轮高叶轮高速旋转速旋转 离心作用离心作用 静压能和动能静压能和动能 叶轮叶轮外缘外缘 流道扩大流道扩大 动能动能 静压能静压能 液体排出液体排出 排液过程排液过程 吸液过程吸液过程 泵壳泵壳 气缚气缚化工原理化工原理课件课件第一章第一章 流体流动流体流动化工原理化工原理课件课件第二章第二章 流体输送设备流体输送设备操作温度下操作温度下, ,液液体的饱和蒸汽压体的饱和蒸汽压vkpp 当当气化气化气泡气泡叶轮中部叶轮中部( (低压区低压区) )叶轮外缘叶轮外缘( (高压区高压区) )气泡气泡破裂破裂冲击冲击叶轮叶轮泵损害泵损害离心

2、泵的气蚀现象离心泵的气蚀现象Hg11KK00p020kkf0k2gppuHhggg安装高度 ，汽蚀问题：如何确定Hg的上限102112fagHgugppH以贮液槽液面为基准水平面，列贮液槽以贮液槽液面为基准水平面，列贮液槽液面液面0-00-0与泵入口处截面与泵入口处截面1-11-1间的柏努利间的柏努利方程式，可得方程式，可得102112fgaHgugpHgp2.允许安装高度(1)(1)允许吸上真空高度允许吸上真空高度gppHaS110212fsgHguHH允许的允许的安装高度安装高度HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安装高度Hg越高。 HS与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质

3、及当地大气压等因素有关。 允许吸上真空高度由实验测定，也可从泵样本中查得。允许吸上真空高度由实验测定，也可从泵样本中查得。 泵样本中所给出的泵样本中所给出的HsHs，是在大气压力为是在大气压力为10.3310.33mHmH2 2O O下，以下，以2020水水( (此时水的饱和蒸气压为此时水的饱和蒸气压为0.240.24mHmH2 20)0)为介质测定的数值。为介质测定的数值。如果泵的操作条件与上述实验条件不同时，则应把泵样本中给如果泵的操作条件与上述实验条件不同时，则应把泵样本中给出的出的HsHs值换算成操作条件下的值，即值换算成操作条件下的值，即10212fsgHguHHHsHs的校正的校正

4、)24. 0()33.10(gpgpHgppgppHHvasvvaass实际安装高度实际安装高度为确保离心泵在运转时不发生气蚀现象，泵的实际安装高度为确保离心泵在运转时不发生气蚀现象，泵的实际安装高度还应比计算的允许安装高度还应比计算的允许安装高度HgHg低低0.50.51.1.OmOm。 )0 . 15 . 0( HgH实际 例：用一台离心泵在海拔高度例：用一台离心泵在海拔高度400400m m处输送处输送4040的水，从泵样本的水，从泵样本中查得该泵的允许吸上真空高度中查得该泵的允许吸上真空高度Hs=7.0mHs=7.0m，若吸入管的压头损失若吸入管的压头损失约为约为1 1mHmH2 2O

5、,O,泵入口处的动压头为泵入口处的动压头为0.20.2mHmH2 2O O。试确定该离心泵的安装试确定该离心泵的安装高度。已知海拔高度高度。已知海拔高度400400m m处的大气压力为处的大气压力为9.859.85mHmH2 2O O。解：解：10212fsgHguHH)(06. 62 .9922 .998)24. 09.81998.27375.26(-9.85)-(10.33-7)24. 0()33.10(mgpgpHHvass泵的实际安装高度为泵的实际安装高度为4.86-0.5=4.364.86-0.5=4.36m m。)(86. 412 . 006. 6mHg 在1-1和k-k间列柏努利

6、方程：kfkvHgugpgugp1221122Hg11KK00p0(2)(2)汽蚀余量汽蚀余量当泵刚发生气蚀时，叶轮入口附近(k-k)最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv 时，泵入口处压强(1-1)必等于某确定的最小值p1。有效汽蚀余量泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压头(液柱) 212Vappuhg1 1ggggha的物理意义：ha，p1 汽蚀102112fagHgugppH必需汽蚀余量hr:液体从泵入口到叶轮内最低压力点处的全部压头损失泵入口泵入口处处：动压头+静压头=gugp2211gpgugphr2211用实验测定判别汽蚀条件：判别汽蚀条件： ha hr , pk pv时，时， 不汽蚀不

7、汽蚀 ha hr , pk pv时，开始发生汽蚀时，开始发生汽蚀 ha hr , pk pv时，时， 严重汽蚀严重汽蚀1 1g g212pug g gVp k kg gp 泵入口处压头泵入口处压头叶轮压力最低处压头叶轮压力最低处压头饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头必需汽蚀余量必需汽蚀余量 hr有效汽蚀余量有效汽蚀余量 ha212Vappuhg1 1gggg允许汽蚀余量h比必需汽蚀余量大0.3米 3 . 0rhh正常运转的泵3 . 0rahhh 允许气蚀余量是反映离心泵汽蚀性能的重要参数，主要与允许气蚀余量是反映离心泵汽蚀性能的重要参数，主要与泵的内部结构和输送的流量有关。泵的内部结构和输送的流量有关。

8、 离心泵的允许气蚀余量，也是由泵的生产部门按输送离心泵的允许气蚀余量，也是由泵的生产部门按输送2020清水通过实验测定的。该值列入泵的样本，由离心泵厂向用户清水通过实验测定的。该值列入泵的样本，由离心泵厂向用户提供提供。当输送其它液体时，同样需要进行校正。由于校正系数当输送其它液体时，同样需要进行校正。由于校正系数的值一般小于的值一般小于1 1，因此也可以不进行校正，而把高出的数值作，因此也可以不进行校正，而把高出的数值作为防止气蚀现象所外加的安全系数。为防止气蚀现象所外加的安全系数。由h计算最大安装高度Hgmax和Hg允许允许gfvgrfvrfvafvvfgHHgphgpHhhHgphgpH

9、HgphgpHgpgpgugpgpHgugpgpH00gmax0211021103 . 022102112fagHgugppH00 1VgfppHhHg 允允最大安装高度最大安装高度00 1VgrfppHhHg m m a ax x最大允许安装高度最大允许安装高度h随Q增大而增大计算允许安装高度时应取高流量下的h值。)0 . 15 . 0( HgH实际 例题：用一台离心油泵从贮槽向反应器输送液态异丁烷，从泵样本中查得在输例题：用一台离心油泵从贮槽向反应器输送液态异丁烷，从泵样本中查得在输送流量下该泵的允许气蚀余量送流量下该泵的允许气蚀余量h h3.53.5m m。贮罐内液面上方的压力为贮罐内液

10、面上方的压力为6.526.52l05Pal05Pa。异丁烷在输送温度下的饱和蒸气压为异丁烷在输送温度下的饱和蒸气压为6.386.38l05Pal05Pa，密度为密度为530530kg/m3kg/m3。吸入管路吸入管路的压头损失为的压头损失为1.21.2m m。试问，当泵的入口处位于贮罐内液面以下试问，当泵的入口处位于贮罐内液面以下1.51.5m m时，该泵能否时，该泵能否正常操作。正常操作。解：允许安装高度为解：允许安装高度为 0 . 22 . 15 . 3807. 953010)38. 652. 6(50fvgHhgppH 已知泵的实际安装高度为已知泵的实际安装高度为-1.5-1.5m m大

11、于计算结果。说明泵在输送异丁烷过程大于计算结果。说明泵在输送异丁烷过程中会发生气蚀现象，不能确保泵的正常操作。将泵的安装高度降至中会发生气蚀现象，不能确保泵的正常操作。将泵的安装高度降至-2.0-0.5-2.0-0.5-2.5-2.5m m才能确保其正常操作。才能确保其正常操作。解：核算该油泵安装高度是否合理m4 . 235 . 181. 9580304000343000g) esf(vss,允许允许hhpgpz例 用油泵从密闭容器中送出30的丁烷，容器上方压力ps=343kPa，输送到最后，液面降到泵入口以下2.8m， 30的丁烷=580kg/m3 ， pv=304kPa，吸入管路阻力损失为

12、1.5m，所用油泵的汽蚀余量为3m。问该泵能否正常操作。m4 . 114 . 215 . 0s,）（允许实zz泵有可能发生汽蚀，不能正常操作。查取允许吸上真空高度（允许汽蚀余量查取允许吸上真空高度（允许汽蚀余量 h h ）校正校正计算出允许安装高度计算出允许安装高度实际安装高度应小于实际安装高度应小于HgHg。总结总结安装高度的计算：安装高度的计算：10 ,212 fsgHguHH00 1VgfppHhHg 允允)0 . 15 . 0( HgH实际减少吸入管路的阻力，可提高泵的安装高度。故离心泵的入减少吸入管路的阻力，可提高泵的安装高度。故离心泵的入口管径都大于出口管径口管径都大于出口管径，减

13、少吸入管路的弯头、阀门等管件减少吸入管路的弯头、阀门等管件 。液体温度越高，饱和蒸汽压液体温度越高，饱和蒸汽压p pv v就越高，允许安装高度则越低。就越高，允许安装高度则越低。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贮槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。1. 管路特性曲线管路特性曲线 在截面在截面1-1 与与2-2 间列柏努利方程，有：间列柏努利方程，有：22fpuHzHgg 特定的管路系统：特定的管路系统： 一一定定p 、z 、dlle 一定一定操作条件一定：操作条件一定：022

14、 gu其中其中： 当离心泵安装在一定管路上时，其所提供的压头当离心泵安装在一定管路上时，其所提供的压头H H与流量与流量qvqv必须与必须与管路所需要的压头管路所需要的压头HeHe和流量和流量Q Q一致，因此，离心泵的实际工作情况一致，因此，离心泵的实际工作情况由泵的特性和管路特性共同决定。由泵的特性和管路特性共同决定。六、离心泵的工作点与流量调节六、离心泵的工作点与流量调节258ellkgd 令令0pHzg 令令22222512248eeVfeVllllquHdgdgdllqgd 而而认为流体流动进入阻力平方区，认为流体流动进入阻力平方区， 变化较小变化较小 。为一常数为一常数亦为一常数亦为

15、一常数则则20VH Hkq 管路特性方程管路特性方程管路特性曲线，表示在特定管路系统中，于固定的操作条件下，液体流经该管路时所需的压头与流量的关系。此曲线的形状完全由管路的布局与操作条件决定，而与泵的性能无关。QH管路特性曲线gpZ2. 2. 离心泵的工作点离心泵的工作点 离心泵总是安装在一定管路上工作的，泵所提供的压头(H)与流量（Q）应与管路所需的压头(he)与流量(Qe)相一致。 QHheQe 离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线he-Qe绘于同一坐标图上，两曲线的交点M称为泵在该管路上的工作点。 HQQe=QH=he工作点gpz 管路特性曲线反映了被输送管路特性曲线反映了被输送

16、液体对输送机械的能量要求。液体对输送机械的能量要求。在工作点处泵的输液量即为在工作点处泵的输液量即为管路的流量管路的流量Q Q，泵提供的压头，泵提供的压头（扬程）（扬程）H H必恰等于管路所要必恰等于管路所要求的压头求的压头H H。当工作点是在高。当工作点是在高效 区 （效 区 （不 低 于不 低 于 9 29 2 max max ），则该工作点是适），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较宜工作点，说明泵选择的较好。好。特定管路和特定的泵相特定管路和特定的泵相配合时配合时，一定有而且只有一，一定有而且只有一个工作点。个工作点。OQQHH1管路管路HQ 离心泵的工作点离心泵的工作点泵泵HQ泵泵

17、 QA注意：注意： 管路特性曲线为开口向上的抛物管路特性曲线为开口向上的抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总线，它在纵轴截距反映了管路上下游总势能差；势能差；k反映了管路阻力的大小；反映了管路阻力的大小；k，同样流量下管路的阻力越大，同样流量下管路的阻力越大，k较大的较大的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路；路； 泵特性曲线中流量的单位可能是泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或或m3/h ；求工作点时，管路特性曲；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；线的整理应注意保持单位一致； 离心泵工作点的求法：离心泵工作点的求法：解析法解析法即即当泵的

18、特性曲线已知，可与管路特性曲当泵的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线图，则用只有特性曲线图，则用图解法图解法即将管路即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。交点即为工作点。 OQ2Q1QHe2H221低阻低阻高阻高阻H1gpz a) 改变出口阀门开度改变出口阀门开度适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。关小出口阀关小出口阀 le qV , ,H 管特线变陡管特线变陡 工作点左上移工作点左上移 特点：方便、快捷，流量连续变化；

19、特点：方便、快捷，流量连续变化； 阀门消耗阻力，且使泵在低效率点工作，不经济。阀门消耗阻力，且使泵在低效率点工作，不经济。3. 3. 流量调节流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：b b）改变泵的特性曲线）改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切割定律可由前述比例定律、切割定律可知，改变知，改变泵的转速、切削叶轮泵的转速、切削叶轮都可都可以达到改变泵的特性曲线的目的。以达到改变泵的特性曲线的目的。如图所示，泵的转速由如图所示，泵的转速由n1减小至减小至n2时，时，泵的泵的HQ线下移，工作点由点线下移，工作点由点A A1 1移移

20、至点至点A A2 2，流量由，流量由Q1减小至减小至Q2。 优点优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高：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（效率区工作（n改变改变 n2图图 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线A A2 2Q2例：如图所示，将例：如图所示，将2020的清水从贮水池输送到高位槽。已知高位的清水从贮水池输送到高位槽。已知高位槽内水面高于贮水池水面槽内水面高于贮水池水面1313m m。高位槽及贮水池中水面恒定不变，高位槽及贮水池中水面恒定不变，且均与大气连通。输送管为的钢管，总长度且均与大气连通。输送管为的钢管，总长度( (包括局部阻力的当包括局部阻力的当

21、量长度量长度) )为为200200米。现拟选用米。现拟选用4 4B20B20型水泵，当转速为型水泵，当转速为2900 2900 r rminmin时，其特性曲线如下图所示。试分别求泵在运转时的流量、轴功时，其特性曲线如下图所示。试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。在本题情况下，摩擦系数可取率及效率。在本题情况下，摩擦系数可取0.020.02 解：管路特性曲线可以通过列截面解：管路特性曲线可以通过列截面1-11-1与截面与截面2-22-2间的柏间的柏努利方程式求得，即努利方程式求得，即21212212122)(feHguugppZZH13)(12ZZ25922221131. 002. 020

22、01037. 636004212eefQdQgdlgudlH241061. 613eeQH在离心泵的特性曲线图上作出管路的特性曲线，得到离心在离心泵的特性曲线图上作出管路的特性曲线，得到离心泵的工作点泵的工作点P P从图上可以看出：泵在运转时的流量从图上可以看出：泵在运转时的流量Q=98mQ=98m3 3/h/h N=6.7kW N=6.7kW =77% =77%。 例：由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高例：由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高50m，两水面上的压力均为常压，要求的流量两水面上的压力均为常压，要求的流量90m3/h，输送管径为，输送管径为156mm，在阀门全开时，

23、管长和各种局部阻力的当量长度的，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为总和为1000m，对所使用的泵在，对所使用的泵在Q=65135m3/h范围内属于高范围内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线H=124.5-0.392Q表示，此处表示，此处H为泵的扬程单位是为泵的扬程单位是m，Q为泵的流量单位为泵的流量单位是是m3/h，泵的转速为，泵的转速为2900r/min，摩擦系数，摩擦系数=0.025，水的密，水的密度度=1000kg/m3。试确定：。试确定：（1）此泵能否满足要求？）此泵能否满足要求？（2）如泵的效率在）如泵的

24、效率在Q=90m3/h时可取为时可取为68%，求泵的轴功率，求泵的轴功率，如果是用阀门进行调节的，由阀门关小而损失的功率为多少？如果是用阀门进行调节的，由阀门关小而损失的功率为多少？（3）如将泵的转速调为）如将泵的转速调为2600r/min，并辅以阀门调节使流量达，并辅以阀门调节使流量达到要求的到要求的90m3/h，损失的功率为多少？，损失的功率为多少？解：解：在在1-1、2-2间列伯努利方程间列伯努利方程21pp 021 uu2211221222efupupZHZHgggg2222efluHZHZdg2290/36001.31/0.15644Qum sd64eHmQ =90m3/h时，时，H

25、 =124.5-0.392 Q=89.22mH He ，所以泵满足要求，所以泵满足要求50m1122基准面基准面21.86eNHg Qkw/32.2eNNkw（2）用阀门调节损失的压头为用阀门调节损失的压头为2289.226425.22eHHm损失的功率为损失的功率为22/9.1eNHHg QkwOQ2=90QH2H(m)A2关小阀门改变泵的工作点关小阀门改变泵的工作点A1He2Q(m3/h)泵的特性曲线变为泵的特性曲线变为1000.351HQ Q=90m3/h时，时，H=100-0.351Q =68.41m用转速调节，辅以阀门调节损失的压头为用转速调节，辅以阀门调节损失的压头为2268.41 644.4eHHm损失的功率为损失的功率为22/1.59eNHHg Qkw（3）转速改变后，由比例定律得）转速改变后，由比例定律得QnQn1.115QQ2HnHn1.244HHOQ2 =90Q1H2H(m)减小转速并辅以阀门调节流量减小转速并辅以阀门调节流量A1He2=64A1Q(m3/h)Q1A2例： 某管路安装一台水泵，其特性曲线如图所示。将水池中的水送至高度为10m，表压为9.81104Pa 的密闭容器内，管内流量为16.7L/s，试求管路特性曲线(为定值)及输送每千克水所需要的能量； 若将阀门关小，使