化工原理21-24 流体输送设备课件

1、1化化 工工 原原 理理2教学目的：教学目的：重重 点：点：课课 型：型：教学方法：教学方法：难难 点：点：熟悉各种流体输送机械，了解各种流体输送机械熟悉各种流体输送机械，了解各种流体输送机械的工作原理和操作特点，能够根据实际需要正确的工作原理和操作特点，能够根据实际需要正确选择适宜的流体输送机械。选择适宜的流体输送机械。 离心泵的工作原理、性能参数、特性曲线离心泵的工作原理、性能参数、特性曲线离心泵安装高度的计算；离心泵安装高度的计算；往复式压缩机多级压缩和中间冷却的必要性往复式压缩机多级压缩和中间冷却的必要性机械设备机械设备讲解、动画演示讲解、动画演示第二章第二章 流体输送设备流体输送设备

2、32.1 2.1 概述概述feHgugpzH22采用流体输送设备操作的采用流体输送设备操作的目的目的是为了提高流体是为了提高流体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也可能几种目的兼而有之。力，也可能几种目的兼而有之。 4 按按输送的介质输送的介质分类分类： 液体液体泵泵 气体气体风机、压缩机风机、压缩机 流体输送设备分类流体输送设备分类 按按工作原理工作原理分类：分类： 动力式（叶轮式）动力式（叶轮式） 正位移式正位移式(容积式容积式)：往复式、旋转式：往复式、旋转式 流体作用式（如喷射式）流体作用式（如喷射式）52. 2 离离 心心 泵泵(ce

3、ntrifugal pump)62. 2 离离 心心 泵泵(centrifugal pump)7 离心泵的构造离心泵的构造主要组成部分是主要组成部分是叶轮叶轮(impeller)和蜗形泵壳和蜗形泵壳(pump case)。叶轮叶轮安装在泵壳内，液体入安装在泵壳内，液体入口在泵壳中央，正对叶口在泵壳中央，正对叶轮中心，并与吸入导管轮中心，并与吸入导管相连。压出口在泵壳旁相连。压出口在泵壳旁侧，联结压出导管。侧，联结压出导管。8叶轮叶轮： 由由4 41212片向后弯曲的叶片片向后弯曲的叶片( (vane,blade)vane,blade)组成，组成，安装在泵轴上，由电动机带动而快速旋转。安装在泵轴

4、上，由电动机带动而快速旋转。9流体在离心泵叶轮中的运动 离心泵工作原理离心泵工作原理10导轮的作用导轮的作用导轮导轮引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向, ,减少能减少能量损失量损失, ,提高能量转换效率提高能量转换效率. .11 气缚气缚(air bind)：NOTENOTE：在开车前应预先将离心泵的泵壳和吸入管路中充满在开车前应预先将离心泵的泵壳和吸入管路中充满 液体，运转过程中也要防止空气漏入。液体，运转过程中也要防止空气漏入。 为便于泵内充满液体为便于泵内充满液体, ,吸入管底部安装有吸入管底部安装有止逆底阀止逆底阀。如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无

5、需灌泵。如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。 当离心泵启动时，若泵内当离心泵启动时，若泵内存在空气，就会形成叶轮存在空气，就会形成叶轮空转，这种现象称为空转，这种现象称为“气气缚缚”。12 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数(performance parameter)离心泵的流量离心泵的流量(pumping output)：单位时间排出液体体积。与叶轮结构、尺寸和转速有关。与叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程扬程(delivery lift)He：又称为泵的压头，是指泵对单位重量的流体所做的功。与流量、叶轮结构、尺寸和转与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。速有关。与转速成正比与转速成

6、正比与转速的平方成正比与转速的平方成正比13离心泵扬程的测定离心泵扬程的测定fHgpguZHegpguZ22221211221 12 2gppguuZZHe122122122两测压点之间的管路很短，其间的流动阻力可忽略不计，即Hf=0m液柱扬程并不等于升举高度扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。升举高度只是扬程的一部分。14功率：功率：在单位时间内，液体自泵实际得到的功称为泵在单位时间内，液体自泵实际得到的功称为泵的的有效功率有效功率，pe，单位为单位为W。效率：效率：aepp /泵的轴功率ap与转速的三次方成正比与转速的三次方成正比eVegHqp15 离心泵的特性曲线离心泵的特

7、性曲线 (characeristic curve)注意：注意：测定条件一般是测定条件一般是20清水清水，转速固定转速固定 161 1）He qv：随流量增大，扬程有所下降。随流量增大，扬程有所下降。2 2）pe qv：当流量增大时，功率也随之增大；离心泵的：当流量增大时，功率也随之增大；离心泵的功率在流量为零时最小，因此开车时常在功率在流量为零时最小，因此开车时常在出口阀关闭状况出口阀关闭状况下启动下启动3 3） qv：选择或使用离心泵时，应尽量使泵在最高效选择或使用离心泵时，应尽量使泵在最高效率点附近（率点附近（一般不低于最高效率点的一般不低于最高效率点的92%）运转。运转。离心泵的铭牌上标

8、有一组性能参数，它们都是与最高效离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率点对应的性能参数。率点对应的性能参数。 17 离心泵的安装高度离心泵的安装高度Hg：01HgHfgpguZgpguZ222110200,010HgZmZ100smuHfgugppHg2211018安装高度过高将会导致叶轮中心处的压力过低安装高度过高将会导致叶轮中心处的压力过低(低于被输低于被输送流体在操作温度下的饱和蒸汽压送流体在操作温度下的饱和蒸汽压)，从而发生，从而发生气蚀气蚀。 HfgugppHg22110气气 蚀蚀19允许吸上真空高度允许吸上真空高度HsHs：是离心泵的性能参数之一。是按是离心泵的性能参数

9、之一。是按大气大气压为压为1010m m水柱、输送水柱、输送2020清水、在指定流量清水、在指定流量下通过实验测定的。下通过实验测定的。实际操作时允许吸上真空高度：实际操作时允许吸上真空高度：)24. 0()10( VaHHHsHsHa当地大气压，当地大气压，m水柱水柱Hv输送液的饱和蒸气压，输送液的饱和蒸气压，m水柱水柱HfgugppHg22110为了保证泵在运转中不发生气蚀现象，为了保证泵在运转中不发生气蚀现象，Hs 要留有一定的要留有一定的安全量安全量。20离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度HfguHsHg22121离心泵的允许安装高度,0 1avgfppHNPSHHg（2-28）

10、 22n例：用离心泵将真空蒸发器的完成液送至例：用离心泵将真空蒸发器的完成液送至结晶器。蒸发器中液面的上的绝对压力结晶器。蒸发器中液面的上的绝对压力（即操作温度下溶液的饱和蒸汽压）为（即操作温度下溶液的饱和蒸汽压）为29.3KPa。泵安装在地面上。已知泵的必。泵安装在地面上。已知泵的必需汽蚀余量为需汽蚀余量为2.5m，吸入管路的压头损失，吸入管路的压头损失为为1.2m，试确定蒸发器内液面距泵口的垂，试确定蒸发器内液面距泵口的垂直高度直高度。,0 1avgfppHNPSHHg23n某离心泵的允许吸上真空高度为6.5 m（已包括0.3 m的安全量），在高原上使用，若当地大气压为90 Kpa，已知吸

11、入管路的阻力和动压头之和为3m水柱。当地夏季最高水温为30 oC。拟将该泵安装在水面上3米处，问该泵能否正常工作？HfguHsHg221)24. 0()10( VaHHHsHs24安装泵时，为保险计，安装泵时，为保险计，实际安装高度实际安装高度比允许安装高度还要小比允许安装高度还要小0.5至至1米。（如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高；米。（如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高；或由贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高）。或由贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高）。25feHgugpzH2222eflluHdgpKZg 令248ellBdd g2eeHKBq管路特性方程方程变为f

12、eHgugpzH2226离心泵工作点离心泵工作点 2eeHKBq 联立泵的特性方程式和管路特性方程式所解得的流量和压头即为泵的工作点。在特定曲线图上，泵的工作点对应泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。 2aHAGq（管路特性方程）（管路特性方程） （2-5） （泵的特性方程）（泵的特性方程） （2-17）工作点27n用离心泵将水池中20oC的清水送至表压为80kPa 的密闭高位槽中，水池与高位槽液面保持恒定高度差10 m，流体在管内的流动在阻力平方区。管路系统的全部压头损失可表达为Hf=2.6105qe2，qe的单位为m3/s，在操作条件下，泵的特性曲线方程为H=38-2.8105q2 ，q的单

13、位为m3/s，试求（1）管路的特性方程；（2）离心泵工作点的流量、压头和理论功率。28离心泵的选择离心泵的选择 1）选择泵的类型：选择泵的类型：首先根据被输送液体的性质和操作条件首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型。确定泵的类型。 2）选择泵的型号：）选择泵的型号：根据管路系统在最大流量下管路所需压根据管路系统在最大流量下管路所需压头，头，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。的型号。离心泵有哪些类型？离心泵的型号代表什么意思？离心泵有哪些类型？离心泵的型号代表什么意思？29离心泵的操作离心泵的操作 1 1）“灌泵灌泵

14、”： 在泵启动前，向泵内灌注液体直至在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止。4 4）停车：）停车：一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。3 3）运转：）运转：逐步开启出口阀门，调节流量逐步开启出口阀门，调节流量2 2）启动：）启动：离心泵应在出口阀门关闭时启动离心泵应在出口阀门关闭时启动302.3 2.3 往复泵往复泵( (reciprocating pump)reciprocating pump)往复泵主要部件往复泵主要部件:泵缸泵缸(working barrel)活塞活塞(pist

15、on)单向活门单向活门(check valve)往复泵是依靠活塞的往复运动直接往复泵是依靠活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量。以压力能的形式向液体提供能量。 31往复泵送液量不均匀往复泵送液量不均匀32往复泵的操作特点往复泵的操作特点往复泵的效率一般都在往复泵的效率一般都在70%以上，最高可达以上，最高可达90%，它适用，它适用于所需压头较高的液体输送。于所需压头较高的液体输送。往复泵可用以输送粘度很大的液体，但不宜直接用以输送往复泵可用以输送粘度很大的液体，但不宜直接用以输送腐蚀性的液体和有固体颗粒的悬浮液，因泵内阀门、活塞腐蚀性的液体和有固体颗粒的悬浮液，因泵内阀门、活塞受腐蚀

16、或被颗粒磨损、卡住，都会导致严重的汇漏。受腐蚀或被颗粒磨损、卡住，都会导致严重的汇漏。33齿轮泵齿轮泵( (gear pump)齿轮泵的压头高而流量小，齿轮泵的压头高而流量小，可输送粘稠液体。可输送粘稠液体。以至膏状以至膏状物料物料 ，但不能用于输送含有，但不能用于输送含有固体颗粒的悬浮液。固体颗粒的悬浮液。 34产生高压产生高压2.4 2.4 气体输送和压缩机械气体输送和压缩机械输送气体输送气体产生真空产生真空35气体输送机械的分类气体输送机械的分类按出口压力（终压）和压缩比不同分为如下几类：按出口压力（终压）和压缩比不同分为如下几类： 通风机通风机：终压不大于15kPa（约1500mmH2

17、O）, 压缩比1至1.15 鼓风机鼓风机：终压15300kPa，压缩比小于4。 压缩机压缩机：终压在300kPa以上，压缩比大于4。 真空泵真空泵：在设备内造成负压，终压为大气压， 压缩比由真空度决定。 362.4.1 离心式风机离心式风机(centrifugal blower)离心式通风机可按产生的风压（出口）不同分为：低压低压通风机:风压小于1kPa(表压)；中压中压通风机:风压13kPa(表压)；高压高压通风机:风压315kPa(表压)。出口压力的差异主要在于叶片的形状，中、低压风机的叶片出口压力的差异主要在于叶片的形状，中、低压风机的叶片是向前弯的，高压的叶片则是向后弯的。是向前弯的，

18、高压的叶片则是向后弯的。 离心通风机及叶轮1机壳; 2叶轮; 3吸入口; 4排出口2372.4.2 往复式压缩机往复式压缩机(Reciprocating compressor)吸气：吸气：AB线线压缩机的理想工作循环压缩机的理想工作循环1 1 理想压缩循环理想压缩循环压缩压缩：BCBC线线排气排气：CDCD线线382 2压缩类型压缩类型 等温压缩绝热压缩多变压缩：实际压缩过程3 3压缩功压缩功 等温压缩功最小，绝热压缩功最大，多变压缩功介于等者之间 394.4. 往复式压缩机的往复式压缩机的实际工作过程实际工作过程 有余隙的压缩循环有余隙的压缩循环 吸气：吸气：AB线线压缩压缩：BCBC线线排气排气：CDCD线线膨胀膨胀：DADA线线12340V2V1VP1P2P 有余隙压缩循环V4V340实际的多级压缩机一般不超过