化工机械基础知识讲义

1、过程流体机械 基础知识起稿:黄 琦 审核:李学青水务中心运行保障室 2011-03-29第一章 泵1.1泵的分类及用途定义:泵是把机械能转换成液体的能量,用来增压、输送液体的机械。 泵的分类泵的种类很多, 其分类的方法也很多, 根据泵的 工作原理和结构形式 , 可把 泵简单分为如下几类。离心泵轴流泵叶片式泵(透平式泵 混流泵旋涡泵泵 往复泵:活塞泵,柱塞泵,隔膜泵 容积式泵回转泵:齿轮泵,螺杆泵,滑片泵其他类型泵:喷射泵,水锤泵,真空泵另外,泵也常按其形成都流体压力分为低压、中压和高压泵三类:低压泵 P<2MPa;中压泵 2MPa P 6MPa ;高压泵 P>6MPa。泵的用途泵属

2、于通用机械,用途很广,如水利工程,农田灌溉、石油、化工、采矿、 造船、城市给排水和环境工程等。在各种泵中,尤以离心泵应用最为广泛,占 95%以上。因为它的流量、扬程 及性能范围均较大,并且有结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、维修方便等 优点,所以本课以离心泵为主。1.2 离心泵的结构及其工作原理首先总结一下离心泵的特点。优点: 排量大、平稳均匀。 结构简单、紧凑,尺寸小,重量轻。 易损件少,检修、管理和使用方便。 可与高速电机直接驱动,速度越高,压头越高。 容易实现多级,满足高压头。缺点: 不适应小流量工况。 同功率下没有往复式泵的压力高。 输送高粘度、含砂、杂质液体的问题多。 泵吸入管与泵

3、腔内需要灌满液体后启动。 图 1-1 离心泵基本构件如图 1-1所示,离心泵的主要部件有吸入室、叶轮、蜗壳和轴,它们的用途 如下。 1吸入室 它把液体从吸入管吸入叶轮。 要求液体流入叶轮时速度分布均 匀,流动损失较小。 2叶轮 旋转叶轮吸入流体转换能量, 是液体获得压力能和动能。 要求叶 轮在流动损失最小的情况下使液体获得较多的能量。 3蜗壳 蜗壳亦称压出室,它把叶轮流出的液体收集起来,以便送入 排 除管。由于流出叶轮的液体速度往往较大, 为减少后面的管路损失, 要求液体在 蜗壳中减速增压,同时尽量减少流动损失。 4轴 轴是传递转矩的主要部件。离心泵的主要部件还有轴向推力平衡装置和密封装置等。

4、离心泵的类型很多,可按使用目的、介质种类、结构形式等进行分类。这里 主要介绍按结构形式作的分类。(1按流体吸入叶轮的方式分类i .单吸式泵,如图 1-2所示。ii .双吸式泵,液体由两侧进入叶轮,其流量较单吸式增加一倍,轴上承受 的轴向推力基本平衡。(2按级数分类i .单级泵:悬臂式单叶轮结构,如图 1-2所示。ii .多级泵:2526个叶轮,扬程和压力均可以达到较高值。图 1-2 单级离心泵(3按泵体形式分类i .蜗壳泵,壳体呈螺旋形状。它又有单蜗壳和双蜗壳之分。ii .筒形泵。泵的外壳为筒形,能承受高压。 还有按主轴的安放情况分为卧式泵、立式泵(如图 1-3 、斜式泵的。 图 1-3 立式

5、轴流泵目前, 中国对于泵的命名方式尚未有统一的规定。 但在国内大多数泵产品已 逐渐采用汉语拼音字母来代表泵的名称,其组成方式如下:命名方式: 特殊:单级单吸清水离心泵 IS国际标准号如:IS50 32 12550泵入口直径, 32泵出口直径, 125泵叶轮直径表 1-1 泵的基本形式与特征 图 1-4为离心泵的一般装置示意图。离心泵在启动之前,应关闭出口阀门, 泵内灌满液体,此过程成为罐泵。 与离心式压缩机工作原理相同, 工作时启动电 动机使叶轮旋转, 靠叶轮的高速旋转, 由叶片拨动液体旋转, 使液体产生 离心力,离心力使液体产生 动能和压能 ,依靠此能量使液体到达工作地点吸入原理:液体不断被

6、叶轮甩出后,叶轮中心形成了低压, 液体在外界大气 压力的作用下,推动液体沿吸入管进入叶轮之中,从而使离心泵连续地工作。1.3 离心泵的工作特性泵的性能参数:流量, 扬程 ,转速 ,气蚀余量,吸上真空度,有效功率, 容积效率,水利效率,机械效率,总效率。(1气蚀发生的机理泵在运转中,若其过流部分的局部区域 (通常是叶轮叶片进口稍后的某处 因为 某种原因, 抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时, 液体便在 该处开始汽化,产生大量蒸汽, 形成气泡, 当含有大量气泡的液体向前经叶轮内 的高压区时,气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。图 1-5 离心泵内的压力变化 图 1-6 气

7、泡的产生与溃灭 在气泡凝结破裂的同时, 液体质点以很高的速度填充空穴, 在此瞬间产生很强烈的水击作用, 并以很高的冲击频率打击金属表面, 冲击应力可达几百至几千 个大气压,冲击频率可达每秒几万次,严重时会将壁厚击穿,这种液体汽化、凝 结、冲击、形成高压、高温、高频冲击载荷,造成金属材料的机械剥裂与电化学 腐蚀破坏的现象称为汽蚀。(2汽蚀的严重后果 1汽蚀可使过流部件被剥蚀破坏 先在叶片入口附近,继而延伸至叶轮出 口。 2使泵性能下降 破坏了泵内液流的连续性, 使泵扬程、 功率和效率均会 显著下降,出现“断裂”工况。 3汽蚀使泵产生噪声和振动 气泡溃灭的液体微团相互冲击,产生噪声, 严重时,可以

8、听到噼噼啪啪的声音。 4汽蚀也是水力机械向高速发展的巨大障碍 因为流速愈高, 会使压力变 得愈低,更容易发生汽蚀。(1必需汽蚀余量:表示泵入口到叶轮内最低压力点 K 处的静压能量头降 低值,用 NPSHr 表示。(2临界汽蚀余量:刚好发生汽蚀的汽蚀余量,用 NPSHc 表示。(3允许汽蚀余量:考虑安全余量的汽蚀余量,用 NPSH表示。汽蚀判别式:NPSHa > NPSHr 泵不发生气蚀NPSHa = NPSHr 泵开始发生气蚀NPSHa < NPSHr 泵严重气蚀提高离心泵抗汽蚀性能有两种措施, 一种是改进泵本身的结构参数或结构型 式,使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量 NPSHr ;

9、另一种是合理地设计泵前装置及 其安装位置,使泵入口处具有足够大的有效汽蚀余量 NPSHa ,以防止发生汽蚀。 (1 提高离心泵本身抗汽蚀的性能 1. 改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计 2. 采用前置诱导轮 3. 采用双吸式叶轮。 4. 设计工况采用稍大的正冲角 5. 采用抗汽蚀的材料。(2 提高进液装置汽蚀余量的措施 1. 增加泵前储液罐中液面上的压力 2. 减小泵前吸上装置的安装高度 3. 将 吸上装置 改为 倒罐装置 4. 减小泵前管路上的流动损失(3 运行时防止汽蚀的措施 1. 低转速运行 2. 禁吸入处阀调节 3. 发生汽蚀:减速或减流离心泵运行工况的常用调节1、转速调节2、

10、泵的并联或串联调节3、闸阀调节4、液位调节5、旁路分流调节1.4 离心泵的启动与运行(1启动前的准备泵启动前要进行全面认真的检查,内容如下: 1润滑油的名称、型号、主要性能和加注数量是否符合技术文件规定的要求。 2轴承润滑系统、密封系统和冷却系统是否完好,轴承的油路、水路是否 畅通。 3盘动泵的转子 12转,检查转子是否有摩擦或卡住现象。 4在联轴器附近或带防护罩等处,是否有妨碍转动的杂物。 5泵轴承座电动机的基础地脚螺栓是否松动。 6泵工作系统的阀门或附属装置应处于运转时负荷最小的位置,应关闭出 口调节阀。 7电动泵,看其叶轮转向是否与设计转向一致。若不一致,必须使叶轮完 全停止转动,调整电

11、动机接线后,方可再启。(2冲水水泵在启动以前,泵壳和吸水管内必须先充满水, 这是因为有空气存在的情况下, 泵吸水口真空无法形成和 保持。(3暖泵输送高温液体的泵, 如电厂的锅炉给水泵,在启动前必须先暖泵。这是因为 给水泵在启动时,高温给水流过泵内,是泵体温度从常温很快升高到 100 200,这会引起泵内外和各个部件之间的温差,没有足够长的传热时间和适当 控制温升措施,会使泵各处膨胀不均,造成泵体变形、磨损、振动和轴承报轴事 故。 1离心泵泵腔和吸水管内全部充满水并无空气, 出口阀关闭。 给水暖泵完毕。 2对于强制润滑的泵,启动油泵向各轴承供油。 3启动冷却水泵或打开冷却水阀。 4合闸启动, 启

12、动后泵空转时间不允许超过 24min , 使转速达到额定值后, 逐渐打开离心泵的出口阀,增加流量,并达到要求的负荷。泵制造厂对轴承的温度有规定:滚动轴承的温升一般不超过 40,表面温 度不超过 70,否则就说明滚动轴承内部出现毛病,应停机检查。如果继续运 行,可能引起事故。对于滑动轴承的温度规定,应参阅有关泵的技术文件,处理 方法与滚动轴承一样。泵转子的不平衡、 结构刚度或选择轴的同心度差,都会引起泵产出振动。因 此在泵运转时,用测振仪在轴承上检查振幅是否符合规定。为了保证泵的正常运转,叶轮的径向跳动和断面跳动不能超过规定的数值, 否则会音响转子不平衡,产生振动。1.5 其他泵概述(1轴流泵的

13、工作特点以及应用场合 特点是流量大、扬程低、效率高。一 般流量为 0.365m 3/s,扬程通常为 2 20m 。轴流泵可用于水利、化工、热电站输 送循环水、城市给排水、船舶喷水推进器 等。(2 应当指出的是, 轴流泵的启动操作与 离心泵是不同的。其启动时排液管上的闸 阀必须全开,以减小启动功率。否则难以 启动,且有烧坏电机的危险。图 1-7 轴流泵仿真图 活塞泵有以下特点:i. 流量只取决于泵缸几何尺寸(活塞直径 D 、活塞行程 S 、曲轴转速 n , 与泵的扬程无关。ii. 只要原动机功率足够、密封性能好,零部件强度足够,可以达到很高的 扬程。iii. 需要开阀启动。iv. 自吸性能好。v

14、. 排除流量脉动造成流量不均匀。vi. 适用于输送压力高,流量小的各种介质。一般适用在流量小于 100m3/h, 排出压力大于 10MPa 的场合,以及黏性液体。 图 1-8 单作用活塞泵的工作原理示意图 1、输送液体平稳、无脉动、无搅拌、振动小、噪音低。2、有很强的自吸性能,多相混输时,含气率不高于 80%,含沙量不高于 500g/m3.3、外置轴承结构,采用独立润滑,可以输送各种非润滑性介质。4、采用同步齿轮驱动,二转子之间不接触,即使短时间空转也无妨。5、三螺杆泵泵体带有加热套,可以输送各种清洁或含有固体小颗粒的低粘 度或高粘度介质(一般颗粒直径小于 0.12-0.2mm 6、正确的选用

15、材料,甚至可以输送很多有腐蚀性的介质。7、双吸式结构,转子上没有轴向力。8、轴端采用机械密封或波纹管机械密封,具有寿命长、泄漏少、适用范围 广的特点。1、最高工作压力 4.0MPa2、流量范围 11000m3/h3、温度范围 -201204、介质粘度 13000mm2/s,降低转速可达到 106mm2/s 水环式真空泵在叶轮与泵壳中形成偏心, 泵壳内注满一定量的水, 叶轮旋转 使水形成水环。 相邻叶片 (图中红色叶片 旋转时, 与水环形成的空间变大即进气, 空间逐渐变小,即空气被压缩。多组相邻叶片,即多组往复压缩。水环式真空泵结构及特点1 机泵同轴式直联设计,节省空间,易于安装。2采用机械密封作为标准配置,消除了泄露,维护简便。3 运行平稳,噪音可低至 62分贝。4统一的耐腐蚀设计,青铜叶轮提高了泵的耐腐蚀性,不锈钢材质则更适用 于更为苛刻的应用5独特的柔性排气口设计,不会产生过压缩,确保了 SKA 在其性能范围内 效率最佳。第二章 压缩机 2.1 压缩机的分类与命名2