流体输送机械

第二章流体输送机械概述一、化工生产中为什么要流体输送机械？连续流动的各种物料或产品由低处送至高处由低压送至高压设备克服管道阻力流体输送机械……——为输送流体而提供能量的机械按工作原理分：动力式（叶轮式）：离心式，轴流式；容积式（正位移式）：往复式，旋转式；其它类型：喷射式，流体作用式等。固体的输送，可采用流态化的方法气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。2二、为什么要用不同结构和特性的输送机械化工厂中输送的流体种类繁多：1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和压强又有高低之分；3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。三、本章的目的及重点操作原理目的：1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。2.合理选型、定规格、计算功率、安排位置、日常管理。重点：3第一节离心泵§2-1离心泵构造、原理及主要部件一、构造和原理1、离心泵的构造：

吸入口排出管泵轴轴封泵壳叶轮4吸入导管压出导管为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？思考：泵轴泵壳叶轮底阀52、离心泵的工作原理：

流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？思考：常压流体被甩出高速流体机械旋转的离心力逐渐扩大的泵壳通道高压流体灌满液体叶轮旋转离心力甩出液体蜗壳内进行能量的转换流体被压出叶轮中心形成真空在压力差的作用下流体被压入泵内6泵启动前为什么要灌满液体？思考：液体未灌满ρ气<<ρ液离心力甩不出气体叶轮中心的真空度不够吸不上液体泵无法正常工作未灌满底阀漏液其它地方泄漏7二、主要部件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1、叶轮：结构形状分有三种思考：三种叶轮中哪一种效率高？8但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象思考：三种叶轮中哪一种效率高？闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大低压区高压区泵内液体泄漏9后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高平衡孔F叶轮轴向力问题闭式或半闭式叶轮→轴向推力→磨损如何解决？平衡孔102、泵壳（蜗蜗壳形）思考：泵壳的主要作作用是什么？？②能量转换装装置①汇集液体，，并导出液体体Why?A↑p↑u↓BECE11导轮为什么导轮的的弯曲方向与与叶片弯曲方方向相反？思考123、轴封装装置旋转的泵轴与与固定的泵壳壳之间的密封封防止高压液体体沿轴漏出或或外界空气漏漏入作用：填料密封机械密封13填料密封机械密封用于普通离心心泵用于输送易燃燃易爆、有毒毒的液体等密密封要求的泵泵内14§2-2离离心泵的基基本方程式液体从离心泵泵叶轮获得能能量而提高了了压强由BE可得：：指泵对单位重重量的流体所所提供的有效效能量，以H表示泵的压头（或扬程）泵的结构转速流量H叶轮的直径叶片的弯曲情情况取决于……压头和流量——主要技术术指标选用泵的基本本指标相互关系？15一、离心泵的的理论压头②叶轮内叶片片的数目为无无穷多，且叶叶片厚度不计计理论压头：理想情况下下单位重量液液体所获得的的能量称为理论压头，用用H∞表示。①流体为理想想液体问：由①、、②可以得得出什么结果果？由①液体在泵内无无摩擦阻力损损失由②流体与叶片的的相对运动的的运动轨迹可可视为与叶片形状相同。。实际上流体在在离心泵中的的流动是相当当复杂的理想情况简化化了过程→建建模→用数学学语言来表达达16液体质点在叶叶轮内的速度度及速度△圆周运动速度度相对运动速度度绝对运动速度度ωcu余弦定律17在叶轮进口与与出口列BE（△Z=0）：静压头△p/ρg增加，原因因有二：①离心作用，接接受外功———(u22-u12)/2g；②通道截面积↑↑，ω↓；即动能能转换为静压压能。每kg液体静压能能增加了(ω22-ω12)/2g18设计时，一般都是使设计流量下的→

离心泵理论压压头的表达式式，称为离心心泵基本方程程。讨论H∞—Q的关系b2表明了H∞与Q、W、叶叶轮构造及尺尺寸（β2、r2、b2）之间的关系系19二、离心泵理理论压头的讨讨论1、叶轮的转转速和直径对对理论压头的的影响理论压头随叶叶轮的转速或或直径的增加加而加大2、叶片形状状对理论压头头的影响后弯叶片ββ2<90，ctgβ2>0H∞<u22/g径向叶片ββ2=90，ctgβ2=0H∞=u22/g前弯叶片ββ2>90，ctgβ2<0H∞>u22/gH∞Qβ2=90β2<90β2>90为获得较高的的能量利用率率，离心泵总总是采用后弯弯叶片20叶轮出口速度三角形21三、实际压头头HQ理论压头环流而致之压头减小摩擦损失冲击损失实际压头实际情况与理理想情况的差差别：叶片并不是无无限多流体非理想流流体轴向涡流流体流动的阻阻力实际压头始终终小于理论压压头环流摩擦损失液体被叶轮甩甩出，冲向蜗蜗壳的液体冲击损失22§2-2离离心泵的主主要性能参数数正确选择和使使用离心泵主要性能参数数包括：n、、Q、H、N、η、允许许吸上真空度度、气蚀余量量铭牌——最高高效率下的性性能一、主要性能能参数1.流量Q：：单位时间内泵泵输送的液体体体积，m3/s（或m3/h，l/s等）取决于泵的结构、、尺寸（叶轮轮直径与叶片片的宽度）和和转速离心泵总是和和特定的管路路相连系的，，因此离心心泵泵的的实实际际流流量量还还与与管管路路特特性性有有关关2.扬扬程程H（（压压头头））泵对对单单位位重重量量的的液液体体所所提提供供的的有有效效能能量量，，m液液柱柱压头头与与泵泵的的结结构构(如叶叶片片的的弯弯曲曲情情况况，，叶叶轮轮直直径径等等)、转转速速及及流流量量等等因因素素有有关关对于于一一定定的的泵泵和和转转速速，，压压头头与与流流量量有有关关，，一一般般由由实实验验测测定定233.泵的的有有效效功功率率、、轴功功率率及及效效率率效率率轴功功率率N泵轴轴通通过过叶叶轮轮传传给给液液体体能能量量的的过过程程中中的的能能量量损损失失。。原动动机机（（电电动动机机或或蒸蒸汽汽透透平平等等））传传送送给给泵泵轴轴的的功功率率，，kWNeNe=QHρρg是指指液液体体从从叶叶轮轮获获得得的的能能量量，，kW有效效功功率率Ne4.转速速n泵的叶轮轮每分钟钟的转数数，即““r.p.m.”24容积损失失（泄漏漏起因的的）水力损失失（粘性性和涡流流起因的的）机械损失失（机械械摩擦起起因的））能量损失二、泵内内损失容积效率率η1水力效率率η2机械效率率η3η=ηη1η2η325§2-4离心泵泵的特性性曲线及及其应用用一、离心心泵的特特性曲线线实验测定定泵厂以20℃清清水作为为工质做做实验测测定性能能曲线由泵制造造厂提供供，供泵泵用户使使用261、H～～QQ↑→H↓，呈呈抛物线线H=A－BQ2不同型号号的离心心泵，H～Q曲曲线的形形状不同同适用于压头变化不大而流量变化较大的场合适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合Q↑→N↑，当当Q=0，N最最小2、N～～QQ↑→ηη先↑后后↓，存存在一最最高效率率点，此此点称为为设计点点。3、η～～Q与ηmax对应的H，Q，，N值称称为最佳佳工况参参数，也也是铭牌牌所标值值92%ηηmax泵的运转转范围27二、离心心泵性能能的改变变与换算算若被输液液的ρ，，μ不同同，或改改变泵的的n，叶叶轮直径径离心泵性性能要发发生变化化1.密度度的影响响H、Q与与ρ无关关ρ变N也也变，ρρ↑，N↑2.粘度度的影响响∑hf↑，则H↓，Q↓，ηη↓和N↑μ液>μ20℃水修正：μ>20cpcQ，cH，cη均小于1，可查查有关曲曲线图μ<20cp不修正283.转转速的影影响n变化速度Δ变变化导致H、Q=f(αα2)H、Q和和N也发发生变化化但η不变变当时，认为速度△相似比例定律律294.叶叶轮直径径的影响响a、几何何形状相相似的泵泵b2∝D2出口口截截面面ππD2b2∝D22，，c2∝D2，u2∝D2n一一定定时时30b、、切切削削叶轮轮直直径径变变小小，，当当变变化化程程度度小小于于10%时时速度度△△变变化化很很小小切割割定定律律η不变变31§2-5离离心心泵泵的的工工作作点点与与流流量量调调节节一、、管管路路特特性性曲曲线线与与工工作作点点离心心泵泵特特性性管路工作作特性压头和流量1、管路路特性曲曲线f(Q)K完全湍流HQ0管路特性性曲线离心泵特特性曲线线2、工作作点管路特性性方程工作点若工作点点所对应应效率是是在最高高效率区区，则该该工作点点是适宜宜的32二、流量量调节改变泵的的工作点点实际上两种调节节方法a.调节管路路特性曲曲线b.调节节泵的H~Q曲曲线①改变变出口阀阀的开度度改变管路路特性曲曲线原来Q>所需Q'如：HQ0MM’Q’Q阀门关小小管路阻力力增大管路特性性曲线上上移工作点由由M→M'流量减小小33Q’Q’’HQ0MQ②改变泵泵的转速速或叶轮轮直径改变泵的的H～Q曲线M’’M’n↓n'M→M'Q↓n↑n''M→M''Q↑①，②比比较：b）②方方法不额额外增加加流动阻阻力，变变化前后后泵效率率几乎不不变，能量利用用经济。但调节节不方便便，且变变速装置置或变速速电动机机价格贵贵，一般般只有在在调节幅幅度大，，时间又又长的季季节性调调节中才才使用。。ⅰa）①①用阀阀门调节节流量快速方便便，且流量量可以连续变化，化化工生产产中应用用最广。。其缺点是阀门关关小时，，流动阻阻力增加加，要额外多消消耗一部部分功率率，且使泵泵在低效效率点工工作，经济上不不合理。改变叶轮轮直径调调节流量量的可调调节范围围不大，，且直径径减小不不当还会会降低泵泵的效率率，故实实际上很很少采用用。34三、离心心泵的组组合操作作1、泵的的并联泵的总性性能曲线线是由单泵同扬扬程时流流量叠加加而成1）两泵泵并联的的合成特特性曲线线两台型号号相同的的离心泵泵并联工工作两泵的流流量和扬扬程必相相同Q并=2Q单，同H2）两泵并联联系统的工作作点泵的流量不会会增大一倍Q并≠2Q单Q并增大导致致管路阻力损损失增加（H=K＋CQ2，Q↑→H↑↑）的缘故由图可知：Q并＞Q单，但Q并＜2Q单并联泵总效率率与每台泵在在b点工作所所对应的单泵泵效率相同并联泵单台泵HQ0Q单Q并Q单Q并Hb35泵的扬程不会会增大一倍H串≠2H单2.泵的串联联1）两泵串联联的合成特性性曲线两台型号相同同的离心泵串串联工作两泵的流量和和扬程必相同同串联泵单台泵H0QQH串H单泵的总性能曲曲线是由单泵同流量时时扬程叠加而成H串=2H单，同Q2）两泵并联联系统的工作作点由图可知：H串＞H单，但H串＜2H单串联泵的总效效率与每台泵泵在b点工作作所对应的单单泵效率相同同Q单H单H串Q串b36②如果两台型型号不同的离离心泵能否串串或并联操作作？和两台型型号相同的串串、并联操作作问题是否有有区别？①三台或三台台以上离心泵泵的串或并联操操作时的流量量、扬程如何何确定？思考：37§2-6离离心泵的安安装高度1、离心泵的的汽蚀现象K假如：pK≤pv(t)pv(t)被输液液温度t时的的饱和蒸汽压压38pK≤pv(t)液体汽化汽泡汽液高压区速凝聚或汽泡泡破裂高频率的冲击击波侵蚀叶片和叶叶轮噪音和震动保证离心泵正正常运转汽蚀现象pK﹥pv(t)避免？汽蚀余量法允许吸上真空空度法汽蚀现象39列BEpsseKpe﹥pKpK难测易测的pe1、汽蚀余量量法——汽蚀余量量Zs↑刚好发生气气蚀时（pe↓→pemin，pk=pv时）△h→△△hmin。△h↑愈能防防止出现汽蚀蚀实验测定可查得402、允许吸上上真空度法Hs令最大吸上真真空度允许吸上真空空度Hs可查得允许吸上真真空度和汽汽蚀余量之之间的关系系如下：2.若离心心泵输送不不同的液体体，Hs要校正。讨论：1.实际安安装高度比比允许值小小0.5～～1m，413.注意油油泵性能表表上的△h值也是按输输送20℃℃的水而规规定的。也也要进行校校正。为简简便计可不不校正，而而将其视为为外加安全全因数。5.对于温温度高或沸沸点低的液液体，由于于pv↑，Zs,允许还可能出现现负值，将将泵安装在在液面以下下的位置上上。↓，d吸比d排大些，l吸↓应少拐弯，少管件，调节阀应安装在派出管路上。4.为了尽量减少吸入管内的离心泵所在在地pa较小，或容容器内压力力ps≠pa，或输送的的液体pv↑，也要对对Hs校正。原则：作作于液面上上的压力比比规定减少少多少或饱饱和蒸汽压压增大多少少，则允许许吸上真空空度也要减减少多少。。42§2-7离离心泵的的选用、安安装与操作作一、离心泵泵的选用①定类型型依据：操作条件件(温度、、压力)、、流体的性性质。②定规格格:根据流流量、压头头大小，高高效a）由管路路所需压头头、流量，，确定泵压压头、流量量。工程观点：选择时，，有一定生生产裕度。。b）抗汽蚀蚀性能好c）经济性性好：泵的的操作点应应处于高效效区内。③核核算轴功功率N=HQρρg/ηρ液>ρ水泵样本泵谱图产品目录选出型号列出选出的的泵的性能能参数43B型泵的型型谱44二、离心泵泵的安装与与运转安装：操作运行：：注意防止汽汽蚀现象，，吸入管路路短而直，，直径大，，但不能太太大。①启动时→→灌泵②启动后→→逐渐开启启出口阀，，注意检查查轴承发热热情况，密密封装置的的密封情况况（是否漏漏液）。（保护电机机，启动电电流最小））排气（防止气缚缚）→关闭出口口阀③停泵前：：先关出口口阀门运转的故障障：多种多样吸不上液→①启动时时没灌满水；；底阀漏水水②运转时底阀吸入管管堵塞漏气气（（气气缚缚））45第二二节节其其他他类类型型泵泵一、、往往复复泵泵§2-8往复复泵泵与泵泵本本身身的的几几何何尺尺寸寸和和活活塞塞的的往往复复次次数数有有关关，，与与泵泵的的压压头头无无关关。。1、、工工作作原原理理（与与离离心心泵泵的的不不同同））靠作作往往复复运运动动的的活活塞塞依依次次开开启启吸吸入入阀阀和和排排出出阀阀而而吸吸人人并并排排出出液液体体如如图图所所示示。。往复复泵泵不不需需灌灌液液，，具具有有自自吸吸能能力力2、、流流量量Q理论论流流量量单动动泵泵：：实际际流流量量会会小小于于QT（吸吸入入阀阀和和排排出出阀阀启启闭闭不不及及时时，，液液体体漏漏损损等等））46单缸单作用往复泵流量曲线双动往复泵单缸双作用往复泵流量曲线双缸双作用往复泵流量曲线473、、He与与泵泵的的几几何何尺尺寸寸和和Q无无关关（（这这又又与与离离心心泵泵不不同同）），，He受受管管路路的的承承压压能能力力限限制制。。往复泵的特性曲线定排量泵泵4、流量量调节采采用旁路路调节，，不能用用出口阀阀来调节节。（这这也与离离心泵不不同）旁路调节示意图485、吸吸上真空空高度也也随大气气压（pa），，密度（（ρ）和和液温变变化而变变化，所所以往复复泵的吸吸上真空空高度也也有一定定限制。。泵的排液液能力只只与泵的的几何尺尺寸，而而与管路路情况无无关，又又压头与与流量无无关，受受管路的的承压能能力所限限制，这这种特性性称为正位移性性。这种泵泵称为正位移泵泵。适用场合合：小流量、、高压强强的场合合，输送送高粘度度液体时时效果比比离心泵泵好，不不能输送送腐蚀性性液体和和有固体体粒子的的悬浮液液。正位移性性往复泵是是正位移移泵之一一。49二、计量量泵（比比例泵））适用输送送量十分分准确而而又便于于调整的的场合三、隔膜膜泵往复泵的的一种往复泵的的一种输送腐蚀蚀性液体体或悬浮浮液50四、旋转转泵（属属正位移移泵）：：（1）齿齿轮泵：：（2）螺螺杆泵：：压头高，，流量小小，适用用输送粘粘稠液体体，不能能输送含含有固体体颗粒的的悬浮液液压头高、、效率高高、噪音音低，适适用输送送高粘度度液体。。51五、旋涡涡泵（属属离心泵泵）压头高、、流量小小，效率率低；体体积小，，结构简简单六、各类类泵的比比较与选选用离心泵———应用用最广的的一种泵泵往复泵———易于于获得高高压头而而难以获获得大流流量。旋涡泵———只适适用于流流量小，，而压头头较高的的场合，，对高粘粘度料液液尤其适适宜52（乙乙））气气体体输输送送与与压压缩缩机机械械气体体压压送送机机械械（（气气体体输输送送和和压压缩缩设设备备））主主要要用用于于：：(1).气体输输送(2).产生高高压气体体(3).产生真真空气体具有有压缩性，所以当当压力发生生变化时时其体积积和温度度也将随随之发生生变化——压送送机械出出口与进进口气体体的绝对对压强的的比值压缩比根据终压压，大大致将气气体压送