化工原理 第二章 流体输送机械

第二章流体(liútǐ)输送机械流体(liútǐ)输送机械液体输送机械离心泵风机压缩机真空泵目的→掌握典型流体输送机械的结构、原理及特性，做到合理选型和正确使用。气体输送和压缩机械往复泵旋转泵旋涡泵精品资料第二章流体输送(shūsònɡ)机械流体(liútǐ)输送机械动力式（叶轮）往复式输送机械旋转式输送机械容积式（正位移）离心式输送机械轴流式输送机械喷射式输送机械精品资料离心泵－工作(gōngzuò)原理离心泵启动(qǐdòng)前“灌满液”→除净泵内空气，防止气缚产生。气缚→泵无自吸能力；若泵内残存空气，由于空气密度小致使旋转后产生的离心力小，不足以将贮槽中的液体吸入泵内。精品资料离心泵－工作(gōngzuò)原理离心泵滤网→阻挡液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。单向底阀→防止启动前灌入的液体从泵内流出。调节(tiáojié)阀→供开工、停工和调节(tiáojié)流量使用。精品资料离心泵－结构(jiégòu)1.叶轮（旋转(xuánzhuǎn)部件）离心泵叶轮闭式叶轮→输送清洁液体。半闭式和开式叶轮→输送含固体颗粒的液体悬浮液。轴向推力→部分高压液体漏入叶轮与泵壳间的两侧空腔中，因叶轮前后两侧压力不等，产生指向叶轮吸入口的轴向推力。为平衡此力，在叶轮后盖板上钻一些小孔（平衡孔）。精品资料离心泵－结构(jiégòu)离心泵吸液方式(fāngshì)叶轮吸液有单吸和双吸；双吸式叶轮不仅吸液能力更大，而且基本上消除了轴向推力。精品资料离心泵－结构(jiégòu)2.泵壳（固定(gùdìng)部件）泵壳和导轮泵壳→俗称蜗壳，起汇集液体和能量转换的双重作用。导轮→进一步减少能量损失，将部分动能转为静压能。精品资料离心泵－结构(jiégòu)3.轴封（静止(jìngzhǐ)部件）填料密封机械密封轴封作用→防止泵内高压液体沿间隙漏出或外界空气漏入泵内。轴封方式→填料密封和机械密封，后者适合输送酸、碱及易燃、易爆和有毒的液体。精品资料离心泵－基本(jīběn)方程理论压头→离心泵在理想情况(qíngkuàng)下可能达到的最大压头，即具有无限多叶片的离心泵对单位重量理想液体所提供的能量。离心泵的基本方程→表达泵理论压头与其结构、尺寸、转速与流量等之间的关系。依此计算离心泵的理论压头。1.推导精品资料离心泵－基本(jīběn)方程液体(yètǐ)在离心泵中的流动→绝对速度与圆周速度之间的夹角。→流动角，指相对速度与圆周速度反向延长线的夹角。精品资料离心泵－基本(jīběn)方程离心泵基本(jīběn)方程离心泵基本方程的变式精品资料离心泵－基本(jīběn)方程2.分析(fēnxī)精品资料离心泵－基本(jīběn)方程③离心泵常用(chánɡyònɡ)后弯叶片⑴前弯叶片产生的理论压头最大。⑵当，不仅静压头较后弯叶片的低，而且液体出口绝对速度c2较大，致使能量损失↑。精品资料离心泵－基本(jīběn)方程④理论(lǐlùn)压头与理论(lǐlùn)流量离心泵的理论特性曲线精品资料离心泵－基本(jīběn)方程⑤实际(shíjì)压头与实际(shíjì)流量实际压头与实际流量之间关系压头：⑴轴向涡流→绝对速度↓→压头↓⑵各种能量损失→压头↓。流量：各种泄漏损失→流量↓离心泵的特性曲线→H－Q关系曲线精品资料离心泵－性能(xìngnéng)压头(yātóu)（扬程）理论压头实际压头流量轴功率效率抗气蚀性能离心泵性能精品资料离心泵－性能(xìngnéng)1.流量(liúliàng)流量（Q）→单位时间内离心泵排送到管路系统的液体体积。Q与泵结构、尺寸及转速等有关。注意→离心泵实际流量还与管路特性相关。2.压头（扬程）压头（H）→离心泵对单位重量液体所提供的有效能量。H与泵的结构、尺寸、转速与流量有关。理论压头由离心泵基本方程计算；实际压头通过实验测定。精品资料离心泵－性能(xìngnéng)3.效率(xiàolǜ)①容积损失→因液体泄漏造成的损失，。②机械损失→因泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生摩擦而造成的损失，。③水力损失→液体流经叶轮通道和蜗壳产生的阻力及在泵局部处由环流和冲击引起的局部阻力，。注意→小型泵效率为50％~70％，大型泵达90％。效率（η）→离心泵输送液体过程中，由电动机提供泵轴的能量未能全部为液体所得，其中的能量损失用效率表示。离心泵效率在某一流量下最高，此效率下的流量称为额定流量。精品资料离心泵－性能(xìngnéng)4.轴功率轴功率（N）→泵轴所需的功率。有效(yǒuxiào)功率（Ne）→液体从叶轮获得的能量。精品资料离心泵－性能(xìngnéng)5.抗气蚀性能(xìngnéng)①气蚀离心泵吸液气蚀条件→叶片入口附近液体的静压强≤输送温度下液体的饱和蒸气压。⑴泵的安装高度过高。⑵泵送液体温度过高。⑶泵吸入管路的局部阻力过大。气蚀过程→发生气蚀时，液体在该处部分汽化而产生气泡，气液混合物进入叶轮高压区后，气泡急剧凝结或破裂。因气泡消失产生局部真空，周围液体高速流向原气泡占据的空间，产生极大的局部冲击压力，损坏叶轮和泵壳。精品资料离心泵－性能(xìngnéng)气蚀后果⑴离心泵性能(xìngnéng)↓，严重时出现气缚，使泵停止工作。⑵产生振动和噪声。⑶泵壳和叶轮受反复冲击，泵使用寿命↓。措施根据泵的抗气蚀性，确定泵的合理安装高度，防止气蚀发生。精品资料离心泵－性能(xìngnéng)②离心泵的抗气蚀性能(xìngnéng)（吸上性能(xìngnéng)）临界气蚀余量必需气蚀余量⑴气蚀余量（NetPositiveSuctionHead，NPSH）→离心泵入口处液体静压头与动压头之和与操作温度下液体饱和蒸气压头的差值。离心泵吸液精品资料离心泵－性能(xìngnéng)⑵允许(yǔnxǔ)吸上真空度（Hs'）允许(yǔnxǔ)吸上真空度→用真空度表示泵入口处最低压强。

Hs'测定条件→大气压为98.1kPa(10mH2O)，20℃清水精品资料离心泵－性能(xìngnéng)③允许安装(ānzhuāng)高度注意→离心泵的实际安装高度比Hg低0.5～1m。离心泵吸液允许安装高度（Hg）→亦称允许吸上高度，指泵吸入口与贮槽液面间允许达到的最大垂直距离。精品资料离心泵－性能(xìngnéng)①离心泵特性(tèxìng)曲线离心泵特性曲线离心泵特性曲线→反映离心泵压头、轴功率、效率与流量之间关系的一组曲线。⑴主要由H-Q、N-Q及η-Q三条曲线构成。⑵离心泵特性曲线随转速而变，故特性曲线图上必须标明转速。⑶H-Q曲线：。⑷N-Q曲线：。启动泵前，关闭出口阀，无流量，电流最小，保护电机。⑸η-Q曲线：在一定转速下，离心泵有最高效率点（即设计点）。设计点下的Q、H和N值称为最佳工况参数（即铭牌参数）。泵在高效率区工作。6.离心泵特性曲线精品资料离心泵－性能(xìngnéng)测定离心泵特性(tèxìng)曲线②测定离心泵特性曲线（见P97，例2-2）精品资料离心泵－性能(xìngnéng)③离心泵性能的影响(yǐngxiǎng)因素⑴液体密度Q、H和η与ρ无关，N与ρ成正比→H-Q和η-Q曲线不变，N-Q曲线须修正。⑵液体黏度注意：精品资料离心泵－性能(xìngnéng)⑷叶轮(yèlún)直径D变化不大（不大于5%）时，假设出口三角形相似、出口截面积不变和η相同：n变化不大（小于±20%）时，假设出口速度三角形相似和η相同：⑶转速离心泵比例定律离心泵切割定律精品资料离心泵－操作(cāozuò)1.离心泵工作(gōngzuò)点①管路特性方程阻力平方区→管路输送系统管路特性方程精品资料离心泵－操作(cāozuò)②离心泵工作(gōngzuò)点管路特性曲线与泵工作点管路特性曲线→即曲线，指在特定管路中输送液体时，所需压头随液体流量平方而变。此线与泵的特性无关。离心泵工作点精品资料离心泵－操作(cāozuò)2.离心泵流量(liúliàng)调节①改变阀门开度（常用）离心泵流量调节→本质上是改变泵的工作点。通过三种方式（改变管路的特性曲线、泵的特性曲线或离心泵组合）实现流量调节。流量随阀门开度的变化调节泵出口管路上的阀门开度→即改变管路特性曲线。优点→快速简便，连续改变流量。缺点→阀门↓，阻力↑，能耗↑；调节幅度较大时，离心泵常在低效区工作。精品资料离心泵－操作(cāozuò)②改变(gǎibiàn)泵转速（少用）流量随转速的变化改变泵转速→改变泵特性曲线优点→流量随转速↓而↓，动力消耗↓。缺点→配置成本高的变速装置，难以连续调节流量。另外，叶轮直径↓→流量↓，改变泵特性曲线，此法调节范围有限，泵效率↓。精品资料离心泵－操作(cāozuò)③离心泵组合(zǔhé)1）同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。2）流量↑，流动阻力↑

→并联后的总流量<单台泵流量两倍，并联后操作压头>单台泵压头。离心泵并联⑴离心泵并联精品资料离心泵－操作(cāozuò)1）同一(tóngyī)流量下，串联泵的总压头为单台泵压头的两倍。2）离心泵串联后的总压头<单台泵压头两倍，串联后操作流量>单台泵流量。离心泵串联⑵离心泵串联精品资料离心泵－操作(cāozuò)⑶离心泵组合方式(fāngshì)的选择1）若管路K值>单泵最大压头→串联。2）低阻管路a，泵并联获得比泵串联更高的流量和压头，故优先采用并联。3）高阻管路b，泵串联获得比泵并联更高的流量和压头，故优先采用串联。离心泵组合方式的选择精品资料离心泵－选型1.离心泵类型(lèixíng)离心泵类型(lèixíng)精品资料离心泵－选型2.离心泵选择(xuǎnzé)选泵步骤：①确定输送系统的压头与流量按最大流量考虑，利用伯努利方程计算该流量下管路(ɡuǎnlù)所需压头。②选择泵类型与型号根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型，然后，按已确定的压头与流量选择型号。③核算轴功率若输送液体密度大于水密度，核算N。（P117，图2-28）精品资料离心泵－安装(ānzhuāng)与操作①泵的安装高度＜允许安装高度。②开启泵前，往泵内灌满被输送液体（动作1）。③启动泵前，先关闭(guānbì)出口阀（动作2）；停泵前，亦先关闭(guānbì)出口阀（动作3）。④定期检查和维修，注意泵液体泄露和发热等。①吸不上液→启动泵前注入液体量不足、底阀漏液或吸入管、底阀或叶轮堵塞。②运转中停止吸液→因泵内吸入空气形成气缚，检查吸入管路连接处及填料函等处是否漏气。1.安装与操作2.故障精品资料其他(qítā)泵1.往复泵往复泵工作原理(yuánlǐ)→活塞在泵缸内左右两端点之间作往复运动而吸入和压出液体。⑵正位移特性→往复泵排液能力与活塞位移有关，与管路无关；压头受管路承受能力的限制。往复泵冲程→亦称位移，指活塞左端点到右端点的距离。⑴往复泵具有自吸能力，而吸入高度受限。①工作原理精品资料其他(qítā)泵②往复泵特性(tèxìng)⑴压头压头与泵尺寸无关。只要泵力学强度和原动机功率允许，往复泵可达到想要的压头。⑵流量（排液能力）离心泵流量仅与泵尺寸和活塞往复次数有关，而与压头及管路无关→往复泵是具有正位移特性的容积泵。单动泵（a）、双动泵（b）和三联泵（c）的流量曲线图精品资料其他(qítā)泵⑶特性(tèxìng)曲线往复泵理论流量取决于活塞扫过体积→特性方程为QT=Const。往复泵特性曲线精品资料其他(qítā)泵③往复泵的工作(gōngzuò)点与流量调节往复泵工作点⑴旁路调节；⑵改变活塞冲程和往复次数。往复泵旁路调节往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高黏度液体；不宜输送腐蚀性液体和含有固体粒子的悬浮液。精品资料其他(qítā)泵