第二章-流体输送机械-1-杜可杰分解.ppt

1、第二章流体输送机械,授课人：杜可杰,为流体提供能量的机械称为流体输送机械。,生产加工中，常常需要将流体从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。,第二章流体输送机械,2.0概述2.1离心泵2.2其它类型化工用泵2.3气体输送机械,工作介质：液体泵气体风机压缩机真空泵,概述,泵的分类,工作原理分类：叶片式泵有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。往复泵靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。旋转式泵靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。,概述,本章要求：了解化工中常用的流体输送机械的基本

2、结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并使之在高效率下可靠运行。重点：离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型。,概述,第二章流体输送机械,2.1概述2.2离心泵,一、离心泵的结构,第一节离心泵,1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴；4-吸入管；5-底阀；6-压出管离心泵装置简图,离心泵,离心泵在化工生产中应用最为广泛，这是由于其具有性能适用范围广（包括流量、压头及对介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、流量均匀、故障少、寿命长、购置费和操作费均较低等突出优点。,（一）结构和主要部件,转动部分,泵轴叶轮,固定部分,泵壳，导轮轴承，密封装置,分类

3、：敞式叶轮半蔽式叶轮蔽式叶轮,（1）叶轮通常由3-12片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并放在泵壳内；是离心泵的关键部件。作用：将原动机的能量传给液体，使液体静压能及动能都有所提高给能装置,（一）结构和主要部件,开式半开（闭）式闭式,（一）结构和主要部件,制造简单清洗方便效率低含较多固体的悬浮液或输送浆状、糊状液体,构造简单吸液口一侧无盖板，效率也较低含固体颗粒和杂质的液体,动摩擦阻力小、结构较复杂，造价较高；效率较高始于高扬程、洁净的液体输送，一般离心泵多采用这种,叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种：,（一）结构和主要部件,单吸式：结构简单，双吸式：结构复杂，吸液能力强，基本消除

4、轴向推力。,（2）泵壳作用：汇集叶轮甩出的液体；实现动能到静压能的转换转能装置；减少能量损失。导轮：减少液体进入蜗壳的碰撞（3）轴封装置作用：防止高压液体沿轴漏出；防止外界气体进入泵壳内。,（一）结构和主要部件,轴封装置,填料密封机械密封,填料密封：又称填料函，或者盘根箱,填料套,填料环,填料,填料压盖,双头螺栓,螺母,特点：简单易行，但维修工作量大，容易泄漏；不适用于易燃，易爆，有毒或者贵重液体的输送。,（一）结构和主要部件,（一）结构和主要部件,机械密封：又称端面密封,动环,静环,特点：结构复杂，精度要求高，价格贵，装卸和更换零件不便；但密封性能好，寿命长，功率消耗小，安全性好。,弹簧,平

5、衡孔：减小叶轮两侧的压力差，防止叶轮受到指向吸入侧的轴向推力平衡管：泵壳上的接管通到泵的吸入口；,（一）结构和主要部件,轴向推力平衡装置,充液（灌泵）排液:出口切线方向吸液：叶轮中心,（二）离心泵的工作原理,液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入泵壳(沿叶片方向，u,P静)。由于涡流通道的截面逐渐增大，P动P静。液体以较高的压力排出泵体，流到所需的场地。由于液体被抛出，在泵的吸口处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。,由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体

6、的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为气缚现象。表明离心泵无自吸能力加装止逆阀,（二）离心泵的工作原理,流量qV单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或m3/h。以qV表示，离心泵的流量取决于泵的结构尺寸和转速。压头或扬程H单位重量的液体经泵后所获得的能量，以H表示，单位为J/N或m液柱。泵的扬程又称压头。离心泵扬程的大小，取决于泵的结构、转速及流量，一般通过实验测定。,三、离心泵的主要性能参数,功率与效率1）轴功率P:单位时间内所做的功。Nm/S或W。泵轴所需功率2）有效功率Pe:单位时间内液体从

7、泵中叶轮所获得的有效能量。Pe=qvgH3)效率：,三、离心泵的主要性能参数,泵内造成功率损失原因：容积损失（流量损失）：泵内有部分高压液体泄漏到低压区水力损失（摩擦损失）：流体流动产生摩擦，造成能量损失机械损失：泵轴与轴承之间的摩擦及泵轴密封处摩擦造成的功率损失一般，小型泵，效率为6085%，大型泵效率可达90%。,三、离心泵的主要性能参数,在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。,（一）离心泵的特性曲线,四、离心泵的特性曲线,HqV、PqV、qV：厂家实验测定,一定转

8、速、常压、20清水,（一）离心泵的特性曲线,四、离心泵的特性曲线,离心泵特性曲线,四、离心泵的特性曲线,HqV曲线：较大范围内，qV不同型号的离心泵，qv曲线的形状有所不同。,H,四、离心泵的特性曲线,Pqv曲线：Pqv曲线表示泵的流量qv和轴功率P的关系，P随qv的增大而增大。显然，当qv=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。,四、离心泵的特性曲线,qv曲线：开始随qv的增大而增大，达到最大值后，又随qv的增大而下降。离心泵在一定转速下有一最高效率点离心泵的设计点离心泵铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下之值。离心泵的高效工作区：,四、离心泵的特性曲线,

9、（二）离心泵性能的改变与换算,（1）密度的影响qV不变，H不变，基本不变，P随变化。（2）粘度的影响粘度增大，叶轮内流体流速降低，流量减小流体经过泵内摩擦损失增大，扬程降低摩擦引起能量损失增加，所需轴功率增大,四、离心泵的特性曲线,（3）离心泵转速的影响泵的特性曲线是在一定转速下测定的。当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变，有：,比例定律,四、离心泵的特性曲线,五、离心泵的工作点与流量调节,当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路的特性（指流量、管径、管长和管件、端点条件等)有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。

10、所以，讨论泵的工作情况之前,应了解泵所在的管路状况。,（一）管路特性曲线,在截面1-1与2-2间列柏努利方程，有：,特定的管路系统：,一定,操作条件一定：,其中：,五、离心泵的工作点与流量调节,而,认为流体流动进入阻力平方区，变化较小。,为一常数,亦为一常数,五、离心泵的工作点与流量调节,则,管路特性方程,管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求,五、离心泵的工作点与流量调节,（二）工作点当安装在一定管路系统中的离心泵工作时，泵输出的流量即为管路的流量，泵提供的扬程即为管路所要求的压头。工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。解析法：,五、离心泵的工作点与流量调节,（三）流量调节1)改变

11、管路特性：调出口阀门；2)改变泵特性：调转速。,五、离心泵的工作点与流量调节,(1)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。,关小出口阀le,qV,H,管特线变陡,工作点左上移,特点：方便、快捷，流量连续变化；阀门消耗阻力，不经济。,五、离心泵的工作点与流量调节,(2)改变泵的转速,适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。,n泵HqV曲线上移,工作点右上移，,H，qV,特点：泵在高效率下工作，无因节流引起的附加能量损失能量利用经济;需变速装置或切削叶轮。,五、离心泵的工作点与流量调节,（3）离心泵的组合操作,并联操作,五、离心泵的工作点与流量调节,目的：满足流量需求较大或短

12、时间需要增加流量的要求。,（3）离心泵的组合操作,qV并2qV单,H并H单,五、离心泵的工作点与流量调节,1)工作点：并联后工作点为B，其中每台工作点为A；单台泵工作时工作点为A；2)效率：并联时Q曲线不变；总效率与每台泵的效率相同，即工作点A对应的效率；而单台能操作时，其效率为A点所对应的效率；3)两台泵并联操作时，总输液量大于每台泵单独操作时的输液量Q，但小于Q的两倍；,A,（3）离心泵的组合操作,qV并2qV单,H并H单,五、离心泵的工作点与流量调节,4)特性曲线较陡(即阻力损失较大)的管路，离心泵并联操作时的流量增加率较小。5)并联操作多用于特性曲线较平坦的管路，其流量增加率较大。6)

13、联泵数越多，流量增加率越低,并联操作效率不能太低，否则并联操作就很不经济。,A,串联操作,五、离心泵的工作点与流量调节,目的：增大压头,串联操作,两台泵串联操作时，压头较单泵操作时的压头高，但不是增加一倍；总输出量较单泵操作时的流量大些。特性曲线较陡的管路，采用串联操作时压头的增加率较大,五、离心泵的工作点与流量调节,组合方式的选择,低阻时，并联优于串联；高阻时，串联优于并联。,五、离心泵的工作点与流量调节,多级离心泵动画-3,（一）汽蚀现象,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的。研究表明，叶轮吸入口处内缘处是泵

14、内压强最低点。,（一）汽蚀现象,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的气泡被液流带入叶轮内，到达压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230以上。在数秒钟内就可以使叶轮表面出现斑点或裂纹。使泵结构本身产生机械破坏。,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,症状：噪声大、泵体振动；流量、压头、效率都明显下降；严重时使泵抽空。后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，严重时成

15、海绵状而迅速破坏。防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv。,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,为了使离心泵能正常运转，应避免产生气蚀现象，这就要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某一值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸气压作为最低压强。应予指出，在实际操作中，不易确定泵内最低压强的位置，而往往以实际泵入口处的压强考虑一安全量后作为叶片入口处允许的最低压强。一般以气蚀余量对泵的安装高度Hg加以限制,（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量,有效汽蚀余量液体经吸入管到达泵入口处所具有的的压头与液体在工作温度下的饱和蒸汽压头之差,六、离心

16、泵的汽蚀现象与安装高度,H增高，p1减小，ha减小ha与吸液管高度、管径有关，与泵无关,（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量,必需汽蚀余量表示液体从泵入口到叶轮内最低压力点K处的全部压头损失它与泵的结构尺寸、液体流量有关。若ha不变，则hr越小，越不易气蚀,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,判别汽蚀条件：,hahr,pkpv时，不汽蚀,hahr,pkpv时，开始发生汽蚀,hahr,pkpv时，严重汽蚀,（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量,允许汽蚀余量离心泵规格表中列出的均为允许气蚀余量,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,（三）离心泵的安装

17、高度,在0-0和1-1间列柏努利方程：,最大安装高度,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,（三）离心泵的安装高度,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,最大允许安装高度,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,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h3.5m。贮罐内液面上方的压力为6.52l05Pa。异丁烷在输送温度下的饱和蒸气压为6.38l05Pa，密度为530kg/m3。吸入管路的压头损失为1.2m。试问，当泵的入口处位于贮罐内液面以下1.5m时，该泵能否正常操作。,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,解：允许安装高度为,已知泵的实际安装高度为-1.5m大

18、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-2.0-0.5-2.5m才能确保其正常操作。,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,查取允许吸上真空高度（允许汽蚀余量h）校正计算出允许安装高度实际安装高度应小于Hg。,总结,安装高度的计算：,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,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。,液体温度越高，饱和蒸汽压pv就越高，允许安装高度则越低。在输送较高温度的液体时尤其要注意安装高度。,（1）离心泵类型,清水泵耐腐蚀泵油泵杂质泵,按所输送的液体性质,按叶轮的数目,按叶轮的吸入方式,单级离心泵多级

19、离心泵,单吸式离心泵双吸式离心泵,七、离心泵的类型与选用,1）清水泵,七、离心泵的类型与选用,IS型泵系单级单吸（轴向吸入）离心泵，供输送80以下的清水及物理和化学性质类似清水的液体之用。IS型泵全系列共29种基本型，通过变速和切割叶轮直径，可获的153种性能供用户选用。,泵型号意义说明举例：IS100-80-160AIS单级单吸清水离心泵100吸入口直径（mm）80排出口直径（mm）160叶轮的公称直径（mm）,IS型泵：,IS、IR型单级单吸离心泵,ISG型管道离心泵,七、离心泵的类型与选用,七、离心泵的类型与选用,若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵,1吸入段；2中段；3压出段；4轴

20、；5叶轮；6导叶；7轴承部,100D454,吸入口直径,mm,多级代号,设计点扬程,m,叶轮数目,七、离心泵的类型与选用,若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵,D系列多级离心泵,TSWA型卧式多级泵T透平式S单吸泵W介质温度低于80A第一次更新,七、离心泵的类型与选用,1泵体；2泵盖；3叶轮；4泵轴；5密封环；6轴套；7轴承；8连轴器,若需要的流量很大，则可选用Sh双吸式离心泵,七、离心泵的类型与选用,若需要的流量很大，则可选用Sh双吸式离心泵,S型单级双吸离心泵,优点：是水力对称，没有轴向力(理论上)。由于双吸叶轮有两个吸入口每个入口只需承担一半的流量，所以流速比较低，叶轮不容易汽蚀,2）耐腐蚀泵（F型）,七、离心泵的类型与选用,输送腐蚀性化工流体；所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作；要特别注意耐