化工原理第2章-第一次2012.ppt

1、第2章 流体输送机械,克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量,为流体提供能量.,单位重量： （N.m/N=m）,单位体积：（ N.m/m3=N/ m2）,单位质量：（J/kg),概述,流体输送机械根据工作原理的不同通常分为四类: 离心式、往复式、旋转式及流体动力作用式。 用于输送液体的机械称为泵 用于输送气体的机械称为风机及压缩机。 工作原理、基本构造、性能及有关计算，以达到能正确选择和使用的目的。 其具体设计与详细结构，不在本课程讨论范围之内,离心泵,一、工作原理,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。,Air binding 气缚,不预先灌水。,真

2、空不够，不吸液。,止逆阀,1）叶轮 a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类,闭式叶轮,开式叶轮,半闭式叶轮,叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。,没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。,只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。,二 离心泵的主要部件,按吸液方式,单吸式叶轮,双吸式叶轮,液体只能从叶轮一侧被吸入; 结构简单。,相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可以从两侧吸入液体，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。,泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一

3、部分动能转变为静压能。,（二）泵壳,泵壳的作用,导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。,（二）泵壳,（三）轴封装置 A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类,填料密封：,机械密封：,主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。,主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上

4、的静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。,端面密封,3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少,单级泵,多级泵,轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；,轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为29级。,2）按叶轮上吸入口的数目,单吸泵,双吸泵,叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。,叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。,3）按离心泵的不同用途,水泵,输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很少的液体的泵, （B型）,耐腐蚀泵,接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料

5、制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）,油泵,输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）,杂质泵,输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶片数目少。,离心泵的主要性能参数与特性曲线,1、离心泵的性能参数 1）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力 。 2）离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。,3）离

6、心泵的效率 离心泵输送液体时，通过叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。这些能量损失包括： 容积损失 水力损失 机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关,对离心泵来说，效率一般约为0.60.85左右，大型泵可达0.90。,4）轴功率及有效功率 轴功率：,电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W或kW,有效功率：,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示,轴功率和有效功率之间的关系为 ：,有效功率可表达为,轴功

7、率可直接利用效率计算,有效功率,轴功率,电机功率,离心泵的压头取决于： 泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 n 流量 Q，,如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？ 实验测定,若1-1与2-2间能量损失忽略,则 当不同流量,PM,PV会变化, H也变化.,1,1,2,2,离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。,2、离心泵的特性曲线,离心泵的H、 N 都与离心泵的Q 有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线： HQ 、Q 、 NQ 离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有

8、本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点,四离心泵的特性曲线,H-Q, Q, H N-Q, Q, N , 当Q= 0, N=Nmin. 起动泵，关闭出口阀。 -Q, Q, . 有拐点,称为设计工况点. 特征曲线在一定转速测定. 如图, n=2900rpm,离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的Q、H、N 值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。 注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。,四、离心泵性能的改变,1、液体性质

9、的影响 1）液体密度的影响,离心泵的流量,与液体密度无关。,离心泵的压头,与液体的密度无关,HQ曲线不因输送的液体的密度不同而变 。 泵的效率不随输送液体的密度而变。,离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。,2）粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时， 泵的压头减小 泵的流量减小 泵的效率下降 泵的轴功率增大 泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst（厘沲）时，如汽油、柴油、煤油等粘度的影响可不进行修正。, = du/dy , , 损失 所以： H , Q , N N = Q H/ .,2、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不

10、变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：,比例定律,1）若对同一型号的泵，换用直径较小的叶轮，而其它几何尺寸不变（仅是出口处叶片的宽度稍有改变），这种现象称为叶轮的“切割”。 2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小。若切削使直径D2减小的幅度在5%以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等, 此时有：,-切割定律,3、叶轮直径的影响,离心泵的工作点与流量调节,1、管路特性曲线与泵的工作点 1）管路特性曲线,管路特性曲线,流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。,在截面1-1与 2-2 间列柏努利方程式，并以1-1截面为基准水平面，则液体流

11、过管路所需的压头为：,式中：,上式简化为,而,令,管路的特性方程,2）离心泵的工作点 离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点M，就是离心泵在管路中的工作点。,M点所对应的流量Qe和压头He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。,2、离心泵的流量调节 1）改变出口阀开度 改变管路特性曲线,阀门关小时： 管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；,当阀门开大时： 管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。,优点：调节迅速方便，流量可连续变化；,缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。,泵的转速降至n

12、2：则HQ线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2,优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；,缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。,2）改变泵的转速改变泵的特性曲线,泵的转速提高到n1：则HQ线上移，工作点由M移至M1 ，流量由QM 加大到QM1；,3、离心泵的并联和串联 1）串联组合泵的特性曲线,两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提供的压头是单台泵的两倍 。,2）并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。,3）离心泵组合方式的选择,对于低阻输送管路

13、a，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵； 对于高阻输送管路b，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。,低阻输送管路-并联优于串联； 高阻输送管路-串联优于并联。,离心泵的汽蚀现象与安装高度,（一）汽蚀现象,离心泵的汽蚀现象与安装高度,（一）汽蚀现象,If P1 P v , what will happen?,气蚀产生的后果：,气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。,形成原因：,在0-0、1-1截面间列柏努力方程 p0一定，当Hg或吸入管内流速u1与压头损失Hf增

14、大，则p1越小。,气蚀余量（Net Positive Suction Head）,1-1与K-K面,NPSH，油泵也用h,气蚀余量（Net Positive Suction Head）,制造厂测定,贮槽液面0-0与入口处1-1两截面间列柏努利方程,2、离心泵的允许吸上高度 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。,1 1,离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值小0.51m。,注意： 1）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量有关的，大流量下h较大而Hg,允较小，因此，必须注意使用最大额定流量值进行计算。

15、2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。 3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。,3、离心泵的允许吸上真空度,注意：HS 通常以m液柱来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成 m（实际上应为mH2O）。,离心泵的允许吸上真空度 定义式,绝对压强,当地大气压,用真空度表示,最高真空度,HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好。 HS与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压等因素有关。 通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气

16、压为10mH2O（9.81Pa）下,以20清水为介质进行的。,七、离心泵的选用、安装与操作,1、离心泵的选择,1）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。 2）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，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。,若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符，则在邻近型号中选用H和Q都稍大的一个；若有几个型号的H和Q都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的H和Q外，还应考虑效率在

17、此条件下是否比较大。 3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时，按,来计算泵的轴功率。,2、离心泵的安装和使用 1）泵的安装高度 为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安装高度必须低于理论上计算的最大安装高度，同时，应尽量降低吸入管路的阻力。 2）启动前先“灌泵” 为了防止“气傅”现象的发生，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。 3）离心泵应在出口阀门关闭时启动 为了不致启动时电流过大而烧坏电机，泵启动时要将出口阀完全关闭，等电机运转正常后，再逐渐打开出口阀，并调节到所需的流量。,4）关泵的步骤 关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否

18、则，压出管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使叶轮被损坏。 5）运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。,其他类型泵,往复泵 1、往复泵的结构及工作原理,往复泵是一种容积式泵，它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。,泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。 活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。,活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能

19、排液，因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联泵,其理论流量： 对单动泵,对双动泵,2）往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度 及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就 能提供多大的压头。,往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点： 1）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定的液体。,3）往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。 4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用回路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液。,往复泵的流量调节 据往复泵的特点，其流量调节可采用如下方法： 1、