化工原理 第二章 流體輸送機械

第二章流體(liútǐ)輸送機械流體(liútǐ)輸送機械液體輸送機械離心泵風機壓縮機真空泵目的→掌握典型流體輸送機械的結構、原理及特性，做到合理選型和正確使用。氣體輸送和壓縮機械往復泵旋轉泵旋渦泵精品資料第二章流體輸送(shūsònɡ)機械流體(liútǐ)輸送機械動力式（葉輪）往復式輸送機械旋轉式輸送機械容積式（正位移）離心式輸送機械軸流式輸送機械噴射式輸送機械精品資料離心泵－工作(gōngzuò)原理離心泵啟動(qǐdòng)前“灌滿液”→除凈泵內空氣，防止氣縛產生。氣縛→泵無自吸能力；若泵內殘存空氣，由于空氣密度小致使旋轉后產生的離心力小，不足以將貯槽中的液體吸入泵內。精品資料離心泵－工作(gōngzuò)原理離心泵濾網→阻擋液體中的固體顆粒被吸入而堵塞管道和泵殼。單向底閥→防止啟動前灌入的液體從泵內流出。調節(jié)(tiáojié)閥→供開工、停工和調節(jié)(tiáojié)流量使用。精品資料離心泵－結構(jiégòu)1.葉輪（旋轉(xuánzhuǎn)部件）離心泵葉輪閉式葉輪→輸送清潔液體。半閉式和開式葉輪→輸送含固體顆粒的液體懸浮液。軸向推力→部分高壓液體漏入葉輪與泵殼間的兩側空腔中，因葉輪前后兩側壓力不等，產生指向葉輪吸入口的軸向推力。為平衡此力，在葉輪后蓋板上鉆一些小孔（平衡孔）。精品資料離心泵－結構(jiégòu)離心泵吸液方式(fāngshì)葉輪吸液有單吸和雙吸；雙吸式葉輪不僅吸液能力更大，而且基本上消除了軸向推力。精品資料離心泵－結構(jiégòu)2.泵殼（固定(gùdìng)部件）泵殼和導輪泵殼→俗稱蝸殼，起匯集液體和能量轉換的雙重作用。導輪→進一步減少能量損失，將部分動能轉為靜壓能。精品資料離心泵－結構(jiégòu)3.軸封（靜止(jìngzhǐ)部件）填料密封機械密封軸封作用→防止泵內高壓液體沿間隙漏出或外界空氣漏入泵內。軸封方式→填料密封和機械密封，后者適合輸送酸、堿及易燃、易爆和有毒的液體。精品資料離心泵－基本(jīběn)方程理論壓頭→離心泵在理想情況(qíngkuàng)下可能達到的最大壓頭，即具有無限多葉片的離心泵對單位重量理想液體所提供的能量。離心泵的基本方程→表達泵理論壓頭與其結構、尺寸、轉速與流量等之間的關系。依此計算離心泵的理論壓頭。1.推導精品資料離心泵－基本(jīběn)方程液體(yètǐ)在離心泵中的流動→絕對速度與圓周速度之間的夾角?！鲃咏?，指相對速度與圓周速度反向延長線的夾角。精品資料離心泵－基本(jīběn)方程離心泵基本(jīběn)方程離心泵基本方程的變式精品資料離心泵－基本(jīběn)方程2.分析(fēnxī)精品資料離心泵－基本(jīběn)方程③離心泵常用(chánɡyònɡ)后彎葉片⑴前彎葉片產生的理論壓頭最大。⑵當，不僅靜壓頭較后彎葉片的低，而且液體出口絕對速度c2較大，致使能量損失↑。精品資料離心泵－基本(jīběn)方程④理論(lǐlùn)壓頭與理論(lǐlùn)流量離心泵的理論特性曲線精品資料離心泵－基本(jīběn)方程⑤實際(shíjì)壓頭與實際(shíjì)流量實際壓頭與實際流量之間關系壓頭：⑴軸向渦流→絕對速度↓→壓頭↓⑵各種能量損失→壓頭↓。流量：各種泄漏損失→流量↓離心泵的特性曲線→H－Q關系曲線精品資料離心泵－性能(xìngnéng)壓頭(yātóu)（揚程）理論壓頭實際壓頭流量軸功率效率抗氣蝕性能離心泵性能精品資料離心泵－性能(xìngnéng)1.流量(liúliàng)流量（Q）→單位時間內離心泵排送到管路系統(tǒng)的液體體積。Q與泵結構、尺寸及轉速等有關。注意→離心泵實際流量還與管路特性相關。2.壓頭（揚程）壓頭（H）→離心泵對單位重量液體所提供的有效能量。H與泵的結構、尺寸、轉速與流量有關。理論壓頭由離心泵基本方程計算；實際壓頭通過實驗測定。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)3.效率(xiàolǜ)①容積損失→因液體泄漏造成的損失，。②機械損失→因泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間以及葉輪蓋板外表面與液體之間產生摩擦而造成的損失，。③水力損失→液體流經葉輪通道和蝸殼產生的阻力及在泵局部處由環(huán)流和沖擊引起的局部阻力，。注意→小型泵效率為50％~70％，大型泵達90％。效率（η）→離心泵輸送液體過程中，由電動機提供泵軸的能量未能全部為液體所得，其中的能量損失用效率表示。離心泵效率在某一流量下最高，此效率下的流量稱為額定流量。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)4.軸功率軸功率（N）→泵軸所需的功率。有效(yǒuxiào)功率（Ne）→液體從葉輪獲得的能量。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)5.抗氣蝕性能(xìngnéng)①氣蝕離心泵吸液氣蝕條件→葉片入口附近液體的靜壓強≤輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓。⑴泵的安裝高度過高。⑵泵送液體溫度過高。⑶泵吸入管路的局部阻力過大。氣蝕過程→發(fā)生氣蝕時，液體在該處部分汽化而產生氣泡，氣液混合物進入葉輪高壓區(qū)后，氣泡急劇凝結或破裂。因氣泡消失產生局部真空，周圍液體高速流向原氣泡占據的空間，產生極大的局部沖擊壓力，損壞葉輪和泵殼。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)氣蝕后果⑴離心泵性能(xìngnéng)↓，嚴重時出現氣縛，使泵停止工作。⑵產生振動和噪聲。⑶泵殼和葉輪受反復沖擊，泵使用壽命↓。措施根據泵的抗氣蝕性，確定泵的合理安裝高度，防止氣蝕發(fā)生。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)②離心泵的抗氣蝕性能(xìngnéng)（吸上性能(xìngnéng)）臨界氣蝕余量必需氣蝕余量⑴氣蝕余量（NetPositiveSuctionHead，NPSH）→離心泵入口處液體靜壓頭與動壓頭之和與操作溫度下液體飽和蒸氣壓頭的差值。離心泵吸液精品資料離心泵－性能(xìngnéng)⑵允許(yǔnxǔ)吸上真空度（Hs'）允許(yǔnxǔ)吸上真空度→用真空度表示泵入口處最低壓強。

Hs'測定條件→大氣壓為98.1kPa(10mH2O)，20℃清水精品資料離心泵－性能(xìngnéng)③允許安裝(ānzhuāng)高度注意→離心泵的實際安裝高度比Hg低0.5～1m。離心泵吸液允許安裝高度（Hg）→亦稱允許吸上高度，指泵吸入口與貯槽液面間允許達到的最大垂直距離。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)①離心泵特性(tèxìng)曲線離心泵特性曲線離心泵特性曲線→反映離心泵壓頭、軸功率、效率與流量之間關系的一組曲線。⑴主要由H-Q、N-Q及η-Q三條曲線構成。⑵離心泵特性曲線隨轉速而變，故特性曲線圖上必須標明轉速。⑶H-Q曲線：。⑷N-Q曲線：。啟動泵前，關閉出口閥，無流量，電流最小，保護電機。⑸η-Q曲線：在一定轉速下，離心泵有最高效率點（即設計點）。設計點下的Q、H和N值稱為最佳工況參數（即銘牌參數）。泵在高效率區(qū)工作。6.離心泵特性曲線精品資料離心泵－性能(xìngnéng)測定離心泵特性(tèxìng)曲線②測定離心泵特性曲線（見P97，例2-2）精品資料離心泵－性能(xìngnéng)③離心泵性能的影響(yǐngxiǎng)因素⑴液體密度Q、H和η與ρ無關，N與ρ成正比→H-Q和η-Q曲線不變，N-Q曲線須修正。⑵液體黏度注意：精品資料離心泵－性能(xìngnéng)⑷葉輪(yèlún)直徑D變化不大（不大于5%）時，假設出口三角形相似、出口截面積不變和η相同：n變化不大（小于±20%）時，假設出口速度三角形相似和η相同：⑶轉速離心泵比例定律離心泵切割定律精品資料離心泵－操作(cāozuò)1.離心泵工作(gōngzuò)點①管路特性方程阻力平方區(qū)→管路輸送系統(tǒng)管路特性方程精品資料離心泵－操作(cāozuò)②離心泵工作(gōngzuò)點管路特性曲線與泵工作點管路特性曲線→即曲線，指在特定管路中輸送液體時，所需壓頭隨液體流量平方而變。此線與泵的特性無關。離心泵工作點精品資料離心泵－操作(cāozuò)2.離心泵流量(liúliàng)調節(jié)①改變閥門開度（常用）離心泵流量調節(jié)→本質上是改變泵的工作點。通過三種方式（改變管路的特性曲線、泵的特性曲線或離心泵組合）實現流量調節(jié)。流量隨閥門開度的變化調節(jié)泵出口管路上的閥門開度→即改變管路特性曲線。優(yōu)點→快速簡便，連續(xù)改變流量。缺點→閥門↓，阻力↑，能耗↑；調節(jié)幅度較大時，離心泵常在低效區(qū)工作。精品資料離心泵－操作(cāozuò)②改變(gǎibiàn)泵轉速（少用）流量隨轉速的變化改變泵轉速→改變泵特性曲線優(yōu)點→流量隨轉速↓而↓，動力消耗↓。缺點→配置成本高的變速裝置，難以連續(xù)調節(jié)流量。另外，葉輪直徑↓→流量↓，改變泵特性曲線，此法調節(jié)范圍有限，泵效率↓。精品資料離心泵－操作(cāozuò)③離心泵組合(zǔhé)1）同一壓頭下，并聯泵的流量為單臺泵的兩倍。2）流量↑，流動阻力↑

→并聯后的總流量<單臺泵流量兩倍，并聯后操作壓頭>單臺泵壓頭。離心泵并聯⑴離心泵并聯精品資料離心泵－操作(cāozuò)1）同一(tóngyī)流量下，串聯泵的總壓頭為單臺泵壓頭的兩倍。2）離心泵串聯后的總壓頭<單臺泵壓頭兩倍，串聯后操作流量>單臺泵流量。離心泵串聯⑵離心泵串聯精品資料離心泵－操作(cāozuò)⑶離心泵組合方式(fāngshì)的選擇1）若管路K值>單泵最大壓頭→串聯。2）低阻管路a，泵并聯獲得比泵串聯更高的流量和壓頭，故優(yōu)先采用并聯。3）高阻管路b，泵串聯獲得比泵并聯更高的流量和壓頭，故優(yōu)先采用串聯。離心泵組合方式的選擇精品資料離心泵－選型1.離心泵類型(lèixíng)離心泵類型(lèixíng)精品資料離心泵－選型2.離心泵選擇(xuǎnzé)選泵步驟：①確定輸送系統(tǒng)的壓頭與流量按最大流量考慮，利用伯努利方程計算該流量下管路(ɡuǎnlù)所需壓頭。②選擇泵類型與型號根據輸送液體性質和操作條件確定泵的類型，然后，按已確定的壓頭與流量選擇型號。③核算軸功率若輸送液體密度大于水密度，核算N。（P117，圖2-28）精品資料離心泵－安裝(ānzhuāng)與操作①泵的安裝高度＜允許安裝高度。②開啟泵前，往泵內灌滿被輸送液體（動作1）。③啟動泵前，先關閉(guānbì)出口閥（動作2）；停泵前，亦先關閉(guānbì)出口閥（動作3）。④定期檢查和維修，注意泵液體泄露和發(fā)熱等。①吸不上液→啟動泵前注入液體量不足、底閥漏液或吸入管、底閥或葉輪堵塞。②運轉中停止吸液→因泵內吸入空氣形成氣縛，檢查吸入管路連接處及填料函等處是否漏氣。1.安裝與操作2.故障精品資料其他(qítā)泵1.往復泵往復泵工作原理(yuánlǐ)→活塞在泵缸內左右兩端點之間作往復運動而吸入和壓出液體。⑵正位移特性→往復泵排液能力與活塞位移有關，與管路無關；壓頭受管路承受能力的限制。往復泵沖程→亦稱位移，指活塞左端點到右端點的距離。⑴往復泵具有自吸能力，而吸入高度受限。①工作原理精品資料其他(qítā)泵②往復泵特性(tèxìng)⑴壓頭壓頭與泵尺寸無關。只要泵力學強度和原動機功率允許，往復泵可達到想要的壓頭。⑵流量（排液能力）離心泵流量僅與泵尺寸和活塞往復次數有關，而與壓頭及管路無關→往復泵是具有正位移特性的容積泵。單動泵（a）、雙動泵（b）和三聯泵（c）的流量曲線圖精品資料其他(qítā)泵⑶特性(tèxìng)曲線往復泵理論流量取決于活塞掃過體積→特性方程為QT=Const。往復泵特性曲線精品資料其他(qítā)泵③往復泵的工作(gōngzuò)點與流量調節(jié)往復泵工作點⑴旁路調節(jié)；⑵改變活塞沖程和往復次數。往復泵旁路調節(jié)往復泵適用于小流量、高壓強的場合，輸送高黏度液體；不宜輸送腐蝕性液體和含有固體粒子的懸浮液。精品資料其他(qítā)泵