流體輸送機(jī)械

關(guān)于流體輸送機(jī)械第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)液體輸送機(jī)械

離心泵在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，這是由于其具有性能適用范圍廣（包括流量、壓頭及對介質(zhì)性質(zhì)的適應(yīng)性）、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、流量均勻、故障少、壽命長、購置費(fèi)和操作費(fèi)均較低等突出優(yōu)點(diǎn)。因而，本章將離心泵作為流體力學(xué)原理應(yīng)用的典型實(shí)例加以重點(diǎn)介紹。第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二1.1離心泵離心泵的工作原理及主要部件離心泵的性能參數(shù)和特性曲線離心泵性能的改變及換算離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象離心泵的工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)離心泵的類型及選用第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二一.離心泵的工作原理及主要部件工作原理..\化工原理仿真課件\第二章\離心泵.swf..\化工原理仿真課件\第二章\離心泵工作原理.swf主要部件葉輪：..\化工原理仿真課件\第二章\葉輪.avi第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二

泵殼：軸封裝置：第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二二.離心泵的性能參數(shù)和特性曲線離心泵的性能參數(shù)1、流量離心泵的流量是指單位時間內(nèi)排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，國際單位為m3/s，常用單位為l/s、m3/s或m3/h等。離心泵的流量與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2、壓頭（揚(yáng)程)

離心泵的壓頭是指離心泵對單位重量（1N）液體所提供的有效能量，一般用H表示，單位為J/N或m。離心泵的壓頭與離心泵的結(jié)構(gòu)、葉輪轉(zhuǎn)速以及流量有關(guān)，在上一節(jié)內(nèi)容中做過介紹。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二3、效率離心泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于存在各種能量損失，致使液體獲得的能量小于輸入泵的功率。反映能量損失大小的參數(shù)稱為效率，以η表示。離心泵的能量損失包括以下三項(xiàng)，即(1)容積損失即泄漏造成的損失，無容積損失時泵的功率與有容積損失時泵的功率之比稱為容積效率ηv。(2)水力損失由于液體流經(jīng)葉片、蝸殼的沿程阻力，流道面積和方向變化的局部阻力，以及葉輪通道中的環(huán)流和旋渦等因素造成的能量損失。這種損失可用水力效率ηh來反映。(3)機(jī)械效率由于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪表面與液體之間摩擦，泵軸在軸承、軸封等處的機(jī)械摩擦造成的能量損失。機(jī)械損失可用機(jī)械效率ηm來反映。離心泵的總效率由上述三部分構(gòu)成，即η=ηvηhηm

離心泵的效率與泵的類型、尺寸、加工精度、液體流量和性質(zhì)等因素有關(guān)。通常，小泵效率為50～70％，而大型泵可達(dá)90％。第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二4、軸功率N

由電機(jī)輸入泵軸的功率稱為泵的軸功率，以N表示，單位為W或kW。離心泵的有效功率是指液體單位時間內(nèi)從葉輪獲得的能量，以Ne表示，則有

Ne=HgQρ式中Ne------離心泵的有效功率，W；

Q--------離心泵的實(shí)際流量，m3/s；

H--------離心泵的有效壓頭，m。由于泵內(nèi)存在上述的三項(xiàng)能量損失，軸功率必大于有效功率，即

N=HgQρ/η=HQρ/102η第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二離心泵的特性曲線離心泵壓頭H、軸功率N及效率η均隨流量Q而變，它們之間的關(guān)系可用泵的特性曲線或離心泵工作性能曲線表示。包括H－Q、N－Q、η－Q等曲線。各種型號的離心泵都有其本身獨(dú)有的特性曲線，且不受管路特性的影響。但它們都具有一些共同的規(guī)律：如下圖所示：..\..\化工原理課件\第二章\特性曲線.gif第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二（1）離心泵的壓頭一般隨流量加大而下降。（2）離心泵的軸功率在流量為零時為最小，隨流量的增大而上升。故在啟動離心泵時，應(yīng)關(guān)閉泵出口閥門，以減小啟動電流，保護(hù)電機(jī)。停泵時先關(guān)閉出口閥門主要是為了防止高壓液體倒流損壞葉輪。

（3）額定流量下泵的效率最高。該最高效率點(diǎn)稱為泵的設(shè)計點(diǎn)，對應(yīng)的值稱為最佳工況參數(shù)。第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二三.離心泵性能的改變與換算

影響離心泵的性能的因素很多，其中包括液體性質(zhì)（密度ρ和粘度μ等）、泵的結(jié)構(gòu)尺寸（如D2和β2）、泵的轉(zhuǎn)速n等。當(dāng)這些參數(shù)任一個發(fā)生變化時，都會改變泵的性能，此時需要對泵的生產(chǎn)廠家提供的性能參數(shù)或特性曲線進(jìn)行換算。第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二1．液體物性的影響（1）密度的影響離心泵的流量、壓頭均與液體密度無關(guān)，效率也不隨液體密度而改變，因而當(dāng)被輸送液體密度發(fā)生變化時，H-Q與η-Q曲線基本不變，但泵的軸功率與液體密度成正比。第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二（2）粘度的影響當(dāng)被輸送液體的粘度大于常溫水的粘度時，泵內(nèi)液體的能量損失增大，導(dǎo)致泵的流量、壓頭減小，效率下降，但軸功率增加，泵的特性曲線均發(fā)生變化。當(dāng)液體運(yùn)動粘度γ大于20cSt（厘沲）時，離心泵的性能需按下式進(jìn)行修正，即

Q’=QcQH’=HcHη’=ηcηcQ、cH、cη——分別為離心泵的流量、壓頭和效率的校正系數(shù)，其值從下圖查得；

Q、H、η——分別為離心泵輸送清水時的流量，壓頭和效率；

Q’、H’、η’——分別為離心泵輸送高粘度液體時的流量，壓頭和效率。E:\田海玲的文檔\化工原理課件\第二章\換算系數(shù).gif第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2．離心泵轉(zhuǎn)速的影響由離心泵的基本方程式可知，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時，泵的流量、壓頭隨之發(fā)生變化，并引起泵的效率和功率的相應(yīng)改變。當(dāng)液體的粘度不大，效率變化不明顯，不同轉(zhuǎn)速下泵的流量、壓頭和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可近似表達(dá)成如下各式，即

Q1、H1、N1------轉(zhuǎn)速為n1時泵的性能；

Q2、H2、N2------轉(zhuǎn)速為n2時泵的性能；第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二3．離心泵葉輪直徑的影響當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速一定時，泵的基本方程式表明，其流量、壓頭與葉輪直徑有關(guān)。對于同一型號的泵，可換用直徑較小的葉輪（除葉輪出口其寬度稍有變化外，其它尺寸不變），此時泵的流量、壓頭和功率與葉輪直徑的近似關(guān)系為Q’、H’、N’------轉(zhuǎn)速為D2’時泵的性能；Q、H、N------轉(zhuǎn)速為D2時泵的性能；第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二四.離心泵安裝高度離心泵安裝高度的限制離心泵安裝高度又叫吸上高度，是指貯槽液面到離心泵吸入口之間的垂直距離。當(dāng)液面上方的壓強(qiáng)一定時，這個高度受離心泵吸入口壓強(qiáng)的制約，壓強(qiáng)越低，可以吸上液體的高度越大。以貯槽液面為0－0截面，離心泵吸入口為1－1截面，則有：第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2.氣蝕現(xiàn)象當(dāng)葉片入口附近的最低壓力等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時，液體將在此處汽化或者是溶解在液體中的氣體析出并形成氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入葉輪高壓區(qū)后，氣泡在高壓作用下急劇地縮小而破滅，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，造成沖擊和振動。在巨大沖擊力反復(fù)作用下，使葉片表面材質(zhì)疲勞，從開始點(diǎn)蝕到形成裂縫，導(dǎo)致葉輪或泵殼破壞。這種現(xiàn)象稱為汽蝕。汽蝕的危害：

1）泵體產(chǎn)生震動與噪音；

2）泵性能（Q、H、η）下降；

3）泵殼及葉輪沖蝕（點(diǎn)蝕到裂縫）。..\..\化工原理課件\第二章\氣蝕.swf第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二3.離心泵的抗氣蝕性能（1）離心泵的氣蝕余量為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，在離心泵入口處液體的靜壓頭與動壓頭之和必須大于操作溫度下液體的飽和蒸汽壓頭的某一最小值，此值即為泵的氣蝕余量，氣蝕余量只與離心泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，是離心泵的抗氣蝕性能參數(shù)。其定義式為：第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二（2）離心泵的允許吸上真空度為避免氣蝕的發(fā)生，離心泵入口處允許的最低壓強(qiáng)用真空度表示，且用輸送液體的液柱高度來計量，叫允許吸上真空度，與離心泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還受到輸送條件的影響，其定義式為：其值由實(shí)驗(yàn)測定，當(dāng)輸送條件發(fā)生變化時，須進(jìn)行校正：第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二4.離心泵的允許安裝高度將允許氣蝕余量和允許吸上真空度的定義式分別帶入離心泵安裝高度關(guān)系式即可得到離心泵允許安裝高度計算式：第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二5.離心泵安裝時的注意事項(xiàng)（1）離心泵允許氣蝕余量和允許吸上真空度均與流量有關(guān)，確定安裝高度應(yīng)按照最大流量下取值。（2）盡量減小吸入管路的壓頭損失，可采用較大的吸入管徑，減少管件和閥門設(shè)置，縮短管長。（3）將離心泵安裝在貯槽液面以下，使流體依靠位差自動流入泵內(nèi)。第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二五.離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1.管路特性曲線當(dāng)離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時，實(shí)際的工作壓頭和流量，不僅遵循特性曲線上二者的對應(yīng)關(guān)系，而且還受管路特性所制約。管路特性曲線表示液體通過管路系統(tǒng)時所需壓頭與流量的關(guān)系。對于特定的管路系統(tǒng)，在一定的操作條件下，可由柏努利方程整理而得：第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2.離心泵的工作點(diǎn)離心泵在管路中正常運(yùn)行時，泵所提供的流量和壓頭應(yīng)與管路系統(tǒng)所要求的數(shù)值一致。此時，安裝于管路中的離心泵必須同時滿足管路特性方程與泵的特性方程，將離心泵特性曲線與管路特性曲線描在同一坐標(biāo)系，即可得到兩特性曲線的交點(diǎn)，此點(diǎn)即為工作點(diǎn)。對所選定的泵以一定轉(zhuǎn)速在此管路系統(tǒng)操作時，只能在此點(diǎn)工作。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二3.離心泵的流量調(diào)節(jié)對泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上是改變泵的工作點(diǎn)。由于工作點(diǎn)是由泵及管路特性共同決定的，因此，改變?nèi)我粭l特性曲線均可達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。（1）改變管路特性曲線——改變泵出口閥開度閥門調(diào)節(jié)快捷方便，流量可連續(xù)變化，但當(dāng)需要減小流量時，因?yàn)闇p小閥門的開度，能耗加大，泵的效率下降，不夠經(jīng)濟(jì)。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二（2）改變泵的特性曲線改變泵的轉(zhuǎn)速改變?nèi)~輪直徑這兩種調(diào)節(jié)方法都存在存在很多弊端，兩者都不能對流量進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，改變轉(zhuǎn)速需要變速裝置和變速原動機(jī)，調(diào)節(jié)費(fèi)用很高；改變?nèi)~輪直徑，流量調(diào)節(jié)范圍很小，且有可能導(dǎo)致效率嚴(yán)重下降。因此，實(shí)際生產(chǎn)中很少采用。當(dāng)單臺泵不能滿足生產(chǎn)任務(wù)要求時，還可以采用兩臺以上的泵聯(lián)合操作。第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二4.離心泵的并聯(lián)與串聯(lián)（1）離心泵的并聯(lián)設(shè)將兩臺型號相同的泵并聯(lián)于管路系統(tǒng)，且各自的吸入管路相同，則兩臺泵的各自流量和壓頭必定相同。顯然，在同一壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍。（2）離心泵的串聯(lián)兩臺型號相同的泵串聯(lián)操作時，每臺泵的流量和壓頭也各自相同。因此，在同一流量下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵壓頭的兩倍。（3）離心泵組合方式的選擇生產(chǎn)中采取何種組合方式能夠取得最佳經(jīng)濟(jì)效果，則應(yīng)視管路要求的壓頭和特性曲線形狀而定。①如果單臺泵所能提供的最大壓頭小于管路兩端的K值時，則只能采用泵的串聯(lián)操作。②對于管路特性曲線較平坦的低阻型管路，采用并聯(lián)組合方式可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；反之，對于管路特性曲線較陡的高阻型管路，則宜采用串聯(lián)組合方式。第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二六.離心泵的類型及選用1.離心泵的類型離心泵有多種分類方法：（1）按葉輪數(shù)目――單級泵和多級泵。（2）按葉輪吸液方式――單吸泵和雙吸泵。（3）按泵送液體性質(zhì)和使用條件分為清水泵、油泵、耐腐蝕泵、雜質(zhì)泵。各種類型離心泵按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)自成一個系列。同一系列中又有各種規(guī)格。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二（一）清水泵（IS型、D型、Sh型）..\化工原理仿真課件\第二章\多級泵.swf..\化工原理仿真課件\第二章\多級離心泵.avi（二）耐腐蝕泵（F型）（三）油泵（Y型）（四）雜質(zhì)泵（P型）第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2.泵的型號泵的型號由英文字母和數(shù)字組合而成，代表離心泵的類型和規(guī)格等，如下例：（1）IS100－80－160（2）8B29A（3）40FMⅠ－26（4）100Y－120×2第