化工原理第二章第一節(jié)講稿gaofenzi

1、2020/6/29,第 二章 流體輸送機械,第 一 節(jié) 離心泵,一、離心泵的工作原理與主要部件 二、離心泵的主要性能參數與特性曲線 三、離心泵性能的改變 四、離心泵的氣蝕現象與允許吸上高度 五、離心泵的工作點與流量調節(jié) 六、離心泵的選用、安裝與操作,2020/6/29,流體輸送機械：向流體作功以提高流體機械能的裝置。 輸送液體的機械通稱為泵； 例如：離心泵、往復泵、旋轉泵和漩渦泵。 輸送氣體的機械按不同的工況分別稱為: 通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵。,本章的目的： 結合化工生產的特點，討論各種流體輸送機械的操作原理、基本構造與性能，合理地選擇其類型、決定規(guī)格、計算功率消耗、正確安排在管路系統(tǒng)

2、中的位置等,2020/6/29,一離心泵的操作原理、構造與類型 1、操作原理,2020/6/29,離心泵的工作過程： 開泵前，先在泵內灌滿要輸送的液體。 開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉產生離心力。液體在 此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵殼。,在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴大，液體的流速減慢，使 大部分動能轉化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強從排 出口流入排出管道。 泵內的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓 強（大氣壓）與泵內壓力（負壓）的壓差作用下，液體便 經吸入管路進入泵內，填補了被排除液體的位置。,2020/6/29,20

3、20/6/29,氣 縛 離心泵啟動時，如果泵殼內存在空氣，由于空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉所產生的離心力很小，葉輪中心處產生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現象稱作“氣縛”。,為了使啟動前泵內充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調節(jié)閥，用于開停車和調節(jié)流量。,2020/6/29,2020/6/29,2、基本部件和構造 1）葉輪 a)葉輪的作用 將電動機的機械能傳給液體,使液體的動能有所提高。 b)葉輪的分類,閉式葉輪,開式葉輪,半閉式葉輪,葉片的內側帶有前后蓋板，適于輸送干凈流體，效率較高。,沒有前后蓋板，適合輸送含有

4、固體顆粒 的液體懸浮物。,只有后蓋板，可用于輸送漿料或含固體 懸浮物的液體，效率較低。,2020/6/29,2020/6/29,單吸式葉輪,雙吸式葉輪,液體只能從葉輪一側被吸入，結構簡單。,相當于兩個沒有蓋板的單吸式葉輪背靠背并在了一起，可以從兩側吸入液體，具有較大的吸液能力，而且可以較好的消除軸向推力。,2020/6/29,2020/6/29,2）泵殼 泵殼的作用 匯集液體，作導出液體的通道； 使液體的能量發(fā)生轉換，一部分動能轉變?yōu)殪o壓能。,導葉輪 為了減少液體直接進入蝸殼時的碰撞，在葉輪與泵殼之間有時還裝有一個固定不動的帶有葉片的圓盤，稱為導葉輪。導葉輪上的葉片的彎曲方向與葉輪上葉片的彎曲

5、方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應，引導液體在泵殼的通道內平緩的改變方向，使能量損失減小，使動能向靜壓能的轉換更為有效。,2020/6/29,3）軸封裝置 A 軸封的作用 為了防止高壓液體從泵殼內沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內。 B 軸封的分類,填料密封：,機械密封：,主要由填料函殼、軟填料和填料壓蓋組成，普通離心泵采用這種密封。,主要由裝在泵軸上隨之轉動的動環(huán)和固定于泵殼上的靜環(huán)組成，兩個環(huán)形端面由彈簧的彈力互相貼緊而作相對運動，起到密封作用。,端面密封,2020/6/29,2020/6/29,3、離心泵的分類 1）按照軸上葉輪數目的多少,單級泵,多級泵,軸上只有

6、一個葉輪的離心泵，適用于出口壓力不太大的情況；,軸上不止一個葉輪的離心泵 ，可以達到較高的壓頭。離心泵的級數就是指軸上的葉輪數，我國生產的多級離心泵一般為29級。,2）按葉輪上吸入口的數目,單吸泵,雙吸泵,葉輪上只有一個吸入口，適用于輸送量不大的情況。,葉輪上有兩個吸入口，適用于輸送量很大的情況。,2020/6/29,2020/6/29,2020/6/29,3）按離心泵的不同用途,水泵,輸送清水和物性與水相近、無腐蝕性且雜質很少的液體的泵, （B型）,耐腐蝕泵,接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料制成。要求：結構簡單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各

7、種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）,油泵,輸送石油產品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）,雜質泵,輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵 ，又細分為污水泵、砂泵、泥漿泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構造上是葉輪流道寬、葉片數目少。,2020/6/29,二離心泵的主要性能參數與特性曲線,1、離心泵的性能參數 1）離心泵的流量 指離心泵在單位時間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用qv表示，單位為m3/h。又稱為泵的送液能力 。 2）離心泵的壓頭 泵對單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚程。,2020/6/29,離心泵的壓頭取決于： 泵的結構（葉輪的直徑、葉片的彎曲情

8、況等） 轉速 n 流量 qv ，,如何確定轉速一定時， 泵的壓頭與流量之間 的關系呢？ 實驗測定,2020/6/29,H的計算可根據b、c兩截面間的柏努利方程：,離心泵的壓頭又稱揚程。必須注意，揚程并不等于升舉高度Z，升舉高度只是揚程的一部分。,2020/6/29,3）離心泵的效率 離心泵輸送液體時，通過電機的葉輪將電機的能量傳給液體。在這個過程中，不可避免的會有能量損失，也就是說泵軸轉動所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率來反映能量損失。這些能量損失包括： 容積損失 水力損失 機械損失 泵的效率反映了這三項能量損失的總和，又稱為總效率。 與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質

9、有關,泵的泄漏造成的,由于流體流過葉輪、泵殼時產生的能損失,泵在運轉時，在軸承、軸封裝置等機械部件接觸 處由于機械磨擦而消耗部分能量,2020/6/29,4）軸功率及有效功率 軸功率：,電機輸入離心泵的功率,用P表示，單位為J/S,W或kW,有效功率：,排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Pe表示,軸功率和有效功率之間的關系為 ：,有效功率可表達為,軸功率可直接利用效率計算,2020/6/29,2、離心泵的特性曲線,離心泵的H、P 都與離心泵的qv有關，它們之間的關系由確定離心泵壓頭的實驗來測定，實驗測出的一組關系曲線： H qv 、 qv 、 P qv 離心泵的特性曲線 注意：特性曲線隨轉速

10、而變。 各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點,2020/6/29,P,qv,qv,2020/6/29,1）H qv曲線：表示泵的壓頭與流量的關系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時可能有例外） 2）P qv曲線：表示泵的軸功率與流量的關系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小。 離心泵啟動時，應關閉出口閥，使啟動電流最小，以保護電機。 3） qv曲線：表示泵的效率與流量的關系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。,2020/6/29,離心泵在一定轉速下有一最高效率點。離心泵在與最高效率點相

11、對應的流量及壓頭下工作最為經濟。 與最高效率點所對應的qv 、H、P 值稱為最佳工況參數。離心泵的銘牌上標明的就是指該泵在運行時最高效率點的狀態(tài)參數。 注意：在選用離心泵時，應使離心泵在該點附近工作。一般要求操作時的效率應不低于最高效率的92%。,2020/6/29,三、離心泵性能的改變,1、液體性質的影響 1）液體密度的影響,離心泵的流量,與液體密度無關。,離心泵的壓頭,與液體的密度無關,H qv曲線不因輸送的液體的密度不同而變 。 泵的效率不隨輸送液體的密度而變。,離心泵的軸功率與輸送液體密度有關 。,2020/6/29,2）粘度的影響 當輸送的液體粘度大于常溫清水的粘度時， 泵的壓頭減小

12、 泵的流量減小 泵的效率下降 泵的軸功率增大 泵的特性曲線發(fā)生改變，選泵時應根據原特性曲線進行修正 當液體的運動粘度小于20cst（厘池）時，如汽油、柴油、煤油等粘度的影響可不進行修正。,2020/6/29,2、轉速對離心泵特性的影響 當液體的粘度不大且泵的效率不變時，泵的流量、壓頭、軸功率與轉速的近似關系可表示為：,比例定律,3、葉輪直徑的影響 1）屬于同一系列而尺寸不同的泵，葉輪幾何形狀完全相似，b2/D2保持不變，當泵的效率不變時，某一尺寸的葉輪外周經過切削而使D2變小，b2/D2變大,2020/6/29,2）若切削使直徑D2減小的幅度在20%以內，效率可視為不變，并且切削前、后葉輪出口

13、的截面積也可認為大致相等, 此時有：,-切割定律,2020/6/29,四、離心泵的氣蝕現象與允許吸上高度,1、氣蝕現象,氣蝕產生的條件 葉片入口附近K處的壓強PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓,2020/6/29,氣蝕產生的后果：,氣蝕發(fā)生時產生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊的反復作用下，表面出現斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落 液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。 2、離心泵的允許吸上高度 離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。,2020/6/29,貯槽液面0-0與入口處1-1兩截面間列柏

14、努利方程,若貯槽上方與大氣相通，則P0即為大氣壓強Pa,2020/6/29,3、離心泵的允許吸上真空度,注意：HS 單位是壓強的單位，通常以m液柱來表示。在水泵的性能表里一般把它的單位寫成m（實際上應為mH2O）。,離心泵的允許吸上真空度 定義式,允許吸上高度的計算式,2020/6/29,HS值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安裝高度Hg越高。 HS與泵的結構、流量、被輸送液體的物理性質及當地大氣壓等因素有關。 通常由泵的制造工廠 試驗測定，實驗在大 氣壓為10mH2O（9.81Pa） 下,以20清水為介質 進行的。,2020/6/29,HS隨Q增大而減小 確定離心泵安裝高度時應使

15、用泵最大流量下的HS進行計算 若輸送其它液體，且操作條件與上述實驗條件不符時，需對HS進行校正。,4、氣蝕余量,為防止氣蝕現象發(fā)生，在離心泵入口處液柱的靜壓頭,的一個最小值。,2020/6/29,氣蝕余量定義式,h 與Hg 的關系,當葉輪入口附近(k-k)最小壓強等于液體的飽和蒸汽壓pv 時，泵入口處壓強(1-1)必等于某確定的最小值p1。 在1-1和k-k間列柏努利方程：,2020/6/29,當流量一定且流體流動為阻力平方區(qū)時，氣蝕余量僅與泵的結構和尺寸有關，是泵抗氣蝕性能參數。,允許吸上高度的計算式,h隨Q增大而增大 計算允許安裝高度時應取高流量下的h值。,圖,2020/6/29,泵性能表

16、上所列的h值也是按輸送20的清水測定的，當輸送其它液體時應乘以校正系數予以校正，但因一般校正系數小于1，故把它作為外加的安全系數，不再校正。,5、離心泵的實際安裝高度 離心泵的實際安裝高度應小于允許安裝高度，一般比允許值小0.51m。,2020/6/29,注意： 1）離心泵的允許吸上真空度和允許氣蝕余量值是與其流量有關的，大流量下h較大而HS較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進行計算。 2）離心泵安裝時，應注意選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，以減少吸入管路的阻力。 3）當液體輸送溫度較高或液體沸點較低時，可能出現允許安裝高度為負值的情況，此時，應將離心泵安裝于貯槽液面以

17、下，使液體利用位差自流入泵內。,2020/6/29,五、離心泵的工作點與流量調節(jié),1、管路特性曲線與泵的工作點 1）管路特性曲線,管路特性曲線,流體通過某特定管路時所需的壓頭與液體流量的關系曲線。,在截面1-1與 2-2 間列柏努利方程式，并以1-1截面為基準水平面，則液體流過管路所需的壓頭為：,2020/6/29,式中：,上式簡化為,而,令,2020/6/29,管路的特性 方程,2）離心泵的工作點 離心泵的特性曲線與管路的特性曲線的交點M，就是離心泵在管路中的工作點。,在特定管路中輸送液體時，管路所需的壓頭隨所輸送液體流量qV的平方而變。,2020/6/29,M點所對應的流量Qe和壓頭He表

18、示離心泵在該特定管路中實際輸送的流量和提供的壓頭。 2、離心泵的流量調節(jié) 1）改變出口閥開度 改變管路特性曲線,閥門關小時： 管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由原來的M點移到M1點，流量由QM降到QM1；,2020/6/29,當閥門開大時： 管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點由M移到M2流量加大到QM2。,優(yōu)點：調節(jié)迅速方便，流量可連續(xù)變化；,缺點：流量阻力加大，要多消耗動力，不經濟。,2）改變泵的轉速改變泵的特性曲線,若把泵的轉速提高到n1：則HQ線上移，工作點由M移至M1 ，流量由QM 加大到QM1；,2020/6/29,若把泵的轉速降至n2：則HQ線下移，工作點

19、移至M2,流量減小到QM2,優(yōu)點：流量隨轉速下降而減小，動力消耗也相應降低；,缺點：需要變速裝置或價格昂貴的變速電動機，難以做到流量連續(xù)調節(jié)，化工生產中很少采用。,2020/6/29,3、離心泵的并聯和串聯 1）串聯組合泵的特性曲線,兩臺相同型號的離心泵串聯組合，在同樣的流量下，其提供的壓頭是單臺泵的兩倍 。,2020/6/29,2）并聯組合泵的特性曲線 兩臺相同型號的離心泵并聯，若其各自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯泵的流量為單泵的兩倍。,2020/6/29,3）離心泵組合方式的選擇,對于低阻輸送管路a，并聯組合泵流量的增大幅度大于串聯組合泵； 對于高阻輸送管路b，串聯組合泵的流量

20、增大幅度大于并聯組合泵。,低阻輸送管路-并聯優(yōu)于串聯； 高阻輸送管路-串聯優(yōu)于并聯。,2020/6/29,六、離心泵的選用、安裝與操作,1、離心泵的選擇,1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產任務所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內波動，選泵時按最大流量考慮，然后，根據輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算出在最大流量下管路所需壓頭。 2）選擇泵的類型與型號：首先根據被輸送液體的性質和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產品目錄中選出適合的型號。,2020/6/29,若是沒有一個型號的H、qV與所要求的剛好相符，則在鄰近型號中選用H和qV都稍大的一個；若有幾個型號的

21、H和qV都能滿足要求，那么除了考慮那一個型號的H和qV外，還應考慮效率在此條件下是否比較大。 3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時，按,來計算泵的軸功率。,2、離心泵的安裝和使用 1）泵的安裝高度 為了保證不發(fā)生氣蝕現象或泵吸不上液體，泵的實際安裝,2020/6/29,高度必須低于理論上計算的最大安裝高度，同時，應盡量降低吸入管路的阻力。 2）啟動前先“灌泵” 這主要是為了防止“氣傅”現象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時為止。 3）離心泵應在出口閥門關閉時啟動 為了不致啟動時電流過大而燒壞電機，泵啟動時要將出口閥完全關閉，等電機運轉正常后

22、，再逐漸打開出口閥，并調節(jié)到所需的流量。,2020/6/29,4）關泵的步驟 關泵時，一定要先關閉泵的出口閥，再停電機。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內，造成葉輪高速反轉，使葉輪被損壞。 5）運轉時應定時檢查泵的響聲、振動、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數，以及軸承是否過熱等。,2020/6/29,第二節(jié) 其他類型泵,一、往復泵 1、往復泵的結構 及工作原理,往復泵是一種容積式泵，它依靠作往復運動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。,2020/6/29,泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞桿、吸入單向閥和排出單向閥?；钊泜鲃雍蜋C械在外力作用下在泵缸內作往復運動。活塞與單向閥之間

23、的空隙稱為工作室。 工作原理： 當活塞自左向右移動時，工作室的容積增大，形成低壓，貯池內的液體經吸入閥被吸入泵缸內，排出閥受排出管內液體壓力作用而關閉。當活塞移到右端時，工作室的容積最大。 活塞由右向左移動時，泵缸內液體受擠壓，壓強增大，使吸入閥關閉而推開排出閥將液體排出，活塞移到左端時，排液完畢，完成了一個工作循環(huán)，此后開始另一個循環(huán)。,2020/6/29,2020/6/29,活塞從左端點到右端點的距離叫行程或沖程。 活塞在往復一次中，只吸入和排出液體各一次的泵，稱為單動泵。 由于單動泵的吸入閥和排出閥均裝在活塞的一側，吸液時不能排液，因此排液不是連續(xù)的。 為了改善單動泵流量的不均勻性，多采

24、用雙動泵或三聯泵 往復泵的工作原理與離心泵不同，具有以下特點： 1）往復泵的流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復次數有關，而與泵的壓頭無關。無論在什么壓頭下工作，只要往復一次，泵就排出一定的液體。,2020/6/29,2020/6/29,2020/6/29,2）往復泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關，只要泵的機械強度 及原動機的功率允許，輸送系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復泵就 能提供多大的壓頭。 3）往復泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強、輸送 液體的性質和溫度而變，所以往復泵的吸上高度也有一定的 限制。但往復泵的低壓是靠工作室的擴張來造成的，所以在 開動之前，泵內無須充滿液體，往復泵有自吸作用。,4）往復泵不能簡單地用排出管路閥門來調節(jié)流量，一般采用回路調節(jié)。,2020/6/29,二、計量泵 計量泵就是往復泵的一種。通過偏心輪把電機的