流体输送技术- 第一章化工管路

流体输送技术- 第一章化工管路 第一章 流体输送技术 知识目标: ?了解化工管路的组成及管路布置原则,了解流体输送机械的结构、原理及应用, ?理解稳定流动的基本概念,流动阻力产生的原因, ?掌握连续性方程式、柏努力程式和流体流动阻力的计算, 能力目标: ?能正确选择流体输送机械和管子的直径, ?能拆装化工管路,会流体输送机械的操作和简单故障的分析、排除。 化工生产中所处理的物料，大多为流体(包括液体和气体)。为了满足工艺条件的要求，保证生产的连续进行，需要把流体从一个设备输送至另一个设备。实现这一过程要借助管路和输送机械。流体输送机械是给流体增加机械能以完成输送任务的机械。管路在化工生产中就相当于人体的血管，流体输送机械相当于人的心脏，作用非常重要。因此，了解管路的构成，确定输送管路的直径，了解输送机械的工作原理，选择合理的输送机械，学会合理布置和安装管路，正确使用输送机械非常重要。 第一节 流体输送管路 一、管路的分类 化工生产过程中的管路通常以是否分出支管来分类，见表1-1。 表1-1 管路的分类 类 型 结 构 单一管路 单一管路是指直径不变、无分支的管路，如图1-1(a)所示 简单管路 串联管路 虽无分支但管径多变的管路，如图1-1(b)所示 分支管路 流体由总管分流到几个分支，各分支出口不同，如图1-2(a)所示 复杂管路 并联管路中，分支最终又汇合到总管，如图1-2(b)所示 并联管路 对于重要管路系统，如全厂或大型车间的动力管线(包括蒸汽、煤气、上水及其他循环管道等)，一般均应按并联管路铺设，以有利于提高能量的综合利用、减少因局部故障所造成的影响。 1 图1-1 简单管路 图1-2 复杂管路 二、管路的基本构成 管路是由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等辅件。由于生产中输送的流体是各种各样的，输送条件与输送量也各不相同，因此，管路也必然是各不相同的。工程上为了避免混乱，方便制造与使用，实现了管路的标准化。后附录摘录了部分管材的规格。 管子是管路的主体，由于生产系统中的物料和所处工艺条件各不相同，所以用于连接设备和输送物料的管子除需满足强度和通过能力的要求外，还必须耐温、耐压、耐腐蚀以及导热等性能的要求。根据所输送物料的性质(如腐蚀性、易燃性、易爆性等)和操作条件(如温度、压力等)来选择合适的管材，是化工生产中经常遇到的问之一。 (一)化工管材 管材通常按制造管子所使用的材料来进行分类。可分为金属管、非金属管和复合管，其中以金属管占绝大部分。复合管指的是金属与非金属两种材料组成的管子，最常见的化工管材见表1-2。 表1-2 常见的化工管材 种类及名称 结构特点 用途 有缝钢管是用低碳钢焊接而成的钢管，又称为焊接目前主要用于输送水、蒸汽、煤气、 有缝 管。易于加工制造、价格低。主要有水管和煤气管，腐蚀性低的液体和压缩空气等。因为 钢管 分镀锌管和黑铁管(不镀锌管)两种。 有焊缝而不适宜在0.8MPa(表压) 以上的压力条件下使用。 金钢属无缝钢管是用棒料钢材经穿孔热轧或冷拔制成的，无缝钢管能用于在各种压力和温度管 管 它没有接缝。用于制造无缝钢管的材料主要有普通下输送流体，广泛用于输送高压、有无缝 碳钢、优质碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热铬钢等。毒、易燃易爆和强腐蚀性流体等。 钢管 无缝钢管的特点是质地均匀、强度高、管壁薄，少 数特殊用途的无缝钢管的壁厚也可以很厚。 2 有普通铸铁管和硅铸铁管。铸铁管价廉而耐腐蚀，一般作为埋在地下的给水总管、煤气铸铁管 但强度低，气密性也差，不能用于输送有压力的蒸管及污水管等，也可以用来输送碱液 汽、爆炸性及有毒性气体等。 及浓硫酸等。 由紫铜或黄铜制成。导热性好，延展性好，易于弯适用于制造换热器的管子;用于油压铜管 曲成型。 系统、润滑系统来输送有压液体;铜与黄 管还适用于低温管路，黄铜管在海水铜管 管路中也广泛使用。 有铅管因抗腐蚀性好，能抗硫酸及10,以下的盐酸，主要用于硫酸及稀盐酸的输送，但不色其最高工作温度是413K。由于铅管机械强度差、适用于浓盐酸、硝酸和乙酸的输送。 金铅管 性软而笨重、导热能力小，目前正被合金管及塑料属管所取代。 管 铝管也有较好的耐酸性，其耐酸性主要由其纯度决铝管广泛用于输送浓硫酸、浓硝酸、 定，但耐碱性差。 甲酸和醋酸等。小直径铝管可以代替铝管 铜管来输送有压流体。当温度超过 433K时，不宜在较高的压力下使用。 非金属管是用各种非金属材料制作而成的管子的总称，主要有陶瓷管、水泥管、玻璃管、非金属管 塑料管和橡胶管等。塑料管的用途越来越广，很多原来用金属管的场合逐渐被塑料管所代 替。 (二)管件 管件是用来连接管子以达到延长管路、改变管路方向或直径、分支、合流或封闭管路的 附件的总称。最基本的管件如图1-3所示，其用途有如下几种。 180º回弯管 三通 四通 异径管 90º弯头 法兰 卡箍活接头 管帽 45º弯头 图1-3 常用管件 ?用以改变流向:90º弯头、45º弯头、180º回弯头等; ?用以堵截管路:管帽、丝堵(堵头)、盲板等; 3 ?用以连接支管:三通、四通，有时三通也用来改变流向，多余的一个通道接头用管帽或盲板封上，在需要时打开再连接一条分支管; ?用以改变管径:异径管、内外螺纹接头(补芯)等; ?用以延长管路:管箍(束节)、螺纹短节、活接头、法兰等。法兰多用于焊接连接管路，而活接头多用于螺纹连接管路。在闭合管路上必须设置活接头或法兰，尤其是在需要经常维修或更换的设备、阀门附近必须设置，因为它们可以就地拆开，就地连接。 (三)阀门 阀门是用来启闭和调节流量及控制安全的部件。通过阀门可以调节流量、系统压力、及流动方向，从而确保工艺条件的实现与安全生产。化工生产中阀门种类繁多，常用的有以下几种，见表1-3。 表1-3 常见阀门 名称 结构特点 用途 主要部件为一闸板，通过闸板的升降以启闭管路。这多用于大直径管路上作启闭阀，在小直 种阀门全开时流体阻力小，全闭时较严密，如图1-4。 径管路中也有用作调节阀的。不宜用于闸阀 含有固体颗粒或物料易于沉积的流体， 以免引起密封面的磨损和影响闸板的 闭合。 主要部件为阀盘与阀座，流体自下而上通过阀座，其不宜用于粘度大且含有易沉淀颗粒的截止阀 构造比较复杂，流体阻力较大，但密闭性与调节性能介质。 较好，如图1-5。 止回阀是一种根据阀前、后的压力差自动启闭的阀止回阀一般适用于清洁介质， 门，其作用是使介质只作一定方向的流动，它分为升 止回阀 降式和旋启式两种。升降式止回阀密封性较好，但流 动阻力大，旋启式止回阀用摇板来启闭。安装时应注 意介质的流向与安装方向。如图1-6。 阀芯呈球状，中间为一与管内径相近的连通孔，结构适用于低温高压及粘度大的介质，但不球阀 比闸阀和截止阀简单，启闭迅速，操作方便，体积小，宜用于调节流量。 重量轻，零部件少，流体阻力也小。如图1-7。 其主要部分为一可转动的圆锥形旋塞，中间有孔，当温度变化大时容易卡死，不能用于高旋塞阀 旋塞旋转至90º时，流动通道即全部封闭。需要较大压。 的转动力矩，如图1-8。 是为了管道设备的安全保险而设置的截断装置，它能主要用在蒸汽锅炉及高压设备上。 安全阀 根据工作压力而自动启闭，从而将管道设备的压力控 制在某一数值以下，从而保证其安全。如图1-9。 4 闸阀截止阀图止回阀图 1-4 1-5 1-6 图1-7 球阀 图1-8 旋塞阀 图1-9 全启式安全阀 活动建议 进行现场教学～让学生到实训基地或工厂去观察化工管路、管件及阀门等实物～除了教材介绍的之外～如阀门还有隔膜阀、蝶阀、疏水阀及减压阀等～了解其构造与作用。 第二节 流体流动的基础知识 一、连续性方程 1(稳定流动系统 根据流体在管路系统中流动时各种参数的变化情况，可以将流体的流动分为稳定流动和不稳定流动。若流动系统中各物理量的大小仅随位置变化、不随时间变化，则称为稳定流动。若流动系统中各物理量的大小不仅随位置变化、而且随时间变化，则称为不稳定流动。 工业生产中的连续操作过程，如生产条件控制正常，则流体流动多属于稳定流动。连续操作的开车、停车过程及间歇操作过程属于不稳定流动。本章所讨论的流体流动为稳定流动过程。 多观察 有溢流装置的恒位槽系统流体的流动,若没有 流体的补充～槽内的液位不断下降时流体的流动。 2(连续性方程 稳定流动系统如图1-10所示，流体充满管道， 并连续不断地从截面1-流入，从截面2-流出。1'2'图1-10 流体流动的连续性 5 以管内壁、截面1-与2-为衡算范围，以单位时间为衡算基准，依质量守恒定律，进入截1'2' 面1-的流体质量流量与流出截面2-的流体质量流量相等。 1'2' 即 q = q (1-1) m1m2 q = uA 因为,m 式中 q——流体的质量流量，指单位时间内流经管道有效截面积的流体质量，kg/s; m u——流体在管道任一截面的平均流速，m/s; 2A——管道的有效截面积，m; 3——流体的密度，kg/m。 , 故 A= uA (1-2) q = u,,m111222 若将上式推广到管路上任何一个截面，即 q = uA = 常数 (1-3) ,m 上述方程式表示在稳定流动系统中，流体流经管道各截面的质量流量恒为常量，但各截面的流体流速则随管道截面积和流体密度的不同而变化。 若流体为不可压缩流体，即=常数，则 , q= uA = 常数 (1-4) v 3式中 q——流体的体积流量，指单位时间内流经管道有效截面积的流体体积， m/s; v 上式说明不可压缩流体不仅流经各截面的质量流量相等，而且它们的体积流量也相等。而且管道截面积A与流体流速u成反比，截面积越小，流速越大。 ,2若不可压缩流体在圆管内流动，因，则 Ad,4 2,,uAd122,, (1-5) ,,,,uAd,,211 2上式说明不可压缩流体在管道内的流速u与管道内径的平方d成反比。 式(1-1)至式(1-5)称为流体在管道中作稳定流动的连续性方程。连续性方程反映了在稳定流动系统中，流量一定时管路各截面上流速的变化规律，而此规律与管路的安排以及管路上是否装有管件、阀门或输送设备等无关。 6 【例1-1】 如图1-10所示的串联变径管路中，已知小管规格为φ57×3mm，大管规格为 3φ89×3.5mm，均为无缝钢管，水在小管内的平均流速为2.5m/s，水的密度可取为1000kg/m。试求:?水在大管中的流速;?管路中水的体积流量和质量流量。 解 ?小管直径d= 57 ,2×3 = 51mm，u= 2.5m/s 1 1 大管直径d= 89,2×3.5 = 82mm 2 dA512211 m/s u,u,u(),2.5，(),0.967211Ad8222 ,223? m/s q,uA,ud,2.5，0.785，(0.051),0.0051v11114 q=q= 0.0051×1000 = 5.1kg/s ,m v 二、柏努利方程 在化工生产中，解决流体输送问题的基本依据是柏努力方程，因此柏努力方程及其应用极为重要。根据对稳定流动系统能量衡算，即可得到柏努力方程。 (一)流动系统的能量 流动系统中涉及的能量有多种形式，包括内能、机械能、功、热、损失能量，若系统不涉及温度变化及热量交换，内能为常数，则系统中所涉及的能量只有机械能、功、损失能量。能量根据其属性分为流体自身所具有的能量及系统与外部交换的能量。 1(流体所具有的能量——机械能 位能是流体处于重力场中而具有的能量。若质量为m(kg)的流体与基准水平(1)位能 面的垂直距离为 z(m)，则位能为 mgz(J)，单位质量流体的位能则为gz(J/kg)。 位能是相对值，计算须规定一个基准水平面。 (2)动能 动能是流体具有一定速度流动而具有的能量。m(kg)流体，当其流速为u(m/s) 1122mu时具有的动能为(J)，单位质量流体的动能为(J/kg)。 u22 (3)静压能 静压能是由于流体具有一定的压力而具有的能量。流体内部任一点都有一定的压力，如果在有液体流动的管壁上开一小孔并接上一个垂直的细玻璃管，液体就会在玻璃管内升起一定的高度，此液柱高度即表示管内流体在该截面处的静压力值。 管路系统中，某截面处流体压力为p，流体要流过该截面，则必须克服此压力作功，于是流体带着与此功相当的能量进入系统，流体的这种能量称为静压能。质量为m(kg)的流体 7 p的静压能为pV(J)，单位质量流体的静压能为(J/kg) , 2(压力的表示方法 以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力。以大气压力为基准测得的压力称为表压力或真空度。如若系统压力高于大气压，则超出的部 分称为表压力，所用的测压仪表称为压力表;如 若系统压力低于大气压，则低于大气压的部分称 为真空度，所用的测压仪表称为真空表。可以看 出，相当于它们之间的关系为 p,p,pp,p,p表绝大真大绝 图1-11 绝压、表压、真空度之间的关系 显然，真空度为表压的负值，并且设备内流 体的真空度愈高，它的绝对压力就愈低。绝对压力、表压力与真空度之间的关系可用图1-11表示。 注意:?为了避免相互混淆，当压力以表压或真空度表示时，应用括号注明，如未注明，则视为绝对压力;?压力计算时基准要一致。?大气压力以当时、当地气压表的读数为准。 想一想 不同单位制之间压力的换算。 3(系统与外界交换的能量 实际生产中的流动系统，系统与外界交换的能量主要有功和损失能量。 (1)外加功 当系统中安装有流体输送机械时，它将对系统作功，即将外部的能量转化为流体的机械能。单位质量流体从输送机械中所获得的能量称为外加功，用We表示，其单位为J/kg。 外加功We是选择流体输送设备的重要数据，可用来确定输送设备的有效功率Pe，即 Pe=We q W (1-6) m (2)损失能量 由于流体具有粘性，在流动过程中要克服各种阻力，所以流动中有能量损失。单位质量流体流动时为克服阻力而损失的能量，用Σh表示，其单位为J/kg。 f (二)柏努利方程式 8 如图1-12所示，不可压缩流体在系统中作稳定流 动，流体从截面1-经泵输送到截面2-。根据稳定1'2' 流动系统的能量守恒，输入系统的能量应等于输出系 统的能量。 输入系统的能量包括由截面1-进入系统时带入1' 的自身能量，以及由输送机械中得到的能量。输出系图1-12 流体的管路输送系统 统的能量包括由截面2-离开系统时带出的自身能2' 量，以及流体在系统中流动时因克服阻力而损失的能量。 若以0-面为基准水平面，两个截面距基准水平面的垂直距离分别为z、z，两截面处的0'12流速分别为u、u，两截面处的压力分别为p、p，流体在两截面处的密度为，单位质量流,1212 体从泵所获得的外加功为We，从截面1-流到截面2-的全部能量损失为Σh。 1'2'f则根据能量守恒定律 pp112212gz，，u，We,gz，，u，,h (1-7) f1122,2,2 p121u式中 gz、、——分别为流体在截面1-上的位能、动能、静压能，J/kg; 1'11,2 p122gz、、——分别为流体在截面2-上的位能、动能、静压能，J/kg; u2'22,2 式(1-7)称为实际流体的柏努利方程，是以单位质量流体为计算基准，式中各项单位均为J/kg。它反映了流体流动过程中各种能量的转化和守恒规律，在流体输送中具有重要意义。 通常将无粘性、无压缩性，流动时无流动阻力的流体称为理想流体。当流动系统中无外功加入时(即We = 0)，则 pp112212gz，u，,gz，u， (1-8) 22112,2, 上式为理想流体的柏努利方程，说明理想流体稳定流动时，各截面上所具有的总机械能相等，总机械能为一常数，但每一种形式的机械能不一定相等，各种形式的机械能可以相互转换。 将单位质量流体为基准的柏努利方程中的各项除以g，则可得 9 22h,pupuWef1122zz，，，,，，， 12,ggg,ggg22 令 ,hWef,HHe, fgg 则 22pupu1122z，，，He,z，，，H (1-9) 12f,g2g,g2g 2up式中 z、、——分别称为位压头、动压头、静压头，单位重量(1N)流体所具有的2g,g 机械能，m; He——有效压头，单位重量流体在截面1-与截面2-间所获得的外加功，m; 1'2' H——压头损失，单位重量流体从截面1-流到截面2-的能量损失，m。 1'2'f 上式为以单位重量流体为计算基准的柏努利方程，式中各项均表示单位重量流体所具有的能量，单位为J/N(m)。m的物理意义是:单位重量流体所具有的机械能，把自身从基准水 平面升举的高度。 适用于稳定、连续的不可压缩系统。在流动过程中两截面间流量不变，满足连续性方程。 【例1-2】 如附图所示，有一用水吸收混合气中 氨的常压逆流吸收塔，水由水池用离心泵送至塔顶经 喷头喷出。泵入口管为φ108×4mm无缝钢管，管中流 3体的流量为40m/h，出口管为φ89×3.5mm的无缝钢 管。池内水深为2 m，池底至塔顶喷头入口处的垂直 距离为 20m。管路的总阻力损失为40J/kg，喷头入口 处的压力为120kPa(表压)。试求泵所需的有效功率 例1-2 附图 为多少kW, 解 取水池液面为截面1-，喷头入口处为截面1' 2-，并取截面1-为基准水平面。在截面1-和截面2-间列柏努利方程，即 1'1'2'2' 10 pp112212gz，，u，We,gz，，u，,h f1122,2,2 其中 z = 0;z= 20 – 2 =18m; u?0; d= 108,2×4 =100mm; 12 11 d= 89 - 2×3.5 = 82mm ;?h= 40J/kg;p= 0(表压)，p=120kPa(表压); 2 f 12 q40/3600v u,,,2.11m/s22,20.785，(0.082)d24 代入柏努利方程得 22p,pu,u2121We,g(z,z)，，，,h f21,2 32120，10(2.11)9.807，18，，，40==338.75 J/kg 10002 ,22质量流量 q =Auρ==0.785×(0.082)×2.11×1000=11.14kg/s du,m22224 有效功率 Pe = We?q = 338.75×11.14 = 3774w,3.77kw m 活动建议 柏努利方程式的应用可结合校内外实训有关流体输送的案例进行教学～组织学生讨论柏努利方程的其他工程应用～加深对柏努利方程式的理解并熟练应用。 三、流体的流动型态 在化工生产中，流体输送、传热、传质过程及操作等都与流体的流动状态有密切关系，因此有必要了解流体的流动型态及在圆管内的速度分布。 (一)流动类型的划分 流体流动时，依不同的流动条件可以出现两种截然不同的流动型态，即层流和湍流。见表1-4。 表1-4 雷诺实验和两种流动型态 流动实验现象 质点运动特点 速度分布 举例 型态 层 实验装置如图1-13，设贮流体质点沿管轴方向作直层流时其速度分布管内流体的低速流 水槽中液位保持恒定，当线运动，分层流动，又称滞曲线呈抛物线形。如动、高粘度液体的流流 管内水的流速较小时，着流 图1-15所示。管壁动、毛细管和多孔介 11 色水在管内沿轴线方向处速度为零，管中心质中的流体流动等。 成一条清晰的细直线，如处速度最大。平均流 图1-14a所示 速u,0.5umax 开大调节阀，水流速度逐过渡状态不是一种独立的 渐增至某一定值时，可以流动型态，介于层流与湍流过 观察到着色细线开始呈之间。可以看成是不完全的渡 现波浪形，但仍保持较清湍流，或不稳定的层流，或状 晰的轮廓，如图1-14b所者是两者交替出现，随外界态 示 条件而定，受流体流动干扰 的控制。 再继续开大阀门，可以观流体质点除沿轴线方向作湍流时其速度分布工程上遇到的管内 察到着色细流与水流混主体流动外，还在各个方向曲线呈不严格抛物流体的流动大多为湍 合，当水的流速再增大到有剧烈的随机运动，又称紊线形。管中心附近速湍流。 某值以后，着色水一进入流 度分布较均匀，如图流 玻璃管即与水完全混合，1-16所示，平均流速 如图1-14c所示。 u,0.82u max 图1-13 雷诺实验装置示意图 图1-14 雷诺实验结果比较 图1-15 层流时圆管内的速度分布 图1-16 湍流时圆管内的速度分布 (二)流体流动型态的判定 1(雷诺准数 为了确定流体的流动型态，雷诺通过改变实验介质、管材及管径、流速等实验条件，做了大量的实验，并对实验结果进行了归纳总结。流体的流动型态主要与流体的密度ρ、粘度μ、流速u和管内径d等因素有关，并可以用这些物理量组成一个数群，称为雷诺准数(Re)， 12 用来判定流动型态。 ,duRe, (1-10) , 雷诺准数，无单位。Re大小反映了流体的湍动程度，Re越大，流体流动湍动性越强。计算时只要采用同一单位制下的单位，计算结果都相同。 2.判据 一般情况下，流体在管内流动时，若Re<2000时，流体的流动型态为层流;若Re>4000时，流动为湍流;而Re在2000,4000范围内，为一种过渡状态。可能是层流也可能是湍流。在过渡区域，流动型态受外界条件的干扰而变化，如管道形状的变化、外来的轻微震动等都易促成湍流的发生，在一般工程计算中，Re>2000可作湍流处理。 3【例1-3】 在20?条件下，油的密度为830kg/m，粘度为3cp，在圆形直管内流动，其 3流量为10m/h，管子规格为φ89×3.5mm，试判断其流动型态。 3-3解 已知ρ= 830kg/m，μ= 3cp =3×10Pa•s d = 89,2×3.5 = 82mm = 0.082m q10/3600v则 m/s u,,,0.5262,0.785，(0.082)2d4 ,0.082，0.526，830du4,,,1.193，10 Re ,3,3，10 因为Re>4000，所以该流动型态为湍流。 查一查 非圆形管道的雷诺准数怎样确定～流动形态如何判断, (三)湍流流体中的层流内层 当管内流体做湍流流动时，管壁处的流速也为零，靠近管壁处的流体薄层速度很低，仍然保持层流流动，这个薄层称为层流内层。层流内层的厚度随雷诺准数Re的增大而减薄，但不会消失。层流内层的存在，对传热与传质过程都有很大的影响。 湍流时，自层流内层向管中心推移，速度渐增，存在一个流动型态即非层流亦非湍流区域，这个区域称为过渡层或缓冲层。再往管中心推移才是湍流主体。可见，流体在管内作湍 13 流流动时，横截面上沿径向分为层流内层、过渡层和湍流主体三部分。 四、流体在管内的流动阻力 流体在管路中流动时的阻力分为直管阻力和局部阻力两种。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。局部阻力是流体流经管路中的管件、阀门及截面的突然扩大和突然缩小等局部地方所引起的阻力。总阻力等于直管阻力和局部阻力的总和。 (一)流体的粘度 多观察 ,1,气体和液体的流动性哪个更好,同温度下水和油的流动性那个好,,2,观察河水的流动～为什么河中心处水的流速比河岸处水的流速大, 1(粘性 流体流动时，流体质点间存在相互吸引力，流通截面上各点的流速并不相等，即其内部存在相对运动，当某质点以一定的速度向前运动时，与之相邻的质点则会对其产生一个约束力阻碍其运动，将这种流体质点间的相互约束力称为内摩擦力。流体流动时为克服这种内摩擦力需消耗能量。流体流动时产生内摩擦的性质称为流体的粘性。粘性大的流体流动性差，粘性小的流体流动性好。 粘性是流体的固有属性，流体无论是静止还是流动，都具有粘性。 图1-17所示，有上下两块平行放置且面积很大而相距很近的平板，板间充满某种液体。若将下板固定，而对上板施加一个恒定的外力F，上板就以恒定速度u沿x方向运动。此时，两板间的液体就会分成无数平行的薄层而运动，粘附在上板底面的一薄层液体也以速度u随上板运动，其下各层液体的速度依次降低，粘附 在下板表面的液层速度为零，流体相邻层间的内 摩擦力即为F。实验证明，F与上下两板间沿y 方向的速度变化率Δu/Δy成正比，与接触面积 A成正比。流体在圆管内流动时，u与y的关系 图1-17 平板间液体速度变化 ,dy，称为是曲线关系，上述变化率应写成du 速度梯度，即 duF,,A dy 14 ,若单位流层面积上的内摩擦力称为剪应力，则 Fdu,,,, (1-11) Ady 上式称为牛顿粘性定律，即流体层间的剪应力与速度梯度成正比。式中比例系数，称,为动力粘度或绝对粘度，简称粘度。 查一查 涂料及泥浆的流动是否服从牛顿粘性定律,试了解此类流体的规律。 2(粘度 粘度是表征流体粘性大小的物理量，是流体的重要物理性质之一，流体的粘性越大，值,越大。其值由实验测定。 流体的粘度随流体的种类及状态而变化，液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度随温度升高而增大。压力变化时，液体的粘度基本不变，气体的粘度随压力增加而增加得很少，一般工程计算中可以忽略。某些常用流体的粘度，可以从有关手册和本书附录中查得。 粘度的法定计量单位是Pa?s;但在工程手册中粘度的单位常用物理单位制，泊(P)或厘泊(cP)表示。它们之间的关系是 1Pa?s =10P=1000cP ,流体的粘性还可用粘度与密度的比值来表示，称为运动粘度，以表示 ,, ,,, (1-12) , 22运动粘度的法定计量单位为m/s;在物理单位制中，运动粘度的单位为cm/s，称为沲(St)。 (二)直管阻力 1(范宁公式 直管阻力，也叫沿程阻力。直管阻力通常由范宁公式计算，其表达式为 2luh,, (1-13) fd2 式中 h——直管阻力，J/kg; f ——摩擦系数，也称摩擦因数，无量纲; , l——直管的长度，m; 15 d——直管的内径，m; u——流体在管内的流速，m/s。 范宁公式中的摩擦因数是确定直管阻力损失的重要参数。的值与反映流体湍动程度的, Re及管内壁粗糙程度的ε大小有关。 2(管壁粗糙程度 工业生产上所使用的管道，按其材料的性质和加工情况，大致可分为光滑管与粗糙管。通常把玻璃管、铜管和塑料管等列为光滑管，把钢管和铸铁管等列为粗糙管。实际上，即使是同一种材质的管子，由于使用时间的长短与腐蚀结垢的程度不同，管壁的粗糙度也会发生很大的变化。 ?绝对粗糙度 绝对粗糙度是指管壁突出部分的平均高度，以ε表示，如图1-18所示。表1-5中列出了某些工业管道的绝对粗糙度数值。 图管壁粗糙程度对流体流动的影响1-18 表1-5 某些工业管道的绝对粗糙度 管道类别 绝对粗糙度ε/mm 无缝黄铜管、铜管及铝管 0.01,0.05 新的无缝钢管或镀锌铁管 0.1,0.2 新的铸铁管 0.3 具有轻度腐蚀的无缝钢管 0.2 ,0.3 具有重度腐蚀的无缝钢管 0.5以上 旧的铸铁管 0.85以上 干净玻璃管 0.0015,0.01 很好整平的水泥管 0.33 ?相对粗糙度 相对粗糙度是指绝对粗糙度与管道内径的比值，即ε/d。管壁粗糙度对摩擦系数的影响程度与管径的大小有关，所以在流动阻力的计算中，要考虑相对粗糙度的, 大小。 3(摩擦系数 (1)层流时摩擦系数 流体作层流流动时，管壁上凹凸不平的地方都被有规则的流体层所覆盖，与ε/d无关，摩擦系数只是雷诺准数的函数 ,, 16 64 (1-14) ,,Re 64将代入范宁公式，则 ,,Re ,ulh,32 (1-15) f2,d 上式为哈根-伯稷叶方程，是流体在圆直管内作层流流动时的阻力计算式。 2)湍流时摩擦系数 ( 由于湍流时流体质点运动情况比较复杂，目前还不能完全用理论分析方法求算湍流时摩擦系数的公式，而是通过实验测定，获得经验的计算式。各种经验公式，均有一定的适用, 范围，可参阅有关资料。 为了计算方便，通常将摩擦系数对Re与ε/d的关系曲线标绘在双对数坐标上，如图, 1-19所示，该图称为莫狄(Moody)图。这样就可以方便地根据Re与ε/d值从图中查得各种情况下的λ值。 根据雷诺准数的不同，可在图中分出四个不同的区域: a层流区 当Re<2000时，与Re为一直线关系，与相对粗糙度无关。 , b过渡区 当Re=2000,4000时，管内流动类型随外界条件影响而变化，也随之波动。,工程上一般按湍流处理，可从相应的湍流时的曲线延伸查取。 , c湍流区 当Re>4000且在图中虚线以下区域时，=f(Re，ε/d)。对于一定的ε/d，,,随Re数值的增大而减小。 d完全湍流区 即图中虚线以上的区域， 与Re的数值无关，只取决于ε/d。-Re曲,, 2线几乎成水平线，当管子的ε/d一定时，为定值。在这个区域内，阻力损失与u成正比，, 故又称为阻力平方区。由图可见，ε/d值越大，达到阻力平方区的Re值越低。 ?的水，以1m/s速度在钢管中流动，钢管规格为φ60×3.5mm，试求水通【例1-4】 20 过100m长的直管时，阻力损失为多少, ,33解 从本书附录中查得水在20?时的ρ=998.2kg/m，μ=1.005×10Pa?s = 60 , 3.5×2 =53mm， = 100m，u =1m/s d l ,du0.053，1，998.24Re,,,5.26，10 3,,1.005，10 取钢管的管壁绝对粗糙度ε=0.2mm，则 17 ,0.2 ,,0.004d53 据Re与ε/d值，可以从图1-19上查出摩擦系数λ=0.03 22lu1001h,,,0.03，，,28.3则 J/? fd20.0532 图1-19 λ与Re、ε/d的关系 (三)局部阻力 局部阻力是流体流经管路中的管件、阀门及截面的突然扩大和突然缩小等局部地方所产生的阻力。 流体在管路的进口、出口、弯头、阀门、突然扩大、突然缩小或流量计等局部流过时，必然发生流体的流速和流动方向的突然变化，流动受到干扰、冲击，产生旋涡并加剧湍动，使流动阻力显著增加，如图1-20。局部阻力一般有两种计算方法，即阻力系数法和当量长度法。 图1-20 不同情况下的流动干扰 1(当量长度法 18 当量长度法是将流体通过局部障碍时的局部阻力计算转化为直管阻力损失的计算方法。 所谓当量长度是与某局部障碍具有相同能量损失的同直径直管长度，用 le表示，单位为m， 可按下式计算 2leu,,h, (1-16) fd2 式中 u——管内流体的平均流速，m/s。 le——当量长度，m， 当局部流通截面发生变化时，u应该采用较小截面处的流体流速。le数值由实验测定， 在湍流情况下，某些管件与阀门的当量长度也可以从图1-21查得。 2(阻力系数法 将局部阻力表示为动能的一个倍数，则 2u,h,, (1-17) f2 式中 ζ—— 局部阻力系数，无单位，其值由实验测定。 常见的局部阻力系数见表1-6。 (四)总阻力 管路系统的总阻力等于通过所有直管的阻力和所有局部阻力之和。 1. 当量长度法 ,h当用当量长度法计算局部阻力时，其总阻力计算式为 f 2l，,leu (1-18) ,,h,f2d 式中 Σle——管路全部管件与阀门等的当量长度之和，m。 2. 阻力系数法 当用阻力系数法计算局部阻力时，其总阻力计算式为 2lu,h,，,,,() (1-19) fd2式中 Σζ——管路全部的局部阻力系数之和。 应当注意，当管路由若干直径不同的管段组成时，管路的总能量损失应分段计算，然后 再求和。 19 总阻力的表示方法除了以能量形式表示外，还可以用压头损失H(1N流体的流动阻力，f 3m)及压力降Δp(1m流体流动时的流动阻力，m)表示。它们之间的关系为 f h= Hg (1-20) f f Δp=ρh=ρH g (1-21) f f f 3【例1-5】 20?的水以16m/h的流量流过某一管路，管子规格为φ57×3.5mm。管路上装有90?的标准弯头两个、闸阀(1/2开)一个，直管段长度为30m。试计算流体流经该管路的总阻力损失。 3解 查得20?下水的密度为998.2kg/m，粘度为1.005mPa?s。 管子内径为d = 57,2×3.5 = 50mm = 0.05m 水在管内的流速为 qq16/3600vvu,,,,2.26m/s 22A0.785d0.785，(0.05) ,du0.05，2.26，998.25Re,,,1.12，10流体在管内流动时的雷诺准数为 ,3,1.005，10 查表取管壁的绝对粗糙度ε=0.2mm，则ε/d=0.2/50=0.004，由Re值及ε/d值查图得λ=0.0285。 ?用阻力系数法计算 查表得:90?标准弯头，ζ=0.75;闸阀(1/2开度)，ζ=4.5。 所以 22lu30(2.26),h,(,，,,),[0.0285，，(0.75，2，4.5)]，,59.0J/kg fd20.052 ?用当量长度法计算 查表得:90?标准弯头，l/d=30;闸阀(1/2开度)，l/d=200。 22l，,leu30，(30，2，200)，0.05(2.26),h,,,0.0285，，,62.6 J/kg fd20.052 从以上计算可以看出，用两种局部阻力计算方法的计算结果差别不大，在工程计算中是允许的。 20 图1-21 管件与阀件的当量长度共线图 21 表1-6 常见局部障碍的阻力系数 活动建议 分析产生流动阻力的原因～明确计算流动阻力的必要性～取一实际输水管路～进行阻力计算。 第三节 管子的选用与管路安装 确定输送管路的直径，合理布置和安装管路，对确保生产正常进行、降低设备费用和操作费用，具有十分重要的意义。 22 一、管子的选用 管道的内径计算式为 4qv,d (1-22) ,u 式中 d——管道的内径，m; u——适宜流速，m/s，通过经济衡算，选择合理的流速。 流量一般为生产任务所决定，所以关键在于选择合适的流速。若流速选择过大，管径虽然可以减小，但流体流过管道的阻力增大，动力消耗高，操作费用随之增加。反之，流速选择过小，操作费用可以相应减小，但管径增大，管路的设备费用随之增加。所以需根据具体情况通过经济权衡来确定适宜的流速。某些流体在管路中的常用流速范围列于表1-7中。 表1-7 某些流体在管道中的常用流速范围 流体的类别及情况 流速范围/m/s 水及低粘度液体(0.1~1.0MPa) 1.5~3.0 工业供水(0.8 MPa以下) 1.5~3.0 锅炉供水(0.8 MPa以下) >3.0 饱和蒸汽 20~40 一般气体(常压) 10~20 离心泵排出管(水一类液体) 2.5~3.0 液体自流速度(冷凝水等) 0.5 真空操作下气体流速 <10 应用式(1-22)算出管径后，还需根据管子规格选用标准管径。选用标准管径后，再核算流体在管内的实际流速。 3【例1-6】 某厂精馏塔进料量为36000kg/h，该料液的性质与水相近，其密度为960kg/m，试选择进料管的管径。 q36000/3600m3,,,0.0104q解: m/s v,960 因料液的性质与水相近，参考表1-7，选取u = 1.8m/s。 4q4，0.0104vd,,,0.086得 m ,u3.14，1.8 根据本书附录的管子规格表，选用φ89×3.5mm的无缝钢管，其内径为 23 d =89,3.5×2 = 82mm 则实际流速为 qq0.0104vv m/s u,,,,1.972,A0.785，(0.082)2d4 流体在管内的实际流速为1.97m/s，仍在适宜流速范围内，因此所选管子可用。 二、管路的布置与安装原则 工业上的管路布置既要考虑到工艺要求，又要考虑到经济要求，还要考虑到操作方便与安全，在可能的情况下还要尽可能美观。因此，布置管路时应遵守以下原则。 1. 在工艺条件允许的前提下，应使管路尽可能短，管件和阀门应尽可能少，以减少投资，使流体阻力减到最低。 2. 应合理安排管路，使管路与墙壁、柱子或其它管路之间应有适当的距离，以便于安装、操作、巡查与检修。如管路最突出的部分距墙壁或柱边的净空不小于100mm，距管架支柱也不应小于100mm，两管路的最突出部分间距净空，中压约保持40mm,60mm，高压约保持70mm,90mm，并排管路上安装手轮操作阀门时，手轮间距约100mm。 3. 管路排列时，通常使热的在上，冷的在下;无腐蚀的在上，有腐蚀的在下;输气的在上，输液的在下;不经常检修的在上，经常检修的在下;高压的在上，低压的在下;保温的在上，不保温的在下;金属的在上，非金属的在下;在水平方向上，通常使常温管路、大管路、振动大的管路及不经常检修的管路靠近墙或柱子。 4. 管子、管件与阀门应尽量采用标准件，以便于安装与维修。 5. 对于温度变化较大的管路须采取热补偿措施，有凝液的管路要安排凝液排出装置，有气体积聚的管路要设置气体排放装置。 6. 管路通过人行道时高度不得低于2m，通过公路时不得小于4.5m，与铁轨不得小于6m，通过工厂主要交通干线一般为5m。 7. 一般情况下，管路采用明线安装，但上下水管及废水管采用埋地铺设，埋地安装深度应当在当地冰冻线以下。 在布置管路时，应参阅有关资料，依据上述原则制订，确保管路的布置科学、经济、合理、安全。 24 技能训练一 管路拆装训练 ?训练目标 熟悉可拆式组装管路的安装过程，并掌握其安装技术。 ?训练准备 1(管路的布置是由设备的布置而确定，要正确的布置和安装管路，必须明确生产工艺的特点和操作条件的要求，遵循管路布置和安装的原则，绘制出配管图。 2(管子的连接方式主要有四种:螺纹连接、法兰连接、承插式连接及焊接等。 3(管路的组装方式大致可分为两类:一类是可拆式，即用法兰、丝扣、填料等方法连接;另一类是不可拆式，主要是采用焊接方法连接。此处重点介绍可拆式。 可拆式组装要点:先将管路按现场位置分成若干段组装。然后从管路一端向另一端固定接口逐次组合;也可以从管路两端接口向中间逐次组合。在组合过程中，必须经常检查管路中心线的偏差，尽量避免因偏离过大而造成最后合拢的接口处错口太大的毛病。 管路的安装工作包括:管路安装、法兰和螺纹接合、阀门安装和试压。 (1)管路安装 管路的安装应得保证横平竖直，水平管其偏差不大于15mm,10m，但其全长不能大于50mm，垂直管偏差不能大于10mm。 (2)法兰与螺纹接合 法兰安装要做到对得正、不反口、不错口、不张口。紧固法兰时要做到:未加垫片前，将法兰密封面清理干净，其表面不得有沟纹;垫片的位置要放正，不能加入双层垫片;在紧 ,4扣;管道安装时，每对法兰螺栓时要按对称位置的秩序拧紧，紧好之后螺栓两头应露出2 的平行度、同心度应符合要求。 螺纹接合时管路端部应加工外螺纹，利用螺纹与管箍、管件和活管接头配合固定。其密封则主要依靠锥管螺纹的咬合和在螺纹之间加敷的密封材料来达到。常用的密封材料是白漆加麻丝或四氟膜，缠绕在螺纹表面，然后将螺纹配合拧紧。 (3)阀门安装 阀门安装时应把阀门清理干净，关闭好再进行安装，单向阀、截止阀及调节阀安装时应注意介质流向，阀的手轮便于操作。 (4)水压试验 25 管路安装完毕后，应作强度与严密度试验，试验是否有漏气或漏液现象。管路的操作压力不同，输送的物料不同，试验的要求也不同。当管路系统是进行水压试验，试验压力(表压)为294kPa，在试验压力下维持5min，未发现渗漏现象，则水压试验为合格。 ?训练步骤(要领) (1)对实际装置的管路尺寸进行测绘并画出安装配管图。 (2)在教师指导和配合下，学生亲自动手安装，要求掌握管子、阀门、管件等安装的基本技术。 (3)安装中要注意安全。 第四节 液体输送机械 一般来说流体输送机械可分为液体输送机械(通称为泵)和气体输送机械(如风机、压缩机、真空泵等)。按照工作原理不同又可分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式。其中以离心式最为常见。 一、离心泵的结构类型 离心泵具有结构简单，性能稳定，检修方便，操作容易和适应性强等特点，在化工生产中应用十分广泛。 1(离心泵的结构 图1-22所示的为安装于管路中的一台卧式单级单吸离心泵。图中(a)为其基本结构，(b)为其在管路中的示意图。 (a) 结构示意图 (b) 在管路中的示意图 图1-22 单级单吸离心泵的结构 l-泵体;2-叶轮;3-密封环;4-轴套;5-泵盖;6-泵轴;7-托架;8-联轴器;9-轴承;10-轴封装置; 11-吸入口;12-蜗形泵壳;13-叶片;14-吸入管;15-底阀;16-滤网;17-调节阀;18-排出管 (1)叶轮 26 叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。 叶轮一般有6~12片后弯叶片。叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图1-23所示。 图1-23 离心泵的叶轮 图1-24 离心泵的吸液方式 开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高;半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低;闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。 后盖板上的平衡孔以消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减小叶轮前后的压力差。但由此也会引起泵效率的降低。 叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。如图1-24所示。 (2)泵壳 作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。 为使泵内液体能量转换效率增高，叶轮外周安装导轮。导轮是位于叶轮外周固定的带叶片的环。这些叶片的弯曲方向与叶轮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，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，将使能量损耗减至最小，提高动能转换为静压能的效率。 (3)轴封装置 作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。 常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。 填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。 2(离心泵的类型 27 离心泵种类繁多，相应的分类方法也多种多样，例如，按液体的性质可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、屏蔽泵、液下泵和低温泵等。各种类型的离心泵按其结构特点各自成为一个系列，并以一个或几个汉语拼音字母作为系列代号，在每一系列中，由于有各种不同的规格，因而附以不同的字母和数字来区别。以下仅对化工厂中常用离心泵的类型作一简单说明，见表1-8。 表1-8 离心泵的类型 类 型 结构特点 用 途 单级单吸式。泵体和泵盖都是用铸铁制成。特点是泵体和泵盖为后是应用最广的离心泵，用 开门结构型式，优点是检修方便，不用拆卸泵体、管路和电机 来输送清水以及物理、化IS型 学性质类似于水的清洁清液体。 水多级泵，可达到较高的压头，如图1-25所示 要求的压头较高而流量泵 D型 并不太大的场合 双吸式离心泵，叶轮有两个入口，故输送液体流量较大，如图1-26输送液体的流量较大而sh型 所示 所需的压头不高的场合 特点是与液体接触的部件用耐腐蚀材料制成，密封要求高，常采用输送酸、碱等腐蚀性液体 耐腐蚀泵 机械密封装置 (F型) FH型(灰口铸铁) FG型(高硅铸铁) FB型(铬镍合金钢) FM 型(铬镍钼钛合金钢) Fs型(聚三氟氯乙烯塑料) 油泵(Y型) 有良好的密封性能。热油泵的轴密封装置和轴承都装有冷却水夹套 输送石油产品 叶轮流道宽，叶片数目少，常采用半敞式或敞式叶轮。有些泵壳内输送悬浮液及粘稠的浆杂质泵 衬以耐磨的铸钢护板。不易堵塞，容易拆卸，耐磨 液等 (P型) PW型(污水泵) PS型(砂泵) PN(泥浆泵) 无泄漏泵，叶轮和电机联为一个整体并密封在同一泵壳内，不需要常输送易燃、易爆、剧毒屏蔽泵 轴封装置。缺点是效率较低，约为26,50,。 及具有放射性的液体 液下泵经常安装在液体贮槽内，对轴封要求不高，既节省了空间又适用于输送化工过程中液下泵 改善了操作环境。其缺点是效率不高。 各种腐蚀性液体和高凝(EY型) 固点液体。 图1-25 多级泵示意图 图1-26双吸泵示意图 二、离心泵的工作原理 28 离心泵的叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。液体经底阀和吸入管进入泵内。由压出管排出。 在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体;启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。 小资料 气缚现象 如果离心泵在启动前壳内充满的是气体～则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度～这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。 为防止气缚现象的发生～离心泵启动前要用液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内～在泵吸入管路的入口处装有止逆阀,底阀,,如果泵的位置低于槽内液面～则启动前无需灌泵～只要将出口阀打开～液体便自动流入泵内。 三、离心泵的主要性能参数和特性曲线 1(离心泵的主要性能参数 离心泵的性能参数是用以描述离心泵性能的物理量。见表1-9。 表1-9 离心泵的主要性能参数 性能参数 单位 定义 影响因素 3流量Q m/h 离心泵在单位时间内排入到泵的结构尺寸(如叶轮的直径与叶片的宽度)和叶轮的 3m/s 管路系统内液体的体积 转速。离心泵的实际流量还与管路特性有关。 扬程H m 离心泵向单位重量液体提供离心泵的扬程取决于泵的结构(如叶轮的直径、叶片的 的机械能 弯曲情况等)、叶轮的转速和离心泵的流量。在指定的 转速下，压头与流量之间具有一确定的关系。其值是由 实验测得。 轴功率P W 指泵轴所需的功率 随设备的尺寸、流体的粘度、流量等的增大而增大 kW PeP,×100, , 29 P,QH,ge ,效率 无量 指离心泵的有效功率与轴功离心泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度和所输 纲 率之比，反映离心泵能量损失送液体的性质、流量有关，一般小型泵的效率为50%, 的大小 70%，大型泵可达到90%左右，此值是由实验测得。 【例1-7】采用图1-27的实验装置来测定离心泵的性 能。泵的吸入管与排出管具有相同的直径，两测压口间垂 直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min。以20?清水为介 3质测得以下数据:流量为54m/h，泵出口处表压为255kPa， 入口处真空表读数为26.7kPa，功率表测得所消耗功率为 6.2kw，泵有电动机直接带动，电动机的效率为93,，试 求该泵在输送条件下的扬程、轴功率、效率。 解:(1)泵的扬程 图1-27 离心泵特性曲线的测定装置 在真空表和压力表所处位置的截面分别以1-1’和 1-压力表;2-真空表;3-流量计;4-泵 2-2’表示列柏努利方程式，即 5-贮槽 22pupu1122Z，，，H,Z，，，H ,12f1,2,2,2gggg p,,26.7zz,,0.5p,255uu,其中m,kPa(表压)，kPa(表压)， 121212 因两测口的管路很短，其间流动阻力可忽略不计，即，所以 H,0,f1,2 33255，10，26.7，10 H,0.5，,29.2m1000，9.81 (2)泵的轴功率 功率表测得的功率为电动机的消耗功率，由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为100%，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。因电动机本身消耗部分功率，其效率为93%，于是电动机输出功率为 ，，电动机消耗功率电动机效率=6.20.93=5.77kw， 泵的轴功率为P=5.77kw (3)泵的效率 PQHg54，29.2，1000，9.807,e ,，100%,，100%,，100%,74.4%,PP3600，5.77，1000 2(离心泵的特性曲线 30 理论及实验均表明，离心泵的扬程、功率及效率等主要性能均与流量有关。为了便于使 H/m 用者更好地了解和利用离心泵的性能，常把它们与流量之间的关系用图表示出来，就是离心泵的特性曲线。 离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂IS100-80-125 2900r/min 家提供，标绘于泵的产品说明书中，其测定条件 η-Q 一般是20?清水，转速也固定。典型的离心泵 η性能曲线如图1-28所示。 H-Q N-Q (1)H-Q曲线 表示泵的扬程与流量的关, Pe/W 系。离心泵的扬程随流量的增大而下降(在流量 ,,, 极小时有例外)。 3Q/m/h (2)P-Q曲线 表示泵的轴功率与流量的 图1-28离心泵性能曲线示意图 图2-5 IS100-80-125型离心泵特性曲线 关系。离心泵的轴功率随流量的增大而上升，流 量为零时轴功率最小。故离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使电机的启动电流减少，以保护电机。 ,(3)-Q曲线 表示泵的效率与流量的关系。当Q=0时η=0;随着流量的增大，效率随之而上升达到一个最大值;而后随流量再增大时效率便下降。说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，称为设计点。泵在与最高效率相对应的流量及扬程下工作最为经济，所以与最高效率点对应的Q、H、N值成为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在最高效率点运行时的工况参数。根据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好在最佳工况下运转，因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的92%左右。选用离心泵时，应尽可能使泵在此范围内工作。 活动建议 通过实际操作～组织学生讨论离心泵特性的影响因素。 四、离心泵的选用 离心泵的选用，通常可按下列原则进行: 1(确定离心泵的类型 根据被输送液体的性质和操作条件确定离心泵的类型，如液体的温度、压力，粘度、腐蚀性、固体粒子含量以及是否易燃易爆等都是选用离心泵类型的重要依据。 31 2(确定输送系统的流量和扬程 输送液体的流量一般为生产任务所规定，如果流量是变化的，应按最大流量考虑。根据管路条件及柏努利方程，确定最大流量下所需要的压头。 3(确定离心泵的型号 根据管路要求的流量Q和扬程H来选定合适的离心泵型号。在选用时，应考虑到操作条件的变化并留有一定的余量。选用时要使所选泵的流量与扬程比任务需要的稍大一些。如果用系列特性曲线来选，要使(Q，H)点落在泵的Q,H线以下，并处在高效区。 若有几种型号的泵同时满足管路的具体要求，则应选效率较高的，同时也要考虑泵的价格。 (校核轴功率 4 当液体密度大于水的密度时，必须校核轴功率。 5(列出泵在设计点处的性能，供使用时参考。 五、离心泵的安装 1(离心泵的汽蚀现象 (1)离心泵的汽蚀现象 离心泵的吸液是靠吸入液面与吸入口间的压差完成的。吸入管路越高，吸上高度越大，则吸入口处的压力将越小。当吸入口处压力小于操作条件下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将会气化产生气泡，含有气泡的液体进入泵体后，在旋转叶轮的作用下，进入高压区，气泡在高压的作用下，又会凝结为液体，由于原气泡位置的空出造成局部真空，使周围液体在高压的作用下迅速填补原气泡所占空间。这种高速冲击频, 率很高，可以达到每秒几千次，冲击压强可以达到数百 个大气压甚至更高，这种高强度高频率的冲击，轻的能 造成叶轮的疲劳，重的则可以将叶轮与泵壳破坏，甚至 1 能把叶轮打成蜂窝状。这种由于被输送液体在泵体内汽1 Hg 0 0 化再凝结对叶轮产生剥蚀的现象叫离心泵的气蚀现象。 (2)气蚀的危害 气蚀现象发生时，会产生噪音和引起振动，流量、 扬程及效率均会迅速下降，严重时不能吸液。工程上规 图1-29 离心泵的允许安装高度 32 定，当泵的扬程下降3,时，进入了气蚀状态。 2(离心泵的安装高度 工程上从根本上避免气蚀现象的方法是限制泵的安装高度。避免离心泵气蚀现象发生的最大安装高度，称为离心泵的允许安装高度,也叫允许吸上高度。是指泵的吸入口1-1’与吸入贮槽液面0-0’间可允许达到的最大垂直距离，以符号H表示，如图1-29。假定泵在可允许的g 最高位置上操作，以液面为基准面，列贮槽液面0-0’与泵的吸入口1-1’两截面间的柏努利方程式，可得 2p,pu011H,,,h (1-23) ,gf0,1,2gg 式中 H——允许安装高度，m; g p——吸入液面压力，Pa; 0 p——吸入口允许的最低压力，Pa; 1 u——吸入口处的流速，m/s; 1 3——被输送液体的密度，kg/m; , ——流体流经吸入管的阻力，m。 H,f,0,1 想一想 离心泵的安装高度的影响因素有哪些, 3(离心泵的安装高度计算 工业生产中，计算离心泵的允许安装高度常用允许气蚀余量法。离心泵的抗气蚀性能参数也用允许气蚀余量来表示。允许气蚀余量是指离心泵在保证不发生气蚀的前提下，泵吸入口处动压头与静压头之和比被输送液体的饱和蒸汽压头高出的最小值，用表示，即 ,h 2ppuv11,,，,h (1-24) ,g2g,g -23)得 将上式代入(1 pp0vH,,,,h,H (1-25) gf,0,1,,,gg 式中 ——允许气蚀余量，m，由泵的性能表查得; ,h p——操作温度下液体的饱和蒸汽压，Pa。 v 33 随流量增大而增大，因此，在确定允许安装高度时应取最大流量下的。 ,h,h当允许安装高度为负值时，离心泵的吸入口低于贮槽液面。 为安全起见，泵的实际安装高度通常能比允许安装高度低(0.5,1)m。 3 【例1-8】 型号为IS65-40-200的离心泵，转速为2900r/min，流量为25m,h，扬程为50m，(NPSH)r为2.0m，此泵用来将敞口水池中50?的水送出。已知吸入管路的总阻力损失为2m水柱，当地大气压强为l00kPa，求泵的安装高度。 3p解:查附录得50?水的饱和蒸气压为12.34kPa，水的密度为998.lkg,m，已知=l00kPa，0=2.0m， h,2m,hf1,2, pp100，1000,12.34，10000vH,,,,h,H ,,2.0,2,5.04mgf,0,1,,,gg988.1，9.81 因此，泵的安装高度不应高于5.04m 六、各种类型泵的比较 各种类型泵的比较见表1-10。 表1-10 各种泵的比较 类型 离心泵 往复泵 旋转泵 旋涡泵 流体作用泵 1.均匀 1.不均匀 1.比较均匀 1.均匀 1.量小 2.量大 2.量不大 2.量小 2.量小 2.间断排送 流量 3.流量随管路情况而变3.流量恒定，几乎不因3.流量恒定，3.流量随管路情况 化 压头变化而变化 与往复泵同 变化而变化 1.一般不高 1.较高 1.较高 1.较高 扬程不宜 2.对一定的流量只有一2.对一定的流量可有不2.对一定的流2.对一定的流量只高，愈高效 定的扬程 同的扬程，由管路系量可有不同有一定的扬程 率愈低 扬程 统确定 的扬程，由 管路系统确 定 1.最高为70%左右 1.在80%左右 1在60%~90 在25%~50% 一般仅 2.在设计点最高，偏离2.对于不同的扬程，效% 15%~20% 效率 愈远，效率愈低 率仍保持较大值 2.扬程高时泄 漏大使效率 降低 1.简易、价廉、安装容1.零件多，结构复杂 1.没有活门 1.结构简单，紧凑，1.无活动部 易 2.震动甚大，不可快速，2.可与电动机具有较高的吸入分 结构 2.高速旋转，可直接与安装较难 直接连接 高度 2.简单 电动机相连 3.体积大占地多 3.零件较少，2.高速旋转，可直 34 3.同一流量体积小 4.需吸入排出活门 但制造精度接与电动机相连 4.轴封装置要求高，不5.输送腐蚀性液体时，要求较高 3.叶轮和泵壳之间 能漏气 结构更复杂 要求间隙很小 4.轴封装置要求 高，不漏气 1.有气缚现象开车前要1.零件多，易出故障，1.检修比离心1.功率随流量的减1.有的是间 充液，运转中不能漏检修麻烦 泵复杂，比小而增 大，开车歇操作 气 2.不能用出口阀而只能往复泵容易 时应将出口阀打2.流量难调 2.维护、操作方便 用支路阀调节流量 2.调节流量不开 节 操作 3.可用阀很方便地调节3.扬程流量改变时能保能用出口2.只能用支路 阀 流量 持高效率 阀，而只能调节流量 4.不因管路堵塞而发生用支路阀调 损坏现象 节 输送腐蚀性或悬浮液，高扬程、小流量的清洁高扬程、小流特别适用与流量小间歇地输送适用 对粘度大的流体不适液体 量，特别适于而扬程较高的液腐蚀性液体 范围 用，一般流量大而扬程输送油类等粘体，但不能输送污 小 性液体 秽的液体 七、离心泵的操作 1(流量调节 在泵的叶轮转速一定时，一台泵在具体操作条件下所提供的液体流量和扬程可用H~Q特性曲线上的一点来表示。至于这一点的具体位置，应视泵前后的管路情况而定。讨论泵的工作情况，不应脱离管路的具体情况。泵的工作特性由泵本身的特性和管路的特性共同决定。 (1)管路特性曲线 由柏努利方程导出外加压头计算式 2,p,uH,,z，，，,H (1-26) ef,g2g ,HQ越大，则越大，则流动系统所需要的外加压头He越大。将通过某一特定管路的f 流量与其所需外加压头之间的关系，称为管路的特性。 上式中的压头损失: 2,，，llllu8,,,,2ee,,,,HQ,,,, (1-27) f25d2g,gd,,,, 若忽略上、下游截面的动压头差，则 35 ,，ll,p8,,Q~He 2eH,,z，，Q (1-28) ,,e25,g,gd,, He p,令，若把看成常数，则 Az,,，,2 BQ,g A2 H,A，BQ (1-29) e 上式称为管路的特性方程，表达了管路所需要的外加压头与Q 管路流量之间的关系。在H~Q坐标中对应的曲线称为管路图1-30 管路特性曲线 特性曲线，如图1-30所示。 Q,H Q,He e管路特性曲线反映了特定管路在给定操作条件 下流量与压头的关系。此曲线的形状只与管路的铺H=H=He M HM M 设情况及操作条件有关，而与泵的特性无关。 (2)离心泵的工作点 =Q=Qe M将泵的H,Q曲线与管路的H,Q曲线绘在同Q Q M一坐标系中，两曲线的交点M点称为泵的工作点。 图1-31 离心泵的工作点 如图1-31所示。 ?泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决定，可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到; ?安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流H 量;在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的D C外加压头。因此，泵的工作点对应的泵压头既是泵 E提供的，也是管路需要的; ?指定泵安装在特定管路中，只能有一个稳定 的工作点M。 Q (3)离心泵的流量调节 图1-32 改变阀门的开度 由于生产任务的变化，管路需要的流量有时是 需要改变的，这实际上就是要改变泵的工作点。由于泵的工作点由管路特性和泵的特性共同决定，因此改变泵的特性和管路特性均能改变工作点，从而达到调节流量的目的。 ?改变出口阀的开度 由式(1-29)可知，改变管路系统中的阀门开度可以改变K值，从而改变管路特性曲线 36 的位置，使工作点也随之改变，如图1-32。生产中主要采取改变泵出口阀门的开度的调节方法。 由于用阀门调节简单方便，且流量可连续变化，因此工业生产中主要采用此方法。 小资料 离心泵流量调节的其他方法 (改变叶轮转速 1 叶轮转速增加～流量和压头均能增加。这种调节流量的方法合理、经济～但曾被认为是操作不方便～并且不能实现连续调节。但随着的现代工业技术的发展～ 无级变速设备在工业中的应用克服了上述缺点。是该种调节方法能够使泵在高效区工作～这对大型泵的节能尤为重要。 2(车削叶轮直径 这种调节方法实施起来不方便～且调节范围也不大。 【例1-9】 确定泵是否满足输送要求。将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中 3去，要求输送量为36m/h, 液体的升扬高度为7m。输送管路由内径为80mm的钢化玻璃管构成，总长为160m(包括所有局部阻力的当量长度)。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问:(1)该泵是否合用,(2)实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少, Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 0 17 30 42 46 44 ,(%) ,33已知:酸液在输送温度下粘度为1.15，10Pa,s;密度为1545kg/m。摩擦系数可取为0.015。 解:(1)对于本题，管路所需要压头通过在贮槽液面1-1’和常压设备液面2-2’之间列柏努利方程求得: 22upup1122，z，，H,，z，，,H 1e2f1,22,2,gggg z,0，z,7m，p,p,0(表压)，u,u,0式中 121212 Q36管内流速:u,,,1.99m/s 2,3600，0.785，0.0802d4 37 22l，,lu1601.99e,H,,,0.015，，,6.06m管路压头损失: fd2g0.082，9.81 ，，H,z,z，,H,7，6.06,13.06m管路所需要的压头: e21f 36，1000以(L/s)计的管路所需流量: Q,,10L/s3600 由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s时所提供的压头即达到了14.4m，当流量为管路所需要的10 L/s，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m。因此该泵对于完成题给输送任 2250务是可用的。 20由附表可以看出，该泵的4018 最高效率为46%;流量为10 1630L/s时该泵的效率大约为14,～ ,201243%。因此该泵是在高效区工H, m1010作的。 8 0(2)实际的输送量、功6 0246810121416率消耗和效率取决于泵的工 Q, L/s 作点，而工作点由管路特性和例1-9 附图 泵的特性共同决定。 2H,7，0.006058Q由柏努利方程可得管路的特性方程为: (其中流量单位为L/s) e 据此可以计算出各流量下管路所需要的压头，如下表所示: Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 7 7.545 9.181 11.91 15.72 20.63 由上可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线，如本题附图所示。两曲线的交点为工作点，其对应的压头为14.8m;流量为11.4L/s;效率45%轴功率可计算如下: ,3,HQg14.8，11.4，10，1545，9.807,,,5.68kWP ,1000，0.45 2(离心泵的开停车操作 (1)开车前的准备工作 ?要详细了解被输送物料的物理化学性质，有无腐蚀性、有无悬浮物、粘度大小、凝固点、汽化温度及饱和蒸气压等。 38 ?详细了解被输送物料的工况:输送温度、压力、流量、输送高度、吸入高度、负荷变动范围等。 ?综合上述两方面的因素，参阅离心泵的特性曲线，从而选出最适合生产实际使用的离心泵。 ?对一些要求较高的离心泵，应在设计中考虑在进口管安装过滤器，在出口阀后安装止逆阀，同时应在操作室及现场设置两套监控装置，以应付突发事故的发生。 ?安装完毕后要进行试运转，在试运转中各项性能指标均符合要求的泵，才能投入生产。 (2)开车程序 ?开泵前应先打开泵的入口阀及密封液阀，检查泵体内是否已充满液体。 ?在确认泵体内已充满液体且密封液流动正常时，接料岗位，启动离心泵。 ?慢慢打开泵的出门阀，通过流量及压力指示，将出口阀调节至需要流量。 (3)停车程序 ?与接料岗位取得联系后，慢慢关离心泵的出口阀。 ?按电动机按钮，停止电机运转。 ?关闭离心泵进口阀及密封液阀。 (4)两泵切换 在生产过程中经常遇到两台泵切换的操作，应先起动备用泵，慢慢打开其出口阀，然后缓慢关闭原运行泵的出口阀，在这过程中要保持与中央控制室的联系，维持离心泵输出流量的稳定，避免因流量波动造成系统停车。 3(日常运行与维护 (1)运行过程中的检查 ?检查被抽出液罐的液面，防止物料抽空。 ?检查泵的出口压力或流量指示是否稳定。 ?检查端面密封液的流量是否正常。 ?检查泵体有无泄漏。 ?检查泵体及轴承系统有无异常声及振动。 ?检查泵轴的润滑油是否充满完好。 (2)离心泵的维护 39 ?检查泵进口阀前的过滤器，看滤网是否破损，如有破损应及时更换，以免焊渣等颗粒进入泵体;定时清洗滤网。 ?泵壳及叶轮进行解体、清洗重新组装。调整好叶轮与泵壳的间隙。叶轮有损坏及腐蚀情况的应分析原因并进行及时处理。 ?清洗轴封、轴套系统。更换润滑油，以保持良好的润滑状态。 ?及时更换填料密封的填料，并调节至合适的松紧度;采用机械密封的应及时更换动环和密封液。 ?检查电机。长期停车后，再开车前应将电机进行干燥处理。 ?检查现场及遥控的一、二次仪表的指示是否正确及灵活好用，对失灵的仪表及部件进行维修或更换。 ?检查泵的进、出口阀的阀体，是否有因磨损而发生内漏等情况，如有内漏应及时更换阀门。 4(事故处理 见表1-11、1-12。 表1-11 离心泵设备故障及处理措施 设备故障 原因分析 处理措施 打坏叶轮 1( 离心泵在运转中产生汽蚀现象，液体剧烈的冲击1( 修改吸入管路的尺寸，使安装高度等合 叶片和转轴，造成整个泵体颤动，毁坏叶轮 理，泵入口处有足够的有效汽蚀余量 2( 检修后没有很好地清理现场，致使杂物进入泵2( 严格，保证检修后清理工作的 体，启动后打坏叶轮片 质量，必要时在入口阀前加装过滤器 烧坏电机 1( 泵壳与叶轮之间间隙过小并有异物 1( 调整间隙，清除异物 2( 填料压得太紧，开泵前未进行盘车 2( 调整填料松紧度，盘车检查 3( 电机线路安装熔断器，保护电机 进出口阀门1( 阀门的制造质量问题 1( 更新新阀门 芯子脱落 2( 操作不当，用力过猛 2( 更换新阀门 烧坏填料函1( 填料函压得过紧，致使摩擦生热而烧坏填料，造1( 更换新填料，并调节至合适的松紧度 或机械密封成泄露 2( 更换动环，调节接触面找正找平 动环 2( 机械密封的动、静环接触面过紧，不平行 3( 调节好密封液 5(转轴颤动 1( 安装时不对中，找平未达标 1( 重新安装，严格检查对中及找平 2( 润滑状况不好，造成转轴磨损 2( 补充油脂或更换新油脂 表1-12 离心泵操作事故及防范措施 操作事故 原因分析 防止措施 启动后不1( 开泵前泵体内未充满液体 1( 停泵，排气充液后重新启动 40 上料 2( 开泵时出口阀全开，致使压头下降而低于输送高度 2( 关闭出口阀，重新启动泵 3( 压力表失灵，指示为零，误以为打不上料 3( 更换压力泵 4( 点机相线接反 4( 重接电机相线，使电机正转 5( 叶轮和泵壳之间的间隙过大 5( 调整叶轮和泵壳之间的间隙至符合要求 贮液罐抽开泵运转后未及时检查液面使贮液罐抽空，泵体内进空停泵，充液并排尽空气，待泵体充满液体时空 气，使泵打不上料 重新启动离心泵 轴封泄露 1( 填料未压紧或填料发硬失去弹性 1( 调节填料松紧度或更换新填料 2( 机械密封动静环接触面安装时找平未达标 2( 更换动环，重新安装，严格找平 烧坏填料1( 填料压得太紧，开泵前未进行盘车 1( 更换填料，进行盘车，调节填料松紧度 及动环 2( 密封液阀未开或量太小 2( 调节好密封液 高位槽满1( 上下岗位之间联系不够，开车前未及时通知后续岗1( 开停泵时要加强岗位间的联系 料 位 2( 更换溢流管至合适的管径 2( 高位槽溢流管太细或泵的出口流量开得太大 3( 泵的出口阀应慢慢开启，勿过快过大 技能训练二 离心泵操作训练 ?训练目标 1(了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。 2(测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程H、轴功率N、以及总效率η与有效流量Q之间的曲线关系。 ?训练准备 1(了解离心泵结构与特性及基本原理。 2(了解离心泵定恒定转速条件下的特性曲线。 3(了解离心泵流量调节的工作原理和使用方法。 4(流程如图1-33。 ?训练步骤(要领) 1(对水泵进行灌水;灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。 2(启动离心泵，启动离心泵后把出水阀开到最大，开始进行离心泵实验。 3(流量调节:(1)手动调节:通过泵出口阀调节流量;(2)自动调节:通过流量自动调节仪表来调节电动调节阀的开度，以实现流量的手自动控制:?仪表手动调节;?仪表自动调节。 41 图1-33 离心泵装置图 4(手动调节实验方法:调节出口闸阀开度，使阀门全开。等流量稳定时，在马达天平上添加砝码使平衡臂与准星对准读取砝码重量p。在仪表台上读出电机转速n，流量Q，水温t，真空表读数p和出口压力表读数p并记录;关小阀门减小流量，重复以上操作，测得另一流12 量下对应的各个数据，一般重复8,9个点为宜。自动调节实验做法:关闭流量手动调节阀门，打开电动调节阀前面的阀门，打开电动调节阀电源开关，给电动调节阀上电;流量自动调节仪的使用:?仪表手动调节:在仪表手动状态下按向上键(?)增大输出到最大，使调节阀开到最大。然后等流量稳定时，把扭矩传感器的挂钩挂在电机力臂上，旋转下面的圆盘，使平衡臂对准准星。等数据稳定后，按下软件的“数据采集”按钮采集数据。采集完数据，把扭矩传感器的挂钩御下。用向下键(?)减小流量，在不同流量下分别按下“数据采集”按钮采集数据;?仪表自动调节:在软件界面中单击“手动调节中”按钮，则进入自动调节状态(“自动调节中”)，单击“设置输出”按钮，输入100，把调节阀开到最大。等流量稳定后，把扭矩传感器的挂钩挂在电机平衡臂上，旋转下面的圆盘，使平衡臂对准准星。等数据稳定后，按下软件的“数据采集”按钮采集数据。采集完数据，把扭矩传感器的挂钩取下。改变设置输出的大小，改变不同的流量，采集不同流量下的数据。 5(关闭以前打开的所有设备电源。 ?思考与分析 1(启动离心泵之前为什么要引水灌泵,如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么, 42 2(为什么用泵的出口阀门调节流量,这种方法有什么优缺点, 3(泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升,为什么, 4(正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理,为什么, 35(试分析，用清水泵输送密度为,,,,k,,,的盐水(忽略粘度的影响)，在相同流量下你认为泵的压力是否变化,轴功率是否变化, 技能训练三 离心泵操作仿真训练 ?训练目标 1(了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。 2(掌握离心泵操作中故障的分析、判断及排除。 ?训练准备 1(了解离心泵结构与特性及基本原理。 2(掌握计算机控制系统的基本操作。 ?训练步骤(要领) 1(工艺流程简介: 离心泵是化工生产过程中输送液体的常用设备之一，其工作原理是靠离心泵内外压差不断的吸入液体，靠叶轮的高速旋转使液体获得动能，靠扩压管或导叶将动能转化为压力能，从而达到输送液体的目的。来自某一设备约40?的带压液体经调节阀LV101进入带压罐V101，罐液位由液位控制器LIC101通过调节V101的进料量来控制;罐内压力由PIC101分程控制，PV101A、PV101B分别调节进入V101和出V101的氮气量,从而保持罐压恒定在5.0atm(表)。罐内液体由泵P101A/B抽出,泵出口流量在流量调节器FIC101的控制下输送到其它设备。 (工艺流程(参考流程仿真界面)如图1-34。 2 43 图1-34 工艺流程图 3(培训方案(见表1-13) 表1-13 离心泵培训方案 编号 项目名称 教学目的及重点 1 系统冷态开车操作规程 掌握装置的常规开车操作 2 系统正常操作规程 掌握装置的常规操作 3 系统正常停车操作规程 掌握装置的常规停车操作 4 P101A泵坏 掌握故障处理操作 5 FIC101阀卡 掌握故障处理操作 6 P101A泵入口管线堵 尽快分析原因，恢复进料 7 P101A泵气蚀 掌握故障处理操作 8 P101A泵气缚 掌握故障处理操作 4(操作 (1)准备工作 ?盘车;?核对吸入条件;?调整填料或机械密封装置。 (2)启动泵前准备工作 ?灌泵;?排气 (3)启动离心泵 44 ?启动离心泵 ;?流体输送;?调整操作参数 (4)负荷调整 可任意改变泵、按键的开关状态，手操阀的开度及液位调节阀、流量调节阀、分程压力调节阀的开度，观察其现象。 (5)停车操作规程 ?V101罐停进料;?停泵;?泵P101A泄液 ?思考与分析 1(泵P101A和泵P101B在进行切换时，应如何调节其出口阀VD04和VD08，为什么要这样做, 2(一台离心泵在正常运行一段时间后，流量开始下降，可能会有哪些原因导致, 3(离心泵出口压力过高或过低应如何调节, 4(离心泵入口压力过高或过低应如何调节, ?拓展型训练(见表1-14) 表1-14 离心泵事故处理 事故 现象 处理方法 P101A泵坏 1(P101A泵出口压力急剧下降; 切换到备用泵P101B: 2(FIC101流量急剧减小 (A)全开P101B泵入口阀VD05、向泵P101B灌液，全 开排空阀VD07排P101B的不凝气，当显示标志为绿 色后，关闭VD07; (B)灌泵和排气结束后，启动P101B; (C)待泵P101B出口压力升至入口压力的1.5,2倍后， 打开P101B出口阀VD08，同时缓慢关闭P101A出口 阀VD04，以尽量减少流量波动; (D)待P101B进出口压力指示正常，按停泵顺序停止 P101A运转，关闭泵P101A入口阀VD01，并通知维修 工。 P101A泵气蚀 1(P101A泵入口、出口压力上下按泵的切换步骤切换到备用泵P101B 波动; 2(P101A泵出口流量波动(大部分 时间达不到正常值)。 P101A泵气缚 1(P101A泵入口、出口压力急剧按泵的切换步骤切换到备用泵P101B。 下降; 2(FIC101流量急剧减少。 45 阅读资料 DCS操作中的无扰动切换 大型现代化化工厂的生产过程大多采用计算机控制。一个控制回路一般由一次测量元件、变送器、计算机、执行机构,大多为调节阀,构成。自动调节控制状态,简称自动状态,就是变送器将一次测量元件测得的信号转变成电信号并输入计算机～计算机不断将测得的参数,称为实测值,与设定值比较～根据实测值的偏离方向,偏大还是偏小,、变化方向,是进一步偏离设定值还是向设定值靠近,以及变化的快慢程度进行计算～然后给执行机构发出信号调整执行机构的状态～实现控制变量的自动调节。其实质就是改变执行机构的状态以抵消前后流程对控制变量的干扰。与之相对应的另一中操作状态即手动控制状态,简称为手动状态,。手动状态就是由操作人员在计算机上直接给执行机构一个信号确定其状态～如需执行机构改变状态则需操作人员在计算机上重新输入信号。 计算机操作中经常碰到手动状态切换成自动状态的操作,简称投自动,～以减小操作人员的工作强度～由计算机完成控制变量的自动调节～实现系统的稳定运行。切换前应先在手动状态下逐步调节控制变量～等控制变量接近于设定值时再投自动～切忌在控制变量与自动状态中设定值相差太大的时候向自动状态切换～如果这样在进入自动状态后因为控制变量与设定值相差太大～计算机会使执行机构进行幅度较大的调整。这时控制变量以阻尼振荡的方式逼近设定值～在这过程中控制变量大幅度变化将严重影响系统运行的安全稳定～或造成系统的连锁停车。另外～在自动状态下操作需要较大幅度调整负荷时～一般可以通过改变设定值来完成。但设定值的调整必须逐步进行～速度不能太快～幅度不能太大～否则也会引起系统的大幅波动。 第五节 气体输送机械 气体输送机械在化工生产中具有广泛的应用。气体输送机械的结构和原理与液体输送机械大体相同，也有离心式、旋转式、往复式及流体作用式等类型。但气体具有可压缩性和比液体小得多的密度(约为液体密度的1/1000左右)，从而使气体输送具有某些不同于液体输送的特点，通常，按终压或压缩比(出口压力与进口压力之比)可以将气体压送机械分为四类，见表1-15。 表1-15 气体压送机械的分类 类 型 终压/kPa(表压) 压缩比 用途 46 通风机 ,15 1,1.15 用于换气通风 鼓风机 15,300 1.15,4 用于送气 压缩机 ,300 ,4 造成高压 真空泵 当地大气压 由真空度决定 用于减压操作 一、离心式通风机 工业上常用的通风机主要有离心通风机和轴流通风机两种型式。轴流式通风机所产生的风压很小，一般只作通风换气之用。用于气体输送的，多为离心通风机。 (一)离心通风机的工作原理与结构 离心通风机的工作原理和离心 泵一样，在蜗壳中有一高速旋转的 叶轮，籍叶轮旋转时所产生的离心 力将气体压力增大而排出。离心通 风机的结构与单级离心泵也大同小 异。图1-35表示一离心通风机。它 的机壳也是蜗壳形，壳内逐渐扩大图1-35离心通风机 图1-36 低压通风机的叶轮 l-机壳;2-叶轮;3-吸入口; 的气体通道及其出口的截面则有方 4-排出口 形和圆形两种，一般中、低压通风 机多是方形，高压的多为圆形。通风机叶轮上叶片数目较多且长度较短，叶片有平直的，有后弯的，亦有前弯的。图1-36所示为一低压通风机所用的平叶片叶轮。中、高压通风机的叶片是弯曲的，因此，高压通风机的外形与结构更象单级离心泵。根据所生产的压头大小，可将离心式通风机分为: 3低压离心通风机:出口风压低于0.9807×10Pa(表压); 33中压离心通风机:出口风压为0.9807×10,2.942×10Pa(表压); 33 高压离心通风机:出口风压为2.942×10,14.7×10Pa(表压)。 (二)离心通风机的主要性能参数 离心通风机的主要性能参数有风量、风压、轴功率和效率，见表1-16。 表1-16 离心通风机的主要性能参数 性能参数 单位 定义 3/h m气体通过进风口的体积流量 风量Q 3m/s 47 2 N/m 单位体积的气体经过风机时所获得的能量。 风压HT 2,u22，其中(p,p)称为静风压H;ρu/2称HppHH,,，,，()21p2212Tpk 为动风压H，1表示风机入口，2表示出口。 K HQ轴功率P kW TP, 1000,,全压效率 无单位 (三) 离心通风机的选用 离心通风机的选用和离心泵的情况相类似，其选择步骤为: ,,(1)计算输送系统所需的操作条件下的风压H并将H换算成实验条件下的风压H。 TTT 5离心通风机特性曲线，实验介质是压强为1.0133×10Pa，温度为20?的空气，该条件下 32kg,m。由于风压与密度有关，故若实际操作条件与上述实验条件不同时，空气的密度ρ=1. 应按下式将操作条件下的风压Hˊ换算为实验条件下的风压H，然后以H的数值来选用风TTT机。 ,,,1.2HHH,, (1-30) ,,TTT,, 3式中 ρ——操作条件下气体的密度，kg,m ; 2 H——操作条件下气体的风压，N,m。 T (2)根据所输送气体的性质(如清洁空气，易燃、易爆或腐蚀性气体以及含尘气体等)与风压范围，确定风机类型。若输送的是清洁空气，或与空气性质相近的气体，可选用一般类型的离心通风机。 (3)根据实际风量Q(以风机进口状态计)与实验条件下的风压H，从风机样本或产品目T 录中的特性曲线或性能表选择合适的机号，选择的原则与离心泵相同，不再详述。 (4)计算轴功率。风机的轴功率与被输送气体的密度有关，风机性能表上所列出的轴功 3率均为实验条件下即空气的密度为1.2kg,m时的数值，若所输送的气体密度与此不同，可按下式进行换算，即 ,,P',P (1-31) 1.2 式中 Pˊ——气体密度为ρˊ时的轴功率，kW; 3 P——气体密度为1.2kg,m时的轴功率，kW。 二、离心式压缩机 1(离心压缩机的工作原理、主要构造和型号 48 离心压缩机又称透平压缩机，其结构、工作原理与离心通风机鼓风机相似，但由于单级压缩机不可能产生很高的风压，故离心压缩机都是多级的，叶轮的级数多，通常10级以上。叶轮转速高，一般在5000r/min以上。因此可以产生很高的出口压强。由于气体的体积变化较大，温度升高也较显著，故离心压缩机常分成几段，每段包括若干级，叶轮直径逐段缩小，叶轮宽度也逐级有所缩小。段与段间设有中间冷却器将气体冷却，避免气体终温过高。如图1-37所示。 离心压缩机的主要优点:体积小，重量轻，运转平稳，排气量大而均匀，占地面积小，操作可靠，调节性能好，备件需要量少，维修方便，压缩绝对无油，非常适宜处理那些不宜与油接触的气体。 主要缺点:当实际流量偏离设计点时效率下降，制造精度要求高，不易加工。 近年来在化工生产中，除了要求终压特别高的情况外，离心压缩机的应用已日趋广泛。 国产离心压缩机的型号代号的编制方法有许多种。有一种与离心鼓风机型号的编制方法 3相似，例如，DA35-61型离心压缩机为单侧吸入，流量为350m,min，有6级叶轮，第一次设计的产品。另一种型号代号编制法，以所压缩的气体名称的头一个拼音字母来命名。例如， 3LTl85—13—1，为石油裂解气离心压缩机。流量为185m,min，有13级叶轮，第1次设计的产品。离心压缩机作为冷冻机使用时，型号代号表示出其冷冻能力。还有其他的型号代号编制法，可参看其使用说明书。 图1-37 离心式压缩机典型结构图 49 1-吸入室;2-叶轮;3-扩压器;4--弯道;5-回流器; 6-蜗室;7，8-轴端密封;9-隔板密封;10-轮改密封;11-平衡盘 2、离心压缩机的性能曲线与调节 离心压缩机的性能曲线与离心泵的特性曲线相 似，是由实验测得。图1-38为典型的离心压缩机性 能曲线，它与离心泵的特性曲线很相像，但其最小 流量Q不等于零，而等于某一定值。离心压缩机也 有一个设计点，实际流量等于设计流量时，效率η 最高;流量与设计流量偏离越大，则效率越低;一 图1-38 离心压缩机性能 般流量越大，压缩比ε越小，即进气压强一定时流 量越大出口压强越小。 当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时，离心压缩机就会出现一种不稳定工作状态，称为喘振。喘振现象开始时，由于压缩机的出口压强突然下降，不能送气，出口管内压强较高的气体就会倒流入压缩机。发生气体倒流后，使压缩机内的气量增大，至气量超过最小流量时，压缩机又按性能曲线所示的规律正常工作，重新把倒流进来的气体压送出去。压缩机恢复送气后，机内气量减少，至气量小于最小流量时，压强又突然下降，压缩机出口处压强较高的气体又重新倒流入压缩机内，重复出现上述的现象。这样，周而复始地进行气体的倒流与排出。在这个过程中，压缩机和排气管系统产生一种低频率高振幅的压强脉动，使叶轮的应力增加，噪声加重，整个机器强烈振动，无法工作。由于离心压缩机有可能发生喘振现象，它的流量操作范围受到相当严格的限制，不能小于稳定工作范围的最小流量。一般最小流量为设计流量的70,,85,。压缩机的最小流量随叶轮的转速的减小而降低，也随气体进口压强的降低而降低。 离心压缩机的调节方法有: ?调整出口阀的开度。方法很简便，但使压缩比增大，消耗较多的额外功率，不经济。 ?调整入口阀的开度。方法很简便，实质上是保持压缩比降低出口压强，消耗额外功率较上述方法少，使最小流量降低，稳定工作范围增大。这是常用的调节方法。 ?改变叶轮的转速。最经济的方法。有调速装置或用蒸汽机为动力时应用方便。 3(离心式压缩机的操作 50 (1)开车前的准备工作 ?检查电器开关、声光信号、联锁装置、轴位计、防喘装置、安全阀以及报警装置等是否灵敏、准确、可靠。 ?检查油箱内有无积水和杂质，油位不低于油箱高度的2,3;油泵和过滤器是否正常;油路系统阀门开关是否灵活好用。 ?检查冷却水系统是否畅通，有无渗漏现象。 ?检查进气系统有无堵塞现象和积水存液，排气系统阀门、安全阀止回阀是否动作灵敏可靠。 (2)运行 ?启动主机前，先开油泵使各润滑部位充分有油，检查油压、油量是否正常;检查轴位计是否处于零位和进出阀门是否打开。 ?启动后空车运行15分钟以上，未发现异常，逐渐关闭放空阀进行升压，同时打开送气阀门向外送气。 ?经常注意气体压强、轴承温度、蒸气压强或电流大小、气体流量、主机转速等，发现问题及时调整。 ?经常检查压缩机运行声音和振动情况，有异常及时处理。 ?经常查看和调节各段的排气温度和压强，防止过高或过低。 ?严防压缩机抽空和倒转现象发生，以免损坏设备。 (3)停车 停车时要同时关闭进排气阀门。先停主机，油泵和冷却水，如果汽缸和转子温度高时，应每隔15分钟将转子转180º，直到温度降至30?为止，以防转子弯曲。 (4)遇到下列情况时，应作紧急停车处理: ?断电、断油、断蒸气时; ?油压迅速下降，超过规定极限而联锁装置不工作时; ?轴承温度超过报警值仍继续上升时; ?电机冒烟有火花时; ?轴位计指示超过指标，保安装置不工作时; ?压缩机发生剧烈振动或异常声响时。 51 技能训练四 离心式压缩机操作仿真训练 ?训练目标 1(了解离心式压缩机的结构与特性，学会离心式压缩机的操作。 2(掌握离心式压缩机的流量调节的方法。 3(掌握离心泵操作中故障的分析、判断及排除。 ?训练准备 1(了解离心式压缩机的结构与特性及基本原理。 2(工艺流程说明 如图1-39所示，在生产过程中产生的压力为1.2,1.6at(绝)，温度为30?左右的低压甲烷经VD01阀进入甲烷贮罐FA311，罐内压力控制在300mmHO。甲烷从贮罐FA311出来，进2 入压缩机GB301，经过压缩机压缩，出口排出压力为4.03at(绝)，温度为160?的中压甲烷，然后经过手动控制阀VD06进入燃料系统。 该流程为了防止压缩机发生喘振，设计了由压缩机出口至贮罐FA311的返回管路，即由压缩机出口经过换热器EA305和PV304B阀到贮罐的管线。返回的甲烷经冷却器EA305冷却。另外贮罐FA311有一超压保护控制器PIC303,当FA311中压力超高时，低压甲烷可以经PIC303控制放火炬，使罐中压力降低。压缩机GB301由蒸汽透平GT301同轴驱动，蒸汽透平的供汽为压力15at(绝)的来自管网的中压蒸汽，排汽为压力3at(绝)的降压蒸汽，进入低压蒸汽管网。 流程中共有两套自动控制系统:PIC303为FA311超压保护控制器，当贮罐FA311中压力过高时，自动打开放火炬阀。PRC304为压力分程控制系统，当此调节器输出在50,,100,范围内时，输出信号送给蒸汽透平GT301的调速系统，即PV304A，用来控制中压蒸汽的进汽量，使压缩机的转速在3350,4704rpm之间变化，此时PV304B阀全关。当此调节器输出在0,到50,范围内时，PV304B阀的开度对应在100,至0,范围内变化。透平在起始升速阶段由手动控制器HC311手动控制升速,当转速大于3450rpm时可由切换开关切换到PIC304控制。 52 图1-39 离心压缩机仿真工艺流程图 ?训练步骤(要领) 1(开车 ? 开车前准备工作 (2)油路开车;(3)盘车;(4)暖机;(5)冷却水投用。 (1)启动公用工程; ? 罐FA311充低压甲烷 (1)打开PIC303调节阀放火炬，开度为50%; (2)打开FA311入口阀VD11开度为50%、微开VD01; (3)打开PV304B阀，缓慢向系统充压，调整FA311顶部安全阀VD03和VD01，使系统压 力维持300~500mmHO; 2 (4)调节PIC303阀门开度，使压力维持在0.1atm。 ? 透平单级压缩机开车 (1)手动升速; (2) 跳闸实验(视具体情况决定此操作的进行); (3) 重新手动升速; 53 (4)启动调速系统; (5) 调节操作参数至正常值。 2(压缩机防喘振操作 (1)启动调速系统后，必须缓慢开启PV304A阀，此过程中可适当打开出口安全阀旁路阀调节出口压力，以防喘振发生; (2)当有甲烷进入燃料系统时，应关闭PIC303阀; (3)当压缩机转速达全速时，应关闭出口安全旁路阀。 3(停车操作 ? 正常停车过程 (1) 停调速系统;(2)手动降速;(3)停FA311进料 ? 紧急停车 (1) 按动紧急停车按钮; (2) 确认PV304B阀及PIC303置于打开状态; (3) 关闭透平蒸汽入口阀及出口阀; (4) 甲烷气由PIC303排放火炬; (5) 其余同正常停车。 4(事故设置(见表1-17) 表1-17 事故处理 事故名称 主要现象 处理方法 入口压力过高 FA311罐中压力上升 手动适当打开PV303的放火炬阀 出口压力过高 压缩机出口压力上升 开大去燃料系统阀VD06 入口管道破裂 贮罐FA311中压力下降 开大FA311入口阀VD01、VD11 出口管道破裂 压缩机出口压力下降 紧急停车 入口温度过高 TI301及TI302指示值上升 紧急停车 ?思考与分析 1(什麽是喘振,如何防止喘振, 2(在手动调速状态，为什麽防喘振线上的防喘振阀PV304B全开，可以防止喘振, 3(结合柏努利方程，说明压缩机如何做功，进行动能、压力、温度之间的转换。 4(根据本单元，理解盘车、手动升速、自动升速的概念。 5(离心式压缩机的优点是什么, 54 本章小结 管路的分类 流体输送管路 管路的基本构成 连续性方程 柏努利方程 流体流动的基础知识 流体的流动形态 流体在管内的流动阻力 流 体 管子的选用 输 管路的布置与安装原则 管子的选用与管路安装 送 管路的拆装训练 技 离心泵的机构类型 术 离心泵的工作原理 离心泵的主要性能参数和特性曲线 离心泵的选用 液体输送机械 各种类型泵的比较 离心泵的操作 操作与训练 离心式通风机 气体输送机械 离心式压缩机 操作与训练 复习与思考 1(何谓绝对压力、表压和真空度,进行压力计算时应注意的问题是什么, 2(什么是流体的粘性,如何度量, 3(什么是稳定流动系统和不稳定流动系统,试举例说明。 4(应用柏努利方程式时，应注意哪些问题,如何选取基准面和截面, 5(已知水在水平管路中流动由A?B，问A、B两截面上 ppAB?和哪个大,为什么, ,g,g ?体积流量q、q哪个大,为什么, VAVB ?u、u哪个大,为什么, AB 6(流体的流动类型有哪几种,如何判断,什么是层流内层,层流内层的厚度与什么因素有 关, 7(产生流动阻力的原因是什么,流动阻力有哪几部分构成, 55 8(在圆、直管内作层流流动的流体，若管径减小一倍，问流速、雷诺准数、压力降如何变化, 9(减少流动阻力的途径是什么, 10(为什么流体在管内要选择适宜的流速,如何选择, 11(试述管路的布置与安装原则。 12(离心泵的主要结构部件，工作原理。 13(什么叫气蚀现象?气蚀现象有什么破坏作用? 如何防止气蚀现象的发生? 14(离心泵流量调节的方法，用出口阀口调节流量的基本原理及优点。 15(什麽是离心式压缩机的喘振,如何防止喘振, 16(一台离心泵在正常运行一段时间后，流量开始下降，可能会有哪些原因导致, 计算题 331. 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m与998kg/m，试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液的密度为若干。 2(当大气压是760mmHg，问位于水面下20m深处的绝对压力是多少pa, 3. 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d=10cm，细管内径d=5cm，12,33当流量为4×10m/s时，求粗管内和细管内水的流速, 4(用内径是100mm的钢管从江中取水，用泵送入蓄水池。水由池底进入，池中水面高出江面30m，水在管内的流速是1.5m/s，管路的压头损失为1.72m。如泵的轴功率为5kw，求泵的效率是多少, 5(水经过内径为200mm的管子由水塔内流向各用户。水塔内的水面高于排出管端25m，且维持水塔中水位不变。设管路全部能量损失为24.5mHO，试求管路中水的体积流量为多少23m/h, -336(粘度8×10Pa. S，密度为850kg/m 的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1m/s ，试计算雷诺准数Re ，并指明属于何种流型。 7(水在φ38×1.5mm的水平钢管内流过，温度是293K，流速是2.5m/s，管长是100m。取管壁绝对粗糙度ε=0.3mm，试求直管阻力为多少。 题9图 338(如图所示为冷冻盐水循环系统示意图。盐水的密度为1100kg/m,循环量为36m/hr。自A处到B处的总阻力损失为98.1J/kg,从B到A为49J/kg,且管径不变。求:(1)泵的有效功率 22Ne;(2)若A处的压强表读数为2.5kg/cm,求B处的压强表读数为多少kg/cm, 39(某离心泵以71m,h的送液量输送密度为850kg,m。的溶液，在压出管路上压力表读数为3.2at，吸入管路上真空表读数为220mmHg，两表之间的垂直距离为O(4m，泵的进出口管径相等。两测压口间管路的流动阻力可忽略不计，如泵的效率为60,，求该泵的轴功 56 率。 10(用内径100mm的钢管从江中取水，送入蓄水池。池中水面高出江面30m，管路的长度(包括管件的当量长度)为60m。水在管内的流速为1.5m/s。今仓库里有下列四种规格的离心泵，试从中选一台合用的泵。已知管路的摩擦系数为0.028。 泵 ? ? ? ? 流量 Q L/s 17 16 15 12 扬程 H mHO 42 38 35 32 2 o11(某车间丁烷贮槽内贮存温度为30C的丁烷溶液，贮槽液面压强为3.2atm(绝)，槽内 o最低液面高度在泵进口管中心线以下2.4m。已知30C时丁烷的饱和蒸汽压为3.1atm，相对密度为0.58，泵吸入管路的压头损失为1.6m，泵的汽蚀余量为3.2m。试问该泵的安装高度能否保证正常操作, 本章主要符号 2A —— 流通截面积，m; T—— 绝对温度，K; d、D —— 直径，m; u —— 流体的流速，m/s; h —— 高度，m; ——流动截面上的最大流速，m/s; umax3h—— 直管阻力，J/kg; q——体积流量，m/s; f v q——质量流量，kg/s; m'—— 局部阻力，J/kg; hfWe—— 外加功，J/kg; z ——高度，距离，m。 ,h—— 总能量损失，J/kg; f3ρ—— 流体的密度，kg/m; He—— 输送设备对流体所提供的有效w—— 混合物中各组分的质量分数; i2压头，m; ν—— 运动粘度，m/s; μ—— 动力粘度，Pa?s; H——压头损失，m; fε——绝对粗糙度，m; l —— 直管的长度，m; , ——局部阻力系数，无单位 l—— 管件及阀门等局部的当量长度，eλ—— 摩擦系数，无单位; m; η—— 效率; m —— 流体的质量，kg; Hg——离心泵的允许安装高度，m M —— 流体的千摩尔质量，kg/kmol; H——离心通风机的动风压，m K M —— 混合流体的平均千摩尔质量，Hp——离心通风机的静风压，m m kg/kmol; H——离心通风机的全风压，m T P —— 输送机械的有效功率，W; n——离心泵叶轮的转速，r/min e p —— 流体的压力，Pa; Δh——离心泵的允许气蚀余量,m R —— 通用气体常数，8.314kJ/kmol?K; P——液体的饱和蒸气压,Pa v3Re——雷诺准数，无单位; Q——泵或风机的流量,m/s t ——摄氏温度，?; 57