化工原理-流体输送机械

第二章流体输送机械流体输送机械在化工生产中的应用①为流体提供动力，以满足输送要求；②为工艺过程创造必要的压强条件；流体输送机械的分类流体输送机械按工作原理分类：离心式（叶轮式）借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。往复式单级往复泵的工作原理.avi旋转式齿轮泵流体动力作用式依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵根据流体状态的不同分成：输送液体用的通称泵:离心泵：往复泵：旋转泵：流体作用泵输送气体用的压缩机（或风机）按用途分：清水泵，泥浆泵，油泵，耐腐蚀泵第一节液体输送机械——离心泵离心泵的主要部件离心泵的工作原理离心泵的性能参数离心泵的特性曲线影响离心泵性能的因素和性能换算离心泵的气蚀现象与安装高度离心泵的工作点与流量调节离心泵的类型与选择（一）离心泵的主要部件包括叶轮和泵轴的旋转部件由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件B型离心泵分解动画.avi离心泵由两个主要部分构成：（二）离心泵的工作原理液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。①原动机——轴——叶轮，旋转离心力叶片间液体中心外围——液体被做功动能高速离开叶轮②泵壳：液体的汇集与能量的转换（动静）③吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成p泵内有气，则泵入口压力液体不能吸上——气缚故离心泵在启动前必须灌泵—液体高速离开④轴封的作用⑤平衡孔的作用——消除轴向推力离心泵启动前的注意事项三离心泵的性能参数1.流量（Q）:离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为L/s或m3/h；2.压头（H）：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为m；3.轴功率（P）：[指离心泵的泵轴所需的功率，单位为W或kW4.效率（）：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用效率来反映能量损失；5.转速和汽蚀余量四离心泵的特性曲线（一）特性曲线的通常，离心泵的特性曲线由制造厂附于泵的样本或#说明#中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。1.H-Qv曲线：表示泵的压头与流量的关系2.P-Qv曲线：表示泵的轴功率与流量的关系3.η-Qv曲线：表示泵的效率与流量的关系（二）影响离心泵性能的因素和性能换算1.液体物性的影响（a）密度的影响（b）黏度的影响2.离心泵转速的影响泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质做实验测定的。若所输送的液体性质与此相差较大时，泵的特性曲线将发生变化，应当重新进行换算。离心泵的压头、流量均与液体的密度无关(由离心泵的基本方程可看出),说明离心泵特性曲线中的H—qv曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即P—qv曲线要变，此时泵的轴功率可按式（2-3）重新计算。a.流体密度的影响b.黏度的影响液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，叶轮内黏度增加，流速降低，qv降低；H降低；P增加。转速变化特性曲线变化：在转速变化小于±20%范围内（效率近似不变）；对于同一型号泵；同一液体。转速的影响—比例定律（等效率定律）例：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试求泵的扬程和效率。（忽略阻力损失，忽略由于管径变化而引起的动能变化）解：以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程把数据代入，得在工作流量下泵的有效功率为泵效率为1.离心泵的气蚀现象2.离心泵的抗气蚀性能离心泵的气蚀余量3.离心泵的允许安装（吸上）高度五离心泵的气蚀现象与安装高度当泵叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体饱和蒸汽压时，部分液体将在该处汽化并产生的汽泡，被液流带入叶轮内压力较高处凝结或破裂。由于凝结点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。气蚀现象现象：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。严重时，泵不能正常工作防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。原因2、离心泵的气蚀余量在泵入口1-1ˊ和叶轮入口k-kˊ两截面间列柏努利方程式，可得为了避免发生气蚀现象，在离心泵的入口处液体的静压头p1/ρg与动压头u12/2g之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头pv/ρg某一数值，此数值即为离心泵的有效气蚀余量（NPSH)，即(用ha来表示）=ha离心泵的必需（临界）气蚀余量（NPSH)c（用hr来表示）变形可得为了安全起见，通常在hr上加一安全裕量0.3米作为允许汽蚀余量，可得避免发生汽蚀离心泵的允许安装高度Hg,泵入口允许的最小压强p1应满足此时安装高度为最大安装高度3、离心泵的允许安装（吸上）高度若储槽上方与大气相通，则p0即为大气压强pa，上式可表示为六、离心泵的工作点与流量调节管路特性曲线离心泵的流量调节表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系泵的特性曲线H-Q线与所在管路特性曲线He~Qe线的交点（M点)。离心泵的工作点离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。有二：1.改变阀门的开度即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大；2.改变泵的转速改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。1.管路特性曲线管路特性曲线表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。流体流过管路所需要的压头式中，令则——管路特性曲线管路特性曲线的特点①表示的是管路流动所需要的最小外加压头；②阻力平方区，与Q无关，此时管路特性系数B为常数；管路特性曲线为一过(0,h0)点的二次曲线；③高阻管路曲线陡(B大)；低阻管路曲线平缓(B小)。表示管路流量Q与所需外加压头he间的曲线关系，B值与A的单位有关；物理意义：对于曲线在纵轴上截距h0：2.离心泵的工作点——泵的特性曲线(H~Q)与管路特性曲线的交点离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为设计点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。设计点说明①工作点泵的特性与管路的特性工作点确定联解两特性方程作图，得两曲线交点②泵装于管路时：工作点~（H,Q)Q=泵供流量=管路流量H=泵供压头=流体得压头③工作点~（Q,H,N,）泵的实际工作状态，若该点在泵的高效区，则该工作点是适宜的（与泵的设计点有关）。3.离心泵的流量调节离心泵的工况调节有三种途径：1）改变离心泵的特性曲线；改变转速，切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联。2）改变管路的特性曲线；管路特性曲线的改变一般通过调节管路阀门的开度实现。3）同时改变离心泵和管路的特性曲线。改变阀门开度时流量变化改变泵的转速时流量变化3）、离心泵的并联与串联离心泵并联和串联，将组合安装的两台型号相同离心泵视为一个泵组，泵组的特性曲线或称合成特性曲线，据此确定泵组工作点。离心泵并联操作时，泵在同一压头下工作，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。据此，并联离心泵组的H-Q特性曲线。离心泵串联操作时，泵送流量相同，两台串联泵的扬程为该流量下单台泵的扬程两倍。离心泵串连工作时的合成特性曲线离心泵的并联离心泵的串联清水泵用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清水泵为单级单吸式，系列代号为“IS”，结构简图如图，若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh”。防腐蚀泵当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。油泵用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200℃以上的热油时，还需设冷却装置。杂质泵用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又可分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。七、离心泵的选用1、离心泵的类型2、确定输送系统的流量与压头液体的输送量一般为生产任务所规定，如果流量在一定范围内波动，选泵时应按最大流量考虑。根据输送系统管路的安排，用柏努力方程计算在最大流量下管路所需的压头。3、选择泵的类型与型号根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型后，再按已确定的流量Qe和压头He从泵的样本或产品中选出合适的型号。显然，选出的泵所提供的流量和压头不见得与管路要求的流量Qe和压头He完全相符，且考虑到操作条件的变化和备有一定的裕量，所选泵的流量和压头可稍大一点，但在该条件下对应泵的效率应比较高，即点（Qe、He）坐标位置应靠在泵的高效率范围所对应的H-Q曲线下方。型号选出后，应列出该泵的各种性能参数。4、核算泵的轴功率与安装高度离心泵的选择若输送液体的密度大于水的密度时，可按2-4式核算泵的轴功率。