第二章流体输送机械-1-杜可杰

版权所有第二章流体输送机械授课人：杜可杰为流体提供能量的机械称为流体输送机械。生产加工中，常常需要将流体从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。第二章流体输送机械2.0概述2.1离心泵2.2其它类型化工用泵2.3气体输送机械工作介质：液体——泵气体——风机压缩机真空泵概述泵的分类工作原理分类：叶片式泵有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。往复泵靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。旋转式泵靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。概述本章要求：了解化工中常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并使之在高效率下可靠运行。重点：离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型。概述第二章流体输送机械2.1概述2.2离心泵一、离心泵的结构第一节离心泵1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴；4-吸入管；5-底阀；6-压出管离心泵装置简图离心泵离心泵在化工生产中应用最为广泛，这是由于其具有性能适用范围广（包括流量、压头及对介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、流量均匀、故障少、寿命长、购置费和操作费均较低等突出优点。（一）结构和主要部件转动部分泵轴叶轮固定部分泵壳，导轮轴承，密封装置分类：敞式叶轮半蔽式叶轮蔽式叶轮（1）叶轮通常由3-12片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并放在泵壳内；是离心泵的关键部件。作用：将原动机的能量传给液体，使液体静压能及动能都有所提高——给能装置（一）结构和主要部件开式半开（闭）式闭式（一）结构和主要部件制造简单清洗方便效率低含较多固体的悬浮液或输送浆状、糊状液体构造简单吸液口一侧无盖板，效率也较低含固体颗粒和杂质的液体动摩擦阻力小、结构较复杂，造价较高；效率较高始于高扬程、洁净的液体输送，一般离心泵多采用这种叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种：（一）结构和主要部件单吸式：结构简单，双吸式：结构复杂，吸液能力强，基本消除轴向推力。（2）泵壳作用：汇集叶轮甩出的液体；实现动能到静压能的转换——转能装置；减少能量损失。导轮：减少液体进入蜗壳的碰撞（3）轴封装置作用：防止高压液体沿轴漏出；防止外界气体进入泵壳内。（一）结构和主要部件轴封装置填料密封机械密封填料密封：又称填料函，或者盘根箱填料套填料环填料填料压盖双头螺栓螺母特点：简单易行，但维修工作量大，容易泄漏；不适用于易燃，易爆，有毒或者贵重液体的输送。（一）结构和主要部件（一）结构和主要部件机械密封：又称端面密封动环静环特点：结构复杂，精度要求高，价格贵，装卸和更换零件不便；但密封性能好，寿命长，功率消耗小，安全性好。弹簧平衡孔：减小叶轮两侧的压力差，防止叶轮受到指向吸入侧的轴向推力平衡管：泵壳上的接管通到泵的吸入口；（一）结构和主要部件轴向推力平衡装置充液（灌泵）排液:出口切线方向吸液：叶轮中心（二）离心泵的工作原理液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入泵壳(沿叶片方向，u,P静)。由于涡流通道的截面逐渐增大，P动P静。液体以较高的压力排出泵体，流到所需的场地。由于液体被抛出，在泵的吸口处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为气缚现象。——表明离心泵无自吸能力加装止逆阀（二）离心泵的工作原理①流量qV单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或m3/h。以qV表示，离心泵的流量取决于泵的结构尺寸和转速。②压头或扬程H单位重量的液体经泵后所获得的能量，以H表示，单位为J/N或m液柱。泵的扬程又称压头。离心泵扬程的大小，取决于泵的结构、转速及流量，一般通过实验测定。三、离心泵的主要性能参数③功率与效率1）轴功率P:单位时间内所做的功。N•m/S或W。泵轴所需功率2）有效功率Pe:单位时间内液体从泵中叶轮所获得的有效能量。Pe=qvρgH3)效率η：三、离心泵的主要性能参数%100PPe9.81kW1000102VVeqHqHP或③泵内造成功率损失原因：容积损失（流量损失）：泵内有部分高压液体泄漏到低压区水力损失（摩擦损失）：流体流动产生摩擦，造成能量损失机械损失：泵轴与轴承之间的摩擦及泵轴密封处摩擦造成的功率损失一般，小型泵，效率为60~85%，大型泵效率可达90%。三、离心泵的主要性能参数在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。（一）离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线图上绘有三种曲线Ｈ－qv曲线P－qv曲线η－qv曲线H~qV、P~qV、~qV：厂家实验测定一定转速、常压、20℃清水（一）离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线离心泵特性曲线四、离心泵的特性曲线①H~qV曲线：较大范围内，qV不同型号的离心泵，Ｈ－qv曲线的形状有所不同。H四、离心泵的特性曲线①P－qv曲线：P－qv曲线表示泵的流量qv和轴功率P的关系，P随qv的增大而增大。显然，当qv=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。四、离心泵的特性曲线③~qv曲线：开始η随qv的增大而增大，达到最大值后，又随qv的增大而下降。离心泵在一定转速下有一最高效率点——离心泵的设计点离心泵铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下之值。离心泵的高效工作区：max%92四、离心泵的特性曲线（二）离心泵性能的改变与换算（1）密度的影响qV不变，H不变，η基本不变，P随ρ变化。（2）粘度的影响粘度增大，叶轮内流体流速降低，流量减小流体经过泵内摩擦损失增大，扬程降低摩擦引起能量损失增加，所需轴功率增大四、离心泵的特性曲线VqHgP（3）离心泵转速的影响泵的特性曲线是在一定转速下测定的。当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变，有：23222222111111()()VVqnHnPnqnHnPn——比例定律四、离心泵的特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路的特性（指流量、管径、管长和管件、端点条件等)有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。所以，讨论泵的工作情况之前,应了解泵所在的管路状况。（一）管路特性曲线在截面1-1´与2-2´间列柏努利方程，有：22fpuHzHgg特定的管路系统：一定p、z、、dlle一定操作条件一定：022gu其中：五、离心泵的工作点与流量调节212222121122feHgugpZHgpguZ258ellkgd令0pHzg令22222512248eeVfeVllllquHdgdgdllqgd而认为流体流动进入阻力平方区，变化较小。为一常数亦为一常数五、离心泵的工作点与流量调节0fHHH则20VHHkq——管路特性方程管路特性曲线HqVgpz管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求泵特性曲线工作点五、离心泵的工作点与流量调节（二）工作点当安装在一定管路系统中的离心泵工作时，泵输出的流量即为管路的流量，泵提供的扬程即为管路所要求的压头。工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。解析法：管路特性方程泵特性方程()VHfq()VHq五、离心泵的工作点与流量调节（三）流量调节1)改变管路特性：调出口阀门；2)改变泵特性：调转速。五、离心泵的工作点与流量调节qVqVM2qVMqVM1M1M2MH(1)改变出口阀门开度适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。关小出口阀leqV,H管特线变陡工作点左上移特点：方便、快捷，流量连续变化；阀门消耗阻力，不经济。五、离心泵的工作点与流量调节(2)改变泵的转速qVM1qVMqVqVM2(D1DD2)n1nn2n2(D2)n(D)n1(D1)M2MM1H适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。n泵H～qV曲线上移工作点右上移，H，qV特点：泵在高效率下工作，无因节流引起的附加能量损失能量利用经济;需变速装置或切削叶轮。五、离心泵的工作点与流量调节（3）离心泵的组合操作①并联操作五、离心泵的工作点与流量调节目的：满足流量需求较大或短时间需要增加流量的要求。（3）离心泵的组合操作qV并2qV单H并H单五、离心泵的工作点与流量调节1)工作点：并联后工作点为B，其中每台工作点为A’；单台泵工作时工作点为A；2)效率：并联时η～Q曲线不变；总效率与每台泵的效率相同，即工作点A’对应的效率；而单台能操作时，其效率为A点所对应的效率；3)两台泵并联操作时，总输液量大于每台泵单独操作时的输液量Q，但小于Q的两倍；H并H单HqV单qV并qVBAA’（3）离心泵的组合操作qV并2qV单H并H单五、离心泵的工作点与流量调节4)特性曲线较陡(即阻力损失较大)的管路，离心泵并联操作时的流量增加率较小。5)并联操作多用于特性曲线较平坦的管路，其流量增加率较大。6)联泵数越多，流量增加率越低,并联操作效率不能太低，否则并联操作就很不经济。H并H单HqV单qV并qVBAA’②串联操作五、离心泵的工作点与流量调节目的：增大压头②串联操作H单H串HqV单qV串qVBA两台泵串联操作时，压头较单泵操作时的压头高，但不是增加一倍；总输出量较单泵操作时的流量大些。特性曲线较陡的管路，采用串联操作时压头的增加率较大五、离心泵的工作点与流量调节③组合方式的选择HqV22’1’1并联串联低阻高阻低阻时，并联优于串联；高阻时，串联优于并联。)(gpz则只能采用串联操作；-多级泵如果单台泵所提供的最大压头小于管路两端的五、离心泵的工作点与流量调节多级离心泵动画-3（一）汽蚀现象11’00’离心泵的安装高度Hg六、离心泵的汽蚀现象与安装高度由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的。研究表明，叶轮吸入口处内缘处是泵内压强最低点。（一）汽蚀现象11’00’离心泵的安装高度Hg六、离心泵的汽蚀现象与安装高度当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的气泡被液流带入叶轮内，到达压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230℃以上。在数秒钟内就可以使叶轮表面出现斑点或裂纹。使泵结构本身产生机械破坏。六、离心泵的汽蚀现象与安装高度症状：噪声大、泵体振动；流量、压头、效率都明显下降；严重时使泵抽空。后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。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pv。六、离心泵的汽蚀现象与安装高度为了使离心泵能正常运转，应避免产生气蚀现象，这就要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某一值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸气压作为最低压强。应予指出，在实际操作中，不易确定泵内最低压强的位置，而往往以实际泵入口处的压强考虑一安全量后作为叶片入口处允许的最低压强。一般以气蚀余量对泵的安装高度Hg加以限制（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量212Vappuhg1gg有效汽蚀余量液体经吸入管到达泵入口处所具有的的压头与液体在工作温度下的饱和蒸汽压头之差六、离心泵的汽蚀现