第二章-流体输送设备

制作者：黄德春1第二章流体输送设备《化工原理》课件——第二章流体输送设备1.本章学习的目的通过学习，了解制药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。2.本章重点掌握的内容离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型。制作者：黄德春2概述《化工原理》课件——第二章流体输送设备低压高压低处高处近处远处流体物性不同操作条件各异对于这些情况，都必须通过向流体提供机械能的方法来实现。向流体提供机械能的设备称为流体输送机械。生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：制作者：黄德春3概述《化工原理》课件——第二章流体输送设备流体输送设备分类：输送液体—泵(pumps)输送气体—通风机、鼓风机、压缩机及真空泵按流体类型按工作原理动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。包括离心式、轴流式输送机械容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量。包括往复式、旋转式输送机械流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵制作者：黄德春4第一节离心泵一、基本结构及工作原理《化工原理》课件——第二章流体输送设备离心泵(centrifugalpump)制作者：黄德春5第一节离心泵一、基本结构及工作原理《化工原理》课件——第二章流体输送设备1.基本结构固定的泵壳（Volute）旋转的叶轮(impeller)制作者：黄德春6第一节离心泵一、基本结构及工作原理《化工原理》课件——第二章流体输送设备2、离心泵的工作原理制作者：黄德春7第一节离心泵一、基本结构及工作原理《化工原理》课件——第二章流体输送设备3.离心泵的工作过程叶轮中部低压液体吸入灌泵叶轮高速旋转离心作用静压能和动能叶轮外缘流道扩大动能静压能液体排出排液过程吸液过程泵壳制作者：黄德春8第一节离心泵一、基本结构及工作原理《化工原理》课件——第二章流体输送设备制作者：黄德春9《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵一、基本结构及工作原理4.气缚现象：启动时泵内需灌满液体气缚现象不能启动无自吸液能力离心作用小若泵内存留空气装设底阀(单向阀)(止逆阀)制作者：黄德春10《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵二、主要部件制作者：黄德春11《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵二、主要部件1.叶轮٭作用٭结构——前弯叶片、后弯叶片、径向叶片٭类型——开式、半闭式和闭式单吸式和双吸式٭吸入方式————传递能量制作者：黄德春12返回制作者：黄德春13《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵二、主要部件双吸式：①吸液量大②无轴向推力双吸单吸制作者：黄德春142、泵壳——汇集液体，转能装置《化工原理》课件——第二章流体输送设备4、轴封：٭作用—防止漏液٭类型—软填料或机械(高)密封3、导轮：未装导轮装导轮第一节离心泵二、主要部件制作者：黄德春15《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备1.性能参数第一节离心泵三、性能参数及特性曲线2B31型离心泵铭牌上标注的参数型号2B31流量20m3/h扬程30.8m允许吸上真空度7.2m转速2900r/min效率64％轴功率2.6kW重量363N(1)流量(Q):单位时间由泵排到管路的液体体积，m3/s。常用单位为L/s或m3/hQ与泵的结构、尺寸、转速等有关，实际流量还与管路特性有关。制作者：黄德春16《化工原理》课件——第二章流体输送设备(2)扬程或压头(H):供给1N液体的有效机械能，m第一节离心泵三、性能参数及特性曲线H与泵的结构、转速和流量有关扬程与升扬高度的区别：212222211122fHgugPZHgugPZ21212212122fHguugPPZZH升扬高度制作者：黄德春17《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备(4)轴功率(N):泵轴所需的功率，W(3)有效功率(Ne):液体由泵获得的能量，WHgQρWeWNse第一节离心泵三、性能参数及特性曲线eNNNNe制作者：黄德春18《化工原理》课件——第一章流体流能量损失：《化工原理》课件——第二章流体输送设备٭容积损失漏液；٭机械损失机械摩擦；٭水力损失液体摩擦及局部阻力；(5)效率(η):无因次,%100NNekW102HQWHgQNNe　第一节离心泵三、性能参数及特性曲线小型泵的效率一般为50-70％，大型泵的效率可达90％左右制作者：黄德春19《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备2.特性曲线——实验测定第一节离心泵三、性能参数及特性曲线泵性能实验装置示意图制作者：黄德春20《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵三、性能参数及特性曲线流量Q——流量计扬程H212222211122fHgugpZHgugpZguugppZZH2)(21221212)(已知、dQ由计算由真空表、压力表读取可测量制作者：黄德春21《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵三、性能参数及特性曲线轴功率N——马达天平效率(η):无因次,%100NQgHNNe制作者：黄德春22《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备(1)H~Q线:Q↑,H↓讨论：(3)η~Q线:Q↑,η先↑后↓(2)N~Q线:Q↑,N↑Q=0→N=NminQ=0→H定值η最高点设计点第一节离心泵三、性能参数及特性曲线制作者：黄德春23《化工原理》课件——第一章流体流动例：吸入管内径100mm,排出管内径80mm,两测压口间垂直距离为0.5m。转速2900r/min,以20oC清水为介质测得流量为15L/s;泵出口表压为2.55105Pa,入口真空度为2.67104Pa;电动机输入功率6.2kW,泵由电动机直接带动,电动机效率93%。求泵的压头,轴功率和效率。《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵三、性能参数及特性曲线解：21,2222211122fHgugpZHgugpZ(1)求H制作者：黄德春24《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备021,fH第一节离心泵三、性能参数及特性曲线2114dQum/s98.2π4222dQu∵Z2-Z1=0.5m,d1=0.1m，d2=0.08m，21212212122fHguugppZZHp2=2.55105Pa(表),m/s91.11.014.31015423p1=-2.67104Pa(表)，制作者：黄德春25《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备(2)求NN=N输入电机传(3)求ηNgQH第一节离心泵三、性能参数及特性曲线m5.2981.9291.198.281.910001067.21055.25.02245　H=6.20.93100%=5.77kW%2.75100077.581.910005.2910153制作者：黄德春26《化工原理》课件——第二章流体输送设备影响因素流量(Q)扬程(H)效率(η)轴功率(N)↓↓↑↓2121nnQQ2121NN22121)(nnHH32121nnNN2121DDQQ22121DDHH32121DDNN第一节离心泵四、特性曲线的改变和换算↑物性密度粘度泵转速Δ20%叶轮直径Δ20%制作者：黄德春27《化工原理》课件——第一章流体流动《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵五、气蚀现象与允许吸上高度操作温度下,液体的饱和蒸汽压vkpp当气化气泡叶轮中部(低压区)叶轮外缘(高压区)气泡破裂冲击叶轮泵损害1.离心泵的气蚀现象制作者：黄德春280-0~1-1，B.E.fgHgugpHgp22110Hg，则p1当p1pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结局部真空压力升高周围液体高速冲向汽泡中心撞击叶片(水锤)伴随现象①泵体振动并发出噪音②H,Q,严重时不送液；③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片制作者：黄德春29安装高度，汽蚀问题：如何确定Hg的上限——允许安装高度（1）三个基本概念：2．汽蚀余量与允许安装高度①(有效)汽蚀余量ha:泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)gpgugphva2211(NPSH)(NetPositiveSuctionHead)制作者：黄德春30制作者：黄德春31当泵刚发生汽蚀时，pk等于所输送液体该处的饱和蒸气压pv，ha的物理意义：ha，p1汽蚀P1/ρg+u12/2g=Pk/ρg+uk2/2g+∑Hf(1-k)P1/ρg+u12/2g=Pv/ρg+uk2/2g+∑Hf(1-k)制作者：黄德春32②临界汽蚀余量hr:——发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量汽蚀时，1处：动压头+静压头=min2112gugpgpgugphvrmin2112——用实验测定③必需汽蚀余量h比最小汽蚀余量大0.3~0.5米3.0rhh(NPSH)c(NPSH)r=uk2/2g+∑Hf(1-k)制作者：黄德春33正常运转的泵3.0rahhh（2）由h计算允许安装高度Hgmaxmax002110211022gfvfvafvvfgHHgphgpHgphgpHgpgpgugpgpHgugpgpH制作者：黄德春34制作者：黄德春35（3）允许汽蚀余量的校正h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书3．讨论（1）汽蚀现象产生的原因：①安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路阻力或压头损失太高。（2）计算出的Hgmax0,低于贮槽液面安装制作者：黄德春36（3）Hgmax大小~Q。Q，则Hgmax，保险。（4）安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。(5)历史上允许吸上真空度允许汽蚀余量Hgmax用可能的最大Q计算Hgmax制作者：黄德春37《化工原理》课件——第二章流体输送设备例：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内液面恒定,其上方绝压为6.65kgf/cm2。泵在贮罐液面下1.5m处,吸入管路的压头损失为l.6m。异丁烷在输送条件下密度为530kg/m3,饱和蒸气压为6.5kgf/cm2。已知输送流量下泵的允许气蚀余量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。解：10,fvgHhgpgpH贮槽mHg27.26.15.381.95301081.9)5.665.6(4不能正常操作第一节离心泵五、气蚀现象与允许吸上高度制作者：黄德春38《化工原理》课件——第二章流体输送设备1.管路特性曲线第一节离心泵六、离心泵的工作点及流量调节21,22feHgugpZH21,2222211122feHugpZHugpZK021,feHKH11'22'制作者：黄德春39《化工原理》课件——第二章流体输送设备第一节离心泵六、离心泵的工作点及流量调节2eeBQKH(管路特性方程)gudllHecef2221,22d421gdllBece11'22'22421dQgdlle