化工原理-2章流体输送机械——总结

化工原理principlesofchemicalengineering第二章流体输送机械——总结延安大学化学与化工学院第二章流体输送机械第一节概述第二节离心泵第三节往复泵第四节其他化工用泵第五节气体输送机械第一节概述一、化工生产中为什么要流体输送机械？——为输送流体而提供能量的设备（1）管路特性曲线方程——描述管路中流量qv与所需补加能量H的关系式二、输送流体所需的能量——管路特性曲线方程2vPHKqg管路特性方程：管路需要补加的机械能与流量的关系。*流体输送机械的作用：对流体做功，使流体E↑。H—输送机械向单位重量流体提供的能量，称该机械的压头或扬程由图得：需向流体提供的能量高于提高流体势能和克服管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有关。1—低阻管路系统2—高阻管路系统2vPHKqg扬程－能量概念；非升举高度升举高度－泵将流体从低位升至高位时，两液面间的高度差。①扬程和升举高度是否相同？升举高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升举高度。Hh②扬程和升举高度关系？（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量液体输送机械：泵（Pumps），如离心泵、往复泵。气体输送机械：压缩机或风机（Compressorsandblowers）三、流体输送机械分类吸入口排出口轴封装置电动机第二节离心泵蜗壳离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械，使用占化工用泵的80%-90%。输送的工质范围很广，包括腐蚀性液体和含固体悬浮物的液体。其突出特点是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。泵轴吸入口蜗壳叶轮排出口灌满液体叶轮旋转离心力甩出液体蜗壳内进行能量的转换流体被压出叶轮中心形成真空在压力差的作用下流体被压入泵内2.2.1离心泵的工作原理气缚现象液体未灌满ρ气ρ液离心力甩不出气体叶轮中心的真空度不够吸不上液体泵无法正常工作离心泵在启动前必须灌泵。部件叶轮泵壳轴封装置导轮（1）离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳a、离心泵的叶轮图2-2离心泵的叶轮——将机械能直接传给液体，以提高液体的静压能与动能。单吸式双吸式图2-3离心泵的吸液方式吸液方式泵体也称为蜗壳，一般用铸铁制成，多作成蜗牛壳的形状。叶轮四周甩出的液体汇集到叶轮与蜗壳间的通道后，沿此通道螺旋式地转至排出口并排出泵外。泵壳内壁应光滑，以减少液体的摩擦损失。b、离心泵的蜗壳蜗壳的主要作用：②能量转换装置①汇集液体，并导出液体A↑p↑u↓c、轴封装置旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封。防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入。作用：填料密封机械密封d、离心泵的导轮导轮泵壳叶轮导轮的作用：减少液体进入窝壳时的碰撞，使高速液体流过时能均匀而缓慢地将动能转化为静压能,使能量损失降到最低程度后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高平衡孔F叶轮轴向力问题——闭式或半闭式叶轮→轴向推力→磨损如何解决？平衡孔平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。e、平衡孔泵内造成功率损失的原因：①阻力损失（水力损失）——产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。②流量损失（容积损失）——泵内有部分高压液体泄漏到低压区，使排出液体的流量小于流经叶轮的流量导致的损失。③机械损失——泵轴与轴承之间的摩擦，以及泵轴密封处的摩擦等造成的损失。2.2.2离心泵的特性曲线(1)离心泵的主要性能参数①(体积)流量qVm3/h，叶轮结构、尺寸和转速②扬程（压头）H1N流体通过泵获得的机械能。J/N,m与qV、叶轮结构、尺寸和n有关。③轴功率PaW，单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率PeW，单位时间液体获得的能量gHqPVe电机泵ηPPePeP④效率100%——容积损失，水力损失，机械损失⑤(叶轮)转速n1000~3000rpm；2900rpm常见%ppae100(2)离心泵的特性曲线H~qVPa~qV~qV厂家实验测定产品说明书测定条件：常压下、20C、清水离心泵特性曲线veqH~vq~n一定HPVqvaqP~（1）qv-He曲线：（2）qv-Pa曲线：当流量qV=0时，泵轴消耗的功率最小。因此离心泵启动时应关闭出口阀门，使启动功率最小，以保护电机。（3）qv-曲线：最高效率点称为离心泵的设计点。对应于该点的各性能参数qV、H和Pa称为最佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。①流体的性质：密度：,(Pa、Pe)（H，qV，）与无关；粘度：，（H，qV，）;Pa工作流体与20℃水差别大参数和曲线变化②转速——比例定律(3)离心泵性能的影响因素——n的改变：20%以内，比例定律适用。③叶轮直径——切割定律直径D在原有基础改变5%以内，适用。1、工作点离心泵在特定的管路系统中运转时所提供的压头和流量恰好等同于管路所需的压头和流量。如何理解？——理想工作点泵安装在特定的管路中，其特性曲线He-qv与管路特性曲线H-qv的交点P称为离心泵的工作点。泵特性曲线：管路特性曲线：2.2.3离心泵的流量调节和组合操作2、流量调节老式水龙头现代水龙头改变管路的特性曲线改变泵的特性曲线化工生产流量调节方式（1）改变管路特性曲线叶轮泵壳泵轴吸入口底阀滤网调节阀排出口吸入管排出管——调节泵出口管路上的阀门缺点：流体阻力加大，需额外消耗能量，不经济。改变管路特性曲线调节:优点：调节迅速方便，灵活，可连续调节。（2）改变泵特性曲线切削叶轮改变叶轮的转速——通过改变泵的转速或直径改变泵的性能。改变泵的转速:优点：流量随转速的下降而减小，动力消耗相应降低，较经济。缺点：需变速装置，或价格昂贵的变速电机，难以做到流量连续调节3、离心泵的并联两台型号相同的泵并联于管路系统中，且各自吸入管路相同，则:qv并=2qv单H并H单单台泵并联单级双吸泵HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作—需要大流量时，用并联两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。特点:H串=2H单qv串qv单单台泵串联多级离心泵HqVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作c’4、离心泵的串联—需要大扬程时，用串联安装高度:问题：液面到泵入口处的垂直距离(Hg)安装高度有无限制？——引出汽蚀概念：2.2.4离心泵的安装高度一、汽蚀现象当p1pv，叶轮中心汽化气泡随液体流向高压区周围液体高速冲向原气泡所占空间撞击叶片(水锤)伴随现象:①泵体振动并发出噪音；②泵的性能下降H,qv,严重时不送液；引起震动Pv——液体的饱和蒸气压使泵体和叶轮受到破坏汽蚀气泡凝结或破裂汽蚀现象叶片的处理斑痕和裂纹（1）汽蚀现象产生的原因：①安装高度太高③被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高②吸入管路阻力或压头损失太高p1p饱需要注意的是，不光是离心泵，任何泵都存在汽蚀的可能。讨论：①损坏泵的出叶轮泵壳等；②泵的性能下降（q、H、η均降低）；③泵体产生震动和噪音；④由于液体大量汽化而造成的严重汽蚀可能使泵吸液中断，造成其他生产事故。(2)汽蚀的危害(3)汽蚀的判断标志离心泵不存在其它故障的情况下，通常以泵的扬程较正常值下降3%作为判断离心泵汽蚀的标志。（4）如何防止汽蚀：①调整安装高度,泵在安装时。应选用管径较大的吸入管路，管路尽可能地短。③降低输送流体温度。②设法减小吸入管路的阻力。减少吸入管路的弯头、阀门等管件。令：(NPSH)c——离心泵的临界汽蚀余量。表示在泵内刚发生汽蚀的临界条件下，泵入口处机械能超出汽化点的势能的值为。NPSH----实际汽蚀余量但是，为使泵正常运转，p1必须高于p1,min，即2112vppuNPSHggg二、汽蚀余量(NPSH)r——离心泵必须汽蚀余量NPSH=(NPSH)r+0.5为确保离心泵工作正常，临界汽蚀余量需加上一定的安全量，即离心泵的必须汽蚀余量。(NPSH)r=(NPSH)c+安全量（0.3）标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。三、允许安装高度[Hg]最大允许安装高度为：一、离心泵的类型按叶轮数目分类:单级、多级；按吸液方式分类：单吸、双吸；按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵；1)清水泵---化工生产中最常用的泵型(IS型、D型、Sh型)IS型－单级、单吸；以IS100-80-125为例：IS—国际标准单级单吸清水离心泵；100—吸入管内径，mm；80—排出管内径,mm；125—叶轮直径,mm2.2.5离心泵的类型与选用图2-17IS型离心泵结构图1-泵体；2-叶轮螺母；3-止动垫圈；4-密封环；5-叶轮；6-泵盖；7-轴盖；8-填料环；9-填料；10-填料压盖；11-悬架轴承部分；12-泵轴D型－多级；Sh型－双吸2)耐腐蚀泵(F型)---输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体3)油泵(Y型)---油品易燃易爆，要求泵有良好密封性当输送200℃以上的热油时,还需有冷却装置,一般在热油泵的轴封装置和轴承处均装有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。4)液下泵(FY型)--泵体置于储槽液面以下液下泵1-安装平板；2-轴套管；3-泵体；4-压出导管（5）杂质泵（P型）----输送悬浮液及稠厚的浆液要求：不易被杂质堵塞、耐磨、容易拆洗（6）磁力泵（C型）---特别适用于输送易燃易爆液体永磁联轴驱动，无轴封，无漏液，运转时无摩擦，高效节能二、离心泵的选用（1）根据液体的性质和操作条件确定泵类型；（2）确定管路流量和所需外加压头确定泵的型号；qV生产任务，He管路的特性方程（3）校核。三、离心泵的安装与操作安装①安装高度应小于允许安装高度②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调节阀应装于出口管路。操作①启动前应灌泵，并排气②应在出口阀关闭的情况下启动泵③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮④经常检查轴封情况2.3往复泵2.3.1往复泵的作用原理和类型2.3.2往复泵的特性曲线与工作点往复泵活塞泵柱塞泵隔膜泵容积式泵，属正位移泵利用活塞的往复运动，将能量传递给液体以达到吸入和排出液体的目的。（1）作用原理如图所示为曲柄连杆机构带动的往复泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活门组成。活柱在外力推动下作往复运动，由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的。2.3.1往复泵的作用原理和类型工作原理：结构:往复泵的结构如图所示,其主要由泵缸、活塞、单向吸入阀、单向排出阀等组成。曲柄连杆机构将电机的回转运动活塞杆直线往复运动死点：活塞在泵缸内移动至左右两端的顶点冲程：两死点之间的活塞行程（2）往复泵的类型按照往复泵的动力来源可分类如下：①电动往复泵电动往复泵由电动机驱动，是往复泵中最常见的一种。电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动变为往复运动。②汽动往复泵汽动往复泵直接由蒸汽机驱动，泵的活塞和蒸汽机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机组。按照作用方式可将往复泵分类如下：①单动往复泵活柱往复一次只吸液一次和排液一次。②双动往复泵活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。单动往复泵流量曲线(1)单动往复泵往复泵按照作用方式：单动往复泵；双动往复泵；三联泵(2)双动往复泵双动往复泵流量曲线(3)三联泵用三台单动泵连接在同一根曲轴的三个曲柄上，各台泵活塞运动的相位差为2π/3，分别推动三个缸的活塞。三联泵流量曲线曲轴每转一周，三个泵缸分别进行一次吸液和排液，联合起来就有三次排液，改善流量的均匀程度。往复泵缺点：a.流量不均匀b.增加了能量损失c.造成水锤现象d.机构复杂；资金用量大；不易维修管路中的液体处于变速运动状态水锤现象：由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样。2.3.2往复泵的流量调节由qVT=ASn知qVT仅与活塞每次扫过的体积AS及活塞往复次数n关，而与管路的特性无关。实际qV=qVTηV，ηV1,qVqVT,H不太高时,ηV随H的