流体输送机械-离心泵

第2章流体输送机械在化工生产过程中，流体输送是主要的单元操作之一它遵循流体流动的基本原理。第1节概述流体输送在化工生产中的应用流体输送的主要任务是满足对工艺流体的流量和压强的要求。流体输送系统包括：流体输送管路、流体输送机械、流动参数测控装置。流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理论为基础。流体输送机械的分类动力式（又称叶轮式、非正位移式）：它是利用高速旋转的叶轮使流体获得能量，主要包括离心式、轴流式和旋涡式输送机械。容积式（又称正位移式）：它是利用活塞或转子的挤压作用使流体升压排出。包括往复式、旋转式输送机械。其他类型：例如流体作用式等，对气体和液体输送机械，同一类型的基本结构、工作原理、主要操作性能等大致相似。流体输送机械是一种向流体作功以提高流体机械能的装置，分类如下：第1节概述在化工生产和设计中，对流体输送机械基本要求如下：能适应被输送流体的特性，例如它们的粘性、腐蚀性、毒性、易燃易爆性及是否含有固体杂质等能满足生产工艺上对能量（压头）和流量的要求结构简单，操作可靠和高效，投资和操作费用低在化工生产中，选择适宜的流体输送机械类型和型号是十分重要的对流体输送机械的基本要求第1节概述第2节离心泵离心泵的主要部件叶轮闭式叶轮半闭式叶轮敞开式叶轮轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵壳之间的密封。作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气漏入泵内。泵壳：泵体的外壳多制成蜗壳形，它包围叶轮，在叶轮四周展开成一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道，通道内流体速度下降，静压能增高。作用：①汇集液体②转能装置第2节离心泵离心泵的工作原理1.排液过程2.吸液过程第2节离心泵气缚现象气缚现象：当启动离心泵时，若泵内未能灌满液体而存在大量气体，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的惯性离心力很小，因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度，这种虽启动离心泵，但不能输送液体的现象。离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械。若泵的吸入口位于贮槽液面的上方，在吸入管路应安装单向底阀和滤网。单向底阀可防止启动前灌入的液体从泵内漏出，滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳和管路。若泵的位置低于槽内液面，则启动时就无需灌泵。第2节离心泵离心泵的主要性能参数离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量，包括：流量Q、压头(扬程)H、轴功率N和效率流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积。又称泵的送液能力。单位为：L/sm3/hQ=f（泵的结构、尺寸、转速n）名牌：设计流量，额定流量。第2节离心泵扬程H（压头）：离心泵对单位重量(1N)液体所提供的有效能量。单位为m。扬程不是升扬高度，升扬高度只是扬程的一部分。H=f（泵的结构、尺寸、转速、Q）轴功率N：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不能全部有效地转换为流体的机械能。有效功率Ne：流体从泵获得的实际功率，可直接由泵的流量和扬程求得eHVgN第2节离心泵离心泵的特性曲线H～Q曲线N～Q曲线η～Q曲线一般都通过实验来测定。02040608010012014004812162024283236010203040506070809004812n=2900r/minIS00-80-160B离心泵H[m]Q/m3/h[%]N[kW]第2节离心泵（1）从H～Q特性曲线中可以看出，随着流量的增加，泵的压头是下降的，即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械能越小。（2）轴功率随着流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流最小，以保护电机。（3）泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下降。但流量为零时，效率也为零。根据生产任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作，称泵的高效区，在高效区内泵的效率一般不低于最高效率点的92%。（4）离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率点对应的性能参数，称为最佳工况参数。对特性曲线的讨论第2节离心泵液体的密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，有效功率和轴功率随密度的增加而增加，这是因为离心力及其所做的功与密度成正比，但效率又与密度无关。液体的粘度：若粘度大于常温下清水的粘度，则泵的流量、压头、效率都下降，但轴功率上升。所以，当被输送流体的粘度有较大变化时，泵的特性曲线也要发生变化。离心泵特性的影响因素转速:若离心泵的转速变化不大（小于20％），可以假设：①转速改变前后液体离开叶轮处的出口速度三角形相似；②转速改变前后离心泵的效率不变。从而可导出以下关系：第2节离心泵1212nnQQ21212nnHH31212nnNN（比例定律）叶轮外径:当泵的转速一定时，压头、流量与叶轮外径有关。对于某同一型号的离心泵，若对其叶轮外径进行“切割”，而其他尺寸不变，在叶轮外径减小变化不超过5％时，离心泵的性能可进行近似换算。从而可以导出以下关系：22''DDQQ22'2'DDHH322''DDNN（切割定律）第2节离心泵离心泵的工作点和流量调节特定管路的特性方程：2eeBQKHKgpzBddLLge))(8(452管路特性曲线的形状由管路布置和操作条件来确定，与离心泵性能无关。管路特性曲线第2节离心泵离心泵的工作点管路特性曲线和泵的工作点将泵的H～Q曲线与管路的He～Qe曲线绘在同一坐标系中，两曲线的交点称为泵的工作点M。第2节离心泵（1）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；（2）安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流量；在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。因此，泵的工作点对应的泵压头和流量既是泵提供的，也是管路需要的；（3）工作点对应的各性能参数（）反映了一台泵的实际工作状态。NHQ,,,对离心泵工作点的讨论第2节离心泵离心泵的流量调节改变泵出口阀的开度——改变管路特性改变阀门开度时工作点变化第2节离心泵改变叶轮转速——改变泵的特性改变泵转速时工作点变化12nnn第2节离心泵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。叶轮直径减小不当还可能降低泵的效率，因此生产上很少采用。在生产中单台离心泵不能满足输送任务要求时，可采用离心泵并联或串联操作。第2节离心泵离心泵的气蚀现象泵的吸上高度：贮槽液面与离心泵吸入口之间的垂直距离。气蚀现象：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，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。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。注意：离心泵在正常运行时，必须避免发生气蚀现象。第2节离心泵Hg11KK00p0由于泵内压强最低点处的真实压强难于测量，工程上以泵入口处压强p1来表征。对1-1和K-K截面列柏努方程2211122kkfkppuuHgggg221,min1min122kvfkppuuHhgggg在一定流量下，当pk=pv时，汽蚀发生，令此时的p1为p1,min，且定义最小汽蚀余量反映离心泵汽蚀性能的重要参数，主要与泵的内部结构和输送的流量有关。离心泵的安装高度第2节离心泵泵入口允许的最小压强p1,允应满足21,12vppuhggg允201,10,1001012ffgppppuhHHHzzggg允允将p1,允/g代入0-0和1-1截面之间所列的柏努利方程，可得为避免发生汽蚀离心泵的允许安装高度Hg,允为对一定型号规格的离心泵查得允许汽蚀余量h后，根据具体管路情况计算出允许安装高度Hg,允，实际安装高度Hg应小于Hg,允。第2节离心泵讨论1.汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高；③吸入管路的阻力或压头损失太高。允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献。由此，我们又可以有这样一个推论：一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀，如被输送物料的温度升高或吸入管线部分堵塞。2.若计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。第2节离心泵3.允许安装高度Hg的大小与泵的流量有关。流量越大，计算出的Hg越小。因此用可能使用的最大流量来计算Hg是最保险的。4.安装泵时，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至1米。5.当液体的操作温度较高或其沸点较低时，应注意尽量减小吸入管路的压头损失，如可以选用较大的吸入管径，减少管件和阀门，缩短管长等；或将离心泵安装在贮槽液面以下，使液体利用位差自动流入泵体内。第2节离心泵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材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。离心泵的类型与选择离心泵的类型第2节离心泵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。第2节离心泵离心泵的选用流体输送机械的选用原则是先选型号，再选规格。具体选用离心泵时，首先应根据所输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型，而后根据管路系统及输送流量Q、所需压头HL确定泵的型号。所选的泵提供流量Q和压头H的能力应比管路系统所要求的稍大。注意：所选泵应在高效区范围工作。工程实践中，总是在可靠性前提下，综合造价、操作费用、使用寿命等多方面因素作出最佳选择。第2节离心泵（1）安装高度不能太高，应小于允许安装高度。（2）尽量设法减小吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的可能性。吸入管路减少不必要的管件和阀门，调节阀应装于出口管路。离心泵的安装与操作安装（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，使启动功率最小，以保护电动机。（3）停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。（4）经常检查轴封的泄漏情况和发热与否；操作第2节离心泵往复泵的结构和工作原理第3节其它类型的泵泵缸活塞、活塞杆排出口吸入口结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。往复泵的流量和压头往复泵的理论平均流量Q（m3/s）60ASnQ单缸单动泵260SnAaQ单缸双动泵式中：A——活塞面积m2S——活塞的冲程m（活塞在两端点间移动的距离）n——活塞往复的频率1/mina——活塞杆的截面积m2第3节其它类型的泵往复泵的实际平均流量VQQ实际平均流量QV——容积效率由于容积损失，平均流量Q在压头较高时会随压头的升高略微减小。结合管路特性曲线，可确定往复泵的工作点（1点）。往复泵的流量与管路特性曲线无关，所提供的压头完全取决于管路情况（具有这种特性的泵称为正位移泵）。在泵出口安装调节阀不能调节流量，压头且随阀门开启度减小而增大。若出口阀完全关闭则会使泵的压头剧增，一旦超过泵的机械强度或发动机的功率限制，设备将受到损坏。第3节其它类型的泵往复泵的操作要点和流量调节由于往复泵是靠外界和泵内的压强差来吸入液体，因而吸上高度有一定的限制。往复泵有自吸作用，启动前无需要灌泵。一般不设出