流體輸送機(jī)械及操作技術(shù).ppt

流體輸送與熱交換 流體輸送機(jī)械及操作技術(shù),Chemical engineering department,chemical engineering department,日常應(yīng)用,chemical engineering department,chemical engineering department,一、流體輸送機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中的作用 1、為流體提供動(dòng)力，以滿足輸送要求。 2、為工藝過程創(chuàng)造必要的壓力條件。 對(duì)流體做功（提供能量）的機(jī)械裝置統(tǒng)稱為流體輸送機(jī)械。 通常輸送液體的機(jī)械叫泵； 輸送和壓縮氣體的機(jī)械叫氣體壓送機(jī)械。,chemical engineering department,按著工作原理分為三類： 動(dòng)力式（又稱葉輪式、非正位移式）：它是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪向流體施加能量，主要包括離心式、軸流式和旋渦式等。 容積式（又稱正位移式）：它是利用活塞或轉(zhuǎn)子的擠壓作用使流體獲得能量。包括往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式輸送機(jī)械。 流體作用式：利用流體能量轉(zhuǎn)換原理而輸送流體，包括空氣升液器、蒸汽或水噴射泵、虹吸管等。,chemical engineering department,流體輸送機(jī)械的類型如下表：,chemical engineering department,盡管流體輸送機(jī)械多種多樣，但都必須滿足以下基本要求： 滿足生產(chǎn)工藝對(duì)流量和能量的需要； 滿足被輸送流體性質(zhì)的需要； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，質(zhì)量?。?運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，效率高，操作費(fèi)用低。 選用時(shí)應(yīng)綜合考慮，全面衡量，其中最重要的是滿足流量與能量的要求。,chemical engineering department,(1)泵殼（蝸殼）：,任務(wù)一： 離心泵的結(jié)構(gòu)與性能 一、 離心泵的結(jié)構(gòu) 主要結(jié)構(gòu): （供能和轉(zhuǎn)能兩部分）,chemical engineering department,作用： 匯集液體轉(zhuǎn)能裝置 為了減少能量損失， 常常在葉輪與泵殼之間 安裝一個(gè)固定不動(dòng)的導(dǎo)輪， 導(dǎo)輪也是一個(gè)轉(zhuǎn) 能裝置。,chemical engineering department,(2)葉輪：把原動(dòng)機(jī)(電機(jī))的機(jī)械能，傳遞給液體，提高液體的動(dòng)能和靜壓能。 葉輪形式：葉輪一般由612片后彎形葉片組成。 后彎的目的:便于液體進(jìn)入泵體與葉輪縫隙間的流道. 葉輪的分類: 按葉片兩側(cè)有無蓋板: 敞式、半閉式、閉式。 (機(jī)械結(jié)構(gòu)),chemical engineering department,敞式、半閉式、閉式,敞開式葉輪,半閉式葉輪,閉式葉輪,chemical engineering department,敞式和半閉式葉輪：流道不易堵塞，適用于輸送含有固體顆粒的液體懸浮液，效率低。 閉式葉輪：適用于輸送清潔液體 按吸液方式：?jiǎn)挝?、雙吸式。,chemical engineering department,單吸式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液體從葉輪一側(cè)被吸入。 雙吸式：吸液能力大，基本上消除軸向推力。,單吸式與雙吸式葉輪,chemical engineering department,(3)軸封裝置：離心泵工作時(shí)是泵軸旋轉(zhuǎn)而泵殼不動(dòng)，泵軸與泵殼之間的密封。 作用：防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿間隙漏出，或外界空氣漏入泵內(nèi)。 常用的密封方式有兩種，即填料函密封與機(jī)械密封。 附屬裝置：底閥、濾網(wǎng)、調(diào)節(jié)閥、平衡孔(平衡管)、排氣孔等。,chemical engineering department,離心泵外形：,chemical engineering department,離心泵結(jié)構(gòu)示意圖,chemical engineering department,離心泵的工作原理,(1) 排出階段 葉輪旋轉(zhuǎn)(產(chǎn)生離心力，使液體獲得能量）流體流入渦殼(動(dòng)能靜壓能) 流向輸出管路。 （2）吸入階段 液體自葉輪中心甩向外緣 葉輪中心形成低壓區(qū) 貯槽液面與泵入口形成壓差 液體吸入泵內(nèi)。,chemical engineering department,chemical engineering department,當(dāng)啟動(dòng)離心泵時(shí)，若泵內(nèi)未能灌滿液體而存在大量氣體，則由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力很小，因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的真空度，這種雖啟動(dòng)離心泵，但不能輸送液體的現(xiàn)象。 說明：離心泵無自吸能力，啟動(dòng)前必須將泵體內(nèi)充滿液體。,氣縛現(xiàn)象：,chemical engineering department,特別注意：在離心泵啟動(dòng)前必須先開啟出口閥進(jìn)行灌泵排氣。灌液完畢后，此時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥后啟動(dòng)泵，這時(shí)所需的泵的軸功率最小，啟動(dòng)電流較小，以保護(hù)電機(jī)。啟動(dòng)后漸漸開啟出口閥。 而離心泵停機(jī)前，為防止出口管路中的高壓流體向泵體內(nèi)倒灌（因葉輪中心在停機(jī)瞬間尚處真空狀態(tài)），以致對(duì)設(shè)備造成破壞，需先關(guān)閉出口閥后方可停機(jī)。 思考：離心泵操作時(shí)的開啟、關(guān)閉順序？,chemical engineering department,離心泵的性能參數(shù)及特性曲線,一、離心泵的性能參數(shù) 1.流量（送液能力） 指單位時(shí)間內(nèi)從泵內(nèi)排出的液體體積，用Q表示，工程上通常以單位m3/h . 離心泵的流量與離心泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。離心泵的流量在操作中可以變化，其大小可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 離心泵銘牌上的流量是離心泵在最高效率下的流量，稱為設(shè)計(jì)流量或額定流量。,chemical engineering department,2.揚(yáng)程 是離心泵對(duì)1N流體所做的有效功，它是1N流體在通過離心泵時(shí)所獲得的能量，用H表示，單位m，也叫壓頭。 離心泵的揚(yáng)程與離心泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速和流量有關(guān)。 離心泵銘牌上的揚(yáng)程是離心泵在額定流量下的揚(yáng)程。(最高效率下） 思考：離心泵的揚(yáng)程與柏努力方程中的外加壓頭有何區(qū)別？,chemical engineering department,3.軸功率 離心泵從原動(dòng)機(jī)械那里所獲得的能量。用P表示。單位W，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，是選取電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。 有效功率離心泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流體所做的功（提供給流體的實(shí)際能量），用Pe表示，單位W。 有效功率由下式計(jì)算，即 PeHQg 離心泵銘牌上的軸功率是離心泵在額定狀態(tài)下的軸功率。（最高效率下）,chemical engineering department,4.效率 是反映離心泵利用能量情況的參數(shù)。由于機(jī)械摩擦、流體阻力和泄漏等原因，離心泵的軸功率總是大于其有效功率的，兩者的差別用效率來表示，用表示。 其定義式為：=Pe/P。 離心泵效率的高低既與泵的類型、尺寸及加工精度有關(guān)，又與流量及流體的性質(zhì)有關(guān)，一般地，小型泵的效率為5070，大型泵的效率要高些，有的可達(dá)90。 此外還有轉(zhuǎn)速、汽蝕余量等,chemical engineering department,離心泵的性能參數(shù)總結(jié)如下：,小型泵效率，5070%；大型泵效率，90%左右。, 功率：,有效功率Pe：,軸功率P：, 效率：,流量Q ：,揚(yáng)程H：,chemical engineering department,任務(wù)二：離心泵的流量調(diào)節(jié),Q-H,Q-P,-Q,一、離心泵特性曲線,chemical engineering department,（1）從HQ特性曲線中可以看出，隨著流量的增加，泵的壓頭是下降的，即流量越大，泵向單位重量流體提供的機(jī)械能越小。 （2）軸功率隨著流量的增加而上升，流量為零時(shí)軸功率最小，離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥的情況下啟動(dòng)，這樣可以使電機(jī)的啟動(dòng)電流最小，以保護(hù)電機(jī)。,chemical engineering department,（3）泵的效率先隨著流量的增加而上升，達(dá)到一最大值后便下降。但流量為零時(shí)，效率也為零。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選泵時(shí)，應(yīng)使泵在最高效率點(diǎn)附近工作，稱泵的高效區(qū)，在高效區(qū)內(nèi)泵的效率一般不低于最高效率點(diǎn)的92%. （4）離心泵的銘牌上標(biāo)有一組性能參數(shù)，它們都是與最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)，稱為最佳工況參數(shù)。,chemical engineering department,二、影響離心泵特性曲線的主要因素 密度對(duì)泵特性曲線的影響 離心泵的壓頭和流量均與液體的密度無關(guān)，有效 功率和軸功率隨密度的增加而增加，這是因?yàn)殡x 心力及其所做的功與密度成正比，但效率又與密 度無關(guān)。,說明：流體密度變化時(shí)，應(yīng)校正 P- Q 曲線。,chemical engineering department, 粘度對(duì)泵特性曲線的影響,定性分析：當(dāng)液體的粘度增加時(shí)，液體在泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量損失增加，從而導(dǎo)致泵的流量、揚(yáng)程和效率均下降，但軸功率增加。 所以，當(dāng)被輸送流體的粘度有較大變化時(shí)，泵的特性曲線也要發(fā)生變化。,chemical engineering department,葉輪轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)特性曲線的影響 同一臺(tái)離心泵，轉(zhuǎn)速改變，特性曲線也發(fā)生變化。,適用：葉輪轉(zhuǎn)數(shù)變化不超過20%,比例定律：,chemical engineering department, 葉輪直徑對(duì)特性曲線的影響 當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，壓頭、流量與葉輪外徑有關(guān)。對(duì)于某同一型號(hào)的離心泵，若對(duì)其葉輪外徑進(jìn)行“切割”而其他尺寸不變，在葉輪外徑減小變化不超過5時(shí)離心泵的性能可進(jìn)行近似換算。 從而可以導(dǎo)出以下關(guān)系：,適用：葉輪切削量小于10%-20%,切削定律：,chemical engineering department,思考題： 1、離心泵的葉片為什么要加工成后彎形？ 2、離心泵的泵體為什么要加工成蝸殼形？ 3、離心泵的特性曲線有哪幾條線段構(gòu)成？可獲得的結(jié)論有哪些？ 4、什么是離心泵的氣縛現(xiàn)象？如何避免？,chemical engineering department,1、離心泵的汽蝕現(xiàn)象 離心泵的吸液是靠吸入液面與吸入口間的壓差完成的。當(dāng)吸入液面壓力一定時(shí)，泵的安裝高度越大，則吸入口處的壓力將越小。當(dāng)吸入口處壓力小于操作條件下被輸送液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將會(huì)氣化產(chǎn)生氣泡，含有氣泡的液體進(jìn)入泵體后，在離心力的作用下，進(jìn)入高壓區(qū)，氣泡在高壓的作用下，又液化為液體，由于原氣泡位置的空出造成局部真空，周圍液體在高壓的作用下迅速填補(bǔ)原氣泡所占空間。,三、離心泵安裝高度的確定,chemical engineering department,這種高速?zèng)_擊頻率很高，可以達(dá)到每秒幾千次，沖擊壓強(qiáng)可以達(dá)到數(shù)百個(gè)大氣壓甚至更高，這種高強(qiáng)度高頻率的沖擊，輕的能造成葉輪的疲勞，重的則可以將葉輪與泵殼破壞，甚至能把葉輪打成蜂窩狀。這種因?yàn)楸惠斔鸵后w在泵體內(nèi)氣化再液化的現(xiàn)象叫離心泵的氣蝕現(xiàn)象。氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪音和引起振動(dòng)，流量、揚(yáng)程及效率均會(huì)迅速下降，嚴(yán)重時(shí)不能吸液。工程上當(dāng)揚(yáng)程下降3時(shí)就認(rèn)為進(jìn)入了氣蝕狀態(tài)。,chemical engineering department, 泵汽蝕時(shí)的特征 泵體振動(dòng)、噪聲大； 泵流量、壓頭、效率都顯著下降。 主要危害 造成葉片損壞，離心泵不能正常操作。 汽蝕發(fā)生的位置 葉輪內(nèi)壓力最低處 (葉輪內(nèi)緣, 葉片背面 K處)。 衡量泵抗汽蝕能力的參數(shù) 汽蝕余量、吸上真空高度。,離心泵的汽蝕現(xiàn)象,chemical engineering department,避免氣蝕現(xiàn)象的方法是限制泵的安裝高度。避免離心泵氣蝕現(xiàn)象的最大安裝高度，稱為離心泵的允許安裝高度,也叫允許吸上高度。 2、允許安裝（吸上）高度的計(jì)算 ： 離心泵的允許安裝高度可以通過00截面和11截面間列柏努利方程求得，即： 式中 Hg允許安裝高度，m； p0吸入液面壓力，Pa； p1吸入口允許的最低壓力，Pa； u1吸入口處的流速，m/s； 液體的密度，kg/m3； 流體流經(jīng)吸入管的阻力，m。,chemical engineering department,從上式可以看出，允許安裝高度與吸入液面上方的壓力、吸入口最低壓力、液體密度、吸入管內(nèi)的動(dòng)能及阻力有關(guān)。因此，增加吸入液面的壓力，減小液體的密度、降低液體溫度（通過降低液體的飽和蒸汽壓來降低 ）、增加吸入管直徑（從而使流速降低）和減少吸入管內(nèi)流體阻力均有利于允許安裝高度的提高，在其它條件都確定的情況下，如果流量增加，將造成動(dòng)能及阻力的增加，安裝高度會(huì)減少，氣蝕的可能性增加。,chemical engineering department,離心泵的允許安裝高度可以由允許吸上真空高度法或允許氣蝕余量法計(jì)算。近年來，前者已經(jīng)很少使用，故只介紹后一種方法。離心泵的抗氣蝕性能參數(shù)可用允許氣蝕余量來表示，其定義為泵吸入口處動(dòng)能與靜壓能之和比被輸送液體的飽和蒸汽壓頭高出的最低數(shù)值，即： 將此式代入上式得： 式中 允許氣蝕余量，m； pv操作溫度下液體的飽和蒸汽壓，Pa； 其它符號(hào)同前。 同樣，泵的生產(chǎn)廠家提供的允許氣蝕余量是在98.1kPa和293K下以水為介質(zhì)測(cè)得的，當(dāng)輸送條件不同時(shí)，應(yīng)該對(duì)其校正。,chemical engineering department,說明：為保證泵不發(fā)生汽蝕，防止產(chǎn)生汽蝕的辦法, 儲(chǔ)槽上方壓力 p0：, 液體飽和蒸汽壓 pS：,泵吸入管段阻力hf,0-1:,方法：應(yīng)盡可能減小泵吸入管段阻力,chemical engineering department,例：用泵將25的某液體從地下貯槽中輸送到高位槽，已知，流量為20m3/h，高位槽液面比貯槽液面高12 m，吸入管與排除管的規(guī)格均為573.5mm，兩液面上方均為大氣壓，并維持液面恒定。則：（1）試判斷流體的流動(dòng)型態(tài)。已查得，該流體的密度為880/ m3，粘度為0.65cp.(2)設(shè)該流體從貯槽到高位槽的全部阻力損失為150J/，泵的效率為80%，問泵的軸功率是多少？,chemical engineering department,1、管路特性曲線與離心泵的工作點(diǎn) 管路特性：流體流經(jīng)管路系統(tǒng)時(shí)，需要的壓頭和流量之間的關(guān)系。 反映管路對(duì)泵的要求。（由柏努利方程決定 ） 說明：由管路系統(tǒng) 本身決定，與泵的 特性無關(guān)。,任務(wù)三：離心泵的安裝與選用,chemical engineering department,離心泵的工作點(diǎn)： 泵工作時(shí)的 qV 、H、P、 當(dāng)泵安裝在指定管路時(shí)，流量與壓頭之間的關(guān)系既要滿足泵的特性，也要滿足管路的特性。如果這兩種關(guān)系均用方程來表示，則流量與壓頭要同時(shí)滿足這兩個(gè)方程，在性能曲線圖上，應(yīng)為泵的特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)。這個(gè)交點(diǎn)稱為離心泵在指定管路上的工作點(diǎn)，顯然，交點(diǎn)只有一個(gè)，也就是說，泵只能在工作點(diǎn)下工作。 說明：泵工作點(diǎn)受到泵性能、管路特性制約 泵性能-離心泵特性曲線， 管路特性-管路特性曲線。,chemical engineering department,離心泵的工作點(diǎn)示意圖,chemical engineering department,二、離心泵的流量調(diào)節(jié) 改變閥門的開度,實(shí)質(zhì)：改變管路特性曲線 (閥門上阻力損失變化)， 泵特性曲線不變。,優(yōu)點(diǎn)：迅速方便,連續(xù)調(diào)節(jié)；,代價(jià)：閥門阻力損失；,適用：流量調(diào)節(jié)幅度不大， 須經(jīng)常調(diào)節(jié)的地方。,泵出口閥：兩套(手動(dòng)閥和自動(dòng)閥),chemical engineering department, 調(diào)節(jié)離心泵轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪直徑,實(shí)質(zhì)：改變泵特性曲線，管路特性不變。,適用：流量變化幅度大的場(chǎng)合。,優(yōu)點(diǎn)：不因調(diào)節(jié)流量而損失能量。,chemical engineering department, 泵合成特性曲線改變 在相同壓頭下，流量加倍。,(1) 并聯(lián)操作 泵型號(hào)相同，吸入管路相同，出口閥開度相同。, 管路特性曲線不變,三、離心泵的并聯(lián)與串聯(lián),chemical engineering department, 并聯(lián)泵的工作點(diǎn) * 并聯(lián)泵總流量和總壓頭； * 流量增加不到單泵的兩倍； 原因：管路存在阻力損失。, 并聯(lián)泵效率 等于單泵在qV,單時(shí)的工作效率。,chemical engineering department, 泵的合成特性曲線改變 相同流量下，壓頭加倍。,(2) 串聯(lián)操作 泵型號(hào)相同，首尾相連。, 管路合成特性曲線不變,chemical engineering department, 串聯(lián)泵的工作點(diǎn) * 串聯(lián)泵的總流量和總壓頭； * 壓頭增加不到單泵的兩倍。, 串聯(lián)泵效率 等于單泵在qV,單時(shí)的工作效率。,chemical engineering department,2.2.5離心泵的類型與選用 (1) 離心泵的類型 按輸送液體的性質(zhì)或泵結(jié)構(gòu)分類，用英語或漢語拼音為系列代號(hào)。 清水泵 B型：?jiǎn)渭?jí)單吸式，系列揚(yáng)程范圍 8 98m， 流量范圍：4.5360 m3/h, 屬常用型。 D型：多級(jí)離心泵(一般29級(jí))。 系列揚(yáng)程范圍：14351m， 流量范圍：10.8850 m3/h， 適用：壓頭高，而流量不大的場(chǎng)合。 S 型：雙吸式離心泵 系列揚(yáng)程范圍：9140 m ； 流量范圍：1201250 m3/h； 適用：壓頭要求不高，流量較大的場(chǎng)合。,chemical engineering department, 油泵：Y型 要求密封性能好，一般具有冷卻措施。 流量：6.5500 m3/h 壓頭：60 603 m。, 其它類型泵 耐腐蝕泵(F型)：密封性能好(常用機(jī)械密封)， 雜質(zhì)泵(P型)：不易堵，耐磨， 葉輪：敞式或半閉式。 屏蔽泵：機(jī)泵一體，用于輸送易燃、易爆液體。 液下泵(EY型)：無泄漏問題，化工常用泵。,(2) 離心泵的選用,原則： 確定泵的類型,chemical engineering department,依據(jù)： a）輸送流體的性質(zhì)清水泵、油泵、耐腐蝕泵等 b）現(xiàn)場(chǎng)安裝條件臥式泵、立式泵等 c）流量大小單吸泵、雙吸泵等 d）揚(yáng)程大小單級(jí)泵、多級(jí)泵等 選擇泵的具體型號(hào) a）由管路所需壓頭、流量，確定泵壓頭、流量。 工程觀點(diǎn)：選擇時(shí)，有一定生產(chǎn)裕度。 b）抗汽蝕性能好 c）經(jīng)濟(jì)性好：泵的操作點(diǎn)應(yīng)處于高效區(qū)內(nèi)。 校核和最終選型 效率高、汽蝕余量小、重量輕、價(jià)格低,chemical engineering department,IS型泵代表單級(jí)單吸離心泵，即原B型水泵。 D型泵是國(guó)產(chǎn)多級(jí)離心泵的代號(hào),chemical engineering department,S型泵是雙吸離心泵的代號(hào)，即原SH型泵,chemical engineering department,耐腐蝕泵是用來輸送酸、堿等腐蝕性液體的泵的總稱 。,chemical engineering department,油泵是用來輸送油類及石油產(chǎn)品的泵，由于這些液體多數(shù)易燃易爆，因此必須有良好的密封 （Y型）,chemical engineering department,磁力泵是一種高效節(jié)能的特種離心泵，通過一對(duì)永久磁性聯(lián)軸器將電機(jī)力矩透過隔板和氣隙傳遞給一個(gè)密封容器，帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。,chemical engineering department,離心泵選用的步驟： 1.根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)及操作條件，確定泵的類型。 2.確定流量。如果流量是變化的，應(yīng)以最大值為準(zhǔn)。 3.確定完成輸送任務(wù)需要的壓頭。 4.通過流量與壓頭在相應(yīng)類型的系列中選取合適的型號(hào)。 5.校核軸功率。當(dāng)液體密度大于水的密度時(shí)，必須校核軸功率。 6.列出泵在設(shè)計(jì)點(diǎn)處的性能。,chemical engineering department,離心泵的安裝與操作 1.安裝要點(diǎn) 應(yīng)盡量將泵安裝在靠近水源，干燥明亮的場(chǎng)所，以便于檢修； 應(yīng)有堅(jiān)實(shí)的地基，以避免振動(dòng)。通常用混凝