流體輸送機(jī)械-離心泵

,第2章流體輸送機(jī)械,在化工生產(chǎn)過(guò)程中，流體輸送是主要的單元操作之一它遵循流體流動(dòng)的基本原理。,第1節(jié)概述,流體輸送在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用,流體輸送的主要任務(wù)是滿足對(duì)工藝流體的流量和壓強(qiáng)的要求。流體輸送系統(tǒng)包括：流體輸送管路、流體輸送機(jī)械、流動(dòng)參數(shù)測(cè)控裝置。,流體輸送計(jì)算以描述流體流動(dòng)基本規(guī)律的傳遞理論為基礎(chǔ)。,流體輸送機(jī)械的分類,動(dòng)力式（又稱葉輪式、非正位移式）：它是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得能量，主要包括離心式、軸流式和旋渦式輸送機(jī)械。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升壓排出。包括往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式輸送機(jī)械。其他類型：例如流體作用式等，對(duì)氣體和液體輸送機(jī)械，同一類型的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要操作性能等大致相似。,流體輸送機(jī)械是一種向流體作功以提高流體機(jī)械能的裝置，分類如下：,在化工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，對(duì)流體輸送機(jī)械基本要求如下：能適應(yīng)被輸送流體的特性，例如它們的粘性、腐蝕性、毒性、易燃易爆性及是否含有固體雜質(zhì)等能滿足生產(chǎn)工藝上對(duì)能量（壓頭）和流量的要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠和高效，投資和操作費(fèi)用低在化工生產(chǎn)中，選擇適宜的流體輸送機(jī)械類型和型號(hào)是十分重要的,對(duì)流體輸送機(jī)械的基本要求,第2節(jié)離心泵,離心泵的主要部件,葉輪,閉式葉輪,半閉式葉輪,敞開(kāi)式葉輪,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)。,泵殼：泵體的外殼多制成蝸殼形，它包圍葉輪，在葉輪四周展開(kāi)成一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸殼形通道，通道內(nèi)流體速度下降，靜壓能增高。作用：匯集液體轉(zhuǎn)能裝置,離心泵的工作原理,1.排液過(guò)程2.吸液過(guò)程,氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象：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。離心泵是一種沒(méi)有自吸能力的液體輸送機(jī)械。若泵的吸入口位于貯槽液面的上方，在吸入管路應(yīng)安裝單向底閥和濾網(wǎng)。單向底閥可防止啟動(dòng)前灌入的液體從泵內(nèi)漏出，濾網(wǎng)可阻擋液體中的固體雜質(zhì)被吸入而堵塞泵殼和管路。若泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)時(shí)就無(wú)需灌泵。,離心泵的主要性能參數(shù),離心泵的性能參數(shù)是用以描述一臺(tái)離心泵的一組物理量，包括：流量Q、壓頭(揚(yáng)程)H、軸功率N和效率,流量Q：離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積。又稱泵的送液能力。單位為：L/sm3/hQ=f（泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速n）名牌：設(shè)計(jì)流量，額定流量。,揚(yáng)程H（壓頭）：離心泵對(duì)單位重量(1N)液體所提供的有效能量。單位為m。揚(yáng)程不是升揚(yáng)高度，升揚(yáng)高度只是揚(yáng)程的一部分。H=f（泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速、Q）,軸功率N：電機(jī)輸入到泵軸的功率，由于泵提供給流體的實(shí)際揚(yáng)程小于理論揚(yáng)程，故泵由電機(jī)獲得的軸功并不能全部有效地轉(zhuǎn)換為流體的機(jī)械能。,有效功率Ne：流體從泵獲得的實(shí)際功率，可直接由泵的流量和揚(yáng)程求得,離心泵的特性曲線,HQ曲線NQ曲線Q曲線,一般都通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。,（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)。（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)。,對(duì)特性曲線的討論,液體的密度：離心泵的壓頭和流量均與液體的密度無(wú)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(wú)關(guān)。液體的粘度：若粘度大于常溫下清水的粘度，則泵的流量、壓頭、效率都下降，但軸功率上升。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。,離心泵特性的影響因素,轉(zhuǎn)速:若離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大（小于20），可以假設(shè)：轉(zhuǎn)速改變前后液體離開(kāi)葉輪處的出口速度三角形相似；轉(zhuǎn)速改變前后離心泵的效率不變。從而可導(dǎo)出以下關(guān)系：,（比例定律）,葉輪外徑: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(guò)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：,（切割定律）,離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié),特定管路的特性方程：,管路特性曲線的形狀由管路布置和操作條件來(lái)確定，與離心泵性能無(wú)關(guān)。,管路特性曲線,離心泵的工作點(diǎn),管路特性曲線和泵的工作點(diǎn),將泵的HQ曲線與管路的HeQe曲線繪在同一坐標(biāo)系中，兩曲線的交點(diǎn)稱為泵的工作點(diǎn)M。,（1）泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定，可通過(guò)聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；（2）安裝在管路中的泵，其輸液量即為管路的流量；在該流量下泵提供的揚(yáng)程也就是管路所需要的外加壓頭。因此，泵的工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泵壓頭和流量既是泵提供的，也是管路需要的；（3）工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各性能參數(shù)（）反映了一臺(tái)泵的實(shí)際工作狀態(tài)。,對(duì)離心泵工作點(diǎn)的討論,離心泵的流量調(diào)節(jié),改變泵出口閥的開(kāi)度改變管路特性,改變閥門(mén)開(kāi)度時(shí)工作點(diǎn)變化,改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速改變泵的特性,改變泵轉(zhuǎn)速時(shí)工作點(diǎn)變化,車(chē)削葉輪直徑這種調(diào)節(jié)方法實(shí)施起來(lái)不方便，且調(diào)節(jié)范圍也不大。葉輪直徑減小不當(dāng)還可能降低泵的效率，因此生產(chǎn)上很少采用。在生產(chǎn)中單臺(tái)離心泵不能滿足輸送任務(wù)要求時(shí)，可采用離心泵并聯(lián)或串聯(lián)操作。,離心泵的氣蝕現(xiàn)象,泵的吸上高度：貯槽液面與離心泵吸入口之間的垂直距離。氣蝕現(xiàn)象：當(dāng)泵內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)低至液體飽和蒸汽壓時(shí)部分液體將汽化，產(chǎn)生的汽泡被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處再凝聚。由于凝聚點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間真空，造成周?chē)后w高速?zèng)_擊該點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈的水擊。瞬間壓力可高達(dá)數(shù)十個(gè)MPa，眾多的水擊點(diǎn)上水擊頻率可高達(dá)數(shù)十kHz，且水擊能量瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱量，水擊點(diǎn)局部瞬時(shí)溫度可達(dá)230以上。,注意：離心泵在正常運(yùn)行時(shí)，必須避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。,由于泵內(nèi)壓強(qiáng)最低點(diǎn)處的真實(shí)壓強(qiáng)難于測(cè)量，工程上以泵入口處壓強(qiáng)p1來(lái)表征。對(duì)1-1和K-K截面列柏努方程,在一定流量下，當(dāng)pk=pv時(shí)，汽蝕發(fā)生，令此時(shí)的p1為p1,min，且定義,最小汽蝕余量,反映離心泵汽蝕性能的重要參數(shù)，主要與泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送的流量有關(guān)。,離心泵的安裝高度,泵入口允許的最小壓強(qiáng)p1,允應(yīng)滿足,將p1,允/g代入0-0和1-1截面之間所列的柏努利方程，可得為避免發(fā)生汽蝕離心泵的允許安裝高度Hg,允為,對(duì)一定型號(hào)規(guī)格的離心泵查得允許汽蝕余量h后，根據(jù)具體管路情況計(jì)算出允許安裝高度Hg,允，實(shí)際安裝高度Hg應(yīng)小于Hg,允。,討論1.汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生可以有以下三方面的原因：離心泵的安裝高度太高；被輸送流體的溫度太高，液體蒸氣壓過(guò)高；吸入管路的阻力或壓頭損失太高。允許安裝高度這一物理量正是綜合了以上三個(gè)因素對(duì)汽蝕的貢獻(xiàn)。由此，我們又可以有這樣一個(gè)推論：一個(gè)原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生汽蝕，如被輸送物料的溫度升高或吸入管線部分堵塞。2.若計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說(shuō)明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。,3.允許安裝高度Hg的大小與泵的流量有關(guān)。流量越大，計(jì)算出的Hg越小。因此用可能使用的最大流量來(lái)計(jì)算Hg是最保險(xiǎn)的。4.安裝泵時(shí)，實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。5.當(dāng)液體的操作溫度較高或其沸點(diǎn)較低時(shí)，應(yīng)注意盡量減小吸入管路的壓頭損失，如可以選用較大的吸入管徑，減少管件和閥門(mén)，縮短管長(zhǎng)等；或?qū)㈦x心泵安裝在貯槽液面以下，使液體利用位差自動(dòng)流入泵體內(nèi)。,清水泵用于輸送物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的清潔液體。最簡(jiǎn)單的清水泵為單級(jí)單吸式，系列代號(hào)為“IS”，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖，若需要的揚(yáng)程較高，則可選D系列多級(jí)離心泵。若需要流量很大，則可選用雙吸式離心泵，其系列代號(hào)為“Sh”。防腐蝕泵當(dāng)輸送酸、堿等腐蝕性液體時(shí)應(yīng)采用耐腐蝕泵。耐腐蝕泵所有與液體介質(zhì)接觸的部件都采用耐腐蝕材料制作。離心耐腐蝕泵有多種系列，其中常用的系列代號(hào)為F。,離心泵的類型與選擇,離心泵的類型,油泵用于輸送石油產(chǎn)品，油泵系列代號(hào)為Y。因油類液體具有易燃、易爆的特點(diǎn)，因此對(duì)此類泵密封性能要求較高。輸送200以上的熱油時(shí)，還需設(shè)冷卻裝置。雜質(zhì)泵用于輸送懸浮液及稠厚的漿液等，其系列代號(hào)為P，又可分為污水泵、砂泵、泥漿泵等。這類泵的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪上葉片數(shù)目少，葉片間流道寬，有的型號(hào)泵殼內(nèi)還襯有耐磨材料。,離心泵的選用,流體輸送機(jī)械的選用原則是先選型號(hào)，再選規(guī)格。具體選用離心泵時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)所輸送液體的性質(zhì)和操作條件，確定泵的類型，而后根據(jù)管路系統(tǒng)及輸送流量Q、所需壓頭HL確定泵的型號(hào)。所選的泵提供流量Q和壓頭H的能力應(yīng)比管路系統(tǒng)所要求的稍大。,注意：所選泵應(yīng)在高效區(qū)范圍工作。工程實(shí)踐中，總是在可靠性前提下，綜合造價(jià)、操作費(fèi)用、使用壽命等多方面因素作出最佳選擇。,（1）安裝高度不能太高，應(yīng)小于允許安裝高度。（2）盡量設(shè)法減小吸入管路的阻力，以減少發(fā)生汽蝕的可能性。吸入管路減少不必要的管件和閥門(mén)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝于出口管路。,離心泵的安裝與操作,安裝,（1）啟動(dòng)前應(yīng)灌泵，并排氣。（2）應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動(dòng)泵，使啟動(dòng)功率最小，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。（3）停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪。（4）經(jīng)常檢查軸封的泄漏情況和發(fā)熱與否；,操作,往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和工作原理,第3節(jié)其它類型的泵,結(jié)構(gòu)：由泵缸、活塞、活塞桿、吸入和排出單向閥（活門(mén)）構(gòu)成，有電動(dòng)和汽動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)形式。原理：活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在泵缸中造成容積的變化并形成負(fù)壓和正壓，完成一次吸入和排出。,往復(fù)泵的流量和壓頭,往復(fù)泵的理論平均流量Q（m3/s）,單缸單動(dòng)泵,單缸雙動(dòng)泵,式中：A活塞面積m2S活塞的沖程m（活塞在兩端點(diǎn)間移動(dòng)的距離）n活塞往復(fù)的頻率1/mina活塞桿的截面積m2,往復(fù)泵的實(shí)際平均流量,實(shí)際平均流量Q,V容積效率,由于容積損失，平均流量Q在壓頭較高時(shí)會(huì)隨壓頭的升高略微減小。結(jié)合管路特性曲線，可確定往復(fù)泵的工作點(diǎn)（1點(diǎn)）。,往復(fù)泵的流量與管路特性曲線無(wú)關(guān)，所提供的壓頭完全取決于管路情況（具有這種特性的泵稱為正位移泵）。,在泵出口安裝調(diào)節(jié)閥不能調(diào)節(jié)流量，壓頭且隨閥門(mén)開(kāi)啟度減小而增大。若出口閥完全關(guān)閉則會(huì)使泵的壓頭劇增，一旦超過(guò)泵的機(jī)械強(qiáng)度或發(fā)動(dòng)機(jī)的功率限制，設(shè)備將受到損壞。,往復(fù)泵的操作要點(diǎn)和流量調(diào)節(jié),由于往復(fù)泵是靠外界和泵內(nèi)的壓強(qiáng)差來(lái)吸入液體，因而吸上高度有一定的限制。往復(fù)泵有自吸作用，啟動(dòng)前無(wú)需要灌泵。一般不設(shè)出口閥，即使有出口閥，也不能在其關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)。,往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)方法：（1）用旁路閥調(diào)節(jié)流量（2）改變曲柄轉(zhuǎn)速,計(jì)量泵,計(jì)量泵：又稱比例泵。計(jì)量泵的傳動(dòng)裝置是通過(guò)偏心輪把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。偏心輪的偏心距可調(diào)，以此來(lái)改變柱塞往復(fù)的行程，從而達(dá)到調(diào)節(jié)和控制泵的流量的目的。計(jì)量泵一般用于要求輸液量十分準(zhǔn)確或幾種液體要求按一定配比輸送的場(chǎng)合。,YJH系列隔膜計(jì)量泵1、電機(jī)2、蝸輪蝸桿3、凸輪4、推桿5、膜片6、調(diào)節(jié)手輪7、排出閥8、吸入閥9、泵頭,隔膜泵,隔膜泵：用彈性金屬薄片或耐腐蝕性橡皮制成的隔膜將活柱與被輸送液體隔開(kāi)，與活柱相通的一側(cè)則充滿油或水。當(dāng)活柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，迫使隔膜交替向兩側(cè)彎曲，將液體吸入和排出。,齒輪泵,齒輪泵：旋轉(zhuǎn)類正位移泵。兩齒輪在泵吸入口脫離嚙合，形成低壓區(qū)，液體被吸入并隨齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被強(qiáng)行壓向排出端。在排出端兩齒輪又相互嚙合形成高壓區(qū)將液體擠壓出去。齒輪泵可產(chǎn)生較高的揚(yáng)程，但流量小。適用于輸送高粘度液體或糊狀物料，但不宜輸送含固體顆粒的懸浮液。,螺桿泵,螺桿泵：按螺桿的數(shù)目，有單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵以及五螺桿泵。螺桿泵的工作原理與齒輪泵相似，是借助轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿與泵殼上的內(nèi)螺紋、或螺桿與螺桿相互嚙合將液體沿軸向推進(jìn)，最終由排出口排出。螺桿泵壓頭高、效率高、無(wú)噪音、適用于輸送高粘度液體。,旋渦泵,旋渦泵：一種特殊類型的離心泵。葉輪為一圓盤(pán)，四周由凹槽構(gòu)成的葉片成輻射狀排列，葉片數(shù)目可多達(dá)幾十片。葉輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中泵內(nèi)液體隨之旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，又在徑向環(huán)隙的作用下多次進(jìn)入葉片反復(fù)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而獲得較高能量。,第4節(jié)氣體輸送機(jī)械,概述,一、氣體輸送機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,1.氣體輸送2.產(chǎn)生高壓氣體3.產(chǎn)生真空,氣體密度遠(yuǎn)較液體小且可壓縮。(1)一定質(zhì)量流量下氣體體積流量大，輸送機(jī)械的體積較大；(2)氣體輸送管路的常用流速要比液體大得多(一般約10倍)。而通常流體流動(dòng)阻力正比于流速的平方，因此輸送相同的質(zhì)量流量，氣體輸送要求提供的壓頭相應(yīng)也更高；(3)由于氣體的可壓縮性，在輸送機(jī)械內(nèi)部氣體壓強(qiáng)變化時(shí)，其體積和溫度隨之而變。氣體輸送機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，選用上必須考慮的影響因素也更多。,氣體輸送設(shè)備特性,氣體輸送機(jī)械也可以按工作原理及其結(jié)構(gòu)分為離心式、旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式以及噴射式等，通常按輸送機(jī)械的壓強(qiáng)或壓縮比（氣體出口與進(jìn)口壓強(qiáng)之比）來(lái)分類。,氣體輸送機(jī)械的分類,2,離心式通風(fēng)機(jī),低壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓小于1.0kPa（表壓）中壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓1.03.0kPa（表壓）高壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓3.015.0kPa（表壓）,低壓離心通風(fēng)機(jī),低壓離心通風(fēng)機(jī)葉輪,離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)構(gòu)和工作原理：與離心泵基本相同，主要由蝸殼形機(jī)殼和葉輪組成。差異在于離心通風(fēng)機(jī)為多葉片葉輪，且因輸送流體體積大（密度小），葉輪直徑一般較大而葉片較短。葉片有平直、前彎和后彎幾種形式。平直葉片一般用于低壓通風(fēng)機(jī)；前彎葉片的通風(fēng)機(jī)送風(fēng)量大，但效率低；高效通風(fēng)機(jī)的葉片通常是后彎葉片。蝸殼的氣體通道截面有矩形和圓形兩種，一般低、中壓通風(fēng)機(jī)多為矩形。,離心式通風(fēng)機(jī)特性曲線,主要性能參數(shù)：風(fēng)量V：氣體通過(guò)體積流量（按通風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)）。風(fēng)壓HT（也稱全風(fēng)壓）：?jiǎn)挝惑w積氣體所獲得的能量(N/m2)。軸功率和效率：N、,以通風(fēng)機(jī)進(jìn)口、出口為1、2截面列柏努利方程空氣直接由大氣吸入時(shí)u10，且（z2-z1）可忽略，則：,測(cè)定通風(fēng)機(jī)特性曲線的依據(jù),離心式鼓風(fēng)機(jī),羅茨鼓風(fēng)機(jī),工作原理：與齒輪泵相似。結(jié)構(gòu)：由機(jī)殼和腰形轉(zhuǎn)子組成。兩轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間間隙很小，無(wú)過(guò)多泄漏。改變兩轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，則吸入與排出口互換。,特點(diǎn)：風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比而與出