流體輸送設(shè)備

1、第2章 流體輸送設(shè)備2.1 概述流體輸送機(jī)械：為流體提供能量的機(jī)械或裝置流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)的作用：從低位輸送到高位，從低壓送至高壓，從一處送至另一處。 對(duì)流體輸送機(jī)械的基本要求（1）滿足工藝上對(duì)流量和能量的要求(最為重要）；（2）結(jié)構(gòu)簡單，投資費(fèi)用低；（3）運(yùn)行可靠，效率高，日常維護(hù)費(fèi)用低；（4）能適應(yīng)被輸送流體的特性，如腐蝕性、粘性、可燃性等。 流體輸送機(jī)械的分類按輸送流體的種類不同 泵（液體）：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵風(fēng)機(jī)（氣體）：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，真空泵按作用原理不同：離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等本章主要講解：流體輸送機(jī)械的基本構(gòu)造、作用原理、性能及根據(jù)工藝要求選擇合適的輸送設(shè)備。2

2、.2 離心泵離心泵是化工生產(chǎn)中最常用的一種液體輸送機(jī)械，它的使用約占化工用泵的8090。2.2.1 離心泵的工作原理和主要部件基本結(jié)構(gòu)：蝸形泵殼，泵軸（軸封裝置），葉輪啟動(dòng)前：將泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體（灌泵）。輸送原理：泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)液體旋轉(zhuǎn)離心力（p,u）泵殼，A u p液體以較高的壓力，從壓出口進(jìn)入壓出管，輸送到所需的場所。中心真空吸液氣縛現(xiàn)象：啟動(dòng)前未灌泵，空氣密度很小，離心力也很小。吸入口處真空不足以將液體吸入泵內(nèi)。雖啟動(dòng)離心泵，但不能輸送體。此現(xiàn)象稱為“氣縛”。說明離心泵無自吸能力。防止：灌泵。生產(chǎn)中一般把泵放在液面以下。底閥（止逆閥），濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)。 離心泵的主

3、要部件1. 葉輪葉輪是離心泵的最重要部件。其作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳給液體，使液體的靜壓能和動(dòng)能都有所提高。按結(jié)構(gòu)可分為以下三種：開式葉輪：葉輪兩側(cè)都沒有蓋板，制造簡單，效率較低。它適用于輸送含雜質(zhì)較多的液體。半閉式葉輪：葉輪吸入口一側(cè)沒有前蓋板，而另一側(cè)有后蓋板，它適用于輸送含固體顆粒和雜質(zhì)的液體。閉式葉輪：閉式葉輪葉片兩側(cè)都有蓋板，這種葉輪效率較高，應(yīng)用最廣。閉式或半開式葉輪的后蓋板與泵殼之間的縫隙內(nèi)，液體的壓力較入口側(cè)為高，這使葉輪遭受到向入口端推移的軸向推力。可在后蓋板上鉆幾個(gè)小孔，稱為平衡孔平衡孔作用：消除軸向推動(dòng)力。（泵的效率有所下降）2. 泵殼離心泵的外殼多做成蝸殼形，其內(nèi)有一個(gè)

4、截面逐漸擴(kuò)大的蝸形通道。泵殼的作用：（1）匯集液體；（2）使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能。動(dòng)能靜壓能。3. 軸封裝置軸封裝置的作用：避免泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出，或防止外界空氣從相反方向進(jìn)入泵內(nèi)。離心泵的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封。機(jī)械密封的效果好于填料密封。 離心泵的主要性能參數(shù)1. 流量（送液能力）：單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。 qv，m3/s，m3/。與葉輪尺寸、轉(zhuǎn)速、管路特性有關(guān)。2. 揚(yáng)程（壓頭）：單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量，m。與泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)。H 用實(shí)驗(yàn)測定，3. 效率 泵的效率就是反映能量損失的大小。能量損失的原因（）容積損失：泵的泄漏造成的。容積效率1。（）水

5、力損失：由于流體流過葉輪、泵殼時(shí)產(chǎn)生的能損失。水力效率2。（）機(jī)械損失：泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在軸承、軸封裝置等機(jī)械部件接觸 處由于機(jī)械磨擦而消耗部分能量，機(jī)械效率3。泵的總效率（又稱效率） 1×2×3 對(duì)離心泵來說，一般0.60.85左右，大型泵可達(dá)0.904. 軸功率 軸功率：泵軸所需要的功率，P kW有效功率：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵的葉輪所獲得的有效能量。PePe qv Hg qv泵的流量，m3/s； H泵的壓頭，m ； 液體的密度，kg/m3； g重力加速度，m/s2。泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能發(fā)生超負(fù)荷，所配電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)比泵的軸功率大。在機(jī)電產(chǎn)品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊說明以外

6、，均系指輸送清水時(shí)的數(shù)值。例- 某離心泵以20水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn), 測得體積流量為720m3/h，泵出口壓力表數(shù)為3.82kgf/cm2，吸入口真空表讀數(shù)為210mmHg，壓力表和真空表間垂直距離為410mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為350mm及300mm。試求泵的壓頭。（能量損失可以忽略） 離心泵的特性曲線及其影響因素1. 離心泵的特性曲線壓頭、流量、功率和效率之間的關(guān)系在一定轉(zhuǎn)速下(1) H qv qv , H (2) P qv qv , P; qv =0 P=Pmin啟動(dòng)離心泵時(shí)，為了減小啟動(dòng)功率，應(yīng)將出口閥關(guān)閉。(3) qv qv =0 , =0;離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)：效率最高點(diǎn)。高效率區(qū)： m

7、ax×92% 銘牌：最高效率下的流量、壓頭和功率2. 影響離心泵性能的主要因素（1）液體物性對(duì)離心泵特性的影響密度的影響 離心泵的壓頭、流量、效率均與液體的密度無關(guān)。所以離心泵特性曲線中的Hqv及qv曲線保持不變。但泵的軸功率與輸送液體的密度有關(guān)。密度­ 軸功率­粘度的影響 若被輸送液體的粘度大于常溫下清水的粘度，則泵體內(nèi)部液體的能量損失增大，因此泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大。對(duì)小型泵的影響尤為顯著。（2）轉(zhuǎn)速對(duì)離心泵特性的影響離心泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速n下測定的，當(dāng)n改變時(shí)，泵的流量、壓頭及功率也相應(yīng)改變。比例定律適用條件：同一型號(hào)泵、同一種

8、液體，在效率不變的前提下。（3）葉輪直徑對(duì)離心泵特性的影響當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過切割葉輪直徑D，使其變小，也能改變特性曲線。(稱為切割定律)適用條件：同一型號(hào)泵、同一液體、同一轉(zhuǎn)速 下直徑D的切割量小于5。 例2-2 一水泵的銘牌上標(biāo)有：流量36.2m3/h，揚(yáng)程12m，軸功率1.82kw，效率65%，配用電機(jī)容量2.8kw，轉(zhuǎn)數(shù)1400rpm。今欲在以下情況下使用是否可以？如不可以，采用什么具體措施才能滿足要求？（計(jì)數(shù)說明）（1）輸送密度為1800kg/m3的溶液，流量為33m3/h，揚(yáng)程為12m；（2）輸送密度為800kg/m3的油品，流量為50m3/h，揚(yáng)程為24m。 離心泵的工作特

9、點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1. 管路特性曲線 管路特性曲線2.工作點(diǎn) 工作點(diǎn)： 泵的特性曲線H-qv與管路的特性曲線H- qv的交點(diǎn)。 適宜工作點(diǎn)：工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)效率在最高效率區(qū)。3. 流量調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)流量實(shí)質(zhì)：改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線，從而改變泵 的工作點(diǎn)的問題。（1）改變管路特性曲線閥門開?。築 曲線變陡 qv H閥門開大：B 曲線變平坦 qv H特點(diǎn)：應(yīng)用靈活，流量連續(xù)變化， 能量損失大。（2）改變泵的特性曲線改變離心泵的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪直徑 n 泵特性曲線向上移 qv H n 泵特性曲線向下移 qv H（3）離心泵的并聯(lián)與串聯(lián)離心泵的并聯(lián)設(shè)將兩臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)于管路系統(tǒng)中，且各自的吸入管路相同

10、。在同一壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺(tái)泵的兩倍。并聯(lián)泵的工作點(diǎn)由并聯(lián)特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)決定。并聯(lián)后的總流量必低于單臺(tái)泵流量的兩倍，而且并聯(lián)壓頭略高于單臺(tái)泵的壓頭 離心泵的串聯(lián)兩臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)操作時(shí)，每臺(tái)泵的流量和壓頭也各自相同。兩臺(tái)泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺(tái)泵壓頭的兩倍。離心泵組合方式的選擇對(duì)于管路特性曲線較平坦的低阻力型管路，采用并聯(lián)組合方式可獲得較串聯(lián)組合方式為高的流量和壓頭；反之，對(duì)于管路特性曲線較陡的高阻力型管路，則宜采用串聯(lián)組合方式。P57例2-3，2-4 離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度1. 汽蝕現(xiàn)象 當(dāng)泵入口處的壓力等于或低于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將在該處汽化，

11、產(chǎn)生氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入葉輪高壓區(qū)后，氣泡就急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，此時(shí)周圍的液體以極高的速度流向原氣泡占據(jù)的空間，產(chǎn)生了極大的局部沖擊壓力。在這種巨大沖擊力的反復(fù)作用下，導(dǎo)致泵殼和葉輪被損壞，這種現(xiàn)象稱為汽蝕現(xiàn)象。汽蝕：當(dāng)p1飽和蒸汽壓危害：噪音、震動(dòng)，流量、揚(yáng)程明顯下降避免：最低點(diǎn)壓強(qiáng)飽和蒸汽壓產(chǎn)生原因：Hg高； 泵吸入管路局部阻力過大 ； 液體溫度高在0-0、1-1截面間列柏努力方程2. 離心泵的最大安裝高度為了避免氣蝕的發(fā)生，泵的安裝高度不能太高，采用以下兩種抗氣蝕性能指標(biāo)來限定泵吸入口附近的最低壓力。（1）氣蝕余量 （2）離心泵的允許吸上真空度h和 ：廠家20清水

12、做實(shí)驗(yàn)實(shí)際安裝高度：應(yīng)小于計(jì)算的（0.5-1)m左右。負(fù)值：表示在液面下。提高Hg：減少Hf （吸入管阻力，減少彎頭、閥門、增大吸入管直徑)P61例2-5例2-3 用某臺(tái)離心泵輸送敞口水槽中40清水，泵入口中心線距水面以上4m，泵入口管路的壓頭為1mH2O。所選用的泵汽蝕余量為2mH2O。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa。試問這個(gè)泵能否正常工作？解：40水飽和蒸汽壓p=7.377kPa，密度=992.2kg/m3 實(shí)際安裝高度Hg=4m6.51m，故能正常工作例2-4若例2-2中的敞口水槽改為密閉水槽，槽內(nèi)水面上壓力為30 kPa，試問這個(gè)泵能否正常工作？ 實(shí)際安裝高度Hg=4m-0.67m，故不能正

13、常工作 離心泵的類型與選用1. 離心泵的類型按輸送介質(zhì)分：清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵。按葉輪吸入方式：單吸泵、雙吸泵。按葉輪數(shù)目：單級(jí)泵、多級(jí)泵。（1）清水泵 （IS型、D型、Sh型） 輸送物理、化學(xué)性質(zhì)與清水類似的液體。 IS50-32-250 ： IS單級(jí)單吸懸臂式離心泵；50 泵吸入口直徑（mm）； 32 泵出口直徑（mm）； 250葉輪直徑（mm）；適用：t80、qv：4.5360m3/h、H：898m。IS型泵的全系列揚(yáng)程范圍為898m，流量范圍為4.5360m3/h。若要求的揚(yáng)程較高而流量并不太大時(shí)，可采用多級(jí)泵。這種泵在同一泵殼內(nèi)有多只葉輪，液體串聯(lián)通過各葉輪。國產(chǎn)多級(jí)泵的系

14、列代號(hào)為D，稱為D型離心泵。葉輪級(jí)數(shù)一般為29級(jí)，最多為12級(jí)。全系列揚(yáng)程范圍為14351m，流量范圍為10.8850 m3/h。若泵送液體的流量較大而所需揚(yáng)程并不高時(shí)，則可采用雙吸泵。國產(chǎn)雙吸泵的系列代號(hào)為Sh。這種泵在同一泵殼內(nèi)有多只葉輪，液體串聯(lián)通過各葉輪。D1225×3型泵為例：其中D為型號(hào)；12表示公稱流量（公稱流量是指最高效率時(shí)流量的整數(shù)值）；25表示該泵在效率最高時(shí)的單級(jí)揚(yáng)程，m；3表示級(jí)數(shù)，即該泵在效率最高時(shí)的總揚(yáng)程為75m。國產(chǎn)雙吸泵的系列代號(hào)為Sh。全系列揚(yáng)程范圍為9140m，流量范圍為12012500 m3/h。100S90型泵，100表示吸入口的直徑，mm；S

15、表示泵的類型為雙吸式離心泵；90表示最高效率時(shí)的揚(yáng)程，m。（2）耐腐蝕泵： 輸送酸、堿、鹽等腐蝕性液體(多采用機(jī)械密封裝置)F單級(jí)單吸式離心泵25FB-16A 25代表吸入口的直徑，mm；F代表耐腐蝕泵；B代表所用材料為1Cr18Ni9的不銹鋼；16代表泵在最高效率時(shí)的揚(yáng)程，m；A表示該泵裝配的比標(biāo)準(zhǔn)直徑小一號(hào)的葉輪。（3）油泵特點(diǎn)：密封性能必須高，以免易燃液體泄漏Y型離心油泵如50Y60A50 入口直徑，mm；Y離心油泵；60單級(jí)揚(yáng)程，m；A表示該泵裝配的是比標(biāo)準(zhǔn)直徑小一號(hào)的葉輪。2. 離心泵的選用離心泵的選用，通?？砂聪铝胁襟E進(jìn)行。（1）根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件，確定泵的類型。根據(jù)輸

16、送介質(zhì)決定選用清水泵、油泵、耐腐蝕泵等；根據(jù)現(xiàn)場安裝條件決定選用臥式泵、立式泵等；根據(jù)流量大小選用單吸泵、雙吸泵等；根據(jù)揚(yáng)程大小選用單級(jí)泵、多級(jí)泵等。（2）根據(jù)管路系統(tǒng)對(duì)泵提出的流量和壓頭的要求，從泵的樣本、產(chǎn)品目錄中選出合適的型號(hào)。所選泵所能提供的流量和壓頭比管路要求值要稍大。（3）核算泵的軸功率 若被輸送液體的密度大于水的密度，則要核算泵的軸功率。2.3 其他類型化工泵 往復(fù)泵1. 往復(fù)泵工作原理主要部件：泵缸、活塞、吸入閥和排出閥。吸入閥和排出閥均為單向閥。工作原理：活塞由曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液體被吸入或排出。適用場合：小流量、高揚(yáng)程。沖程（行程）：活塞在泵缸內(nèi)兩端間移動(dòng)的距離。

17、往復(fù)泵的低壓是靠工作室的擴(kuò)張來造成的，所以在啟動(dòng)之前，泵內(nèi)無須充滿液體。即往復(fù)泵有自吸作用。2. 往復(fù)泵的類型和流量單動(dòng)泵：具有一個(gè)泵缸的往復(fù)泵。缺點(diǎn)：供液的不均勻。某些對(duì)流量均勻性要求較高的場合，也不適宜采用往復(fù)泵。雙動(dòng)泵和三聯(lián)泵，可以改善單動(dòng)泵流量的不均勻性。單動(dòng)泵 雙動(dòng)泵式中：Z泵缸數(shù)目；AF活塞面積，m2；S活塞沖程，m；nr活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)，1/min；Af活塞桿截面積，m2。3. 往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)注意：與離心泵不同,往復(fù)泵不能采用出口閥門來調(diào)節(jié)流量。（1）旁路調(diào)節(jié)改變旁路閥門的開度，以增減泵出口回流到進(jìn)口處的流量，來調(diào)節(jié)進(jìn)入管路系統(tǒng)的流量。（2）改變轉(zhuǎn)速和活塞行程離心泵往復(fù)泵開泵

18、前灌泵、關(guān)出口閥門（減少啟動(dòng)功率）無須灌泵、打開出口閥門（防止損壞泵體）流量調(diào)節(jié)出口閥門及泵旁路調(diào)節(jié)離心泵與往復(fù)泵比較2.4 氣體輸送機(jī)械氣體輸送機(jī)械：輸送機(jī)械和壓縮氣體的設(shè)備。壓縮比：氣體排出與吸入壓力的比值。按其終壓（出口壓力）或壓縮比大小分為四類： 通風(fēng)機(jī)：終壓不大于15kPa（表壓），壓縮比為11.15； 鼓風(fēng)機(jī)：終壓為15kPa300kPa（表壓），壓縮比1.154； 壓縮機(jī)：終壓為300kPa（表壓）以上，壓縮比大于4； 真空泵：使設(shè)備產(chǎn)生真空，出口壓力為1atm，壓縮比由真空度決定按結(jié)構(gòu)與工作原理：離心式，往復(fù)式，旋轉(zhuǎn)式 離心式通風(fēng)機(jī) 結(jié)構(gòu)：和離心泵類似，葉片數(shù)較離心泵多。常用的通風(fēng)機(jī)有離心式和軸流式兩種，軸流式通風(fēng)機(jī)的送氣量較大，但風(fēng)壓較低，常用于通風(fēng)換氣，而離心式通風(fēng)機(jī)使用廣泛。（1）離心式通風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理離心式通風(fēng)機(jī)的工作原理和離