化工原理-第2章-液體輸送機械

1、第二章第二章 液體輸送機械液體輸送機械 第一節(jié) 概 述 一、液體輸送機械的作用 在化工生產(chǎn)過程中，常常需要將液體物料從一個設(shè)備輸送至另一個設(shè)備；從一個位置輸送到另一個位置。當(dāng)液體從低能位向高能位輸送時，必須使用液體輸送機械，對物料加入外功以克服沿程的運動阻力及提供輸送過程所需的能量。為輸送物料提供能量的機械裝置稱為輸送機械，其中輸送液體的機械稱為泵。泵是一種通用的機械，在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，廣泛使用著各種類型的泵。 二、液體輸送機械的分類 由于被輸送液體的性質(zhì),如黏性、腐蝕性、混懸液的顆粒等都有較大差別，溫度、壓力、流量也有較大的不同，因此，需要用到各種類型的泵。根據(jù)施加給液體機械能的手段和工作

2、原理的不同，大致可分為四大類，如表2-1所示。 第一節(jié) 概 述表2-1液體輸送機械的分類 其中離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單、流量大而且均勻、操作方便等優(yōu)點，在化工生產(chǎn)中的使用最為廣泛。本章重點講述離心泵、往復(fù)泵，對其它類型的泵作一般介紹。第二節(jié) 離心泵 一、 離心泵的工作原理與構(gòu)造 1離心泵的工作原理 圖2-1是一臺安裝在管路中的離心泵裝置示意圖，主要部件為葉輪1，葉輪上有6-8片向后彎曲的葉片，葉輪緊固于泵殼2內(nèi)的泵軸3上，泵的吸入口4與吸入管5相連。液體經(jīng)底閥6和吸入管5進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口8與排出管9連接,泵軸3用電機或其它動力裝置帶動。 圖2-1離心泵裝置示意圖1-葉輪；2-泵殼；3-泵

3、軸；4-吸入口；5-吸入管；6-底閥；7-濾網(wǎng)；8-排出口；9-排出管；10-調(diào)節(jié)閥第二節(jié) 離心泵 泵在啟動前,首先向泵內(nèi)灌滿被輸送的液體，這種操作稱為灌泵。同時關(guān)閉排出管路上的流量調(diào)節(jié)閥，待電動機啟動后，再打開出口閥。離心泵啟動后高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動葉片間的液體作高速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，液體便從葉輪中心被拋向葉輪的周邊，并獲得了機械能，同時也增大了流速，一般可達(dá)1525m/s,其動能也提高了。當(dāng)液體離開葉片進(jìn)入泵殼內(nèi)，由于泵殼的流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低而壓強逐漸增大，最終以較高的壓強沿泵殼的切向從泵的排出口進(jìn)入排出管排出，輸送到所需場所，完成泵的排液過程。 第二節(jié) 離心泵 當(dāng)泵內(nèi)液體

4、從葉輪中心被拋向葉輪外緣時，在葉輪中心處形成低壓區(qū)，這樣就造成了吸入管貯槽液面與葉輪中心處的壓強差，液體就在這個靜壓差作用下，沿著吸入管連續(xù)不斷地進(jìn)入葉輪中心，以補充被排出的液體，完成離心泵的吸液過程。只要葉輪不停地運轉(zhuǎn)，液體就會連續(xù)不斷地被吸入和排出。 若泵啟動前未充滿被輸送液體，則泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度比液體的密度小得多，泵內(nèi)產(chǎn)生離心力很小，因而在吸入口處的真空度很小，貯槽液面和泵入口處的靜壓頭差很小，不能推動液體進(jìn)入泵內(nèi)，啟動泵后而不能輸送液體的現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。表示離心泵無自吸能力。離心泵吸入管底部安裝的帶吸濾網(wǎng)的底閥為止逆閥，為啟動前灌泵所配置的。 第二節(jié) 離心泵 2離心泵的主要

5、部件 離心泵的主要部件為葉輪、泵殼和軸封裝置。(1)葉輪葉輪是離心泵的關(guān)鍵部件,其作用是將原動機的機械能傳給液體，使通過離心泵的液體靜壓能和動能均有所提高。葉輪有6-8片的后彎葉片組成。按其機械結(jié)構(gòu)可分為以下三種，如圖2-2所示。開式葉輪僅有葉片和輪轂，兩側(cè)均無蓋板，制造簡單,清洗方便，如圖2-2(a)所示；半閉式葉輪,沒有前蓋板而有后蓋板的葉輪，如圖2-2(b)所示；閉式葉輪兩側(cè)分別有前、后蓋板,流道是封閉的，如圖2-2(c)所示,這種葉輪液體流動摩擦阻力損失小,適用于高揚程、潔凈液體的輸送。 第二節(jié) 離心泵 （a） （b） （c）圖2-2 離心泵的葉輪（a）開式 （b）半閉式 （c）閉式第

6、二節(jié) 離心泵 一般離心泵大多采用閉式葉輪。開式和半閉式葉輪由于流道不易堵塞，適用于漿液、粘度大的液體或含有固體顆粒的懸浮物液體的輸送。但由于開式或半閉式葉輪沒有或一側(cè)有蓋板，葉輪外周端部沒有很好的密合，部分液體會流回葉輪中心的吸液區(qū)，因而效率較低。 開式或半閉式葉輪在運行時,部分高壓液體漏人葉輪后側(cè),使葉輪后蓋板所受壓力高于吸人口側(cè),對葉輪產(chǎn)生軸向推力。軸向推力會使葉輪與泵殼接觸而產(chǎn)生摩擦,嚴(yán)重時會引起泵的震動。為了減小軸向推力,可在后蓋板上鉆一些小孔,稱為平衡孔如圖2-3(a)中1,使部分高壓液體漏至低壓區(qū),以減小葉輪兩側(cè)的壓力差。平衡孔可以有效地減小軸向推力,但同時也降低了泵的效率。 第二

7、節(jié) 離心泵 葉輪按其吸液方式的不同可分為單吸式和雙吸式兩種，如圖2-3所示。單吸式葉輪構(gòu)造簡單，液體從葉輪一側(cè)被吸入；雙吸式葉輪可同時從葉輪兩側(cè)對稱地吸入液體。顯然，雙吸式葉輪具有較大的吸液能力，并較好地消除軸向推力。故常用于大流量的場合。 (2)泵殼 泵殼是一個截面逐漸擴(kuò)大的狀似蝸牛殼形的通道稱蝸殼，如圖2-5所示。葉輪在殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn),愈接近液體出口,通道截面積愈大。因此,液體從葉輪外緣以高速被拋出后,沿泵殼的蝸牛形通道而向排出口流動,流速便逐漸降低,減少了能量損失,且使大部分動能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。所以泵殼不僅作為一個匯集和導(dǎo)出液體的通道，同時其本身又是一個轉(zhuǎn)能裝置。

8、 第二節(jié) 離心泵（a）單吸式 （b）雙吸式 圖2-4 泵殼與導(dǎo)輪 圖2-3 吸液方式 1-葉輪；2-導(dǎo)輪；3-泵殼 1-平衡孔；2-后蓋板第二節(jié) 離心泵 (2)泵殼 泵殼是一個截面逐漸擴(kuò)大的狀似蝸牛殼形的通道稱蝸殼，如圖2-5所示。葉輪在殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn),愈接近液體出口,通道截面積愈大。因此,液體從葉輪外緣以高速被拋出后,沿泵殼的蝸牛形通道而向排出口流動,流速便逐漸降低,減少了能量損失,且使大部分動能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。所以泵殼不僅作為一個匯集和導(dǎo)出液體的通道，同時其本身又是一個轉(zhuǎn)能裝置。圖2-5流體在泵內(nèi)的流動情況第二節(jié) 離心泵 在較大的泵中,在葉輪與泵殼之間還裝有固定不動

9、的導(dǎo)輪,如圖2-4中的2所示,其目的是為了減少液體直接進(jìn)入蝸殼時的沖擊。由于導(dǎo)輪具有很多逐漸轉(zhuǎn)向的通道,使高速液體流過時均勻而緩和地將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能,從而減少了能量損失。 (3)軸封裝置 泵軸與泵殼之間的密封成為軸封。其作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周漏出,或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)的低壓區(qū)。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種，如圖2-6和圖2-7所示。普通離心泵所采用的軸封裝置是填料函，即將泵軸穿過泵殼的環(huán)隙作為密封圈，于其中填入軟填料（例如浸油或涂石墨的石棉繩），以將泵殼內(nèi)、外隔開，而泵軸仍能自由轉(zhuǎn)動。 對于輸送酸、堿以及易燃、易爆、有毒的液體,密封的要求就比較高,既不允許

10、漏入空氣,又力求不讓液體滲出。近年來在制藥生產(chǎn)中離心泵的軸封裝置廣泛采用機械密封。如圖2-7所示，它是有一個裝在轉(zhuǎn)軸上的動環(huán)和另一個固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成，兩環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而做相對運動，起到密封作用。 第二節(jié) 離心泵 圖2-6填料密封裝置1-填料函殼；2-軟填料；3-液封圈；4-填料壓蓋；5-內(nèi)襯套圖2-7機械密封裝置1-螺釘；2-傳動座；3-彈簧；4-椎環(huán)；5-動環(huán)密封圈；6-動環(huán)；7-靜環(huán)；8-靜環(huán)密封圈；9-防轉(zhuǎn)銷第二節(jié) 離心泵 二、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線 1性能參數(shù) 表征離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚程、軸功率和效率，這些參數(shù)標(biāo)注在離心泵的銘牌上，是評價離心泵的性能和正

11、確選用離心泵的主要依據(jù)。 （1）流量（送液能力） 指單位時間內(nèi)泵排到管路系統(tǒng)中的液體體積，用符號表示，其單位為m/h或m/s，其大小主要取決于泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速等。第二節(jié) 離心泵 （2）揚程（泵的壓頭） 指泵對單位重量（1N）的液體所提供的有效能量。用符號表示，其單位為m液柱。離心泵壓頭取決于泵的結(jié)構(gòu)（葉輪直徑、葉片彎曲情況）轉(zhuǎn)速和流量，也與液體的密度有關(guān)。對于一定的泵在指定的轉(zhuǎn)速下，與 之間存在一定關(guān)系，由于液體在泵內(nèi)的流動情況比較復(fù)雜，與 關(guān)系只能用實驗測定。 (3)功率 泵的有效功率是指單位時間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量，用符號 表示，單位為W或kW。因為離心泵排出的液體質(zhì)量流量為

12、 ,所以泵的有效功率為 （2-1）vqvq有pvqHgqpv有第二節(jié) 離心泵 泵的軸功率是指泵軸所需的功率即電動機傳給泵軸的功率，用符號 表示，單位為W或kW，則 為 （2-2） 若離心泵軸功率的單位用kW表示，則式（2-2）變?yōu)?（2-2a） 軸p軸pHgqpv軸102vqp軸式中 泵的有效功率,W； 泵的實際流量,m3/s； 液體密度,kg/m3； 泵的有效壓頭，即單位重量的液體自泵處凈獲得 的能量，m； 重力加速度,m/s2。 有pvqHg第二節(jié) 離心泵 還應(yīng)注意泵標(biāo)牌上注明的軸功率是以常溫20的清水為試驗液體，其密度為1000kg/m計算的。如泵輸送液體的密度較大，應(yīng)看原配電機是否適用

13、。若需要自配電機，為防止電機超負(fù)載，常按實際工作的最大流量計算軸功率作為選電機的依據(jù)。 (4)效率 是表示液體輸送過程中泵軸轉(zhuǎn)動所作的功不能全部為液體所獲得，不可避免地會有能量損失，它包括容積損失、水力損失和機械損失，以上三種損失即用離心泵的總效率表示為 （2-3） %100軸有pp第二節(jié) 離心泵 離心泵效率與泵的尺寸、類型、構(gòu)造、加工精度、液體流量和所輸送液體性質(zhì)有關(guān)，一般小型泵效率為50%70%，大型泵可達(dá)到90%左右。 2特性曲線 離心泵的有效壓頭、軸功率、效率與流量之間的關(guān)系曲線稱為離心泵的特性曲線,如圖2-8所示，其中以揚程和流量的關(guān)系最為重要。由于泵的特性曲線隨泵轉(zhuǎn)速而改變，故其數(shù)

14、值通常是在額定轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)試驗條件(大氣壓101.325kPa,20清水)下測得。通常在泵的產(chǎn)品樣本中附有泵的主要性能參數(shù)和特性曲線,供選泵和操作參考。 第二節(jié) 離心泵 圖2-8離心泵的特性曲線 第二節(jié) 離心泵 - 曲線 表示泵的揚程和流量的關(guān)系。曲線表明離心泵的揚程隨流量的增大而下降。 - 曲線 表示泵的軸功率和流量的關(guān)系。曲線表明離心泵的軸功率隨流量的增大而上升，當(dāng)流量為零時軸功率最小，所以離心泵啟動時，為了減小啟動功率應(yīng)使流量為零即將出口閥門關(guān)閉，以保護(hù)電機。待電機運轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速后，再逐漸打開出口閥門。 - 曲線 表示泵的效率和流量的關(guān)系。曲線表明離心泵的效率隨流量的增大而增大，當(dāng)流量增大

15、到一定值后，效率隨流量的增大而下降，曲線存在一最高效率點即為設(shè)計點。對應(yīng)于該點的各性能參數(shù) 、 和 稱為最佳工況參數(shù)，即離心泵銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選用離心泵時應(yīng)盡可能使泵在最高效率點附近工作。 vqHvqvq軸pvq軸pH第二節(jié) 離心泵 3.影響離心泵特性曲線的因素 生產(chǎn)廠家提供的離心泵特性曲線都是針對特定型號的泵，在一定的轉(zhuǎn)速和常壓下用常溫水為工質(zhì)測得的。而實際生產(chǎn)中所輸送的液體是多種多樣的，工作情況也有很大的不同，需要考慮密度、泵的轉(zhuǎn)速和葉輪直徑等和實驗條件的不同對泵產(chǎn)生的影響。并根據(jù)使用情況，對廠家提供的特性曲線進(jìn)行重新?lián)Q算。 密度的影響 離心泵的流量、壓頭均與液體的密度無

16、關(guān)，效率也不隨密度而改變，當(dāng)被輸送液體的密度發(fā)生改變時， - 曲線和 - 曲線基本不變。但泵的軸功率與液體的密度成正比，此時原產(chǎn)品說明書上的 - 曲線已不再使用,泵的軸功率需按（2-2）式重新計算。vqvqvqH軸p第二節(jié) 離心泵 黏度的影響 當(dāng)輸送液體的黏度大于常溫水的黏度時，泵內(nèi)液體的能量損失增大，導(dǎo)致泵的流量、壓頭減小、效率下降，但軸功率增加，泵的特性曲線均發(fā)生變化。 離心泵轉(zhuǎn)速的影響 對同一臺離心泵若葉輪尺寸不變，僅轉(zhuǎn)速變化，其特性曲線也將發(fā)生變化。在轉(zhuǎn)速變化小于20%時，流量、揚程及軸功率與轉(zhuǎn)速間的近似關(guān)系也可用比例定律進(jìn)行計算 （2-4） 式中 、 、 轉(zhuǎn)速為時泵的流量、揚程、軸功

17、率； 、 、 轉(zhuǎn)速為時泵的流量、揚程、軸功率。 2121nnqqvv22121nnHH32121nnpp軸軸1vq1H1軸p2vq2H2軸p第二節(jié) 離心泵 葉輪直徑的影響 泵的制造廠或用戶為了擴(kuò)大離心泵的使用范圍,除配有原型號的葉輪外,常備有外直徑略小的葉輪,此種作法被稱為離心泵葉輪的切割。當(dāng)轉(zhuǎn)速不變,若對同一型號的泵換用直徑較小的葉輪,但不小于原直徑的90%時,離心泵的流量、揚程及軸功率與葉輪直徑之間的近似關(guān)系稱為切割定律。 （2-5） 式中 、 、 葉輪直徑為時泵的流量、揚程、軸功率； 、 、 葉輪直徑為時泵的流量、揚程、軸功率； 、 原葉輪的外直徑和變化后的外直徑。 2121ddqqvv

18、22121ddHH32121 ddpp軸軸1vq1H1軸p2vq2H2軸p1d2d第二節(jié) 離心泵 三離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié) 1管路的特性曲線 每種型號的離心泵在一定轉(zhuǎn)速下，都有其自身固有的特性曲線。但當(dāng)離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時，實際的工作壓頭和流量不僅遵循泵特性曲線上二者的對應(yīng)關(guān)系，而且還受管路特性所制約。 管路特性曲線表示流體通過某一特定管路所需要的壓頭與流量的關(guān)系。假定利用一臺離心泵把水池的水抽到水塔上去,如圖2-10所示，水從吸水池流到上水池的過程中,若兩液面皆維持恒定，則流體流過管路所需要的壓頭為 feHgugpzH22第二節(jié) 離心泵 因為 對于特定的管路， 為固定值，與管路中

19、的流體流量無關(guān)，管徑不變, = 、/2g=0,令 所以上式可寫成 （2-6） 式（2-6）就是管路特性曲線方程。對于特定的管路，式中是固定不變的，當(dāng)閥門開度一定且流動為完全湍流時，也可看作是常數(shù)。將式（2-6）繪于圖2-11得管路特性曲線。管路特性曲線的形狀有管路布局和流量等條件來確定，而與離心泵的性能無關(guān)。252282vqdlelggudlelHfgpz1u2u2veBqAH第二節(jié) 離心泵 2.工作點 若將泵的特性曲線和管路的特性曲線繪在同一圖中,見圖2-11所示,兩曲線交點P稱為離心泵在該管路上的工作點。該點對應(yīng)的流量和揚程既能滿足管路的特性曲線方程,又能滿足泵的特性曲線方程。若泵在該點所

20、對應(yīng)的效率是在最高效率區(qū),即為系統(tǒng)的理想工作點。圖2-11離心泵的工作點 （a）改變管路的特性曲線 （b）改變泵的特性曲線圖2-12離心泵的流量調(diào)節(jié)第二節(jié) 離心泵 3.流量調(diào)節(jié) 在實際生產(chǎn)的管路系統(tǒng)中，如果工作點的流量大于或小于所需要的輸送量，應(yīng)設(shè)法改變泵的工作點的位置，即進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)的方法有兩種，一是改變管路的特性，二是改變泵的特性。 (1)改變管路特性 常用改變泵出口管路上閥門的開度，即改變管路的阻力系數(shù)，可改變管路特性曲線的位置，滿足流量調(diào)節(jié)的要求。若閥門開度減小時,阻力增大,管路特性曲線變陡,如圖2-12（a）中的曲線所示,工作點由P移到P1,相應(yīng)的流量變?。划?dāng)開大閥門時，則

21、局部阻力減小，工作點移至P2,從而增大流量。第二節(jié) 離心泵 由此可見,通過調(diào)節(jié)閥門開度可使流量在設(shè)置的最大和最小值之間變動。當(dāng)閥門開度減小時,因流動阻力增加,需額外消耗部分能量，此外在流量調(diào)節(jié)幅度較大時離心泵往往工作在低效區(qū)，因此這種方法的經(jīng)濟(jì)性差。但這種調(diào)節(jié)方法快速簡便,靈活，可以連續(xù)調(diào)節(jié)，故應(yīng)用很廣。 第二節(jié) 離心泵 (2)改變泵的特性 對于同一個離心泵改變泵的轉(zhuǎn)速和葉輪的直徑可使泵的特性曲線發(fā)生改變，從而使工作點移動，這種方法不會額外增加管路阻力,并在一定范圍內(nèi)仍可使泵處在高效率區(qū)工作。一般來說,改變?nèi)~輪直徑顯然不如改變轉(zhuǎn)速簡便,且當(dāng)葉輪直徑變小,泵和電機的效率也會降低，況且調(diào)節(jié)幅度也有

22、限。所以常用改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。如圖2-12（b）所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速n減小到n1時,工作點由P移到P1,流量就相應(yīng)地減小；當(dāng)轉(zhuǎn)速n增大到n2時,工作點由P移到P2,流量就相應(yīng)地增大。 第二節(jié) 離心泵 四、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度 離心泵在管路系統(tǒng)中安裝位置是否合適，將會影響泵的運行及使用，若泵的安裝高度不合適，將會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。 圖2-13離心泵的安裝高度第二節(jié) 離心泵 1.汽蝕現(xiàn)象 離心泵的吸液管路如圖2-13所示，泵的吸液作用是依靠貯槽的液面0-0和泵入口截面1-1之間的勢能差實現(xiàn)的，即泵的吸入口附近為低壓區(qū)。當(dāng) 一定,若向上吸液高度 愈高、流量愈大、吸入管路的各種阻力愈大，則 就愈小，但在離

23、心泵的操作中， 值下降是有限度的，確切地說，葉輪入口處壓強不能低于被送液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓 ,否則，液體將會發(fā)生部分汽化,生成的氣泡將隨液體從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū),在高壓區(qū)氣泡會急劇收縮、凝結(jié),使其周圍的液體以極高的流速沖向剛消失的氣泡中心，造成極高的局部沖擊壓力，直接沖擊葉輪和泵殼,發(fā)生噪音,并引起震動。由于長時間受到?jīng)_擊力反復(fù)作用以及液體中微量溶解氧對金屬的化學(xué)腐蝕作用,葉輪的局部表面出現(xiàn)斑痕和裂紋,甚至呈海綿狀損壞,這種現(xiàn)象稱為汽蝕。汽蝕發(fā)生時，大量的氣泡破壞液流的連續(xù)性，阻塞流道，致使泵的流量、揚程和效率的急劇下降,運行的可靠性降低，汽蝕嚴(yán)重時，泵會中斷工作。 gHap飽p1p1p

24、第二節(jié) 離心泵 為避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生,泵的安裝高度不能太高，我國離心泵標(biāo)準(zhǔn)中，常采用允許汽蝕余量對泵的汽蝕現(xiàn)象加以控制。 離心泵的汽蝕余量為離心泵入口處的靜壓頭與動壓頭之和必須大于被輸送液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭之值,用 表示為 (2-7) 式中 泵吸入口處的絕對壓強,Pa； 泵吸入口處的液體流速,m/s； 輸送液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓,Pa； 液體的密度,kg/m3。gpgugph飽)2(211h1p1u飽p第二節(jié) 離心泵 能保證不發(fā)生汽蝕的最小值，稱為允許汽蝕余量 。離心泵允許汽蝕余量亦為泵的性能，列于離心泵規(guī)格表中，其值由實驗測得。 2.離心泵的最大安裝高度 是指泵的吸入口高于貯

25、槽液面最大允許的垂直高度,用表示 。如圖2-13所示,在貯槽液面0-0/和泵入口1-1/截面間的柏努利方程 （2-8） 將 = ， 0，及式（2-7）代入上式 允hmaxgH102111200022fHgugPzgugpz01zz 0ugH第二節(jié) 離心泵 式中 吸入管路的壓頭損失,m； 泵的允許安裝高度,m； 貯槽液面上方的壓強,Pa(貯槽敞口時,=,為當(dāng) 地大氣壓強)； 泵入口處液體流速(按操作流量計),m/s。 式（2-9）即為泵的最大安裝高度。為了保證泵的安全操作不發(fā)生汽蝕，泵的實際安裝高度 必須低于或等于 ,否則在操作時,將有發(fā)生汽蝕的危險。對于一定的離心泵,一定,若吸入管路阻力愈大,

26、液體的蒸氣壓愈高或外界大氣壓強愈低,則泵的最大安裝高度愈低。為減少管路的阻力，泵的入口處應(yīng)盡量選用直徑稍大的吸入管，縮短管子的長度和減少不必要的管件。當(dāng)使用條件允許時，盡量將泵直接安裝在貯液槽液面以下，液體利用位差即可自動灌入泵內(nèi)。 10fHmaxgH0p1ugHmaxgH第二節(jié) 離心泵 五、離心泵的組合、安裝及運轉(zhuǎn) 1.離心泵的組合 在實際工作中，如果單臺離心泵不能滿足輸送任務(wù)的要求，可將幾臺泵加以組合。組合的方式通常有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。 （1）并聯(lián)操作 兩臺泵并聯(lián)操作的流程如圖2-14(a)所示。設(shè)兩臺離心泵型號相同，并且各自的吸入管路也相同，則兩臺泵的流量和壓頭必相同。因此，在同一壓頭

27、下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍。據(jù)此可畫出兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線，如圖2-14(b)中曲線2所示。 第二節(jié) 離心泵圖2-14 離心泵的并聯(lián)操作第二節(jié) 離心泵 （1）并聯(lián)操作 兩臺泵并聯(lián)操作的流程如圖2-14(a)所示。設(shè)兩臺離心泵型號相同，并且各自的吸入管路也相同，則兩臺泵的流量和壓頭必相同。因此，在同一壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍。據(jù)此可畫出兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線，如圖2-14(b)中曲線2所示。 圖中，單臺泵的工作點為A，并聯(lián)后的工作點為B。兩泵并聯(lián)后，流量與壓頭均有所提高，但由于受管路特性曲線制約，管路阻力增大，兩臺泵并聯(lián)的總輸送量小于原單泵輸送量的兩倍。第二節(jié) 離心泵圖2-1

28、5 離心泵的串聯(lián)第二節(jié) 離心泵 (2)串聯(lián)操作 兩臺泵串聯(lián)操作的流程如圖2-15(a)所示。若兩臺泵型號相同，則在同一流量下，串聯(lián)泵的壓頭應(yīng)為單泵的兩倍。據(jù)此可畫出兩泵串聯(lián)后的合成特性曲線，如圖2-15(b)中曲線2所示。 由圖可知，兩泵串聯(lián)后，壓頭與流量也會提高，但兩臺泵串聯(lián)的總壓頭仍小于原單泵壓頭的兩倍。圖2-16 組合方式的選擇第二節(jié) 離心泵 (3)組合方式的選擇 如果單臺泵所提供的最大壓頭小于管路兩端 則只能采用串聯(lián)操作。 如圖2-16所示，對于低阻輸送管路，其管路特性較平坦(圖中曲線1)，泵并聯(lián)操作的流量及壓頭大于泵串聯(lián)操作的流量及壓頭；對于高阻輸送管路，其管路特性較陡峭(圖中曲線2

29、)，泵串聯(lián)操作的流量及壓頭大于泵并聯(lián)操作的流量及壓頭。因此，對于低阻輸送管路，并聯(lián)組合優(yōu)于串聯(lián)；而對于高阻輸送管路，串聯(lián)組合優(yōu)于并聯(lián)。 必須指出，上述泵的并聯(lián)與串聯(lián)操作，雖可以增大流量和壓頭以適應(yīng)管路的需求，但一般來說，其操作要比單臺泵復(fù)雜，所以通常并不隨意采用。多臺泵串聯(lián)，相當(dāng)于一臺多級離心泵，而多級離心泵比多臺泵串聯(lián)，結(jié)構(gòu)要緊湊，安裝維修都更方便，故當(dāng)需要時，應(yīng)盡可能使用多級離心泵。雙吸泵相當(dāng)于兩臺泵的并聯(lián),也宜采用雙吸泵代替兩泵的并聯(lián)操作。 )/(gpz第二節(jié) 離心泵 2離心泵的安裝與運轉(zhuǎn) (1)安裝 每臺泵在出廠時均附有安裝與使用說明書,應(yīng)當(dāng)仔細(xì)閱讀,以免失誤而造成損失。為避免泵運轉(zhuǎn)時

30、發(fā)生汽蝕現(xiàn)象,泵的實際安裝高度應(yīng)低于式(2-9)計算得到的允許最大安裝高度值；同時應(yīng)當(dāng)盡量縮短吸入管路的長度和減少其中的管件，泵吸入管的直徑通常均大于或等于泵入口直徑，以減小吸入管路的阻力。往高位或高壓區(qū)輸送液體的泵，在泵出口應(yīng)設(shè)置止逆閥，以防止突然停泵時大量液體從高壓區(qū)倒沖回泵造成水錘而破壞泵體。 第二節(jié) 離心泵 (2)運轉(zhuǎn) 泵啟動前要灌泵，為避免發(fā)生氣縛現(xiàn)象；啟動時應(yīng)關(guān)閉出口閥，為避免電機超載和加大電負(fù)荷，待電機運轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥調(diào)節(jié)所需流量。 停泵前應(yīng)先關(guān)閉出口閥再停電機，以免管路內(nèi)液體倒流，使葉輪受到?jīng)_擊而被損壞。 離心泵在運轉(zhuǎn)時還應(yīng)注意有無不正常的噪音，隨時觀察真空表和壓強

31、表指示是否正常，并應(yīng)定期檢查軸承、軸封等發(fā)熱情況，保持軸承潤滑；也要注意軸封處的泄漏情況，既要防止外泄，又要防止因從此處吸入氣體而降低泵的抽送能力。 若長期停泵不用，應(yīng)放盡泵和管道內(nèi)的液體，拆泵擦凈后涂油防銹。 第二節(jié) 離心泵 六、離心泵的類型與選用 (1)清水泵 清水泵是應(yīng)用最廣泛的離心泵，在化工生產(chǎn)中用來輸送各種工業(yè)用水以及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體。 最普通的清水泵是單級單吸式，其系列代號為“IS”，結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。全系列流量范圍為4.5360m3/h,揚程范圍為898m。以IS100-80-125說明泵型號中各項意義：IS國際標(biāo)準(zhǔn)單級單吸清水離心泵；100吸入管內(nèi)徑，mm；

32、80排出管內(nèi)徑,mm；125葉輪直徑,mm。 第二節(jié) 離心泵 圖2-17 IS型離心泵結(jié)構(gòu)圖1-泵體；2-葉輪螺母；3-止動墊圈；4-密封環(huán)；5-葉輪；6-泵蓋；7-軸蓋；8-填料環(huán)；9-填料；10-填料壓蓋；11-懸架軸承部分；12-泵軸第二節(jié) 離心泵 (2)耐腐蝕泵 輸送酸、堿、濃氨水等腐蝕性液體時,必須用耐腐蝕泵。耐腐蝕泵中所有與腐蝕性液體接觸的部件都要用耐腐蝕材料制造，其系列代號為“F”。但是，用玻璃、橡膠、陶瓷等材料制造的耐腐蝕泵，多為小型泵，不屬于“F”系列。 (3) 油泵 輸送石油產(chǎn)品的泵稱為油泵。因為油品易燃易爆,因此要求油泵具有良好的密封性能。當(dāng)輸送200以上的熱油時,還需有

33、冷卻裝置,一般在熱油泵的軸封裝置和軸承處均裝有冷卻水夾套，運轉(zhuǎn)時通冷水冷卻。油泵分單吸和雙吸兩種,系列號分別為“Y”和“YS”。第二節(jié) 離心泵 圖2-18多級離心泵示意圖 圖2-19 液下泵1-安裝平板；2-軸套管；3-泵體；4-壓出導(dǎo)管 第二節(jié) 離心泵 (4) 液下泵 液下泵在化工生產(chǎn)中作為一種化工過程泵或流程泵有著廣泛的應(yīng)用，通常安裝在液體貯槽內(nèi)，對軸封要求不高，可用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體，及節(jié)省了空間又改善了操作環(huán)境。其缺點是效率不高。液下泵結(jié)構(gòu)如圖2-19所示,系列代號為“FY”。 2離心泵的選用 離心泵的選擇原則上按下列步驟進(jìn)行： (1)確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭 一般液體的輸

34、送量由生產(chǎn)任務(wù)決定。如果流量在一定范圍內(nèi)變化，應(yīng)根據(jù)最大流量選泵，并根據(jù)情況計算最大流量下的管路所需的壓頭。第二節(jié) 離心泵 (2)選擇離心泵的類型與型號 根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件，確定泵的類型。如清水泵、油泵等；再根據(jù)管路系統(tǒng)對泵提出的流量和揚程的要求，從泵的樣本產(chǎn)品目錄或系列特性曲線選出合適的型號。在確定泵的型號時，要考慮操作條件的變化而留出一定的裕量，即所選泵所能提供的流量和壓頭比管路要求值可稍大一點，并使泵在高效范圍內(nèi)工作。當(dāng)遇到幾種型號的泵同時在最佳工作范圍內(nèi)滿足流量和壓頭的要求時，應(yīng)該選擇效率最高者，并參考泵的價格作綜合權(quán)衡。選出泵的型號后，應(yīng)列出泵的有關(guān)性能參數(shù)和轉(zhuǎn)速。 (3

35、)核算泵的軸功率 若輸送液體的密度大于水的密度，則要核算泵的軸功率，以選擇合適的電機。第三節(jié) 其它類型泵 一、往復(fù)泵 往復(fù)泵是活塞泵、柱塞泵和隔膜泵的總稱。是應(yīng)用較廣泛的容積式泵，屬正位移泵，它是利用活塞的往復(fù)運動，將能量傳遞給液體以達(dá)到吸入和排出液體的目的。 1往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理 往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)如圖2-20所示,其主要由泵缸、活塞、單向吸人閥、單向排出閥等組成?；钊麠U通過曲柄連桿機構(gòu)將電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動。工作時，活塞在外力推動下做往復(fù)運動，由此改變泵缸的容積和壓強，交替地打開吸入和排出閥門，達(dá)到輸送液體的目的?；钊诒酶變?nèi)移動至左右兩端的頂點叫“死點”，兩死點之間的活塞行程叫

36、沖程。 第三節(jié) 其它類型泵 圖2-20往復(fù)泵示意圖1-泵缸；2-活塞；3-活塞桿；4-吸入閥；5排出閥 2往復(fù)泵的類型 往復(fù)泵按照作用方式的不同可分為：(1)單動往復(fù)泵 如圖2-20，活塞往復(fù)一次，吸液和排液各完成一次，其瞬時流量不均勻，形成了圖2-23（a）所示的單動泵流量曲線。 (2)雙動往復(fù)泵 其主要構(gòu)造和原理如圖2-21所示，與單動泵相似，但活塞在氣缸的兩側(cè)，活塞往復(fù)一次，吸液和排液各兩次，形成了圖2-23（b）所示的雙動泵流量曲線。 第三節(jié) 其它類型泵 圖2-21雙動活塞泵 圖2-22三聯(lián)柱塞泵 第三節(jié) 其它類型泵 2往復(fù)泵的類型 往復(fù)泵按照作用方式的不同可分為： (1)單動往復(fù)泵

37、如圖2-20，活塞往復(fù)一次，吸液和排液各完成一次，其瞬時流量不均勻，形成了圖2-23（a）所示的單動泵流量曲線。 (2)雙動往復(fù)泵 其主要構(gòu)造和原理如圖2-21所示，與單動泵相似，但活塞在氣缸的兩側(cè)，活塞往復(fù)一次，吸液和排液各兩次，形成了圖2-23（b）所示的雙動泵流量曲線。 (3)三聯(lián)泵 用三臺單動泵連接在同一根曲軸的三個曲柄上，各臺泵活塞運動的相位差為2/3，分別推動三個缸的活塞，如圖2-22所示。曲軸每轉(zhuǎn)一周，三個泵缸分別進(jìn)行一次吸液和排液，聯(lián)合起來就有三次排液，改善流量的均勻程度，形成了圖2-23（c）所示的三聯(lián)泵流量曲線。 第三節(jié) 其它類型泵 3往復(fù)泵的主要性能 (1)流量 往復(fù)泵的

38、理論流量 原則上應(yīng)等于單位時間內(nèi)活塞在泵缸中掃過的體積，它與活塞面積、往復(fù)頻率、行程及泵缸數(shù)有關(guān)。 單缸、單動往復(fù)泵 （2-10） 單缸、雙動往復(fù)泵 （2-11) 式中 往復(fù)泵理論流量，m3/mim； 活塞截面積，m2； 活塞桿截面積，m2； 活塞的沖程，m； 活塞每分鐘的往復(fù)次數(shù)，1/min；理vqAsn理vqa)sn-A2(理vq理vqAasn第三節(jié) 其它類型泵 活塞的往復(fù)運動若由等速旋轉(zhuǎn)的曲柄連桿機構(gòu)變化而得，則其速度變化服從正弦曲線規(guī)律。在一個周期內(nèi)，泵的流量也必經(jīng)歷同樣的變化。如圖2-23所示。 流量不均勻是往復(fù)泵的嚴(yán)重缺點，不能用于某些對流量均勻性要求較高的場合，由于管路中的液體處

39、于變速運動狀態(tài)，不但增加了能量損失，且易產(chǎn)生沖擊，造成水錘現(xiàn)象，并會降低泵的吸入能力。 圖2-23往復(fù)泵的流量曲線 第三節(jié) 其它類型泵 (2)往復(fù)泵的揚程和特性曲線 往復(fù)泵的揚程與泵的幾何尺寸無關(guān)，只決定于圖2-24往復(fù)泵的特性曲線管路的情況，這種特性稱為正位移特性,具有這種特性的泵稱為正位移泵。往復(fù)泵的理論流量是由活塞所掃過的體積所決定,而與管路特性無關(guān)。實際上往復(fù)泵的流量隨壓頭升高而略微減小,如圖2-24所示,這是由于容積損失增大造成的。由于往復(fù)泵的操作與往復(fù)速度均有限，故主要用于小流量、高揚程的場合，尤其適合于輸送高粘度液體，但不適于腐蝕性液體和含顆?；鞈乙旱妮斔?。第三節(jié) 其它類型泵 4

40、往復(fù)泵的運轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié) 往復(fù)泵和離心泵一樣，其吸上高度亦有一定的限制，應(yīng)按照泵性能和實際的操作條件確定其實際安裝高度。 往復(fù)泵有自吸能力，泵內(nèi)存有空氣，在啟動后也能吸液。但最好灌泵，以縮短啟動過程。由于往復(fù)泵屬于正位移泵,其流量與管路特性無關(guān),安裝調(diào)節(jié)閥不但不能改變流量,而且還會造成危險,一旦出口閥門完全關(guān)閉,泵缸內(nèi)的壓強將急劇上升,導(dǎo)致機件破損或電機燒毀。 圖2-24往復(fù)泵的特性曲線第三節(jié) 其它類型泵 往復(fù)泵流量調(diào)節(jié)不能用出口閥門來調(diào)節(jié)流量,往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)一般可采取如下的調(diào)節(jié)手段： (1)旁路調(diào)節(jié) 因往復(fù)泵的流量一定,通過旁路閥門調(diào)節(jié)旁路流量,使一部分壓出流體返回吸入管路,便可以達(dá)到調(diào)節(jié)主管流

41、量的目的,一般容積式泵都可采用這種流量調(diào)節(jié)方式，如圖2-25所示。顯然,這種調(diào)節(jié)方法造成了功率的損失，很不經(jīng)濟(jì),但對于流量變化幅度較小的經(jīng)常性調(diào)節(jié)非常方便，生產(chǎn)上常采用。 圖225旁路調(diào)節(jié)流量1-旁路閥；2-安全閥第三節(jié) 其它類型泵 (2)改變曲柄轉(zhuǎn)速和活塞行程 因電動機是通過減速裝置與往復(fù)泵相連接的,所以改變減速裝置的傳動比可以更方便地改變曲柄轉(zhuǎn)速,達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的，而且能量利用合理，但不宜于經(jīng)常性流量調(diào)節(jié)。 往復(fù)泵與離心泵相比，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、體積大、成本高、流量不連續(xù)。當(dāng)輸送壓力較高的液體或高粘度液體時效率較高，一般在72%93%之間。但不能輸送有固體粒子的混懸液。往復(fù)泵在小流量、高揚程方

42、面的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過離心泵。圖2-26齒輪泵第三節(jié) 其它類型泵 二、旋轉(zhuǎn)泵 旋轉(zhuǎn)泵又稱為轉(zhuǎn)子泵，依靠泵殼內(nèi)一個或多個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)吸人和排出液體。其揚程高、流量均勻且恒定。旋轉(zhuǎn)泵的結(jié)構(gòu)型式較多，最常用的有齒輪泵和螺桿泵。 1齒輪泵 齒輪泵如圖2-26所示，主要部件由主動齒輪、從動齒輪、泵體和安全閥等組成，兩齒輪軸裝在泵體內(nèi)，泵體、齒輪和泵蓋構(gòu)成的密封空間即為泵的工作腔。齒輪泵工作時，電機帶動主動齒輪及與主動齒輪相嚙合的從動齒輪按圖中所示的方向旋轉(zhuǎn)。 第三節(jié) 其它類型泵 吸人腔一側(cè)的嚙合齒分開，形成低壓區(qū)，液體被吸人泵內(nèi)，進(jìn)入輪齒間分兩路沿泵體內(nèi)壁被送到排出腔；排出腔一側(cè)的輪齒嚙合時形成高壓，隨著齒輪不斷地旋轉(zhuǎn)液體不斷排出。為防止排出管路堵塞而發(fā)生事故，在泵體上裝有安全閥(圖中未畫出)。當(dāng)排出腔壓力超過允許值時，安全閥自動打開，高壓液體卸流，返回低壓的吸入腔。 齒輪泵制造簡單、運行可靠、有自吸能力，雖流量較小但揚程較高，流量比往復(fù)泵均勻。常用于輸送黏稠液體和膏狀物料，但不能用于輸送含顆粒的混懸液。 2螺桿泵 螺桿泵如圖2-27所示，主要由泵殼、一根或多根螺桿組成。單螺桿泵是通過螺桿在具有內(nèi)螺旋的泵殼內(nèi)偏心轉(zhuǎn)動，將液體沿軸間推進(jìn)，最后從排出口推出。第三節(jié) 其它類型泵 雙螺桿泵的原理與齒輪泵相似，是通過兩根螺桿的相互嚙合來達(dá)