制藥工程-7-流體輸送課件

第七章流體輸送設(shè)備為流體提供能量的機(jī)械稱為流體輸送機(jī)械。

在制藥生產(chǎn)過程中，常常需要將流體從低處輸送到高處；從低壓送至高壓；沿管道送至較遠(yuǎn)的地方。為達(dá)到此目的，必須對(duì)流體加入外功，以克服流體阻力及補(bǔ)充輸送流體時(shí)所不足的能量。第一節(jié)概述

泵；輸送液體風(fēng)機(jī);壓縮機(jī)；真空泵。輸送氣體常用的流體輸送機(jī)械（一）離心泵（centrifugalpump）的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；流量大而且均勻；操作方便。

第一節(jié)泵一、

離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理葉輪——葉片（+蓋板）（二）

離心泵的結(jié)構(gòu)葉輪軸6~8片葉片機(jī)殼等。蝸牛形通道；葉輪偏心放；可減少能耗，有利于動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪機(jī)殼底閥(防止“氣縛”)濾網(wǎng)(阻攔固體雜質(zhì))1．離心泵的主要部件（1）葉輪：葉輪是離心泵的核心部件，由6-8片的葉片組成，構(gòu)成了液體通道。（2）泵殼：泵體的外殼，它包圍葉輪，在葉輪四周開成一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道。此外，泵殼還設(shè)有與葉輪所在平面垂直的入口和切線出口。（3）泵軸：位于葉輪中心且與葉輪所在平面垂直的一根軸。它由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。（4）葉輪外周安裝導(dǎo)輪，使泵內(nèi)液體能量轉(zhuǎn)換效率高。導(dǎo)輪是位于葉輪外周的固定的帶葉片的環(huán)。引導(dǎo)液體在泵殼通道內(nèi)平穩(wěn)地改變方向，使能量損耗最小，動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能的效率高。（5）后蓋板上的平衡孔消除軸向推力。離開葉輪周邊的液體壓力已經(jīng)較高，有一部分會(huì)滲到葉輪后蓋板后側(cè)，而葉輪前側(cè)液體入口處為低壓，因而產(chǎn)生了將葉輪推向泵入口一側(cè)的軸向推力。這容易引起葉輪與泵殼接觸處的磨損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。平衡孔使一部分高壓液體泄露到低壓區(qū)，減輕葉輪前后的壓力差。但由此也會(huì)此起泵效率的降低。（6）軸封裝置保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。離心泵在工作是泵軸旋轉(zhuǎn)而殼不動(dòng)，其間的環(huán)隙如果不加以密封或密封不好，則外界的空氣會(huì)滲入葉輪中心的低壓區(qū)，使泵的流量、效率下降。嚴(yán)重時(shí)流量為零——?dú)饪`。通常，可以采用機(jī)械密封或填料密封來實(shí)現(xiàn)軸與殼之間的密封。（2）泵殼：液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換（動(dòng)靜）（3）吸上原理與氣縛現(xiàn)象葉輪中心低壓的形成泵入口壓力液體不能吸上——?dú)饪`啟動(dòng)前灌泵—液體高速離開（4）軸封的作用（5）平衡孔的作用——消除軸向推力氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。為防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵啟動(dòng)前要用外來的液體將泵殼內(nèi)空間灌滿。這一步操作稱為灌泵。為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；如果泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)時(shí)無需灌泵。離心泵壓頭的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況等）、轉(zhuǎn)速及流量。二、離心泵的主要性能參數(shù)

離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率和效率。

１流量Q，Ｌ/ｓ或m3/ｈ

泵的流量（又稱送液能力）是指單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。取決于泵的結(jié)構(gòu)、葉輪直徑、葉片寬度及轉(zhuǎn)速等。

２揚(yáng)程Ｈ，米液柱

泵的揚(yáng)程（又稱泵的壓頭）是指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。

泵內(nèi)部損失主要有三種：容積損失水力損失機(jī)械損失3效率有效功率與軸功率的比值。容積損失是由于泵的泄漏造成的。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口。從泵排出的實(shí)際流量要比理論排出流量為低，其比值稱為容積效率η1。容積損失原因：水力損失是由于流體流過葉輪、泵殼時(shí)，由于流速大小和方向要改變，且發(fā)生沖擊，而產(chǎn)生的能量損失。泵的實(shí)際壓頭要比泵理論上所能提供的壓頭為低，其比值稱為水力效率η2。水力損失泵在運(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，均系指輸送清水時(shí)的數(shù)值。軸功率指泵軸所獲得的功率。由于有容積損失、水力損失與機(jī)械損失，故泵的軸功率要大于液體實(shí)際得到的有效功率，即

注意：4軸功率N特性曲線（characteristiccurves）：在固定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的基本性能參數(shù)（流量、壓頭、功率和效率）之間的關(guān)系曲線。強(qiáng)調(diào)：特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測(cè)出的，只適用于該轉(zhuǎn)速，故特性曲線圖上都注明轉(zhuǎn)速n的數(shù)值。圖上繪有三種曲線Ｈ－Q曲線P－Q曲線η－Q曲線三、離心泵的特性曲線

變化趨勢(shì)：離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)是隨流量增大而減小的。不同型號(hào)的離心泵，Ｈ－Q曲線的形狀有所不同。較平坦的曲線，適用于壓頭變化不大而流量變化較大的場(chǎng)合；較陡峭的曲線，適用于壓頭變化范圍大而不允許流量變化太大的場(chǎng)合。1Ｈ－Q曲線

變化趨勢(shì)：P－Q曲線表示泵的流量Q和軸功率P的關(guān)系，P隨Q的增大而增大。顯然，當(dāng)Q=0時(shí)，泵軸消耗的功率最小。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。2P－Q曲線四、離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象

1氣蝕現(xiàn)象

當(dāng)離心泵的進(jìn)口壓力小于環(huán)境溫度下的液體的飽和蒸汽壓時(shí)，將有大量的蒸汽液體從中逸出，并與氣體混合形成許多小氣泡。當(dāng)氣泡到達(dá)高壓區(qū)時(shí)，蒸汽凝結(jié)，氣泡破裂，液體質(zhì)點(diǎn)快速?zèng)_向氣泡中心，質(zhì)點(diǎn)相互碰撞，產(chǎn)生很高的局部壓力。如果氣泡在金屬表面破裂凝結(jié)，則會(huì)以較大的力打擊金屬表面，時(shí)其遭到破壞，并產(chǎn)生震動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕現(xiàn)象”。氣蝕現(xiàn)象一旦發(fā)生，會(huì)造成很大的破壞作用，應(yīng)盡量避免。為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)限制p1不能太低，或Hg不能太大，即泵的安裝高度不能太高。2安裝高度泵的類型：?jiǎn)挝㈦p吸；水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵；單級(jí)、多級(jí)泵。（1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭

流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程式計(jì)算管路所需的壓頭。選擇離心泵的基本原則，是以能滿足液體輸送的工藝要求為前提的。選擇步驟為：五、離心泵的選擇

往復(fù)泵（reciprocatingpump）是利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將能量傳遞給液體，以完成液體輸送任務(wù)。往復(fù)泵輸送流體的流量只與活塞的位移有關(guān)，而與管路情況無關(guān)；往復(fù)泵的壓頭只與管路情況有關(guān)。往復(fù)泵的特點(diǎn)：上述特性稱為正位移特性，具有這種特性的泵稱為正位移泵。二其他類型泵

1往復(fù)泵活塞（或柱塞）活塞桿沖程S：活塞移動(dòng)距離泵缸活門聯(lián)動(dòng)裝置

基本結(jié)構(gòu)及原理：

單動(dòng)往復(fù)泵

雙動(dòng)往復(fù)泵其他類型泵計(jì)量泵與隔膜泵通過調(diào)節(jié)柱塞的沖程改變流量1.正位移泵：2.旋轉(zhuǎn)泵：齒輪泵、螺桿泵齒輪泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)吸入排出液體，Q與H無關(guān)螺桿泵

吸入口與排出口相對(duì)吸入腔與排出腔間隔開3.旋渦泵：特殊離心泵。第二節(jié)氣體輸送和壓縮設(shè)備

特點(diǎn)：可壓縮，V，T有變化輸送機(jī)械出口壓強(qiáng)（表壓）壓縮比通風(fēng)機(jī)15kPa1～1.5鼓風(fēng)機(jī)15kPa～0.3MPa<4壓縮機(jī)>0.3MPa>4真空泵大氣壓減壓抽吸往復(fù)式壓縮機(jī)（ReciprocatingCompressor）結(jié)構(gòu)：主要部件有氣缸、活塞、吸入和壓出活門。工作原理：與往復(fù)泵相似，依靠活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)和活門的交替動(dòng)作將氣體吸入和壓出。氣體在壓縮過程中體積縮小、密度增大、溫度升高。往復(fù)式壓縮機(jī)（ReciprocatingCompressor）單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)活塞運(yùn)行位置及對(duì)應(yīng)的氣體P-V狀態(tài)變化圖工作循環(huán)分析：余隙的存在不僅減少氣體吸入量而且增加壓縮機(jī)能量損耗。往復(fù)式壓縮機(jī)的選用根據(jù)所輸送氣體性質(zhì)確定壓縮機(jī)的類型（如空氣壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、氫氣壓縮機(jī)等），再根據(jù)生產(chǎn)能力和排出壓強(qiáng)選擇合適的型號(hào)。注意：一般標(biāo)出的排氣量是以20℃，101.33kPa狀態(tài)下的氣體體積表示的。往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣是脈動(dòng)的，可在出口處安裝貯氣罐，既可使氣體平穩(wěn)輸出，又可使壓縮機(jī)氣缸帶出的油沫和水分離。工業(yè)上常用通風(fēng)機(jī)按其結(jié)構(gòu)形式有軸流式和離心式兩類。軸流式通風(fēng)機(jī)排風(fēng)量大而風(fēng)壓很小，一般僅用于通風(fēng)換氣，而不用于氣體輸送。離心式通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，按其產(chǎn)生風(fēng)壓可分為：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1.0～3.0kPa（表壓）高壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓3.0～15.0kPa（表壓）通風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)（CentrifugalFan）1－機(jī)殼2－葉輪3－吸入口4－排出口結(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。離心通風(fēng)機(jī)（CentrifugalFan）9-19D高壓離心通風(fēng)機(jī)G\Y4-73型鍋爐離心通、引風(fēng)機(jī)DKT-2系列低噪聲離心通風(fēng)機(jī)B30防爆軸流通風(fēng)機(jī)高溫離心通風(fēng)機(jī)羅茨鼓風(fēng)機(jī)（容積式風(fēng)機(jī)、正位移類型）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，無過多泄漏。改變兩轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，則吸入與排出口互換。工業(yè)上常用的鼓風(fēng)機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)式和離心式兩種類型。特點(diǎn)：風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比而與出口壓強(qiáng)無關(guān)，故出口閥不可完全關(guān)閉，流量用旁路調(diào)節(jié)。應(yīng)安裝穩(wěn)壓氣罐和安全閥。工作溫度不能超過85℃，以防轉(zhuǎn)子因熱膨脹而卡住。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的出口壓強(qiáng)一般不超過80kPa（表壓）。出口壓強(qiáng)過高，泄漏量增加，效率降低。羅茨鼓風(fēng)機(jī)L6LD系列L10WDA系列L4LD系列3R5WD系列離心鼓風(fēng)機(jī)（透平鼓風(fēng)機(jī)Turboblower）工作原理：與離心泵相同。單級(jí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓較低，風(fēng)壓較高的離心鼓風(fēng)機(jī)采用多級(jí)，其結(jié)構(gòu)也與多級(jí)離心泵類似。離心鼓風(fēng)機(jī)的送氣量大，但出口壓強(qiáng)仍不高，一般不超過0.3MPa（表壓），即壓縮比不大，因而無需冷卻裝置，各級(jí)葉輪的直徑大小也大致相同。結(jié)構(gòu)示意圖多級(jí)低速離心鼓風(fēng)機(jī)第三節(jié)真空泵一、真空泵的類型二、常用真空泵結(jié)構(gòu)和原理1、往復(fù)式真空泵2、油封式旋片真空泵3、水環(huán)真空泵4、噴射式真空泵水環(huán)真空泵水環(huán)真空泵屬濕式真空泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于旋轉(zhuǎn)部分沒有機(jī)械摩擦，使用壽命長，操作可靠。適用于抽吸夾帶有液體的氣體。但效率低，一般為30%~50%，所能造成的真空度還受泵體內(nèi)水溫的限制。由圓形的泵殼和帶有輻射狀葉片的葉輪組成。葉輪偏心安裝。泵內(nèi)充有一定量的水，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水在離心力作用下形成水環(huán)，將葉片間的空隙分隔為大小不等的氣室，當(dāng)氣室由小變大時(shí)、形成真空吸入氣體；當(dāng)氣室由大到小時(shí)，氣體被壓縮排出。旋片真空泵由泵殼、帶有兩個(gè)旋片的偏心轉(zhuǎn)子和排氣閥片組成。泵工作時(shí)，旋片始終將泵腔分為吸氣、排氣兩個(gè)工作室，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸、排氣過程。特點(diǎn)：干式真空泵，適用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的氣體。不適宜抽除含塵和對(duì)潤滑油起化學(xué)反應(yīng)的氣體?？蛇_(dá)較高的真空度，如能有效控制管路與泵等接口處的空氣漏入，且采用高質(zhì)量的真空油，真空度可達(dá)99.99%以上。往復(fù)式真空泵工作原理與往復(fù)式壓縮機(jī)相同，只是因抽吸氣體壓強(qiáng)很小，結(jié)構(gòu)上要求排出和吸入閥門更加輕巧靈活，易于啟動(dòng)。達(dá)到較高真空度時(shí)，泵的壓縮比很高，如95%的真空度，壓縮比約為20左右，為減少