化工原理(上)第二章流體輸送機械

PowerPointTemplate化工原理——朱明娟2012年3月11日模塊一：流體流動與輸送機械

項目四、流體輸送機械技能訓練：離心泵仿真操作

任務1.21其他輸送機械任務1.20離心泵的氣縛現(xiàn)象處理任務1.19離心泵的性能測定

任務1.18離心泵結構及類型

模塊一：流體流動與輸送機械

項目四、流體輸送機械能力目標知識目標了解離心泵的工作原理及結構掌握離心泵開停車要點能夠正常操作并維護輸送機械

能根據(jù)條件設計離心本認識離心泵工作原理認識其他輸送機械掌握其他輸送機械原理了解輸送機械種類及維護蝸殼（外殼）；葉輪：敞式,半蔽式,蔽式單吸式、雙吸式。附屬裝置：底閥、濾網(wǎng)、調(diào)節(jié)閥、平衡孔(平衡管)、排氣孔、軸封。一、離心泵的基本結構，工作原理及性能參數(shù)

(1)離心泵的結構主要結構：

任務1.18離心泵結構及類型離心泵外形：任務1.18離心泵結構及類型

(2)工作原理

(a)排出階段葉輪旋轉(產(chǎn)生離心力，使液體獲得能量）→流體流入渦殼(動能→靜壓能)→流向輸出管路。

(b)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)。氣縛現(xiàn)象：泵內(nèi)未充滿液體，氣體密度低，產(chǎn)生離心力小，在葉輪中心形成的低壓不足以將液體吸上,液體不能正常吸入和排出。說明：離心泵無自吸能力，啟動前必須將泵體內(nèi)充滿液體。

離心泵結構示意圖任務1.18離心泵結構及類型(c)主要部件作用泵殼：動能→靜壓能，提高液體壓力,能量轉換裝置。

葉輪：把原動機(電機)的機械能，傳遞給液體，提高液體的動能和靜壓能。

葉輪形式：葉輪由6～12片葉片組成。按葉片兩側有無蓋板:敞式、半蔽式、蔽式。

葉輪的類型任務1.18離心泵結構及類型(a)后蓋板平衡孔單吸式雙吸式按吸液方式：單吸式、雙吸式。蔽式葉輪：適用于輸送清潔液體敞式和半蔽式葉輪：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。單吸式：結構簡單，液體從葉輪一側被吸入。雙吸式：吸液能力大，基本上消除軸向推力。任務1.18離心泵結構及類型(3)離心泵的性能參數(shù)①壓頭(揚程)H：離心泵對單位重量液體提供的有效機械能量，也就是液體從泵實際獲得的凈機械能量。單位為J/N即m（指m液柱）。②流量Q：以體積流量表示的送液能力。其單位為：

大小取決于泵的結構型式、尺寸（葉輪直徑和流道尺寸）轉速及液體黏度。小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%左右。③功率：

有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體經(jīng)離心泵所獲得的實際機械能量，也就是離心泵對液體做的凈功率。軸功率N：單位時間內(nèi)通過泵軸傳入泵的機械能量，用來提供泵的有效功率并克服單位時間在泵內(nèi)發(fā)生的各種機械能損失，單位同上。④效率η：

①水力損失

摩擦損失：與流量平方成正比。

沖擊損失：與安裝角，導向裝置有關,在設計狀態(tài)下為零,

在非設計狀態(tài)下與流量的平方成正比。

環(huán)流損失：與葉片數(shù)目和形狀等有關,幾乎與流量無關。

水力效率ηH

②

容積損失

原因：高壓區(qū)向低壓區(qū)泄漏，

減少方法：采用蔽式葉輪等。

容積效率:離心泵的效率泵內(nèi)液體的泄漏

③機械損失

原因：摩擦損失

機械效率ηM一、離心泵的特性曲線

說明：（a）由廠家提供

標準測定條件：常壓、20℃清水、轉速為2900r/min。（b）曲線與葉輪轉數(shù)有關，故圖中應標明轉數(shù)。

離心泵典型的特性曲線任務1.19離心泵的性能測定封閉啟動(關出口閥啟動）目的：常用電機的啟動電流時全速運轉時的4-5倍，防止電機過載，燒壞。（e）η-Q曲線設計點：最高效率點，對應的參數(shù)值稱為最佳工況參數(shù)

高效區(qū)范圍：

（c）H-Q

曲線選泵時常用，Q↑，H↓；（d）N-Q曲線Q↑N↑選用離心泵，盡可能在高效區(qū)內(nèi)工作。

離心泵典型的特性曲線FI-03FI-01FI-02離心泵性能曲線測定裝置圖（2）離心泵性能曲線實驗測定①測定原理

②測定數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)：不同流量下的泵進、出口處壓強、軸功率③繪制特性曲線計算H、η：其中動能差項很小，可忽略不計，P2-P1可視為壓強表讀數(shù)與真空度讀數(shù)之和。（3）液體物性對離心泵特性曲線的影響

①密度對泵特性曲線的影響

說明：流體密度變化時，應校正P-Q曲線。

②粘度對泵特性曲線的影響

定量計算：經(jīng)驗公式由實驗確定。定性分析：當黏度增大，液體通過葉輪與泵殼的能量損失也增大，使揚程、流量減小，效率下降，軸功率增大。（4）葉輪直徑對特性曲線的影響

切削法：同一型號的泵，可通過切削葉輪直徑，而維持其余尺寸（包括葉輪出口截面積）不變的方法來改變泵的特性曲線的方法

適用：葉輪切削量小于10%-20%切削定律：在葉輪直徑變化不大（不超過10~20%），近似認為葉輪出口的速度及泵的效率基本不變的前提下：（5）葉輪轉數(shù)對特性曲線的影響

同一臺離心泵，轉速改變，特性曲線也發(fā)生變化。

若轉速改變后，葉輪出口速度、泵的效率近似保持不變，則有：適用：葉輪轉數(shù)變化不超過20%比例定律：二、離心泵在管路中的工況（1）管路特性與泵的工作點

管路特性：流體流經(jīng)管路系統(tǒng)時，需要的壓頭和流量之間的關系。反映管路對泵的要求。離心泵的工作點：泵工作時的Q

、H、N、η說明：泵工作點受到泵性能、管路特性制約管路特性--管路特性曲線。泵性能--離心泵特性曲線，

①管路特性曲線方程

本質：機械能衡算方程反映全管路系統(tǒng)的能量需求特性。說明：由管路系統(tǒng)本身決定，與泵的特性無關。ab

管路特性曲線qVH

②影響管路特性曲線的因素影響B(tài)：影響A：③離心泵的工作點

即管路、泵特性曲線交點。2）作圖法分別在圖上作出泵的特性曲線和管路特性曲線，讀出交點坐標。

離心泵工作點H-qV曲線L-qV曲線HHMMdcPqV,MqVη

1）公式計算

（2）離心泵的流量調(diào)節(jié)實質：對工作點的調(diào)整；方法：改變泵或管路特性曲線。離心泵工作點H-qV曲線L-qV曲線HHMMdcPqV,MqVη①節(jié)流調(diào)節(jié)（閥門調(diào)節(jié)）方法：改變泵出口閥門開度

實質：改變管路特性曲線

(閥門上阻力損失變化)，

泵特性曲線不變。節(jié)流，多消耗在閥門上能量:優(yōu)點：迅速方便,連續(xù)調(diào)節(jié)；代價：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(手動閥和自動閥)離心泵節(jié)流調(diào)節(jié)時工作點的變化qV,MqVq‘V,M②調(diào)節(jié)離心泵轉速或改變?nèi)~輪直徑

實質：改變泵特性曲線，管路特性不變。適用：流量變化幅度大的場合。優(yōu)點：不因調(diào)節(jié)流量而損失能量。改變轉速時工作點的變化Enn'MM'H-qVHHMH’-qVH’MqV,MqVq’V,M

①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

泵型號相同，吸入管路相同，出口閥開度相同。②管路特性曲線不變?nèi)?、離心泵的組合運轉工況分析

組合方式：并聯(lián)和串聯(lián)。

目的：提高泵輸出的流量或壓頭。HqV,1qVqV,并H并BAcbd離心泵的并聯(lián)操作③并聯(lián)泵的工作點*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。④并聯(lián)泵效率等于單泵在qV,單時的工作效率。HqV,1qVqV,并H并BAcbd離心泵的并聯(lián)操作①泵的合成特性曲線改變

相同流量下，壓頭加倍。

(2)串聯(lián)操作泵型號相同，首尾相連。②管路合成特性曲線不變HqVqV,串H串BAcbd離心泵的串聯(lián)操作c’③串聯(lián)泵的工作點

*串聯(lián)泵的總流量和總壓頭↑；

*壓頭增加不到單泵的兩倍。④串聯(lián)泵效率等于單泵在qV,單時的工作效率。HqVqV,串H串BAcbd離心泵的串聯(lián)操作c’

(3)兩種組合方式的比較及選擇

①截距A

>He單max

應采用串聯(lián)操作原因：并聯(lián)泵壓頭不夠大。

②串、并聯(lián)都滿足時，應根據(jù)管路特性選擇對于低阻管路(B較小)，宜采用并聯(lián)操作；對于高阻管路(B較大)，宜采用串聯(lián)操作；離心泵組合方式的選擇HqVab22’11’(4)組合泵的流量調(diào)節(jié)

方法：同單泵；

注意：確定組合泵的工作點時，應使用泵的合成特性曲線和管路特性曲線。離心泵組合方式的選擇HqVab22’11’一、離心泵的汽蝕現(xiàn)象

①汽蝕現(xiàn)象（空蝕）

吸入管段:

無外加機械能，液體靠勢能差，吸入離心泵。至泵內(nèi)壓力最低點K處，若

離心泵的汽蝕1100z任務1.20離心泵的氣縛現(xiàn)象處理②泵汽蝕時的特征泵體振動、噪聲大；泵流量、壓頭、效率都顯著下降。③主要危害造成葉片損壞，離心泵不能正常操作。④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)。⑤衡量泵抗汽蝕能力的參數(shù)汽蝕余量、吸上真空高度。汽蝕時葉輪內(nèi)緣葉片背面示意圖容易發(fā)生氣蝕的K處(2)離心泵的汽蝕余量①汽蝕余量列1-1(泵入口)及K-K間的機械能衡算式：

離心泵的汽蝕1100z

關于NPSH（NetPositiveSuctionHead）

*泵抗汽蝕能力的參數(shù)*NPSH↓，則泵抗汽蝕能力↑。*NPSH=f(泵結構、流體種類、流量)

流量↑，則NPSH↑，泵抗汽蝕能力↓*由泵樣本提供，工程上常用。

(a)必須汽蝕余量(NPSHr)

廠家提供，泵樣本中給出實驗條件：常壓，200C的清水校正：含汽蝕余量的離心泵特性曲線H~qVNPSHr~qVP~qVη~qVHqVΔNPSHr6040201086420.80.60.40.210-20405020010015003.00.40.22.00.60.11.01.40.8p/105Pa丙稀異丁烷丁烷甲醇水t/℃離心泵輸送烴類、甲醇和高溫水的ΔNPSHr值

(b)離心泵的有效汽蝕余量(NPSHa)

指：根據(jù)裝置實際情況計算的汽蝕余量

列0-0及K-K間機械能衡算式：

離心泵的汽蝕1100z管路上實際發(fā)生的汽蝕余量，只與入口管路條件有關，與泵的特性無關。

(d)離心泵的NPSHa安全裕量

理論上，NPSHa>NPSHr泵不發(fā)生汽蝕。工程上，加一個安全裕量S

。一般要求S=0.5米。(c)

離心泵必需汽蝕余量對指定液體、在給定的泵轉速和流量下，為避免發(fā)生汽蝕，生產(chǎn)現(xiàn)場所必須保證達到的最低汽蝕余量值，用NPSHr表示。是泵的特性，與管路條件無關，是流體胸泵入口處到葉輪間各種流體阻力的函數(shù)，數(shù)值越小說明泵的抗汽蝕能力愈好。(3)離心泵的安裝高度安裝高度：泵入口與吸入液面間的垂直距離。①最大安裝高度Hg

在0-0，1-1截面間列機械能衡算方程：離心泵的汽蝕1100z②允許安裝高度說明：為保證泵不發(fā)生汽蝕（4）防止產(chǎn)生汽蝕的辦法①儲槽上方壓力p0：②液體飽和蒸汽壓pS：③泵吸入管段阻力∑hf,0-1:方法：應盡可能減小泵吸入管段阻力，所以管路調(diào)節(jié)是使用出口管路上的閥門而不是入口管路上的閥門。

四、離心泵的類型與選用

(1)離心泵的類型

按輸送液體的性質或泵結構分類，用英語或漢語拼音為系列代號。①清水泵B型：單級單吸式，系列揚程范圍8~98m，流量范圍：4.5~360m3/h,屬常用型。D型：多級離心泵(一般2~9級)。系列揚程范圍：14~351m，流量范圍：10.8~850m3/h，適用：壓頭高，而流量不大的場合。

S型：雙吸式離心泵系列揚程范圍：9~140