流體輸送機(jī)械課件

第二章流體輸送任務(wù)：②學(xué)會(huì)正確選用、操作各類(lèi)流體輸送機(jī)械①討論化工常用泵結(jié)構(gòu)、工作原理和性能流體輸送提高流體的機(jī)械能

工作原理：離心式、噴射式、軸流式，往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等②泵的作用靜壓能位能阻力損失①流體輸送及輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中的普遍性、廣泛性概述：流體輸送機(jī)械③泵的分類(lèi)方法：流體性質(zhì)：清液泵、耐腐泵、泥漿泵操作特點(diǎn)：離心式、正位移式§2-1離心泵§2-1-1離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理、類(lèi)型思考：為什么葉片彎曲？泵殼呈蝸殼狀？一、離心泵的結(jié)構(gòu)：依靠電機(jī)使葉輪高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，流體受離心力作用被拋向殼壁，同時(shí)流體在泵殼流道中隨著流道的擴(kuò)大，動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)化為靜壓能。二、工作原理:（一）葉輪→泵殼段由于葉輪中心流體被拋出，于中心處形成真空，故吸入端與中心處產(chǎn)生靜壓差（勢(shì)能）使流體不斷吸入。（二）泵吸入端→葉輪中心氣縛現(xiàn)象：未灌滿(mǎn)液體，泵內(nèi)存在空氣，離心力小形成真空度低、壓差小，流體吸不進(jìn)。措施：裝底閥，防泄漏.啟動(dòng)前灌泵思考：泵啟動(dòng)前為什么要灌滿(mǎn)液體？效率較低，內(nèi)回流較嚴(yán)重所致;二.主要部件：①葉輪：閉式:半開(kāi)式:效率較高,易堵塞開(kāi)式:思考：三種葉輪中哪一種效率高？閉式葉輪的內(nèi)漏較弱些，敞式葉輪的最大。但敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象②泵殼（蝸殼）:

思考：泵殼的主要作用是什么？③導(dǎo)輪（導(dǎo)葉輪）：導(dǎo)輪上葉片與葉輪上葉片方向相反B.實(shí)現(xiàn)動(dòng)能向靜壓能轉(zhuǎn)變。作用:A.匯集葉輪所拋出的液體；作用：起緩沖作用，減少能量損耗，提高泵效率④軸封裝置：機(jī)械密封填料密封作用：減小泄漏，防止氣傅，提高效率§2-2離心泵主要性能參數(shù)與特性曲線(xiàn)泵的性能及相互之間的關(guān)系是正確選泵和進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的依據(jù)。離心泵的主要性能參數(shù)有流量、壓頭、效率、軸功率等。它們之間的關(guān)系常用特性曲線(xiàn)來(lái)表示。特性曲線(xiàn)是在一定轉(zhuǎn)速下，用20℃清水在常壓下實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。1、流量qV離心泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)排到管路系統(tǒng)的液體體積，常用單位為l/s、m3/s或m3/h等?！?-2-1離心泵的性能參數(shù)2、壓頭（揚(yáng)程）H

離心泵的壓頭是指離心泵對(duì)單位重量（1N）液體所提供的有效能量，單位為J/N或m。一.離心泵的性能參數(shù)泵的特性曲線(xiàn)的測(cè)定——克服流體阻力所消耗的功提高流體靜壓作功提高流體位差(勢(shì)能)作功泵傳給流體壓頭可以認(rèn)為：注意：泵的進(jìn)出口及泵內(nèi)的局部阻力損失均計(jì)入泵的效率考慮提高流體動(dòng)能作功3、效率和功率與效率有關(guān)的各種能量損失：PPe機(jī)械損失容積損失水力損失小型水泵：一般為5070%

大型泵：可達(dá)90%以上(1)容積損失：(2)水力損失：(3)機(jī)械損失：高速旋轉(zhuǎn)的葉輪表面與液體之間摩擦，泵軸與軸承、密封圈等機(jī)械部件之間的摩擦。環(huán)流損失、摩擦損失、沖擊損失內(nèi)漏一.泵的特性曲線(xiàn)2.P隨增加而增加1.H隨增加而減少(除流量極小外)設(shè)計(jì)點(diǎn)A設(shè)計(jì)點(diǎn)3.η存在最高效率點(diǎn)ηmax——泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)，為最佳工況參數(shù)高效區(qū)：人為規(guī)定一個(gè)工作范圍。通常取η=(0.9~0.92)ηmax

§2-2-2離心泵特性曲線(xiàn)及其應(yīng)用三條曲線(xiàn)1.泵銘牌參數(shù)：效率最佳點(diǎn)下的性能參數(shù)，稱(chēng)為額定值。轉(zhuǎn)數(shù)n一定20℃清水為工作介質(zhì)，大氣壓強(qiáng)為10mH2O。3.因時(shí)，P≠0（但最?。?，故啟動(dòng)泵時(shí)，應(yīng)先關(guān)出口閥，減小啟動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī)。2.泵特性曲線(xiàn)標(biāo)定條件：4.停泵時(shí)也應(yīng)先關(guān)出口閥，再關(guān)電機(jī)，為了防止高壓液體倒流損壞葉輪。注意點(diǎn):離心泵啟動(dòng)，停泵時(shí)均關(guān)閉出口閥門(mén)，why？思考：泵的P與ρ成正比，離心泵的qV、H，均與ρ無(wú)關(guān)§2-2-3影響離心泵性能的因素分析一.流體性質(zhì):1.密度的變化:2.粘度的影響μ增加，流體在泵內(nèi)的能量損失增大，qV

H，P，當(dāng)液體運(yùn)動(dòng)粘度γ大于20cSt（厘沲）時(shí)，離心泵的性能需按下式進(jìn)行修正，具體參考離心泵專(zhuān)著二．離心泵轉(zhuǎn)速的影響——離心泵的比例定律其適用條件是離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大于±20%。§2-2-4.離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)當(dāng)離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量，不僅遵循泵特性曲線(xiàn)上二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且還受管路特性所制約泵對(duì)單位重量(1N)流體所做的有效功為1．管路特性方程式和特性曲線(xiàn)（一）管路特性曲線(xiàn)和離心泵的工作點(diǎn)

在特定的管路系統(tǒng)中，Δu2/2g?？珊雎裕與Δp/ρg均為定值，令對(duì)于直徑均一的管路系統(tǒng)，壓頭損失可表達(dá)為：對(duì)特定的管路，若忽略λ隨Re的變化，且式中d、l、le、ξ均為常數(shù)，于是可令：上式為管路特性方程式。He與qVe的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為管路特性曲線(xiàn)。此曲線(xiàn)的形狀由管路布局和流量等條件來(lái)確定,與泵的性能無(wú)關(guān).注意:由于一定的管路和一定的泵有一定的特性曲線(xiàn)，因此通過(guò)改變管路特性或泵特性就能改變工作點(diǎn)的位置，從而起到調(diào)節(jié)流量和壓頭的作用。3.離心泵的調(diào)節(jié)2.工作點(diǎn)對(duì)于一定的管路和一定的泵,繪制下圖得交點(diǎn)M（qVe，He）此M點(diǎn)即為泵的工作點(diǎn)①調(diào)節(jié)出口閥門(mén)—改變管路的特性曲線(xiàn):閥門(mén)開(kāi)大:閥門(mén)關(guān)小:特點(diǎn)：能耗損失大、方便、適用，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)故廣泛應(yīng)用。②改變泵的特性（如轉(zhuǎn)速n）原理:比例定律n增大：n減?。洪y門(mén)開(kāi)大閥門(mén)關(guān)小工作點(diǎn)工作點(diǎn)n增大：n減小：特點(diǎn):節(jié)能、經(jīng)濟(jì),但一次性投資高（減速機(jī)）、不方便。③泵的串并聯(lián)：（型號(hào)相同或不同）a.并聯(lián)：相同型號(hào)時(shí)，泵揚(yáng)程不變，流量加倍P1P2b.串聯(lián)：相同型號(hào)時(shí)泵揚(yáng)程加倍，流量不變P1P2串、并聯(lián)總的結(jié)論：工作點(diǎn)移動(dòng)，流量和揚(yáng)程均有所增加，但不成正比變化。P2一.極限理論吸上高度Hgmax

即使假設(shè)u1<<1，∑Hf1-2≈0，P1≈0當(dāng)P1=Pa=760mmHg時(shí)可見(jiàn):離心泵的安裝高度不是任意的，而是受流體輸送溫度、管道特性、及流體性質(zhì)的影響。§2-3離心泵的氣蝕現(xiàn)象和安裝高度則：在0-0、1-1之間列Bernoulli方程：§2-3-1離心泵的吸上（安裝）高度Hg二.汽蝕現(xiàn)象（注意與氣縛現(xiàn)象區(qū)別）現(xiàn)象:當(dāng)Pλmin

≤

Pv（輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓）時(shí)，管內(nèi)液體沸騰。結(jié)果:汽-液混合物在泵體內(nèi)高壓區(qū)被壓縮,產(chǎn)生沖擊,使葉輪及葉片表面損害。措施:要求葉片入口附近的最低絕對(duì)壓強(qiáng)必須維持在某一值以上。注意:在實(shí)際操作中,不易確定泵內(nèi)最低壓強(qiáng)位置,而往往實(shí)測(cè)泵入口處的壓強(qiáng),考慮一安全量后作為泵入口處允許的最低壓強(qiáng)。1.有效汽蝕余量為了防止汽蝕，應(yīng)使入口處的靜壓頭與動(dòng)壓頭之和略大于同溫度下液體沸騰時(shí)產(chǎn)生的飽和蒸汽壓頭，亦即：三.有效氣蝕余量與必需氣蝕余量2.必需汽蝕余量表示液體從泵入口流到葉輪內(nèi)最低壓力點(diǎn)處的全部壓頭損失。判別氣蝕條件3.離心泵的最大安裝高度——最大安裝高度4.允許氣蝕余量和最大允許安裝高度允許氣蝕余量最大允許安裝高度5.安裝的其他注意事項(xiàng)2）若泵的最大允許安裝高度Hg允許很低或在液面以下，工程上還常采用以下措施解決：a.減小吸入管阻力，如縮短吸入管長(zhǎng)度，增大吸入管徑，盡量減少拐彎，管件，閥門(mén)等。b.干脆將泵吸入口裝在槽罐液面以下，自動(dòng)灌泵。1）在實(shí)際安裝中為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，泵實(shí)際安裝高度Hg要低于或等于計(jì)算得到的Hg允許。三.離心泵的類(lèi)型與選擇由于化工生產(chǎn)及石油工業(yè)中被輸送液體的性質(zhì)相差懸殊、對(duì)流量和揚(yáng)程的要求千變?nèi)f化，因而設(shè)計(jì)和制造出種類(lèi)繁多的離心泵。（一）離心泵的類(lèi)型（3）按泵送液體性質(zhì)和使用條件分為清水泵、油泵、耐腐蝕泵、雜質(zhì)泵、高溫泵、高溫高壓泵、低溫泵、液下泵、磁力泵等。（2）按葉輪吸液方式――單吸泵和雙吸泵。（1）按葉輪數(shù)目――單級(jí)泵和多級(jí)泵。離心泵有多種分類(lèi)方法：IS型清水泵----單級(jí)單吸懸臂式離心水泵。全系列揚(yáng)程范圍為8～98m，流量范圍為4.5～360m3/h。S型離心泵――泵送液體的流量較大而所需揚(yáng)程并不高1．清水泵（IS型、D型、S型）離心泵的型號(hào)命名IS100-80-160IS－單級(jí)單吸離心水泵100－泵的吸水口內(nèi)徑，mm80－泵的排出口內(nèi)徑，mm160－泵的葉輪直徑，mmD型清水泵----所要求的揚(yáng)程較高而流量不太大時(shí)。輸送石油產(chǎn)品的泵稱(chēng)為油泵。因?yàn)橛推芬兹家妆?，因而要求油泵有良好的密封性能。?dāng)輸送高溫油品（200℃以上）時(shí)，需采用具有冷卻措施的高溫泵。油泵有單吸與雙吸、單級(jí)與多級(jí)之分。國(guó)產(chǎn)油泵系列代號(hào)為Y、雙吸式為YS。全系列的揚(yáng)程范圍為60～603m，流量范圍為6.25～500m3/h。2．油泵(Y型)3．防腐蝕泵（F型）當(dāng)輸送酸、堿及濃氨水等腐蝕性液體時(shí)應(yīng)采用防腐蝕泵。該類(lèi)泵中所有與腐蝕液體接觸的部件都用抗腐蝕材料制造，其系列代號(hào)為F。F型泵多采用機(jī)械密封裝置，以保證高度密封要求。F泵全系列揚(yáng)程范圍為15～105m，流量范圍為2～400m3/h。離心泵種類(lèi)齊全,能適應(yīng)各種不同用途,選泵時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):（二）離心泵的選擇（3）選泵的型號(hào)（1）根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件，確定適宜的類(lèi)型。略大但不能過(guò)大另外，要會(huì)利用泵的系列特性曲線(xiàn)。（2）確定管路系統(tǒng)流量和壓頭He（5）當(dāng)單臺(tái)泵不能滿(mǎn)足管路要求時(shí)，要考慮泵的并聯(lián)和串聯(lián)。若（4）核算泵的軸功率

選出泵的型號(hào)后，應(yīng)列出泵的有關(guān)性能參數(shù)和轉(zhuǎn)速。（1）實(shí)際安裝高度要小于允許安裝高度，并盡量減小吸入管路的流動(dòng)阻力。（三）離心泵的安裝與操作（5）經(jīng)常檢查密封情況和潤(rùn)滑情況，防止氣縛。（4）注意IS系列和B系列泵的性能參數(shù)。（3）定期檢查和維修,開(kāi)泵時(shí)，注意軸靈活性。（2）啟動(dòng)泵前要灌泵，并關(guān)閉出口閥；停泵前也應(yīng)先關(guān)出口閥從高位槽A流向低位槽B，管路為1084mm鋼管，管長(zhǎng)150m，管路上有1個(gè)90彎頭，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)閥（全開(kāi)）。兩槽液面維持恒定，高差為12m。試問(wèn)水溫20℃時(shí)，此管路的輸水量為若干m3/h？已知摩擦因數(shù)＝0.03。若在管路裝一臺(tái)泵，將水以相同的流量從槽B輸送到槽A，則泵所需的有效功率為多少？下面的三臺(tái)離心泵，應(yīng)選哪臺(tái)泵較合適？12mAB1122設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例離心泵流量，m3/h揚(yáng)程，mH2O水柱

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27(1)12mAB(2)1122若在管路裝一臺(tái)泵，將水以相同的流量從槽B輸送到槽A，則泵所需的有效功率為多少？解：在1-1面與2-2面間機(jī)械能衡算根據(jù)qVe、He的大小，裕量控制在10%左右故應(yīng)選2＃泵。12mAB1122ζ90彎頭=0.75ζ標(biāo)準(zhǔn)閥（全開(kāi)）=6.0操作性問(wèn)題計(jì)算舉例例2

某離心泵工作轉(zhuǎn)速為n=2900r.p.m.（轉(zhuǎn)/min），其特性曲線(xiàn)方程為，式中qV的單位為m3/h，H的單位均為m。用此泵將常溫水從敞口槽輸送至表壓為100kPa的反應(yīng)器中，輸送管路為484mm鋼管，管長(zhǎng)50m，管路上有3個(gè)90彎頭，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)閥（半開(kāi)），摩擦因數(shù)0.03，輸送高度為10m。求：（1）泵的輸水量為多少？（2）閥全開(kāi)時(shí)，泵的輸水量又為多少？（3）要求所需供水量為閥半開(kāi)時(shí)供水量的75%時(shí)，若采用出口閥調(diào)節(jié)，則節(jié)流損失的壓頭為多少m水柱？解（1）管路特性曲線(xiàn)方程：式中qVe的單位為m3/s式中qVe的單位為m3/h操作性問(wèn)題計(jì)算舉例泵特性曲線(xiàn)方程為qV的單位為m3/h閥半開(kāi)(2)閥全開(kāi)時(shí)：泵的輸水量又為多少？管路特性曲線(xiàn)方程：式中qVe的單位為m3/s式中qVe的單位為m3/h泵特性曲線(xiàn)方程為qV的單位為m3/h閥半開(kāi)閥全開(kāi)VVHHe（3）要求所需供水量為閥半開(kāi)時(shí)供水量的75%時(shí)，則節(jié)流損失的壓頭為多少m水柱？節(jié)流損失閥半開(kāi)時(shí)，管路特性曲線(xiàn)方程：閥半開(kāi)閥關(guān)小其它類(lèi)型液體輸送機(jī)械結(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。有自吸能力泵缸活塞、活塞桿排出口吸入口四川大學(xué)化工原理往復(fù)泵的工作原理

解決方法：（1）采用雙動(dòng)泵或多缸并聯(lián)（2）在往復(fù)泵的壓出口與吸入口處設(shè)置空氣室，利用氣體的可壓縮性來(lái)緩沖瞬間流量增大或減小。單動(dòng)往復(fù)泵流量不連續(xù)，流量曲線(xiàn)與活塞排液沖程的速度變化規(guī)律相一致，是半周正弦曲線(xiàn)。后果：引起流體的慣性阻力損失，增加能量消耗，誘發(fā)管路系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)。式中：A——活塞面積m