食品工程原理 流體流動(dòng)1.4.ppt

1、1.4液體輸送設(shè)備 1.4.1離心泵,流體分為液體和氣體。 通常，將輸送液體的機(jī)械稱為泵； 將輸送氣體的機(jī)械按所產(chǎn)生壓強(qiáng)的高低分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵。 流體輸送機(jī)械按工作原理分為： 動(dòng)力式（葉輪式）：離心式、軸流式 容積式（正位移式）：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式 其他類型：噴射式等,離心泵,離心泵的外觀,離心泵的結(jié)構(gòu)組成,流體在泵內(nèi)都獲得了什么能量？其中那種能量占主導(dǎo)地位？,思考：,常壓流體,高速流體,高壓流體,灌滿液體,，葉輪旋轉(zhuǎn),離心力甩出液體,泵殼內(nèi)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換,流體被壓出,葉輪中心形成真空,在壓力差的作用下流體被壓入泵內(nèi),一、離心泵的工作原理和主要部件,1.離心泵的工作原理,泵啟動(dòng)前

2、為什么要灌滿液體,思考：,液體未灌滿,氣液,離心力甩不出氣體,葉輪中心的真空度不夠,吸不上液體,泵無法正常工作,啟動(dòng)與停泵：,關(guān)閉出口閥后啟動(dòng)泵，這時(shí)所需泵的軸功率最小，啟動(dòng)電流較小，以保護(hù)電機(jī)。停泵前先關(guān)閉出口閥后再停機(jī)，這樣可避免水柱倒沖泵殼內(nèi)的葉輪葉片，以延長泵使用壽命 。,氣縛現(xiàn)象,2.離心泵的主要部件,葉輪（Impeller）:離心泵的心臟，是流體獲得機(jī)械能的主要部件，其轉(zhuǎn)速一般可達(dá)12003600轉(zhuǎn)/min，高速1070020450轉(zhuǎn)/min。根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為：,敞式葉輪,敞式葉輪,沒有前、后蓋板； 結(jié)構(gòu)簡單，清洗方便； 但是液體易發(fā)生倒流，效率較低； 適合于輸送漿液和含有固粒懸浮

3、物的液體，不易堵塞。,半蔽式葉輪,吸液口一側(cè)無蓋板，效率也較低； 適用于輸送懸浮液。,蔽式葉輪,有前后輪蓋； 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高； 效率較高，適于輸送清潔流體； 應(yīng)用廣泛。,泵殼（蝸牛形，又稱蝸殼）,泵殼制成蝸牛形，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜壓能。從而避免高速流體在泵體及管路內(nèi)巨大的流動(dòng)阻力損失。因此泵殼不僅是液體的匯集器，而且還是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。,泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封，其作用是防止泵內(nèi)高壓液體從間隙漏出，或避免外界空氣進(jìn)入泵內(nèi)。 填料密封：簡單易行，維修工作量大，有一定的泄漏，對燃、易爆、有毒流體不適用； 機(jī)械密封：液體泄漏量小，壽命長，功率小密封性能好，加工要求高。適用于要求密封較高的

4、場合，如酸、堿、易燃、易爆及有毒液體的輸送。,軸封裝置,底閥（單向閥）：當(dāng)泵體安裝位置高于貯槽液面時(shí)，常裝有底閥，它是一個(gè)單向閥，可防止灌泵后，泵內(nèi)液體倒流到貯槽中。 濾網(wǎng)：防止液體中雜質(zhì)進(jìn)入泵體。,以上三個(gè)構(gòu)造是離心泵的基本構(gòu)造，為使泵更有效地工作，還需其它的輔助部件：,2.離心泵的主要部件,1.4液體輸送設(shè)備 1.4.1離心泵 1.4.2離心泵的性能參數(shù)與特性曲線,1）流量Q，m3/s或m3/h ：與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸（葉輪直徑、葉片形狀等）、轉(zhuǎn)速、輸液管路阻力等有關(guān)； 2）壓頭(揚(yáng)程)H，m：與泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量有關(guān)； 3）效率 ：與容積損失（泄漏起因的）、機(jī)械損失（機(jī)械摩擦起因的）、水力

5、損失（黏性和渦流起因的環(huán)流、摩擦、沖擊損失）有關(guān)；,一、離心泵的主要性能參數(shù),一般小型離心泵的效率5070%，大型離心泵效率可達(dá)90%。,4）離心泵的有效功率是指液體在單位時(shí)間內(nèi)從葉輪獲得的能量。 軸功率P，由電機(jī)傳送給泵的功率，可直接用效率來計(jì)算：,一、離心泵的主要性能參數(shù),5）葉輪轉(zhuǎn)速 n,10003000轉(zhuǎn)/min；2900轉(zhuǎn)/min最常見。 泵在出廠前必須確定其各項(xiàng)性能參數(shù)，即以上各參數(shù)值，并標(biāo)在銘牌上；這些參數(shù)是在最高效率條件下用20 的水測定的。,一、離心泵的主要性能參數(shù),由于離心泵的各種損失難以定量計(jì)算，使得離心泵的特性曲線Hqv 、Pqv 、qv的關(guān)系只能靠實(shí)驗(yàn)測定，在泵出廠時(shí)

6、列于產(chǎn)品樣本中以供參考。,二、離心泵的特性曲線,（1）HQ曲線： Q，H(Q很小時(shí)可能例外)。 當(dāng)Q0時(shí)，H也只能達(dá)到一定值，這是離心泵的一個(gè)重要特性。,二、離心泵的特性曲線,（2）PQ曲線： Q ，N 。 當(dāng)Q0 時(shí)，P最小。這要求離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，以減小啟動(dòng)功率，保護(hù)電動(dòng)機(jī)免因超載而受損。,4B型離心泵的特性曲線,二、離心泵的特性曲線,（3） Q曲線： 極值點(diǎn)(最大值)，此點(diǎn)稱泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。此時(shí)效率最高，損失最小，此點(diǎn)對應(yīng)的H、Q、P稱最佳工況參數(shù)。對應(yīng)流量稱額定流量。,4B型離心泵的特性曲線,泵的銘牌上即標(biāo)注額定值，泵在管路上操作時(shí)，應(yīng)在此點(diǎn)附近操作，一般不應(yīng)低于92max 。,

7、二、離心泵的特性曲線,1.4液體輸送設(shè)備 1.4.1離心泵 1.4.2離心泵的性能參數(shù)與特性曲線 1.4.3離心泵安裝高度,一、汽蝕現(xiàn)象,液面較低的液體能被吸入泵的進(jìn)口，是由于葉輪將液體從中央甩向外周，在葉輪中心進(jìn)口處形成負(fù)壓（真空），從而在液面與葉輪進(jìn)口之間形成一定的壓差，液體籍此壓差被吸入泵內(nèi)。現(xiàn)在的問題是離心泵的安裝高度Zs。,在液面 0-0 與泵內(nèi)壓強(qiáng)最低處即葉輪中心進(jìn)口處K-K面之間列機(jī)械能衡算式，得：,若液面壓強(qiáng) p0 一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安裝高度Zs ，hf(0-k)，pk，當(dāng)pk至等于操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓pv時(shí)（即pkpv），液體將發(fā)生什么現(xiàn)象？又

8、會使泵產(chǎn)生什么現(xiàn)象？,伴隨現(xiàn)象 泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音 H, qv , 嚴(yán)重時(shí)不送液； 時(shí)間長久，水錘沖擊和化學(xué)腐蝕，損壞葉片,當(dāng)pkpv，,葉輪中心汽化汽泡,被拋向外圍,凝結(jié)局部真空,壓力升高,周圍液體高速沖向汽泡中心, 撞擊葉片(水錘),一、汽蝕現(xiàn)象,安裝高度太高； 被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高； 吸入管路阻力或壓頭損失太高。,汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,一、汽蝕現(xiàn)象,二、離心泵的安裝高度,為避免汽蝕現(xiàn)象，安裝高度必須加以限制，即存在最大安裝高度又稱為允許吸上高度，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，以Zs表示。,在液面0與泵入口處1兩截面間列柏努利方程,p0為大氣壓強(qiáng)pa,

9、1、允許吸上真空度,注意：HS單位是壓強(qiáng)的單位，通常以 m 液柱來表示。在水泵的性能表里一般把它的單位寫成 m（實(shí)際上應(yīng)為mH2O）。,離心泵的允許吸上真空度,允許吸上高度的計(jì)算式,二、離心泵的安裝高度,HS值越大，表示該泵在一定操作條件下抗汽蝕性能好，安裝高度Zs越高。 提高 HS，勢必要降低p1。 p1降低到操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓pv時(shí)，即發(fā)生汽蝕， Hs值達(dá)到臨界值Hsmax，稱為最大吸上真空度。,二、離心泵的安裝高度,為了避免汽蝕現(xiàn)象，規(guī)定吸上真空度留有一定的余量，稱為允許吸上真空高度Hsp。,二、離心泵的安裝高度,據(jù)此計(jì)算離心泵的安裝高度，稱為允許安裝高度Zsp。,確定允許

10、吸上真空高度Hsp應(yīng)使用泵的最大流量下進(jìn)行計(jì)算，通常由泵的制造工廠試驗(yàn)測定，在大氣壓為10mH2O下，以20清水為介質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。若輸送其它液體，且操作條件與上述實(shí)驗(yàn)條件不符時(shí)，需對Hsp進(jìn)行校正。,二、離心泵的安裝高度,Ha：泵工作點(diǎn)的壓力，mH2O pv：20水的飽和蒸汽壓； pv：輸送溫度下水的飽和蒸汽壓；,三、安裝高度Hg,在o-o與k-k截面間列伯努利方程,2、允許吸上真空度,qv一定，發(fā)生氣蝕時(shí)，pk=pv，Zs=Zsp,在1-1與k-k截面間列伯努利方程,汽蝕余量,1.4液體輸送設(shè)備 1.4.1離心泵 1.4.2離心泵的性能參數(shù)與特性曲線 1.4.3離心泵安裝高度 1.4.4管路

11、特性,離心泵的工作點(diǎn)是由離心泵特性曲線和 管路特性曲線共同確定的。,1.管路特性曲線,一、離心泵的工作點(diǎn),管路特性方程,1.管路特性曲線,工作點(diǎn)：泵特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)。,O,Q,Q,H,H,管路H qv,離心泵的工作點(diǎn),泵H Q,泵 Q,A,在工作點(diǎn)處泵的輸液量即為管路的流量Q ，泵提供的壓頭（揚(yáng)程）H 必恰等于管路所要求的壓頭H。 當(dāng)工作點(diǎn)是在高效區(qū)（不低于92max），則該工作點(diǎn)是適宜工作點(diǎn)，說明泵選擇的較好。,2.離心泵的工作點(diǎn), 管路特性曲線H=A+BQ2為開口向上的拋物線，縱軸截距反映了管路上下游總勢能差；B反映了管路阻力的大??；B，同樣流量下管路的阻力越大，B較大的管路稱為高阻管路，反之則稱為低阻管路；, 泵特性曲線中流量的單位可能是m3/s或m3/h ；求工作點(diǎn)時(shí)，管路特性曲線的整理應(yīng)注意保持單位一致；,離心泵工作點(diǎn)的求法 解析法即將泵的特性曲線與管路特性曲線聯(lián)立求工作點(diǎn)；圖解法即將管路特性曲線畫在泵特性曲線圖上，兩線的交點(diǎn)即為工作點(diǎn)。,1、改變管路特性曲線 在離心泵出口處的管路上安裝調(diào)節(jié)閥。改變出口閥門的開度即改變管路阻力系數(shù)可改變管路特性曲線的位置，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。,O,qv2,qv1,qv,he2,H2,