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1、流体流动,流体：气体和液体的统称。 流体的特性：流动性；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。 流体流动规律在化工生产中的应用： 解决流体的输送问题； 压力、流速、流量的测量； 为强化设备能力提供适宜的条件。,流体输送机械,概述 流体输送是化工生产过程常见的单元操作之一。为了将流体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力，都需要向流体施加外部机械能。流体输送机械就是向流体作功以提高其机械能的装置。 目前流体输送机械为通用机械产品，在生产中如何选用既符合生产需要，又比较经济合理的输送机械，同时在操作中做到安全可靠、高效率运行，除了熟知被
2、输送流体的性质、工作条件外，还必须了解各类输送机械的工作原理、结构和特性，以便进行正确地选择和合理使用。本章内容就是介绍常用的流体输送机械及其工作原理、选型计算等。,2019年10月16日,3/71,输送机械的用途,补充能量：将流体从一处输送到另一处 提高压强：给流体加压 造成设备真空：给流体减压 为液体提供能量的输送机械称为泵，如离心泵、往复泵、旋涡泵等。 为气体提供能量的输送机械称为风机或压缩机，如离心通风机、鼓风机等。,输送机械应满足生产要求,对生产上不同的要求采用不同的输送机械。原因： 流体是多种多样的。水、油、腐蚀性流体等 操作条件千差万别：输送量、效率、轴功率 概括来说，输送机械应
3、满足如下要求： (1)满足工艺上对流率和能量的要求。 (2)结构简单，重量轻，投资费用低。 (3)运行可靠，操作效率高，日程操作费用低。 (4)能适应被输送流体的特性，其中包括粘性、腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、含固体杂质等。,输送机械的分类,流体输送机械按照其工作原理分为： (1)动力式：利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加，典型的是离心式、轴流式输送机械。 (2)容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而对流体作功。典型的是往复式、旋转式输送机械。 (3)其它类型：如利用另外一种流体作用的喷射式等。,2019年10月16日,6/71,离心泵,液体输送机械的种类很多，按照工作原理的不同，分为
4、离心泵、往复泵、旋转泵、旋涡泵等几种，其中，离心泵由于其适用范围广、操作方便，便于实现自动调节和控制而在化工生产中应用最为普遍。 离心泵的基本结构和工作原理 离心泵的基本结构 离心泵主要由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上安装在蜗壳形的泵壳内。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，侧旁的排出口与排出管路连接，如图。,离心泵的类型与选用,离心泵的类型 实际生产过程中，输送的液体是多种多样的，工艺流程中所需提供的压头和流量也是千差万别的，为了适应实际需要，离心泵的种类很多。 分类方式：,气体输送机械,输送和压缩气体的设备统称气体压送机械。用途： 气体输送 产生高压气体 产生真空 气体
5、输送机械与液体输送机械的结构和工作原理大致相同，其作用都是向流体做功以提高流体的静压强。但是由于气体具有可压缩性和密度较小，对输送机械的结构和形状都有一定影响，其特点是： 对一定质量的气体，由于气体的密度小，体积流量就大，因而气体输送机械的体积大。 气体在管路中的流速要比液体流速大得多，输送同样质量流量的气体时，其产生的流动阻力要多，因而需要提高的压头也大。 由于气体具有可压缩性，压强变化时其体积和温度同时发生变化，因而气体输送和压缩设备的结构、形状有一定特殊要求。,分类：,按结构与工作原理分： 离心式 往复式 选择式 流体力学作用式 按终压(气体出口表压p2)和压缩比(气体出口与进口绝压之比
6、x)分： 通风机：p215kPa，x11.15，主要结构有离心式、轴流式，用于通风换气和送气。 鼓风机：p215294kPa,x4，主要结构为多级离心式、旋转式，用于输送气体。 压缩机：p2294kPa，x4，主要为往复式结构，用于产生高压气体。 真空泵：p2为大气压，x由真空度而定，结构为旋转式，用于将设备中气体抽出而减压。,2019年10月16日,10/71,离心泵的工作原理,离心泵启动前应在泵壳内灌满所输送的液体，当电机带动泵轴旋转时，叶轮亦随之高速旋转(转速一般为10003000r/min)。叶轮的旋转一方面迫使叶片间的液体在随叶轮作等角速旋转的同时，另一方面，由于受离心力的作用使液体
7、向叶轮外缘作径向运动。在液体被甩出的过程中，流体通过叶轮获得了能量，并以1525m/s的速度进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。,当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为吸液原理。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。,若离心泵在启动前泵壳内不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将
8、贮槽内液体压入泵内，此时虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作气缚。表示离心泵无自吸能力。因此在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。通常若吸入口位于贮槽液面上方时，在吸入管路中安装一单向底阀和滤网，以防止停泵时液体从泵内流出和吸入杂物。,2019年10月16日,12/71,离心泵的主要部件,包括叶轮、泵壳、轴封装置 1.叶轮 它通常由612片后弯叶片所组成，本身被固定在泵轴上并随之旋转。作用是将原动机的机械能直接传给液体，以提高液体的静压能和动能。根据其结构和用途分为开式、半开式和闭式三种。 闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通道内流动时无倒流现象，适于输送较清洁的流体，输送效
9、率高，一般离心泵多采用这种叶轮。 半开式叶轮(半闭式叶轮)：吸入口一侧无前盖板，适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低。 开式叶轮：没有前后盖板。适于输送含大颗粒的溶液，效率低。,闭式或半闭式叶轮在工作时，部分高压液体可由叶轮与泵壳间的缝隙漏入两侧，除影响效率外也使叶轮受到指向液体吸入口的轴向推力，导致叶轮向吸入口移动，严重时造成与泵壳的接触摩擦直至损坏。为平衡轴向推力，可在叶轮后侧板上钻一些平衡孔，使漏入后侧的部分高压液体由平衡孔向低压区泄漏，减小两侧的压强差，但同时也使泵的效率有所下降。 叶轮按其吸液方式的不同分为单吸式和双吸式两种，如图。双吸式叶轮可从两侧同时吸液，吸液能力大，而且可基本上消
10、除轴向推力。,2.泵壳,泵壳亦称为蜗壳、泵体，构造为蜗牛壳形，其作用是将叶轮封闭在一定空间内，汇集引导液体的运动，并将液体的大部分动能转化为静压能。这是因为随叶轮旋转方向，叶轮与泵壳间的通道截面逐渐扩大至出口时达到最大，使能量损失减少的同时实现了能量的转化。为了减少由叶轮外缘抛出的液体与泵壳的碰撞而引起能量损失，有时在叶轮与泵壳间还安装一固定不动而带有叶片的导轮，以引导液体的流动方向(见图)。,3.轴封装置,在泵轴伸出泵壳处，转轴和泵壳间存有间隙，在旋转的泵轴与泵壳之间的密封，称为轴封装置。其作用是防止高压液体沿轴泄漏，或者外界空气以相反方向漏入。常用的有填料密封和机械密封。 填料密封装置：由
11、填料函壳、软填料和填料压盖构成，软填料为浸油或涂石墨的石棉绳，将其放入填料函与泵轴之间，将压盖压紧迫使它产生变形达到密封。,3.轴封装置(续),机械密封装置：由装在泵轴上随之转动的动环和固定在泵壳上的静环组成，两环形端面由弹簧力使之紧贴在一起达到密封目的。动环用硬质金属材料制成，静环一般用浸渍石墨或酚醛塑料等制成。 机械密封的性能优良，使用寿命长。当部件的加工精度要求高，安装技术要求比较严格，价格较高。用于输送酸、碱、盐、油等密封要求高的场合。,离心泵的性能参数与特性曲线 离心泵的主要性能参数,为了正确地选择和使用离心泵，就必须熟悉其工作特性和它们之间的相互关系。反映离心泵工作特性的参数称为性
12、能参数，主要有转速、流量、压头、轴功率和效率、气蚀余量等。离心泵一般由电机带动，因而转速是固定的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本说明书中标明，以供选用时参考。 1.流量 离心泵在单位时间内排出的液体体积，亦称为送液能力，用Q表示，单位为m3h。离心泵的流量与其结构、尺寸(叶轮直径和宽度)、转速、管路情况有关。,2.压头 指离心泵对单位重量的液体所提供的有效能量，又称为扬程，用H表示，单位为m。泵的压头与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。对于一定的泵和转速，压头与流量间有一定的关系。 压头的值由实验测定： 在泵的入口和出口间列柏努利方程，以单位重量流体为基准：,3.效率 指泵轴对液体提供的有效
13、功率与泵轴转动时所需功率之比，称为泵的总效率，用表示，无因次，其值恒小于100%。它的大小反映泵在工作时能量损失的大小，泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度、工作条件等有关，由实验测定。 离心泵的能量损失主要包括： (1)容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率V表示。,(2)机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率m表示。 (3)水力损失：由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的局部能量损失。水力损
14、失用水力效率h表示。,总效率： = vmh,一般：小泵：= 5070 大泵：90,4.轴功率 指泵轴转动时所需要的功率，亦即电机提供的功率，用N表示，单位kW。由于能量损失，轴功率必大于有效功率，即N=Ne/ 泵的轴功率与泵的结构、尺寸、流量、压头、转速等有关。,离心泵性能的影响因素,离心泵的特性曲线是在一定转速下，以常温清水进行测定而得到的。使用时若输送液体的性质或其它条件与测定条件不同时，可导致泵的性能发生变化，具体影响如下。 1.液体密度的影响 离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，故泵的效率亦不随而改变，但泵的轴功率随密度不同而变化， 2液体粘度的影响 当被输送液体的粘度大于常温下清水
15、的粘度时，由于叶轮、泵壳内流动阻力的增大，致使泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大。,3离心泵转速的影响,当液体粘度不大且假设泵的效率不变，泵的转速变化小于20%时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可按比例定律进行计算 4叶轮直径的影响 当转速不变而减小叶轮直径时，泵的流量、压头、轴功率与叶轮直径的关系可按切割定律进行计算(叶轮直径变化20%)：,离心泵的工作点与流量调节,据离心泵特性曲线知离心泵的工作运行范围很大，但实际工作时的运行状况要受到管路的制约，因为泵是安置在管路上工作的。因此要了解其工作状况，就必须了解管路的工作特性以及和泵特性之间的关系。,离心泵的气蚀现象与安装高
16、度,气蚀现象 离心泵通过旋转的叶轮对液体做功，使液体机械能增加，在随叶轮的流动过程中，液体的速度和压强是变化的。通常在叶轮入口处压强最低，压强愈低愈容易吸液。但是当该处压强小于或等于输送温度下液体的饱和蒸汽压时(ppv)液体将部分汽化，形成大量的蒸汽泡。这些气泡随液体进入叶轮后，由于压强的升高将受压破裂而急剧凝结，气泡消失产生的局部真空，使周围的液体以极高的速度涌向原气泡处，产生相当大的冲击力，致使金属表面腐蚀疲劳而受到破坏。由于气泡产生、凝结而使泵体、叶轮腐蚀损坏加快的现象，称为气蚀。 气蚀现象发生时，将使泵体振动发出噪音；金属材料损坏加快，寿命缩短；泵的流量、压头等下降。严重时甚至出现断流，不能正常工作。为避免气蚀现象发生，必须在操作中保证泵入口处的压强大于输送条件下液体的饱和蒸汽压，这就要求泵的安装高度不能太高，应有一限制。,离心泵的安装、使用和维护,泵的实际安装高度应小于计算安装高度，以免出现气蚀现象和吸不上液体，并按要求固定在基座上； 启
