制药工程7流体输送

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1、第七章 流体输送设备,为流体提供能量的机械称为流体输送机械。,在制药生产过程中，常常需要将流体 从低处输送到高处； 从低压送至高压； 沿管道送至较远的地方。 为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。,第一节 概 述,常用的流体输送机械,泵的分类,按工作原理分,叶片式泵 有高速旋转的叶轮。 如离心泵、轴流泵、涡流泵。 往 复 泵 靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。 旋转式泵（转子泵） 靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。,（一）离心泵（centrifugal pump）的特点： 结构简单； 流量大而且均匀； 操作方便。,第一节 泵,一、

2、 离心泵的结构和工作原理,叶轮,叶片（+盖板）,（二） 离心泵的结构,叶轮 轴 68片叶片 机壳等。,蜗牛形通道； 叶轮偏心放； 可减少能耗，有利于动能转化为静压能。,叶轮,机壳,底阀(防止“气缚”),滤网(阻拦固体杂质),1离心泵的主要部件 （1）叶轮：叶轮是离心泵的核心部件，由6-8片的叶片组成，构成了液体通道。 （2）泵壳：泵体的外壳，它包围叶轮，在叶轮四周开成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。 （3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。,（三）离心泵的工作原理 （1）叶轮被泵轴带动旋转，对

3、位于叶片间的流体做功，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时，流速非常高。 （2）泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。 （3）液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。,（4）叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。 （5）后

4、盖板上的平衡孔消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减轻叶轮前后的压力差。但由此也会此起泵效率的降低。 （6）轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。严重时流量为零气缚。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。,离心泵的工作原理,原动机轴叶轮，旋转,（1）,离心力,

5、叶片间液体,中心外围,液体被做功,动能,高速离开叶轮,（2）泵壳：,液体的汇集与能量的转换,（动静）,（3）吸上原理与气缚现象,叶轮中心低压的形成,泵入口压力,液体不能吸上,气缚,启动前灌泵,液体高速离开,（4）轴封的作用,（5）平衡孔的作用,消除轴向推力,（6）导轮的作用,减少能量损失,气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。 为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底

6、阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。,离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。,二、 离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率。 流量 Q ，/或m3/ 泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。取决于泵的结构、叶轮直径、叶片宽度及转速等。 扬程，米液柱 泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。,泵内部损失主要有三种：,容积损失 水力损失 机械损失,3 效率,有效功率与轴功率的比值。,容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳

7、之间的间隙流回吸入口。,从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率1。,容积损失,原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。,泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率2。,水力损失,原因：机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量。,泵的轴功率大于泵的理论功率。理论功率与轴功率之比称为机械效率3。,机械损失,泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。 在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。,轴功率指泵轴所获

8、得的功率。 由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即,注意：,4 轴功率N,特性曲线（characteristic curves）：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。,强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。,三、 离心泵的特性曲线,变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，Q曲线的形状有所不同。,较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合； 较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。,1 Q曲线,变

9、化趋势：PQ曲线表示泵的流量Q和轴功率P的关系，P随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。,2 PQ曲线,变化趋势：开始随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。,Q曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。,3 Q曲线,四、 离心泵的安装高度和气蚀现象 1 气蚀现象,当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压时，将有大量的蒸汽液体从中逸出，并与气体混合形成许多小气泡。当气泡到达高压区时，蒸汽凝结，气泡破裂，液体质点快速冲向气泡中心，质点相互碰撞，产生很高的

10、局部压力。如果气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，时其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为“气蚀现象”。气蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽量避免。,为避免发生气蚀现象，应限制p1不能太低，或Hg不能太大，即泵的安装高度不能太高。,2 安装高度,泵的类型：单吸、双吸；水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵；单级、多级泵。 （1）确定输送系统的流量与压头 流量一般为生产任务所规定。 根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。,选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。,选择步骤为：,五、 离心泵的选择,（2）选择泵的类型与型号 根据输送液体性质和操作

11、条件确定泵的类型； 按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号； 如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的型号； 如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定； 按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。,（3）校核泵的特性参数 如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵 的流量与压头及轴功率。,往复泵（reciprocating pump）是利用活塞的往复运动，将能量传递给液体，以完成液体输送任务。,往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而与管路情况无关； 往复泵的压头只与管路情况有关。,往复泵的特点：,上述特性称为正位移特性，具有这种特性的泵称为正位移泵。,二 其他类型泵

12、 1 往复泵,活塞（或柱塞） 活塞杆 冲程S：活塞移动距离 泵缸 活门 联动装置,基本结构及原理：,单动往复泵,双动往复泵,其他类型泵,计量泵与隔膜泵,通过调节柱塞的冲程改变流量,1. 正位移泵：,2. 旋转泵：,齿轮泵、 螺杆泵,齿轮泵,转子旋转吸入排出液体，Q与H 无关,螺杆泵,吸入口与排出口相对 吸入腔与排出腔间隔开,3. 旋涡泵：,特殊离心泵。,第二节 气体输送和压缩设备,特点： 可压缩，V，T有变化,往复式压缩机 （Reciprocating Compressor）,结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。 工作原理：与往复泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替动作将气体吸入和压出

13、。 气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。,往复式压缩机 （Reciprocating Compressor）,单动往复压缩机活塞运行位置及对应的气体 P-V 状态变化图,工作循环分析：,余隙的存在不仅减少气体吸入量而且增加压缩机能量损耗。,往复式压缩机的选用,根据所输送气体性质确定压缩机的类型（如空气压缩机、氨气压缩机、氢气压缩机等），再根据生产能力和排出压强选择合适的型号。 注意：一般标出的排气量是以 20，101.33 kPa 状态下的气体体积表示的。,往复式压缩机的排气是脉动的，可在出口处安装贮气罐，既可使气体平稳输出，又可使压缩机气缸带出的油沫和水分离。,工业上常用通风机按其

14、结构形式有轴流式和离心式两类。 轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。 离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为：,低压离心通风机：出口风压小于1.0 kPa（表压） 中压离心通风机：出口风压1.03.0 k Pa（表压） 高压离心通风机：出口风压3.015.0 k Pa（表压）,通风机,离心通风机 （Centrifugal Fan ）,1机壳 2叶轮 3吸入口 4排出口,结构和工作原理：与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。 叶片有平直、前弯和后弯几种形式。

15、平直叶片一般用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆形两种，一般低、中压通风机多为矩形。,离心通风机 （Centrifugal Fan ）,9-19D 高压离心通风机,GY4-73 型锅炉 离心通、引风机,DKT-2系列低噪声离心通风机,B30 防爆轴流通风机,高温离心通风机,罗茨鼓风机（容积式风机、正位移类型）,工作原理：与齿轮泵相似。 结构：由机壳和腰形转子组成。 两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。 改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。,工业上常用的鼓风机主要有旋转式和离心式两种类型。,特点：风量与

16、转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工作温度不能超过 85，以防转子因热膨胀而卡住。 罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。,罗茨鼓风机,L6LD 系列,L10WDA 系列,L4LD 系列,3R5WD 系列,离心鼓风机 （透平鼓风机 Turboblower ）,工作原理：与离心泵相同。 单级风机的风压较低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。 离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过 0.3 MPa（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。,多级低速离心鼓风机,第三节 真空泵 一、真空泵的类型 二、常用真空泵结构和原理 1、往复式真空泵 2、油封式旋片真空泵 3、水环真空泵 4、喷射式真空泵,水环真空泵,水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可