化工原理第二章流体输送机械(1)

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1、第二章 流体输送机械,2.1 液体输送机械 2.2 其他类型的泵 2.3 气体输送机械,2.1 流体输送机械-离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理,2.2.2 离心泵的主要部件,2.2.3 离心泵的特性曲线,2.2.4 离心泵的工作点和流量调节,2.2.5 离心泵的安装高度,2.2.6 离心泵的型号与选用,2.1.1 离心泵的工作原理,1.离心泵的结构,离心泵部件可分为旋转部件和静止部件。旋转部件包括叶轮和转轴等；静止部件包括吸入室、蜗壳等。,2.离心泵工作原理,原动机轴叶轮，旋转,离心力,叶片间液体,中心外围,液体被做功,动能,高速离开叶轮,2.1.2 离心泵的主要性能参数,1.流量 Q 或

2、 qV,流量是单位时间内输送出去的流体量, 单位m3/s。,2.压头（或称扬程）H,离心泵的压头H是指流体通过离心泵后所获得的有效能量,单位m。,3.效率,效率反映了泵与风机中能量的损失程度。,容积效率v：考虑流量泄漏所造成的能量损失 水力效率H：考虑流动阻力所造成的能量损失 机械效率m：考虑轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失。,离心泵总效率为 :,一般来讲，在设计流量下泵的效率最高。,2.1.2 离心泵的主要性能参数,4.功率,功率分为有效功率Neor 和轴功率Nor ，单位J/s或W。,有效功率Pe,流体经过泵后获得的实际功率。,PeqVHg,轴功率P,原动机传到泵轴上的功率。,PqVHg/,

3、有效功率和轴功率的关系,2.1.2 离心泵的主要性能参数,2.1.3 离心泵的特性曲线,由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系 、 、 只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。 实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号（如4B20）及转速 ，说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,2.1.3 离心泵的特性曲线,由图可见： 一般离心泵扬程 随流量 的增大而下降（ 很小时可能例外）。当 =0时，

4、由图可知 也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性； 轴功率 随流量增大而增加，当 时， 最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损； 曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高,能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92% 。,2.1.3 离心泵的特性曲线,1.液体密度 对特性曲线的影响,理论 与 无关，实际 与 也无关， 但 有关理论 与 无关，实际 也 与 无关。,P362泵性能表上列出轴功率指输送 清水时的 ，所选泵用于输送 比水大的液体应先核算 ，若 表中

5、的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧坏。,2.1.3 离心泵的特性曲线-改变与校正,例：离心泵原来输送水时的流量为qV，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量_，扬程_，效率_ ，轴功率_ 。,2.液体粘度 对特性曲线的影响,（ 的幅度超过 的幅 度， ）。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际 输送液体 比清水 大得较多。特性曲线将有所变化，应校 后再用，P92-94介绍了校正方法。,2.1.3 离心泵的特性曲线-改变与校正,3.转速n对特性曲线的影响,泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇 到n改变的情况，若n变化 20%，

6、可认为液体离开叶轮时 的速度三角形相似， 不变,泵的效率不变(等效率)，则：,上式称为离心泵的比例定律, n变化20%, 相等时成立。,2.1.3 离心泵的特性曲线-改变与校正,4.叶轮直径 对特性曲线的影响,泵的特性曲线是针对某一型号的泵（ 一定），一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使直径变小，可以减低 和 而节省 。若 变化 ，可认为 不变， 不变，则,上式称为离心泵的切割定律， 变化 ， 相等时成立。,得:,2.1.3 离心泵的特性曲线-改变与校正,1.管路特性曲线方程-描述管路中流量 与所需补加能量 的关系式,2.1.4 离心泵的工作点和流量调节,列以单位重量流体为衡算基准的机械能衡算

7、式（实际流体伯努利方程式）,管路特性曲线方程的推导,管路特性曲线方程,令：,HKBqV2,管路特性曲线方程的推导,管路特性曲线的特点,表示管路流量Q与所需外加压头H间的 曲线关系，B值与Q的单位有关；,1.物理意义：,2.阻力平方区，与Q无关，此时管路特性系数B为 常数；管路特性曲线为一过(0,h0)点的二次曲线；,3.对于曲线在纵轴上截距h0 ：,表示的是管路流动所需要的最小外加压头；,4.高阻管路曲线陡(B大)；低阻管路曲线平缓(B小)。,例 ：在内径为160mm、长度为280m的管路系统中，用离心泵输送甲苯。已知该管路局部阻力的当量长度为85m；摩擦系数可取为0.03。若 为20m甲苯柱

8、，试求管路特性方程。,解： KBQ2 因 =12000 所以 20+12000Q2 根据上式可绘管路特性曲线。,2.离心泵的工作点,管路特性曲线方程,泵特性曲线方程,泵的工作点即为两条曲线的交点。,Hf(qV)= KBqV2,2.1.4 离心泵的工作点和流量调节,说明：,工作点,泵的特性与管路的特性,工作点确定,联解两特性方程,作图，得两曲线交点,泵装于管路时：,工作点 （H,Q),Q=泵供流量=管路流量,H=泵供压头=流体的压头,工作点（Q,H,N, ）,泵的实际工作状态，若该点在泵的高效区，则该工作点是适宜的。,2.1.4 离心泵的工作点和流量调节,3.离心泵的流量调节,离心泵的工况调节有

9、三种途径：,1）改变离心泵或通风机的特性曲线； 改变转速，切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联。,2）改变管路的特性曲线； 管路特性曲线的改变：一般通过调节管路阀门的开度实现。,3）同时改变离心泵和管路的特性曲线。,2.1.4 离心泵的工作点和流量调节,4）并联操作,图2-16 泵的并联操作,当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并联操作，以增大流量。一台泵的特性曲线如图曲线所示。两台相同的泵并联操作时，其联合特性曲线的作法是在每一个压头条件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大一倍而得出特性曲线如图中曲线。,5）串联操作,图2-17 泵的串联操作,当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将

10、泵串联使用 。两台相同型号的泵串联工作时，每台泵的压头和流量也是相同的。因此，在同样的流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。将单台泵的特性曲线的纵坐标加倍，横坐标保持不变，可求得两台泵串联后的联合特性曲线 。,2.1.4 离心泵的工作点和流量调节,2.1.5 离心泵的安装高度,1.汽蚀现象,液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。泵内压强最低处是叶轮中心进口 处，在 面与 面之间到机械能衡算式并以 面为基准水平面，得：,面。在,面与,当pKpv,叶轮中心液体汽化汽泡,被抛向外围,压力升高pv,汽泡破裂，蒸汽凝结,局部真空,周围液体高速

11、冲向汽泡中心, 撞击叶片(水锤), 叶片冲击与腐蚀,汽蚀现象,伴随现象：,泵体振动并发出噪音；,H , Q , 严重时不送液；,水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片,安装高度 汽蚀,问题：如何确定 的上限,泵的允许安装高度,当泵刚发生汽蚀时，pK等于所输送液体的饱和 蒸汽压pv，相应地p1也将达到某一最小值p1min，此时,2.1.5 离心泵的安装高度,上式表明：在泵刚发生汽蚀条件下，泵进口处液体的总压头 比液体的饱和蒸汽压对应的静压头 高出某一定值，常将这一差值称为泵的最小汽蚀余量 ：,为确保泵正常工作不发生汽蚀，根据有关规定，将 作为允许值，称为允许汽蚀余量 ，此值列入泵的样本，由离心泵厂向用户提

12、供。又称为净正吸上压头，用（Net Positive Suction Head）表示。,2.1.5 离心泵的安装高度-允许汽蚀余量,讨论,（1）汽蚀现象产生的原因：,安装高度太高；,被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；,吸入管路阻力或压头损失太高。,（2）计算出的Hgmax0时,需低于贮槽液面安装,（3） HgmaxQ关系： Q，则Hgmax ，安全系数,一般用工作条件的最大Q计算Hgmax,（4）安装泵时为保险， 取Hg比Hgmax小0.5至1米,（5）允许汽蚀余量的校正,h20清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书,2.1.5 离心泵的安装高度-允许汽蚀余量,2.1.5 离心泵的安装高度

13、-允许吸上真空度,0-0至1-1间列伯氏方程：,泵刚出现气蚀时，泵入口处压强p1 变为p1min,令：,最大允许吸上真空度,为安全计,允许吸上真空度，由实验测定 实验介质：20度清水 若条件不符，P103式2-28校正。,吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；,b. 吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；,c. 吸入管径大于排出管径。,（3）临界汽蚀余量,与必需汽蚀余量,可通过实验测定，不是改变,发生汽蚀，而是设法在泵的,不变的条件下逐次降低,（例如关小吸入管路中的阀），当泵内刚,较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志）时测取,由上式计算,，,+安全余量，,列在泵的,好发生汽蚀（以

14、泵,性能表上。,2.1.5 离心泵的安装高度,例：用油泵从密闭容器里送出30的丁烷。容器内丁烷液面上的绝对压力为 。液面降到最低时，在泵入口中心线以下2.8m。丁烷在30时的密度为580kg/m3，饱和蒸汽压为 。泵入口管路的压头为1.5m H2O。所选用的泵汽蚀余量为3m。试问这个泵能否正常工作？,解：,由于实际安装高度大于允许安装高度，不能保证整个输送过程中不产生汽蚀现象。为保证泵正常操作，应使泵入口线不高于最低液面2.4m，即从原来的安装位置至少降低0.4m；或提高容器内的压力。,2.1.6 离心泵的型号与选用,（1）离心泵的类型 清水泵 旧型号：B型 新型号：IS型 IS型泵是根据国际

15、标准ISO2858规定的性能和尺寸设计的，其 效率比B型泵平均提高3.67%。 IS80-65-160 80泵入口直径，mm； 65泵出口直径，mm； 160泵叶轮公称直径，mm。,如果要求的压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”，其结构如图所示。如要求的流量很大，可采用双吸收式离心泵，其系列代号“Sh”。 耐腐蚀泵，“F”系列，非“F”系列。 油泵，单吸“Y”系列，双吸式“YS”系列。 液下泵，“FY”系列。 屏蔽泵。 杂质泵“P”系列。,2.1.6 离心泵的型号与选用,2.1.6 离心泵的型号与选用,（2）离心泵的选用 根据被输送液体的性质确定泵的类型 确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所 需压头由管路的特性方程来定。 根据所需流量和压头确定泵的型号 A、查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应 B、若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，H也应以 最大流量对应值查找。 C、若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大 一点的。,2.1.6 离心泵的型号与