第二章流体输送机械

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1、第二章 流体输送机械,第一节 概述,1、定义：为流体提供能量的机械称为流体输送机械。,2、分类 1 ）按输送流体分类： 输送液体：泵； 输送气体：通风机、鼓风机、压缩机和真空泵等。 2 ）按工作原理分类： 动力式（离心式、叶轮式）：包括离心式、轴流式等； 容积式（正位移式）：包括往复式、旋转式等； 流体动力作用式（喷射式）等。,第二节 离心泵,优点： 1）结构简单，操作容易，便于调节和自控； 2）流量均匀，效率较高； 3）流量和压头的适用范围较广； 4）适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。,一 离心泵的工作原理,1叶轮 2泵壳 3泵轴 4吸入口 5吸入管 6底阀 7滤网 8排出口 9排出管 1

2、0调节阀,演示2,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分的动能转变为静压能，获得了能量以提高压强。,操作原理分三步,(1)充液：离心泵使用前先将液体灌满泵壳及吸入管路； (2)排液：泵轴带动叶轮旋转，在离心力作用下，液体从时轮中心被抛向外缘，在此过程中获得能量，使轮外缘液体静压头提高，同时也增大了流速，液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动压头转变为静压头，使泵出口处静压头提高，以高压排出。 (3)

3、吸液：泵内液体排出后，叶轮中心处形成真空，将泵外液体不断吸入叶轮，再排出。,气缚： 离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚” 。为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。,二 离心泵的主要部件,离心泵由两个主要部分构成：一是包括叶轮和泵轴的旋转部件；二是由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。但最主要的部件是叶轮和泵壳。,叶轮 叶轮是离心泵的重要部分，对它的要求是在

4、流体能量损失最小的情况下，使单位质量的流体获得较高的能量。,1）按其机械结构分类： 闭式、 半闭式和 开式三种叶轮,开式,半开（闭）式,闭式,2）叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种。,第二章 流体输送机械,2.泵壳,泵壳与轴要密封好，以免液体漏出泵外，或外界空气漏进泵内,1-泵壳 2-叶轮 3-导轮,形状及作用,三 离心泵的主要性能参数,1、流量:指离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积，一般用qv表示，常用单位为m3s或m3/h。,2、泵的扬程：又称泵的压头，指单位重量液体流经泵后所获得的能量，用符号表示，单位为米液柱。,3、功率与效率,1）轴功率P和有效功率Pe,离心泵的轴功

5、率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率。,离心泵的有效功率是指单位时间内液体从叶轮获得 的能量。,Pe=qvgH,2）效率：泵的能量损失的反应,能量损失包括：水力损失，容积损失，机械损失。,四 离心泵的特性曲线,1、离心泵的特性曲线,离心泵的主要性能参数是流量qv和压头H、轴功率P及效率的关系，其间的关系由实验测得。测出的一组关系曲线称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线.,4B20型离心水泵的特性曲线,2、离心泵的转数对特性曲线的影响,离心泵的特性曲线是在一定转速下测定的。当n改变的时候，qv，H，P也相应的发生变化。,对同一型号的泵、同一种液体，在效率不变的情况

6、下，当转速由n1改变为n2时，其流量、压头及功率的近似关系为：,当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大,比例定律,3、叶轮直径对特性曲线的影响,4、液体粘度和密度的影响,1）、粘度的影响所输送的液体粘度越大，泵内能量损失越多，泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大。,2）、密度的影响 由离心泵的基本方程式可知，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，所以效率也不随液体的密度而改变，但轴功率会随着液体密度而变化。,五 离心泵的工作点与流量调节,当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路的特性有关，即在输送液体的

7、过程中，泵和管路是互相制约的。所以，在讨论泵的工作情况前，应先了解与之相联系的管路状况。,1、管路特性方程与管路特性曲线,2、工作点,输送液体是靠泵和管路相互配合完成的。一台离心泵安装在一定的管路系统中工作，包括阀门开度也一定时，就有一定的流量与压头。此流量与压头是离心泵特性曲线与管路特性曲线交点处的流量与压头。此点称为泵的工作点,若该点所对应效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的。,3、流量调节,如果工作点的流量大于或小于所需要的输送量，应设法进行流量调节， 实质上是改变泵在管路中工作点的位置 。工作点是管路特性曲线与泵特性曲线的交点，故改变其中之一均可达到改变工作点继而调节流量的目的。,1

8、）改变管路特性：,2）改变泵的特性：,改变泵的转数或切割叶轮直径,1)改变管路特性曲线- 改变泵出口阀开度 改变离心泵出口管路上阀门开度，便可改变管路特性方程式He = H0+ kqe2中的k值。从而使管路特性曲线发生变化。例如关小阀门，使k 值变大，流量变小，曲线变陡。阀门调节快捷方便，流量可连续变化，但能耗加大，泵的效率下降，不够经济。,2改变泵的特性曲线 （1）改变泵的转速比例定律，n的变化小于20 （2）改变叶轮直径切割定律，切割比例不大于5%,4、流量调节方法的比较,当转速不变采用阀门来调节流量，这种方法简便，并为工厂广泛采用。但关小阀门会使阻力加大，因而需要多消耗一部分能量以克服附

9、加的阻力，这是不经济的。 当采用改变转速调节流量时，可使管路特性曲线保持不变。此时，流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，因而采用改变转速调节流量节能效果是显著的。但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到流量连续调节，这是其主要的缺点。 减小叶轮直径可改变泵的特性曲线，但其主要缺点是可调节流量范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率。在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑使用调速的方法。,三 离心泵的并联和串联操作 当单台泵不能满足生产任务要求时，可采用泵的并联或串联。下面以两台性能相同的泵为例，讨论离心泵的组合操作的特性。 （1）离心泵的并

10、联 设将两台型号相同的泵并联于管路系统，且各自的吸入管路相同，则两台泵的各自流量和压头必定相同。显然，在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。 并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交点决定。由于流量加大使管路流动阻力加大，因此，并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台的效率相同。,（2）离心泵的串联 两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。因此，在同一流量下，串联泵的压头为单台泵压头的两倍。 同样，串联泵的工作点由合成特性曲线与管路特性曲线的交点决定。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵的。串联

11、泵的效率为q串小于单台泵的效率。,（3）离心泵组合方式的选择 生产中采取何种组合方式能够取得最佳经济效果，则应视管路要求的压头和特性曲线形状而定。 如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的（ ）值，则只能采用泵的串联操作。,对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合为高的流量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管路，则宜采用串联组合方式。,六 离心泵的汽蚀与安装高度,汽蚀现象 汽蚀现象：泵的吸液作用是依靠贮槽液面的势能大于泵吸入口截面处的势能Z+p/g而实现的，也就是说在泵的吸入口附近为低压区。当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液

12、体将在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。在巨大冲击力反复作用下，使叶片表面材质疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，导致叶轮或泵壳破坏。这种现象称为汽蚀。,1、汽蚀现象,汽蚀现象的标志：泵扬程较正常值下降3为标志。 汽蚀的危害： 1）泵体产生震动与噪音； 2）泵性能（Q、H、）下降； 3）泵壳及叶轮冲蚀（点蚀到裂缝）。 注意区别气缚现象与汽蚀现象, 泵的安装位置不能太高； 应使吸入管路的阻力尽可能 小。以保证系统中压强最低 的叶轮中心的压强大

13、于液体 输送温度下的饱和蒸汽压。,解决措施,为了避免汽蚀现象的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的汽蚀余量（NPSH）对泵的安装高度加以限制。,2、气蚀余量,1）有效气蚀余量 为了避免汽蚀现象发生 ，液体经吸入口处所有 的压头 不仅能使液体被推进叶轮，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸汽压头 ， 其差值为有效富余压头，常称为有效汽蚀余量。,2）必需气蚀余量hr 必须汽蚀余量hr是表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全压头损失。 判别汽蚀的条件： ha hr 不汽蚀 ha = hr 开始汽蚀 ha hr 严重汽蚀,3、最大安装高度和最大允许安装高度,1）最大安装高度,3 ）最大允

14、许安装高度,2 ）允许气蚀余量h,用离心泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内异丁烷液面恒定。其上方绝对压力为6065kgf/cm2。泵位于贮罐液面以下1.5m处，吸入管路的全部压头损失为1.6m。异丁烷在输送条件下的密度为530kg/m3，饱和蒸汽压为6.5kgf/cm2。在泵的性能表上查得，输送流量下泵的允许汽蚀余量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。,27 离心泵的类型与选择,1、离心泵的类型,由于化工生产中被输送液体的性质、压强和流量等差异很大，为了适应各种不同的要求，离心泵的类型也是多种多样的。按泵送液体的性质可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵和杂质泵等；按叶轮吸入方式可分为单吸泵和双吸泵；

15、按叶轮数目又可分为单级泵和多级泵。 各种类型的离心泵按照其结构特点各自成为一个系列，并以一个或几个汉语拼音字母作为系列代号。在每一系列中，由于有各种规格，因而附以不同的字母和数字予以区别。,1、离心泵的类型,1）水泵： （ IS型、D 型、Sh型 ）,凡是输送清水以及物理、化学性质类似于水的清洁液体，都可以选用水泵。,1一泵体 2一叶轮 3一密封环 4一护轴套 5一后盖 6一泵轴 7-机架 8一联轴器部件,单级单吸式水泵,多级离心泵,双吸泵,2）耐腐蚀泵,耐腐蚀泵(F型) 当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵，该泵主要特点是与液体接触的泵部件用耐腐蚀材料制成,各种材料制造的耐腐蚀泵在结构上

16、基本相同。,3）油泵(Y型),输送石油产品的泵称为油泵。油品的特点是易燃、易爆，因此对油泵的一个重要要求是密封完善。当输送200以上的油晶时，还要求对轴封装置和轴承等进行良好的冷却，故这些部件常装有冷却水夹套。,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： ） 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。 ）选择泵的类型与型号：根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型。按已确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号。需要注意的是，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。然后按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。 ）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。,2、离心泵的选择,离心泵的安装与操