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1、第二章流体输送机械,1,流体输送机械：为流体提供机械能的机械设备。 作用：将流体由总比能低处送到总比能高处，或克服流体流动阻力。,按输送流体性质不同分类：,泵：输送液体的机械，如正位移泵、离心泵等； 压缩机或风机：输送气体的机械。,化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的流量和压强的要求。流体输送系统包括：流体输送管路、流体输送机械、流动参数测控装置。,2,3、流体动力式泵：利用流体高速喷射时动能或静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。如喷射泵、虹吸泵等。,一、分类,流体输送机械按其工作原理分：,1、叶片式泵：利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能。其流量平均，也可达到较高
2、的压力。如离心泵（化工中用泵90%以上为离心泵）、旋涡泵、轴流泵等,2、容积式（或叫正位移）泵：利用活塞或转子的运动改变工作室容积、周期性地挤压流体使之获得动能或静压能，优点：容易获得高压。如往复泵，齿轮泵，螺杆泵等。,第一节 液体输送机械,3,主要由吸入管、排出管和泵体组成。 泵体的主要部件为叶轮和泵壳，叶轮主要起做功的作用，而泵壳为蜗壳形，截面逐渐扩大，导致流速减小从而使液体的压力上升。此外还有泵轴、导轮、密封和平衡装置。,二、离心泵,1、结构和主要部件,4,离心泵的主要结构,（1）叶轮,通常由68片（最多12片）后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，并放在泵壳内；是离心泵的关键部件。,作用：
3、将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。,分类：,A：敞式叶轮 没有前、后盖板；结构简单，清洗方便；但是液体易发生倒流，效率较低；适合于输送浆液和含有固体悬浮物的液体，不易堵塞。,5,B：半蔽式叶轮,吸液口一侧无盖板，而在另一侧有后轮盖。结构简单，但效率也较低；适用于输送悬浮液。,6,C：蔽式叶轮,有前后轮盖；结构较复杂，造价较高；效率较高，适于输送清洁流体；应用广泛。,7,叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种：,传递机械能的主要部件，转动时承受很大的扭矩。,悬臂式：用于小型离心泵；将叶轮固定在泵轴的一端，并通过键或者叶轮与泵轴的螺栓连接来传递扭矩。,单梁式
4、：用于大型离心泵或多级离心泵；将叶轮固定在泵轴的中间，主要用平键来传递扭矩,（2）泵轴,8,（3）泵壳,沿叶轮旋转方向，泵壳与叶轮之间形成一个截面逐渐扩大的通道，出口截面最大。从叶轮四周甩出的高速液体在通道内逐渐降低速度，既可将液体的大部分动能转换为静压能，从而提高液体的压力，又可减少液体因流速过大而引起泵体内部的能量消耗,作用：封闭叶轮，以便使叶轮吸入和排出液体；汇集液体，转换能量。,吸入口：位于泵壳中央，与吸入管相接，装有底阀防止液体倒流； 排出口：位于泵壳外缘，切线方向。,9,(4)导轮,导轮上叶片弯曲方向与叶轮上叶片的旋转方向相反，其弯曲角度恰好与液体从叶轮流出的方向相适应。,作用：使
5、高速液体流过时，能均匀而平缓地降低流速，调整流向，减少机械能损失。,10,（5）轴封装置,泵轴与泵壳间的密封，分为填料密封和机械密封,作用：防止泵内高压液体沿间隙漏出，或外界空气以相反方向漏入泵内。,填料密封：又称填料函，或者盘根箱，一般采用浸油或涂石墨的石棉绳等作为填料。简单易行，但维修工作量大，容易泄漏；不适用于易燃，易爆，有毒或者贵重液体的输送。,11,机械密封：又称端面密封，结构复杂，精度要求高，价格贵，装卸和更换零件不便；但密封性能好，寿命长，功率消耗小，安全性好。,动环,静环,弹簧,由装在轴上的动环6和固定在泵壳上的静环7所组成，两环的接触端面随泵的运转做相对运动时，借助弹簧力的作
6、用相互紧贴而起密封作用。,12,（6）轴向推力平衡装置,产生原因： 单吸式离心泵，叶轮前后轮盖面积不等，受力不同，将叶轮推向吸入口一侧。,平衡孔：叶轮后轮盖上开孔；,平衡管：泵壳上的接管通到泵的吸入口；,平衡盘：用于多级离心泵，设在最后一级叶轮的后面。,13,解决方法：,14,液体离开叶轮进入蜗壳后在蜗壳的约束下继续沿切向流动，由于蜗壳流道逐渐扩大，流体速度不断下降，因而其动能减小，静压能增加，使液体压力上升，最后沿切向流出蜗壳进入排出管路。而泵内流体在叶轮中心入口处由于加速而减压，叶轮中心处形成真空，使外面液体在大气压下进入泵。,2、离心泵的工作原理,液体由叶轮中心处进入离心泵，随着叶轮高速
7、旋转，并在离心力作用下沿着叶片之间的通道向外缘运动，速度不断增加，机械能不断提高直至到达外缘。,15,3、离心泵的主要性能参数,（1）流量Q：泵的送液能力，指泵单位时间实际输出的液体量，单位m3/s, m3/h，取决于泵的结构、尺寸和转速。 （2）压头H：又叫扬程，指离心泵对单位重量的液体所提供的能量，单位为J/N或m液柱。取决于泵的结构、转速和流量,Hf,1-20,16,（3）功率 有效功率：Ne=QHg=weW 轴功率：N=Ne/ 电动机功率：轴功率除以传动效率，传动效率96%,（4）效率 反映离心泵运转过程的能量损失,容积损失：一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙
8、或从平衡孔泄漏返回到叶轮入口处的低压区造成能量损失。 解决方法：使用半蔽式和蔽式叶轮。蔽式叶轮容积损失量小，但叶轮内流道易堵塞，只适宜输送清洁液体。开式叶轮不易堵塞，但容积损失大故效率低。半蔽式介于二者之间。,17,解决方法：蜗壳的形状按液体离开叶轮后的自由流动轨迹螺旋线设计，可使液体动压头转换为静压头的过程中能量损失最小。,水力损失：进入离心泵的黏性液体在流动过程中由于叶片间的环流和摩擦阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。,18,在蜗壳内安装固定导轮和采取后向叶片均可减少水力损失，提高水力效率。,机械损失：泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。 解决方法：
9、保持轴承润滑，保持填料压盖松紧适度。,泵的总效率：=QHM 小泵：0.50.7，大泵：可达0.9 效率与流量有关，额定流量：泵在最高效率时的流量,4、离心泵的特性曲线及其影响因素,（1）特性曲线： 描述压头、轴功率、效率与流量关系（HQ、NQ、Q）的曲线。对实际流体，这些曲线尚难以理论推导，而是由实验测定。,离心泵的特性曲线反映了泵的基本性能，由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。,19,20,离心泵性能曲线测试实验,21,22,HQ曲线代表的是在一定转速下流体流经离心泵所获得的能量与流量的关系，是最为重要的一条特性曲线。,曲线特点：扬程 H 随流量 Q 的增加而下降。
10、,HQ 曲线,有的离心泵在小流量时有驼峰，即同一压头下有两个不同的流量，在驼峰附近操作时泵工作不稳定，压头损失大，效率低，故一般不应在此区域内操作。,NQ 曲线,23,轴功率 N： 随流量增加而增大，流量为0时轴功率最小，但不为0（泵启动时要关出口阀，使起动电流减小以保护电机。 ）。 有效功率Ne：流体从泵获得的实际功率，可直接由泵的流量和扬程求得,随流量增大，泵的效率曲线出现一极大值即最高效率点，在与之对应的流量下工作，泵的能量损失最小。,Q 曲线,离心泵铭牌上标出的 H、Q、N 性能参数即为最高效率时的数据，称为“最佳工况参数” 。一般将最高效率值的 92% 的范围称为泵的高效区，泵应尽量
11、在该范围内操作。,24,（2）影响离心泵特性的因素,由制造厂提供的离心泵的特性曲线是在一定转速下用20的清水为工质实验测定的。若输送的液体性质与此相差较大时，泵的特性曲线将发生变化，应加以修正。,理论分析表明, 流量和压头与液体密度无关，说明离心泵的HQ 曲线不随液体密度而变，Q 曲线也不随液体密度而变。离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即 NQ 曲线要变。 注意：叶轮进、出口的压差 p 正比于液体密度。,液体密度的影响,25,泵启动前空气未排尽或运转中有空气漏入，使泵内流体平均密度下降，导致叶轮进、出口压差减小。会使泵入口处的真空度减小、吸入流量下降。严重时泵将无法吸上液体。 因此
12、：离心泵启动之前要进行“灌泵”，防止泵不能产生足够压差吸入液体，产生“气缚”现象，俗称“不上量”。,解决方法：离心泵工作时、尤其是启动时一定要保证液体连续的条件。可采用设置底阀、启动前灌泵、使泵的安装位置低于吸入液面等措施。,液体黏度的影响,液体黏度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，HQ、NQ、Q 曲线都将随之而变。液体运动黏度 2010-6 m2/s 时影响不大，超过此值则应进行换算。有关手册上给出了不同条件下通过实验得到的换算系数。,叶轮转速的影响,改变叶轮转速来调节离心泵的流量是一种节能的操作方式。叶轮转速的改变将使泵内流体流动状态发生改变，其特性曲线随之而变。,离心泵的比例
13、定律,27,用于换算转速变化在 20% 范围内离心泵的特性曲线，其准确程度是工程上可接受的。 注意：由已知特性曲线上的一点（Q, H），通过比例定律式仅可求得与之对应的一个点（Q, H），要得新的特性曲线，需对诸多点进行换算。,与转速的影响类似，有离心泵切割定律,在叶轮直径变化不超过20%时适用,改变叶轮几何参数，例如对叶轮圆周进行少量车削、对叶片出口角进行锉削、封闭对称叶片间的流道等，这些措施都会使泵的特性曲线发生改变。,叶轮直径的影响,28,【例】用清水测定某离心泵的特性曲线。管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa(表压)，泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵
14、的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试确定与泵特性曲线相关的其它性能参数,以真空表和压力表两测点为1，2截面列柏努力方程，有,解：泵特性曲线性能参数有： 流量Q、压头H、轴功率N和效率。,流量和轴功率已由实验直接测出，需计算压头和效率。,29,若略去 Hf1-2 及动压头变化，则该流量下泵的压头,对应的泵的效率为,对应的泵的有效功率为,调节流量，并重复以上的测量和计算，则可得到不同流量下的特性参数，绘制特性曲线。,30,5、离心泵的气蚀现象与安装高度,由离心泵的工作原理可知，当叶片间的液体从高速旋转的叶轮中甩出后，在叶轮入口附近形成低压
15、区。研究表明，从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强是不断降低的，叶轮内缘处的叶片背侧是泵内压强最低点。,31,（1）汽蚀现象,当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230以上。,症状：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。 后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。 防止措施：把离心泵安装在
16、恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压 pv。,32,汽蚀现象实验,33,（2）离心泵的安装高度,34,离心泵的安装高度是指离心泵入口与贮槽液面间的垂直距离Hg,对 1-1 和 0-0 截面列柏努方程,临界汽蚀余量(NPSH)c,对 泵入口1-1 截面和 叶轮入口 2-2 截面列柏努方程,在一定流量下，当 p2 = pv 时 ，汽蚀发生，令此时的 p1 为 p1,min，则,上式表示，在离心泵内刚发生汽蚀时的临界条件下，离心泵入口处，液体的静压头与动压头之和与液体在操作温度下的饱和蒸气压头之差，等于叶轮入口处动压头与泵入口处到叶轮入口处的压头损失之和，将上式定义为临界汽蚀余量(NPSH)c：即：,为防止气蚀现象发生，离心泵入口处压力p1必须大于p1,min，此时，泵入口处的静压头与动压头之和必须比被输送液体的饱和蒸气压头大一定的数值，此数值称为离心泵的有效汽蚀余量，以符号(NPSH)a表示，即,35,必须汽蚀余量(NPSH)r,为确保离心泵的正常工作，有关标准规定，将实验则得的(NPSH)c加上一定的安全余量作为离心泵的必须汽蚀余
