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1、1,化工原理,Principles of Chemical Engineering,2,第二章 流体输送机械,3,第二章 流体输送机械,流体输送的目的： 提高流体的动能、位能或静压能; 克服沿程的阻力。,从供料点到需料点的截面列柏努利方程：, 输送机械对单位重量流体所做的功,4,按输送介质： 液体输送机械泵不可压缩性流体 气体输送机械风机（鼓风机、通风机）、压缩机 按工作原理： 离心式：依靠高速旋转的叶片产生离心力向液体传送机械能。 离心泵、旋涡泵 正位移式（容积式）：利用工作室容积周期性变化，使液体升压把能量 传递给液体。往复泵、旋转泵 喷射式：高速喷射水流带走空气,形成低压。喷射泵 液体输
2、送一般用离心泵和往复泵两类。,流体输送机械分类：,（1）叶轮：离心泵的核心部件，由4-8片叶片组成。 作用：通过高速旋转，将原动机的能量传给液体。 分类：开式、闭式和半开式。,第一节 离心泵,一 主要部件和工作原理,1主要部件,6,（2）泵壳：泵的外壳，包围叶轮，形成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。将液体的大部分动能转变成静压能。 泵壳作用：汇集液体；能量转化作用。,（3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。 轴封：旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。,7,2离心泵的工作原理,（1）液体能量转化：泵轴带动叶轮叶片间流体做功，流体获得高速进入泵壳。蜗壳形通道逐渐扩大，流体在壳内减速，动能
3、转化为静压能。,（2）液体吸上原理：叶轮高速旋转使叶轮中心形成低压（真空），低位槽液体依靠压力差被不断地吸入泵内。,气缚现象：离心泵在启动前壳内充满大量气体，叶轮中心处形成的负压小，形不成吸上液体所需的压力差，致槽内液体吸不上来的现象。,8,二 离心泵的性能参数与特性曲线,1主要性能参数,转速n：10003000rpm；2900rpm最常见。 流量Q：泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。流量计直接测其输出管路。,压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流 量、叶轮结构、尺寸和转速有关。 扬程能量概念；非升举高度 升举高度泵将流体从低位升至高位时，两液面间的高度差。,9,b、c所在
4、截面列柏努利方程,两截面间管长很短，阻力损失可忽 略，动能变化小,扬程的测量,10,11,效率 ：泵对外加能量的利用程度。 = Ne /N,有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ； 轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。,2离心泵的性能曲线,H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降，此规律对流量很小的情况可能不适用。, N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，使泵启动功率最小，减小电机的启动电流。, -Q曲线：泵的效率先随着流量的增加而上升，达一最大值后下降。生产中选泵，应使泵在最高效率点附近操作，相应的流量范围内效率较高。,功率：,1
5、2,粘度：粘度增加，泵的流量、压头、效率都下降，但轴功率上升。 故当被流体的粘度有较大变化时，需对特性曲线校正。 粘度210-5m2s-1,影响小可忽略。,3离心泵特性曲线的影响因素,（1）流体的性质： 密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，HQ曲线不变。 有效功率和轴功率与密度成正比，使用水的NQ曲线需对密度校正： 效率与密度无关。,13,（2）转速 离心泵转速变化时，流量、压头和轴功率都要变化：,（3）叶轮直径 当切割量小于20%时：,切割定律,比例定律,14,流体通过管路所需外加压头：,式中的压头损失：,三 离心泵的工作点和流量调节,1管路的特性方程,管路的特性方程,15,阻力平方
6、区,管路的特性方程,则上式变为：,令,高阻管路特性曲线较陡； 低阻管路特性曲线较平缓。,大,16,2离心泵的工作点,液体流过管路所需压头与泵对液体提供的压头相等时的流量,说明： 泵的工作点由泵特性和管路 特性共同决定，可联立两特性方程得到； 泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要 的； 工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。,17,3离心泵的流量调节 （1）改变管路特性改变出口阀的开度,18,（2）改变泵的特性 改变叶轮转速,nAnB，转速增加,流量和压头均增加。,（3）改变泵的特性 切削叶轮直径：,调节范围不大，只能变小，适合长期性调整，操作中调整不可行,P63 例23,
7、19,n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为：,1双泵并联,理论上，H不变，Q加倍；,四 离心泵的组合操作,实际工作流量并未加倍（QB2QA），压头有所增加；,2双泵串联,理论上，Q不变，H加倍； 实际工作压头未加倍（HB2HA），流量却有所增加； n个完全相同的泵串联，组合泵的特性方程：,20,高阻管路：22串联比并联时Q增值大，选串联。 低阻管路：11并联比串联时Q增量大，选并联。,3组合方式的选择,压头不够：,流量不够：,采用串联,高阻管路,低阻管路,双串,双并,21,安装高度：被吸入液体贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距离.,1汽蚀现象,在s-s和K-K间列柏努利方程：,五 离心泵的安
8、装高度,22,叶轮中心处汽化产生大量汽泡； 含汽泡液体进入周边高压区，压力剧增使汽泡凝聚，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； 当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。,问题：如何确定Zs的上限？ 泵的实际安装高度低于允许安装高度，操作时不会发生汽蚀。,23,防止汽蚀，应pKpV（液体饱和蒸汽压），且pepK ，,或,气蚀余量 （NPSH）,2汽蚀余量与允许安装高度,全压头,饱和蒸汽压,允许气蚀余量,24,泵的允许安装高度：,（1）汽蚀现象的产生的原因： 离心泵的安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； 吸入
9、管路的阻力损失太大。,（2）计算的允许安装高度有时为负值，说明泵应该安装在 液体贮槽液面以下。,（3）允许安装高度的大小与泵的流量有关。,（4）安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度 还要小0.5至1米。,25,1、离心泵的类型： （1）清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体。结构简单，操作容易。 （2）耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成，要求密封可靠。 （3）油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。 （4）杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流 道宽，叶片数少。,单吸泵,双吸泵流量大小； 单级泵,多级泵扬程大小；
10、 卧式泵，立式泵安装条件。,六 离心泵的选用、安装与操作,26,2 离心泵的选用 （1）根据被输送液体的性质确定泵的类型 （2）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。 （3）根据所需流量和压头确定泵的型号 查泵的型谱或相关附表，要求流量和压头与管路所需相适应，防止形成大马拉小车（浪费）或小马拉大车（超载）。 若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，无最大流量时，按1.11.15倍正常流量计算；H应以最大流量对应压头的1.051.1倍计。 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。 若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的。
11、 为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。 若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，确定是否能满足要求。,27,3 离心泵的安装与操作 （1）安装： 安装高度不能太高，应小于允许安装高度。 尽量减少吸入管路的阻力， 主要考虑：吸入管路短、直、粗、管件少。 （2）操作： 启动前应灌泵； 应在关闭出口阀的情况下启动泵； 停泵前先关闭出口阀；,28,第二节 其它类型泵,一 、往复泵：往复工作的容积式 泵，依靠活塞的往复运动周期性改 变泵腔容积将液体吸入和压出。,1往复泵的结构 吸入阀和排出阀均为单向阀。 活塞与阀间的空间称为工作
12、室。,往复泵装置简图 1泵缸; 2活塞; 3活塞杆; 4吸入阀; 5排出阀,单动泵：一侧装有吸入阀和排出阀.,29,活塞与电机相连，在泵缸内作往复运动； 活塞自左向右移动时，排出阀关闭，吸入 阀打开，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。 活塞由右向左移动，吸入阀关闭而排出阀开启，将液体以高压排出。 活塞移至左端，排液完毕，完成一个工作循环，周而复始实现送液。 说明： 冲程：活塞在两端点间的移动距离。 单动泵：活塞往复运动一次，吸液和排液各一次，交替进行，输送液体不连续。由于活塞的往复运动是不等速的，瞬间流量不均匀，形成的流量曲线：,2.工作原理：,30,双动泵：活塞左右两侧都有阀门，吸液和排液同
13、时进行。 活塞自左向右移动时，工作室左侧吸入液体，右侧排出液体，活塞自右向左移动时，工作室右侧吸入液体，左侧排出液体，活塞的每一次行程都在吸液和排液，每一个工作循环吸液和排液各两次，因而供液流量连续，但仍有起伏。,采用三台双动泵并联工作，其送液量较均匀。,为提高流量的均匀性，左右两排出阀上方增设空气室，利用空气的压缩和膨胀来存放和排出部分液体，对液流波动起缓冲作用 稳压装置,31,3.往复泵特点： 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压头、管路等无关。 理论上 单动泵的流量：QTASnr 双动泵的流量：QT(2A-a)S nr 式中： QT 往复泵理论流量，m3/s； A 活塞截面
14、积，m2； a 活塞杆截面积，m2； S 活塞的冲程(在泵缸内移动的距离)，m； nr 活塞往复频率，1/s。,32,(3)往复泵提供的压头只与管路的情况有关，与泵的几何尺 寸、流量无关; (4)往复泵具有自吸能力; (5)启动和停车时须开出口阀门（与离心泵相反）。流量调节 不能用排出管路上的阀门; (6)往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的，排液能力只与活塞位移有关，与管路无关，这种泵称为正位移泵。,实际流量小于理论流量，仍为常数，压头高时会稍变小。 瞬时流量不均匀而一段时间内流量的固定性。,33,4、往复泵的工作点与流量调节,流量调节方法：,支路调节：在排出管上安装支路。 支
15、路作用：使排出液体部分流回吸入管路，即使主管中的流量发生变化，泵送流量不变。支路还设安全阀，当泵出口压力超过规定值，安全阀被顶开，使出口减压。 改变曲柄转速：通过改变曲柄转速，来改变活塞往复运动的频率，达到调节流量的目的。,工作点：泵特性与管特性的交点。,34,按压缩比分为四类： 通风机：终压（表压）不大于15kPa,压缩比1至1.15 鼓风机：终压15300kPa，压缩比小于4。 压缩机：终压在300kPa以上，压缩比大于4。 真空泵：终压为大气压，压缩比由真空度决定。 按工作原理分为: 离心式、旋转式、往复式及喷射式。,第三节 气体输送机械,35,一 概述 1气体输送机械在工业生产中的应用 气体输送：气体输送往往输送量很大，动力消耗相当大,气体输送用通风机和鼓风机。 产生高压气体：有些化学反应过程或分离过程需要在高压下进行，如合成氨反应，气体的液化与分离，得到高压气体用压缩机。 产生真空:真空泵从设备中抽出气体以产生真空。,36,动力消耗大：气体输送流速比液体大得多，流速1525m/s，阻力损失大。 体积庞大：出口压力越高，体积越庞大。 气体压缩机需设冷凝器：输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之变化。,2气体输送机械的特点,37,1结构特点 通风机的叶轮直径比较大； 叶轮上叶片的数目比较多； 叶片有平直的、前弯的、后 弯的； 机壳内
