流体输送机械

第二章流体输送机械DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke2概述一、化工生产中为什么要流体输送机械？连续流动的各种物料或产品由低处送至高处由低压送至高压设备克服管道阻力流体输送机械……——为输送流体而提供能量的机械按工作原理分：动力式（叶轮式）：离心式，轴流式；容积式（正位移式）：往复式，旋转式；其它类型：喷射式，流体作用式等。固体的输送，可采用流态化的方法气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke3二、为什么要用不同结构和特性的输送机械化工厂中输送的流体种类繁多：1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和压强又有高低之分；3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。三、本章的目的及重点操作原理目的：1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。2.合理选型、定规格、计算功率、安排位置、日常管理。重点：DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke4第一节离心泵§2-1离心泵构造、原理及主要部件一、构造和原理1、离心泵的构造：吸入口排出管泵轴轴封泵壳叶轮DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke5吸入导管压出导管为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？思考：泵轴泵壳叶轮底阀DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke62、离心泵的工作原理：流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？思考：常压流体被甩出高速流体机械旋转的离心力逐渐扩大的泵壳通道高压流体灌满液体叶轮旋转离心力甩出液体蜗壳内进行能量的转换流体被压出叶轮中心形成真空在压力差的作用下流体被压入泵内DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke7气缚现象泵启动前为什么要灌满液体？思考：液体未灌满ρ气ρ液离心力甩不出气体叶轮中心的真空度不够吸不上液体泵无法正常工作未灌满底阀漏液其它地方泄漏DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke8二、主要部件作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高1、叶轮：结构形状分有三种思考：三种叶轮中哪一种效率高？DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke9但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象思考：三种叶轮中哪一种效率高？闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大低压区高压区泵内液体泄漏DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke10后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高平衡孔F叶轮轴向力问题闭式或半闭式叶轮→轴向推力→磨损如何解决？平衡孔DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke112、泵壳（蜗壳形）思考：泵壳的主要作用是什么？②能量转换装置①汇集液体，并导出液体Why?A↑p↑u↓BECEDepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke12导轮为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？思考DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke133、轴封装置旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入作用：填料密封机械密封DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke14填料密封机械密封用于普通离心泵用于输送易燃易爆、有毒的液体等密封要求的泵内DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke15§2-2离心泵的基本方程式液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强由BE可得：fehgpguZh22指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，以H表示泵的压头（或扬程）泵的结构转速流量H叶轮的直径叶片的弯曲情况取决于……压头和流量——主要技术指标选用泵的基本指标相互关系？DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke16一、离心泵的理论压头②叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶片厚度不计理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头，用H∞表示。①流体为理想液体问：由①、②可以得出什么结果？由①液体在泵内无摩擦阻力损失由②流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同。实际上流体在离心泵中的流动是相当复杂的理想情况简化了过程→建模→用数学语言来表达DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke17液体质点在叶轮内的速度及速度△圆周运动速度相对运动速度绝对运动速度cu余弦定律coscu2uc222DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke18在叶轮进口与出口列BE（△Z=0）：gcgpHgcgp22222211gccgppH2212221静压头△p/ρg增加，原因有二：g2ccg2g2uuH212222212122①离心作用，接受外功——(u22-u12)/2g；②通道截面积↑，ω↓；即动能转换为静压能。每kg液体静压能增加了(ω22-ω12)/2ggCoscuCoscuH/)(111222DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke19设计时，一般都是使设计流量下的2/1→01CosgcugCoscuHu//22222离心泵理论压头的表达式，称为离心泵基本方程。讨论H∞—Q的关系rcbDCoscbrQ22222222b22222ctggb2Qrg1H表明了H∞与Q、W、叶轮构造及尺寸（β2、r2、b2）之间的关系DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke20二、离心泵理论压头的讨论2222ctggb2Qrg1H1、叶轮的转速和直径对理论压头的影响理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大2、叶片形状对理论压头的影响后弯叶片β290，ctgβ20H∞u22/g径向叶片β2=90，ctgβ2=0H∞=u22/g前弯叶片β290，ctgβ20H∞u22/gH∞Qgu22β2=90β290β290为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke21ω2c2ω2c2ω2c22u22u22u2后弯叶片径向叶片前弯叶片叶轮出口速度三角形DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke22三、实际压头HQ理论压头环流而致之压头减小摩擦损失冲击损失实际压头实际情况与理想情况的差别：叶片并不是无限多流体非理想流体轴向涡流流体流动的阻力实际压头始终小于理论压头环流摩擦损失液体被叶轮甩出，冲向蜗壳的液体冲击损失DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke23§2-2离心泵的主要性能参数正确选择和使用离心泵主要性能参数包括：n、Q、H、N、η、允许吸上真空度、气蚀余量铭牌——最高效率下的性能一、主要性能参数1.流量Q：单位时间内泵输送的液体体积，m3/s（或m3/h，l/s等）取决于泵的结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速离心泵总是和特定的管路相连系的，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关2.扬程H（压头）泵对单位重量的液体所提供的有效能量，m液柱压头与泵的结构(如叶片的弯曲情况，叶轮直径等)、转速及流量等因素有关对于一定的泵和转速，压头与流量有关，一般由实验测定g2uugppZZH21221221DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke24电机泵电功率电N电出传传电出NNN电电出电功率NNNe3.泵的有效功率、轴功率及效率效率轴功率N泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。原动机（电动机或蒸汽透平等）传送给泵轴的功率，kWgHQNNeNe=QHρg是指液体从叶轮获得的能量，kW有效功率Ne4.转速n泵的叶轮每分钟的转数，即“r.p.m.”DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke25容积损失（泄漏起因的）水力损失（粘性和涡流起因的）机械损失（机械摩擦起因的）能量损失二、泵内损失容积效率η1水力效率η2机械效率η3η=η1η2η3DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke26§2-4离心泵的特性曲线及其应用一、离心泵的特性曲线实验测定泵厂以20℃清水作为工质做实验测定性能曲线由泵制造厂提供，供泵用户使用DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke271、H～QQ↑→H↓，呈抛物线H=A－BQ2不同型号的离心泵，H～Q曲线的形状不同适用于压头变化不大而流量变化较大的场合适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合Q↑→N↑，当Q=0，N最小2、N～QQ↑→η先↑后↓，存在一最高效率点，此点称为设计点。3、η～Q与ηmax对应的H，Q，N值称为最佳工况参数，也是铭牌所标值92%ηmax泵的运转范围DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke28二、离心泵性能的改变与换算2222Coscbr2QgHQN若被输液的ρ，μ不同，或改变泵的n，叶轮直径离心泵性能要发生变化1.密度的影响H、Q与ρ无关ρ变N也变，ρ↑，N↑2.粘度的影响∑hf↑，则H↓，Q↓，η↓和N↑μ液μ20℃水修正：μ20cpcHcHQcQHQ`,`,`cQ，cH，cη均小于1，可查有关曲线图μ20cp不修正g/CoscuH222DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineeringCTGULaiQingke293.转速的影响n变化速度Δ变化导致H、Q=f(α2)H、Q和N也发生变化但η不变n`nu`uSinCbDSin`CbDQ`Q22222222222222222222`````nnuuCoscuCoscuHH3``nnNN当%20%100nn'n时，认为速度△相似比例定律DepartmentofCh