第二章流体输送机械（上）-新乡学院精品课程建设网

新乡学院化工原理精品课程第二章流体输送机械Fluid-movingMachinery新乡学院化工原理精品课程第一节概述一、供料点~需料点，B.E.fHgugpzH22二、输送机械的作用：流体的动能↑，或位能↑，静压能↑，克服沿程阻力，或兼而有之对流体做功，使流体E↑,结果流体从低处→高处；低压处→高压处；所在地→较远处；需要对流体做功，增加流体的机械能。新乡学院化工原理精品课程三、流体输送机械分类1、介质：液体——泵气体——风机、压缩机、真空泵2、工作原理：离心式正位移式：往复式、旋转式其它（如喷射式）新乡学院化工原理精品课程第二节离心泵离心泵的外观选型、安装、运转新乡学院化工原理精品课程离心泵装置简图新乡学院化工原理精品课程电机N电轴N轴泵Ne100%eNN轴eeseNWWQW液体新乡学院化工原理精品课程一主要部件和工作原理（1）叶轮——叶片（+盖板）新乡学院化工原理精品课程6-12个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道。前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮半开式开式液体入口——中心（2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道出口——切线（3）泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。新乡学院化工原理精品课程2．离心泵的工作原理原动机——轴——叶轮，旋转（1）离心力叶片间液体中心外围——液体被做功动能高速离开叶轮新乡学院化工原理精品课程（2）泵壳：液体的汇集与能量的转换（动静）（3）吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成p泵内有气，则叶轮中心真空度不够液体不能吸上——气缚启动前灌泵—液体高速离开新乡学院化工原理精品课程（4）轴封A轴封的作用为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。B轴封的分类轴封装置填料密封：机械密封：新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程新乡学院化工原理精品课程（5）平衡孔的作用——消除轴向推力单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式新乡学院化工原理精品课程（6）导轮的作用——减少能量损失新乡学院化工原理精品课程小结：吸液：靠压差排液：靠所接受的功（高速旋转叶轮）新乡学院化工原理精品课程二离心泵的性能参数与特性曲线1．离心泵的主要性能参数（1）(叶轮)转速n：1000~3000rpm；2900rpm常见（2）(体积)流量Q:m3/h，~叶轮结构、尺寸和转速（3）压头（扬程）H：1N流体通过泵获得的机械能。J/N,m~Q、叶轮结构、尺寸和n有关。Hz（4）轴功率N：单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率Ne：单位时间液体获得的能量新乡学院化工原理精品课程（5）效率：=Ne/N100%——容积损失，水力损失，机械损失2．离心泵的性能曲线H~QN~Q~Q厂家实验测定产品说明书20C清水新乡学院化工原理精品课程FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图新乡学院化工原理精品课程H的计算可根据1、2两截面间的柏努利方程：22112212()22fPuPuHZHgggg22212112()2fPPuuHZHgg222112()2fuuHg1可忽略不计21210PPPPHZhgg122离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度△Z，升举高度只是扬程的一部分。新乡学院化工原理精品课程轴功率和有效功率之间的关系为：/eNN有效功率可表达为gQHNe轴功率可直接利用效率计算/gQHN新乡学院化工原理精品课程hmQ/,3mH,NQN~QH~Q~离心泵特性曲线新乡学院化工原理精品课程说明：①H~Q曲线，Q，H。Q很小时可能例外②N~Q曲线：Q，N。大流量大电机关闭出口阀启动泵，启动电流最小③~Q曲线：小Q，；大Q，。max泵的铭牌~与max对应的性能参数选型时max新乡学院化工原理精品课程3．离心泵特性的影响因素（1）流体的性质：密度：,(N、Ne)（H，Q，）与无关；粘度：，（H，Q，）;N工作流体~20℃水差别大参数和曲线变化（2）转速——比例定律1212nnQQ21212nnHH31212nnNN新乡学院化工原理精品课程——n20%以内(3)叶轮直径——切割定律1212DDQQ21212DDHH31212DDNN——D-5%以内三离心泵的工作点和流量调节问题：工作时，Q,H,N,=?1.管路特性曲线新乡学院化工原理精品课程外加压头Q，Hf，HH~Q——管路流量~所需外加压头2221212efppuuHZHgg21ppAZg222212fuuHBQg2eHABQ令对一定管路，A值与Q无关。B为由管路状况决定的常数。——管路特性方程(曲线)新乡学院化工原理精品课程说明：gpzH0①曲线在H轴上截距；管路所需最小外加压头②高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。新乡学院化工原理精品课程2．离心泵的工作点——泵的H~Q与管路的H~Q曲线的交点新乡学院化工原理精品课程说明①工作点泵的特性&管路的特性工作点确定：联解两特性方程作图，两曲线交点②泵装于管路工作点~（H,Q)Q=泵供流量=管得流量H=泵供压头=流体得压头③工作点~（Q,H,N,）~泵的实际工作状态新乡学院化工原理精品课程3．离心泵的流量调节改变流量改变泵的特性改变工作点改变管路特性（1）改变出口阀开度~管路特性关小出口阀leH，Q管特线变陡工作点左上移开大出口阀leH，Q管特线变缓工作点右下移（2）改变叶轮转速~改变泵的特性新乡学院化工原理精品课程n泵H~Q曲线上移工作点右上移，H，Q（3）车削叶轮直径例题1将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m3/h,液体的扬升高度为7m。输送管路由内径为80mm的钢化玻璃管构成，总长为160m（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：(1)该泵是否合用？(2)实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少？Q(L/s)03691215H(m)19.51917.916.514.412(%)01730424644新乡学院化工原理精品课程feHgpzguHgpzgu22221121220)(0,7,0212121u，uppmzz表压224361.99/36000.7850.080Qumsd221601.990.0156.0620.0829.81eflluHmdg解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得：式中管内流速：管路压头损失：新乡学院化工原理精品课程管路所需要的压头：mHzzHfe06.1306.6711以（L/s）计的管路所需流量：36100010/3600QLs由附表可以看出，该泵在流量为12L/s时所提供的压头即达到了14.4m，当流量为管路所需要的10L/s，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。新乡学院化工原理精品课程另一个值得关注的问题是该泵是否在高效区工作。由附表可以看出，该泵的最高效率46%；流量为10L/s时该泵的效率大约为43%。因此我们说该泵是在高效区工作的。（2）实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点，而工作点由管路物特性和泵的特性共同决定。由柏努利方程可得管路的特性方程为：2006058.07QHe（其中流量单位为L/s）据此可以计算出各流量下管路所需要的压头，如下表所示：新乡学院化工原理精品课程Q(L/s)03691215H(m)77.5459.18111.9115.7220.63据此，可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线，如图所示。两曲线的交点为工作点，其对应的压头为14.8m；流量为11.4L/s；效率0.45；轴功率可计算如下：314.811.41015.455.681021020.45HQNkW新乡学院化工原理精品课程02468101214166810121416182022Q,L/sH,m01020304050新乡学院化工原理精品课程点评（1）判断一台泵是否合用，关键是要计算出与要求的输送量对应的管路所需压头，然后将此压头与泵能提供的压头进行比较，即可得出结论。另一个判断依据是泵是否在高效区工作，即实际效率不低于最高效率的92%（2）泵的实际工作状况由管路的特性和泵的特性共同决定，此即工作点的概念。它所对应的流量（如本题的11.4L/s）不一定是原本所需要的（如本题的10L/s）。此时，还需要调整管路的特性以适用其原始需求。新乡学院化工原理精品课程注意：对某特定的管路系统和特定的离心泵，只能有一个工作点，即工作点由泵特性和管路特性共同完成。新乡学院化工原理精品课程四离心泵的安装高度安装高度:问题：液面到泵入口处的垂直距离(Hg)安装高度有无限制？新乡学院化工原理精品课程0-0~1-1，B.E.fgHgugpHgp22110Hg，则p1当p1pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结局部真空压力升高周围液体高速冲向汽泡中心撞击叶片(水锤)伴随现象①泵体振动并发出噪音②H,Q,严重时不送液；③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片新乡学院化工原理精品课程安装高度，汽蚀问题：如何确定Hg的上限——允许安装高度（1）基本概念：2．汽蚀余量与允许安装高度①(有效)汽蚀余量（NPSH）a:泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)2112vappuNPSHggg新乡学院化工原理精品课程(NPSH)a的物理意义：(NPSH)a，p1汽蚀②必须汽蚀余量（NPSH）r:——发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量汽蚀时，1处：动压头+静压头=21,1min2rpugg211min()2vrppuNPSHggg——用实验测定比必须汽蚀余量大0.5米()()0.5arNSPHNPSH(NPSH)a新乡学院化工原理精品课程（2）由(NPSH)r计算允许安装高度Hg,r21,01,(01)21,01(01)0(01),22()rgrfrvvfvrfggrppuHHgggppppuHgggggppNPSHHggHH（3）必须汽蚀余量的校正h~20℃，101.3kPa清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书新乡学院化工原理精品课程3．讨论（1）影响允许安装高度的因素：A、液体的温度越高，饱和蒸汽PV越大，允许安装高度Hg越小。B、泵安装的海拔高度越高，当地大气压P0越小，允许安装高度Hg越小。C、吸入管路上管件越多，管路越长，允许安装高度Hg越小。D、抽送液体流量越大，允许安装高度Hg越小。结论：为了提高泵的允许安装高度Hg，吸入管应尽量短、直，输送液体温度低。新乡学院化工原理精品课程（3）Hgmax大小~Q。Q，则Hgmax，保险。（4）安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。(5)历史上允许吸上真空度允许汽蚀余量Hgmax用可能的最大Q计算Hgmax（2）计算出的Hgmax0,低于贮槽液面安装新乡学院化工原理精品课程六离心泵的类型、选用、安装与操作1离心泵的类型：新乡学院化工原理精品课程单吸泵；双吸泵：大流量小扬程新乡学院化工原理精品课程单级泵；多级泵：小流量、高扬程新乡学院化工原理精品课程①泵合成特性曲线改变在相同压头下，流量加倍。(1)并联操作泵型号相同，吸入管路相同，出口阀开