第四节流体输送机械

第四节流体输送机械通过本节学习，掌握化工中常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。学习目的一、概述•为了将流体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力，都需要向流体施加外部机械能。流体输送机械就是向流体作功，把原动机的机械能转化为被输送流体的能量，以提高其机械能的装置。1.输送机械的用途及分类用途•补充能量：将流体从一处输送到另一处•提高压强：给流体加压•造成设备真空：给流体减压分类•泵输送和提升液体的流体机械•风机输送并提升气体并提高气体能量的流体机械2.输送机械应满足的生产要求•满足工艺上对流率和能量的要求•结构简单，重量轻，投资费用低•运行可靠，操作效率高，日程操作费用低•能适应被输送流体的特性，其中包括粘性、腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、固体杂质等。流体输送机械二、离心泵1.离心泵的基本结构离心泵主要由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上，再安装在蜗壳形的泵壳内。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，侧旁的排出口与排除管路相连。图2-1离心泵装置简图泵壳叶轮吸入口排出口泵轴离心泵的外观2.离心泵的工作原理•泵壳内灌满所输送的液体•电机→泵轴旋转→叶轮旋转→叶片间的液体旋转→受离心力的作用是液体向叶轮外缘作径向运动。•流体通过叶轮获得了能量，并以15~25m/s的速度进入泵壳。•在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分能量转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。•当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为吸液原理。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断的被吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。•若离心泵在启动前泵壳不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将储槽内液体压入泵内。此时，虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作气缚。表示离心泵无自吸能力。•因此，在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。通常若吸入口位于储槽液面上方时，在吸入管路中安装一单向底阀和滤网，以防止停泵时液体从泵内流出和吸入杂物。再看工作原理工作原理示意图（1）工作原理示意图（2）H1.叶轮转动，离心力液体中心叶轮外缘静压能↗动能↗2.液体流进泵壳：流道截面积逐渐↗，u↘，p↗（转能）3.泵吸入口形成一定真空，p液p入﹤p液液体被吸入泵。②d吸﹥d出注：①泵启动前应灌泵防“气缚”离心泵原理的动画3、离心泵主要部件1).叶轮：它通常由6~12片后弯叶片组成，根据其结构和用途分为开式、半开式和闭式三种。•开式：适用于输送大颗粒的溶液，效率低。•半开式：适用于输送小颗粒的溶液，效率低。•闭式：适用于输送教清洁的流体，输送效率高，一般离心泵都采用这种叶轮。（a）（b）（c）图2-2离心泵的叶轮（a）开式（b）半闭式（c）闭式2).泵壳•泵壳亦称为蜗壳、泵体，构造为蜗牛壳形，其作用是将叶轮封闭在一定空间内，汇集引导液体的运动，并将液体的大部分动能转化为静压能。这是因为随叶轮，叶轮与泵壳间的通道截面逐渐扩大至出口时达到最大，使能量损失减少的同时实现了能量的转化。•可见：泵壳不仅作为一个汇集和导出液体的通道，同时其本身又是一个转能装置。•为了减少由叶轮外缘抛出的液体与泵壳的碰撞而引起能量损失，有时在叶轮与泵壳间还安装一固定不动而带有叶片的导轮以引导液体的流动方向。导轮的作用——减少能量损3）轴封装置•在泵轴伸出泵壳处，转轴与泵壳间存有间隙，在旋转的泵轴与泵壳之间的密封，称为轴封装置。其作用是防止高压液体沿轴泄露，或者外界空气以相反方向漏入。常用的有填料密封和机械密封。•填料密封装置：有填料函壳、软填料和填料压盖构成，软填料为浸油或涂石墨的石棉绳，将其放入填料函与泵轴之间，将压盖压紧迫使它产生形变达到密封。•机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的5.(叶轮)转速n：1000~3000rpm；2900rpm常见1.(体积)流量Q:m3/h，与叶轮结构、尺寸和转速有关2.压头（扬程）H：1N流体通过泵获得的机械能。J/N,m与Q、叶轮结构、尺寸和n有关。Hz3.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gHQNe4.效率：=Ne/N100%——容积损失，水力损失，机械损失4.离心泵的主要性能参数泵内造成功率损失的原因：①容积损失1qV,理﹥qV，实②水力损失2③机械损失3—流体在泵内流动摩擦损失—叶轮表面与液体之间的摩擦、泵轴与轴承之间摩擦、泵轴密封处的摩擦。(泄漏造成)5.影响离心泵性能的主要参数（一）液体物性离心泵的qV、He/与无关1.密度但泵的Pe、P随变化而变化2.粘度,qV；He,P,3.离心泵的转速n121,2,nnqqVV212/1,/2,)(nnHHee31212)(nnPP4.叶轮直径D121,2,DDqqVV212/1,/2,)(DDHHee31212)(DDPP离心泵的比例定律离心泵的切割定律泵的压头可用实验方法测定,pM—压力表读出压力（表压）,N/m2；pV—真空表读出的真空度，N/m2；u1、u2—吸入管、压出管中液体的流速，m/s；ΣHf—两截面间的压头损失，m。由于两截面之间管路很短，其压头损失∑Hf可忽略不计。若以HM及HV分别表示压力有和真空表上的读数，以米液柱（表压）计。则上式可改写为例２-１某离心泵以20℃水进行性能实验测得体积流量为720m3/h，压出口压力表数为3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。解：查得水在20℃时密度为ρ＝998kg/m3，则HM=3.82×10.01=38.2mH2oHV=0.210×13.6=2.86mH2O将已知数据代入，则=41.47+0.187=41.7mH2O离心泵特性曲线测定实验装置离心泵的性能曲线5.离心泵的特性曲线•H-Vs曲线表示扬程与流量的关系。离心泵的扬程一般随流量的增大而下降。•Na-Vs曲线轴功率与流量的关系，流量为零时轴功率最小，所以离心泵在启动时，要关闭泵的出口阀，使启动电流最小，以保护电机。•-Vs曲线表示泵的效率与流量的关系/hm,3QNQN~QH~Q~离心泵特性曲线n一定mH,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0.92max左右6.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(zs)安装高度有无限制？zs允许安装高度maxfv0fvv2110f2110s22szhgphgphgpgpgugpgphgugpgpz安装不合理容易产生汽蚀现象（课本52页）汽蚀现象产生的原因：•①安装高度太高•②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；•③吸入管路阻力或压头损失太高。离心泵的工作点与流量调节管路特性曲线离心泵的流量调节表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系泵的特性曲线H-Q线与所在管路特性曲线He~Qe线的交点（M点)。离心泵的工作点离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二：1.改变阀门的开度即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大；2.改变泵的转速改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为设计点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。设计点改变阀门开度时流量变化改变泵的转速时流量变化7.离心泵的类型、选用、安装与操作（一）、离心泵的类型按输送液体的性质不同1.清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单，造价低。——IS2.耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。——F3.油泵：输送石油产品，要求有良好密封性。——Y4.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。——P单吸泵；双吸泵单级泵；多级泵串联组合；并联组合（二）、离心泵的选用（1）根据液体的性质确定类型（2）确定管路流量和所需外加压头Q生产任务，H管路的特性方程（3）根据所需Q和H确定泵的型号①查性能表或曲线，要求泵的H和Q与管路所需相适应。②若需Q有变，以最大Q为准，H应以最大Q值查找。③若泵的H和Q与管路所需不符，在邻型号中找H和Q都稍大一点的。⑤若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。④若几个型号都行，应选在操作条件下最高者⑥为保险，所选泵可稍大；但若太大，能量利用程度低。（三）、离心泵的安装与操作安装①安装高度应小于允许安装高度②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调节阀应装于出口管路。操作①启动前应灌泵，并排气。②应在出口阀关闭的情况下启动泵③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮④经常检查轴封情况课后思考题：7.8.9.10.11题,其中第8题只写后面一问，第9题第一问改为：什么是离心泵的气缚或汽蚀现象？一、往复泵1.构造：泵缸、活塞、吸入阀、排出阀2.工作原理：靠活塞往复运动，造成缸内外的压差，从而不断吸入和排出液体。单动泵：活塞往返一次，只吸入和排出液体各一次的泵。此类型的泵送液不连续，如图。三、其它类型的泵双动泵示意图双动泵：在活塞两侧的泵体内都装有吸入阀和排出阀，故无论活塞向哪侧运动，吸液和排液同时进行，因此送液连续，如图。3、往复泵的特性(1).往复泵的扬程：往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关，取决于泵的机械强度及原动机的功率。但由于活塞环、轴封、吸入阀、排出阀等处的泄漏，降低了可能达到的扬程。(2).往复泵的流量：往复泵的流量只与泵的几何尺寸、活塞的往复频率、冲程等有关，而与管路特性无关。只要往复一次，泵就排出一定体积的液体，因此往复泵是一种典型的容积式泵。322(2)/min)()(1/min).TrTrTrQASnAaSnQmAmamSmn理论流量，单动往复泵：；双动往复泵：Q：理论流量（；：活塞的截面积；：活塞杆的截面积（）；：活塞的冲程（）；：活塞每分钟的往复次数由于活塞衬填不严，吸入阀、排出阀启闭不及时，并随扬程的增高，液体漏失量加大等原因，使往复泵的实际流量低于理论流量。则往复泵的实际流量为：Q=ηvQT。——ηv容积效率，由实验测定，中型往复泵为0.9~0.95。无论是单动往复泵，还是双动往复泵，其流量都具有不均匀性。往复泵的流量只与泵本身有关、扬程则只与管路有关的这种特性称为正位移特性，具有这种特性的泵称为正位移泵。4、往复泵的流量调节由于往复泵流量与管路特性无关，因此启动时也不能关闭出口阀；不能通过调节出口阀来调节流量，而一般是旁路调节，即通过旁路使部分液体循环，从而改变主管中的液体流量，但并不改变泵的流量。※往复泵是依靠外界与泵内压强差而吸入液体的，因此和离心泵一样往复泵的吸上高度也受限制。旁路调节流程示意图往复泵原理动画双动往复泵动画5、往复泵与离心泵的比较往复泵离心泵具有自吸能力、启动前不需灌泵，安装高度受限。不具有自吸能力、启动前需要灌泵，安装高度受限。流量不均匀、不连续。流量只与泵有关，扬程只与管路有关。流量均匀、连续。流量、扬程不仅与泵有关，还与管路有关。流量调节：一般旁路调节。流量调节：出口阀、改变转速、组合操作启动：循环阀全开。适用于