《化工原理》(PPT46页)24647.ppt
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1、化工原理Principles of Chemical Engineering1第二章 流体输送机械 2第二章第二章 流体输送机械流体输送机械流体输送的目的:流体输送的目的:v 提高流体的动能、位能或静压能提高流体的动能、位能或静压能;v 克服沿程的阻力。克服沿程的阻力。从供料点到需料点的截面列柏努利方程:从供料点到需料点的截面列柏努利方程:输输送机械送机械对单对单位重量流体所做的功位重量流体所做的功 3v按输送介质:按输送介质:液体液体输送机械输送机械泵泵不可压缩性流体不可压缩性流体 气体气体输送机械输送机械风机(鼓风机、通风机)、压缩机风机(鼓风机、通风机)、压缩机v按工作原理:按工作原理:
2、离心式: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。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、旋涡泵离心泵、旋涡泵正位移式(容积式):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、旋转泵传递给液体。往复泵、旋转泵喷射式:喷射式:高速喷射水流带走空气高速喷射水流带走空气,形成低压。喷射泵形成低压。喷射泵 液体输送一般用离心泵和往复泵两类。液体输送一般用离心泵和往复泵两类。流体输送机械分类:流体输送机械分类:4(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
3、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5(2)泵壳: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。形通道。将液体的大部分动能转变成静压能。泵壳作用:泵壳作用:汇集液体;能量转化作用。汇集液体;能量转化作用。(3 3)泵轴:泵轴:位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。轴封:轴封:旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。62离心泵的工作原理(1)液体能量转化:液体能量转化:泵轴带动泵轴带动叶轮叶
4、片间流体做功,流体获叶轮叶片间流体做功,流体获得高速得高速进入泵壳。进入泵壳。蜗壳形通道蜗壳形通道逐渐扩大,流体在壳内减速,逐渐扩大,流体在壳内减速,动能转化为静压能。动能转化为静压能。(2)液体吸上原理:液体吸上原理:叶轮高速旋转使叶轮中心形成叶轮高速旋转使叶轮中心形成低压低压(真空)(真空),低位槽液体依靠压力差被不断地吸入泵内。,低位槽液体依靠压力差被不断地吸入泵内。气缚现象:气缚现象:离心泵在启动前壳内充满大量气体,叶轮中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。槽内液体
5、吸不上来的现象。7二 离心泵的性能参数与特性曲线1主要性能参数主要性能参数转速转速n n:10003000rpm;2900rpm最常见。最常见。流量流量Q Q:泵的输液能力,与泵的输液能力,与叶轮结构、尺寸和转速叶轮结构、尺寸和转速有关。有关。流量计直接测其输出管路。流量计直接测其输出管路。压头(扬程)压头(扬程)H H:泵向单位重量流体提供的机械能。与泵向单位重量流体提供的机械能。与流流 量、叶轮结构、尺寸和转速量、叶轮结构、尺寸和转速有关。有关。扬程扬程能量概念;非升举高度能量概念;非升举高度升举高度升举高度泵将流体从低位升至高位时,泵将流体从低位升至高位时,两液面间的高度两液面间的高度差
6、。差。8 b、c所在截面列柏努利方程所在截面列柏努利方程两截面间管长很短,阻力损失可忽两截面间管长很短,阻力损失可忽略,动能变化小略,动能变化小扬程的测量扬程的测量910效率效率 :泵对外加能量的利用程度。泵对外加能量的利用程度。=Ne/N有效功率有效功率Ne:单位时间离心泵对流体做的功。单位时间离心泵对流体做的功。Ne=gQH ;轴功率轴功率N:单位时间内由电机输入离心泵的功。单位时间内由电机输入离心泵的功。2 2离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线H-Q曲线曲线:随着流量的增加,泵的压头下降,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。此规律对流量很小的情况可能不适用。N-
7、Q曲线曲线:轴功率随流量的增加而增大,离心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。最小,减小电机的启动电流。-Q曲线: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。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:功率:功率:功率:11粘度粘度:粘度增加,泵的:粘度增加,泵的流量、压头、效率流量、压头、效率都下降,但轴功率上升。都下降,但轴功率上升。
8、故当被流体的粘度有较大变化时,需对特性曲线校正。故当被流体的粘度有较大变化时,需对特性曲线校正。粘度粘度210-5m2s-1,影响小可忽略。影响小可忽略。3 3离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素(1 1)流体的性质:流体的性质:密度密度:离心泵的:离心泵的压头压头和和流量流量均与液体的密度无关,均与液体的密度无关,HQ曲线不变。曲线不变。有效功率有效功率和和轴功率轴功率与密度成正比,使用水的与密度成正比,使用水的NQ曲线需对密度校正:曲线需对密度校正:效率效率与密度无关。与密度无关。12(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:
9、切割定律比例定律13流体通过管路所需外加压头:流体通过管路所需外加压头:式中的压头损失:式中的压头损失:三三 离心泵的工作点和流量调节离心泵的工作点和流量调节1 1管路的特性方程管路的特性方程管路的特性方程14阻力平方区管路的特性方程 则上式变为:令QH高阻管路特性曲线较陡;高阻管路特性曲线较陡;低阻管路特性曲线较平缓。低阻管路特性曲线较平缓。大大152 2离心泵的工作点离心泵的工作点液体流过管路所需压头与泵对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液体提供的压头相等时的流量说明:说明:泵的工作点由泵特性和管路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;特性共同决
10、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,也是管路需要泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的,也是管路需要 的;的;工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。163离心泵的流量调节离心泵的流量调节(1)改变管路特性)改变管路特性改变出口阀的开度改变出口阀的开度17(2 2)改变泵的特性)改变泵的特性 改变叶轮转速改变叶轮转速nAnB,转速增加,转速增加,流量和压头均流量和压头均增加。增加。(3 3)改变泵的特性)改变泵的特性 切削叶轮直径:切削叶轮直径:调节范围不大,只能变小,适合调节范围不大,只能变小,适合长期性调整,操作
11、中调整不可行长期性调整,操作中调整不可行P63 P63 例例2 23 318n n台完全相同的台完全相同的泵泵并并联联,组组合合泵泵的特性方程的特性方程为为:1 1双泵并联双泵并联理论上,理论上,H H不变,不变,Q Q加倍;加倍;四四 离心泵的组合操作离心泵的组合操作实际工作流量并未加倍(实际工作流量并未加倍(Q QB2Q2QA),),压头有所增加;压头有所增加;2 2双泵串联双泵串联理论上,理论上,Q Q不变,不变,H H加倍;加倍;实际工作压头未加倍(实际工作压头未加倍(HB2HA),),流量却有所增加;流量却有所增加;n n个完全相同的泵串联,组合泵的特性方程:个完全相同的泵串联,组合
12、泵的特性方程:19高阻管路:高阻管路:22串联比并联时串联比并联时Q增值大,选串联。增值大,选串联。低阻管路:低阻管路:11并联比串联时并联比串联时Q增量大,选并联。增量大,选并联。3 3组合方式的选择组合方式的选择压头不够:压头不够:流量不够流量不够:采用串联采用串联高阻管路高阻管路低阻管路低阻管路双串双串双并双并20安装高度安装高度:被吸入液体被吸入液体贮贮槽的液面槽的液面到离心到离心泵泵入口入口处处的垂直距离的垂直距离.1 1汽蚀现象汽蚀现象在在s-s和和K-K间间列柏努利方程:列柏努利方程:五五 离心泵的安装高度离心泵的安装高度21叶轮中心处汽化产生大量汽泡;叶轮中心处汽化产生大量汽泡
13、;含汽泡液体进入周边高压区,压力剧增使汽泡凝聚,产生局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;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,这种现象称为击力冲击叶片,使叶轮损伤,这种现象称为“汽蚀汽蚀”。问题:如何确定问题:如何确定Zs的上限?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。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。22防止汽蚀,应防止汽蚀,应pKpV(液体饱和蒸汽压),且液体
14、饱和蒸汽压),且p pe ep pK K ,或或 气蚀余量气蚀余量(NPSH)2 2汽蚀余量与允许安装高度汽蚀余量与允许安装高度全压头全压头饱和蒸汽压饱和蒸汽压最小气最小气蚀蚀余量余量允允许许气气蚀蚀余量余量23泵泵的允的允许许安装高度:安装高度:(1 1)汽蚀现象的产生的原因:)汽蚀现象的产生的原因:离心泵的安装高度太高;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;被输送流体的温度太高,液体蒸汽压过高;吸入管路的阻力损失太大。吸入管路的阻力损失太大。(2 2)计算的允许安装高度有时为负值,说明泵应该安装在)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。液体
15、贮槽液面以下。(3 3)允许安装高度的大小与泵的流量有关。)允许安装高度的大小与泵的流量有关。(4 4)安装泵时,为保险计,实际安装高度比允许安装高度)安装泵时,为保险计,实际安装高度比允许安装高度 还要小还要小0.50.5至至1 1米。米。241、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
16、级泵扬程大小;卧式泵,立式泵安装条件。六六 离心泵的选用、安装与操作离心泵的选用、安装与操作25 2 2 离心泵的选用离心泵的选用l(1 1)根据被输送液体的性质确定泵的类型)根据被输送液体的性质确定泵的类型l(2 2)确定输送系统的流量和所需压头。)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。流量由生产任务来定,所需压头由管路的特性方程来定。l(3 3)根据所需流量和压头确定泵的型号)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
17、马拉大车(超载)。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;倍正常流量计算;H H应以最大流量对应压头的应以最大流量对应压头的1.051.1倍计。倍计。若若H和和Q与所需要不符,则应在邻近型号中找与所需要不符,则应在邻近型号中找H和和Q都稍大一点的。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。若几个型号都满足,应选一个在操作条件下效率最好的。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,则为保险,所选泵可以稍大;但若太
18、大,工作点离最高效率点太远,则能量利用程度低。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。和参数进行校正,确定是否能满足要求。263 3 离心泵的安装与操作离心泵的安装与操作 (1 1)安装:)安装:v安装高度不能太高,应小于允许安装高度安装高度不能太高,应小于允许安装高度。v尽量减少吸入管路的阻力,尽量减少吸入管路的阻力,主要考虑:吸入管路主要考虑:吸入管路短、直、粗、管件少。短、直、粗、管件少。(2 2)操作:)操作:v启动前应灌泵;启动前应灌泵;v应在关闭出口阀
19、的情况下启动泵;应在关闭出口阀的情况下启动泵;v停泵前先关闭出口阀;停泵前先关闭出口阀;27第二节第二节 其它类型泵其它类型泵一一、往复泵:、往复泵:往复工作的容积式往复工作的容积式泵,依靠活塞的往复运动周期性改泵,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变泵腔容积将液体吸入和压出。1 1往复泵的结构往复泵的结构吸入阀和排出阀均为单向阀。吸入阀和排出阀均为单向阀。活塞与阀间的空间称为活塞与阀间的空间称为工作室工作室。往复泵装置简图1泵缸泵缸;2活塞活塞;3活塞杆活塞杆;4吸入阀吸入阀;5排出阀排出阀单动泵:单动泵:一侧装有吸入阀和排出阀一侧装有吸入阀和排出阀.28活塞与电机相连,在
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