化工原理上第二章流体输送机械资料

1、PowerPoint Template 化工原理化工原理朱明娟朱明娟 2012年3月11日 模块一：流体流动与输送机械 项目四、流体输送机械项目四、流体输送机械 技能训练：离心泵仿真操作 任务1.21 其他输送机械其他输送机械 任务1.20 离心泵的气缚现象处理 任务1.19 离心泵的性能测定 任务1.18 离心泵结构及类型 模块一：流体流动与输送机械 项目四、流体输送机械项目四、流体输送机械 能力目标知识目标知识目标 了解离心泵的工作原理 及结构 掌握离心泵开停车要 点 ?能够正常操作并维护 输送机械输送机械 ?能根据条件设计离心本 ?认识离心泵工作原理 ?认识其他输送机械 掌握其他输送机械

2、原理 了解输送机械种类及维护 蜗壳（外壳）； 叶轮：敞式,半蔽式,蔽式 单吸式、双吸式。 附属装置：底阀、滤网、 调节阀、平衡孔(平衡管) 、排气孔、轴封。 一、离心泵的基本结构，工作原理及性能参数一、离心泵的基本结构，工作原理及性能参数 (1) 离心泵的结构 主要结构： 任务任务1.18 离心泵结构及类型离心泵结构及类型 离心泵外形： 任务1.18 离心泵结构及类型 (2) 工作原理 (a) 排出阶段 叶轮旋转(产生离心力，使液体 获得能量）流体流入涡壳(动能 静压能) 流向输出管路。 (b) 吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成低压区 贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内。 气缚

3、现象：气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶 轮中心形成的低压不足以将液体吸上,液体不能正常吸入和排出。 说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。 离心泵结构示意图 任务1.18 离心泵结构及类型 (c) 主要部件作用 泵壳：动能静压能，提高液体压力, 能量转换装置。 叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的 动能和静压能。 叶轮形式：叶轮由612片叶片组成。 按叶片两侧有无盖板: 敞式、半蔽式、蔽式。 叶轮的类型 任务1.18 离心泵结构及类型 (a) 后盖板 平衡孔 单吸式 双吸式 按吸液方式：单吸式、双吸式。 蔽式叶轮：适用于输送清洁液体 敞式

4、和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗 粒的液体悬浮液，效率低。 单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。 双吸式：双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。 任务任务1.18 离心泵结构及类型离心泵结构及类型 (3) 离心泵的性能参数 hmsm/,/ 33 gWH e ? 压头(扬程)H：离心泵对单位重量液体提供的有效机械能 量，也就是液体从泵实际获得的净机械能量。单位为J/N即 m（指m液柱）。 流量 Q：以体积流量表示的送液能力。其单位为： 大小取决于泵的结构型式、尺寸（叶轮直径和流道尺寸）大小取决于泵的结构型式、尺寸（叶轮直径和流道尺寸） 转速及液体黏度。 gHQQWN ee

5、? %100? N N e ? %100? N gHQ? kWW ， 小型泵效率，5070%；大型泵效率，90%左右。 功率： 有效功率N e：单位时间内液体经离心泵所获得的实际 机械能量，也就是离心泵对液体做的净功率。 轴功率N：单位时间内通过泵轴传入泵的机械能量，用来 提供泵的有效功率并克服单位时间在泵内发生的各种机械 能损失，单位同上。 效率： ? e N N? 水力损失 摩擦损失：与流量平方成正比。 冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零, 在非设计状态下与流量的平方成正比。 环流损失：环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。 水力效率H 容积损失 原因：高压区向

6、低压区泄漏， 减少方法：采用蔽式叶轮等。 容积效率: 理论流量实际流量/ ? V ? 离心泵的效率 泵内液体的泄漏 机械损失 原因：摩擦损失 机械效率M 一、离心泵的特性曲线 说明说明： （a）由厂家提供 标准测定条件标准测定条件： 常压、20清水、转速为2900r/min。 （b）曲线与叶轮转数有关，故图中应标明转数。 离心泵典型的特性曲线 曲线 曲线 曲线 Q QN QH ? ? ? ? 任务任务1.19 离心泵的性能测定离心泵的性能测定 封闭启动 (关出口阀启动） 目的：常用电机的启动电流时全速 运转时的4-5倍，防止电机过载，烧坏 。 max %92? （e）-Q 曲线 设计点：最高效

7、率点，对应的参数值称为最佳工况参数 高效区范围： （c）H- Q曲线 选泵时常用， Q，H； （d）N-Q曲线 Q N min 0NNQ?时， 选用离心泵，尽可能在高效区内工作。 离心泵典型的特性曲线 FI-03 FI-01 FI-02 离心泵性能曲线测定装置图 （2）离心泵性能曲线实验测定 测定原理 g uu g pp zzH 2 )( 2 1 2 212 12 ? ? ? ? ? 测定数据 数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率 NN e /? P gHQ? ? 绘制特性曲线 g uu g pp zzH 2 )( 2 1 2 212 12 ? ? ? ? ? 计算 H、： 其中动能差项

8、很小，可忽略不计，P2-P1可视为压强表读数与真 空度读数之和。 （3）液体物性对离心泵特性曲线的影响）液体物性对离心泵特性曲线的影响 密度对泵特性曲线的影响 无关曲线：与? Q H 无关曲线：与? ?Q ? )( e NN ? ? ? ? ?N N 即： 说明：流体密度变化时，应校正 P-Q曲线。 粘度对泵特性曲线的影响 定量计算定量计算：经验公式由实验确定。 定性分析： 当黏度增大，液体通过叶轮与泵壳的能量损失也增大，使扬程、 流量减小，效率下降，轴功率增大。 （4） 叶轮直径对特性曲线的影响 切削法：同一型号的泵，可通过切削叶轮直径，而维持 其余尺寸（包括叶轮出口截面积）不变的方法来 改

9、变泵的特性曲线的方法 )( D D Q Q? ? ? 2 )( D D H H? ? ? 3 )( D D N N? ? ? 适用适用：叶轮切削量小于10%-20% 切削定律： 在叶轮直径变化不大（不超过1020%），近似认为叶轮出 口的速度及泵的效率基本不变的前提下： （5）叶轮转数对特性曲线的影响）叶轮转数对特性曲线的影响 同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。 若转速改变后，叶轮出口速度、泵的效率近似近似 保持不变， 则有： n n Q Q? ? ? 2 )( n n H H? ? ? 3 )( n n N N? ? ? 适用适用：叶轮转数变化不超过20% 比例定律：比例定律： 二

10、、 离心泵在管路中的工况 （1）管路特性与泵的工作点 管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系。 反映管路对泵的要求。 离心泵的工作点： 泵工作时的Q、H、N、 说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约 管路特性-管路特性曲线。 泵性能-离心泵特性曲线， 管路特性曲线方程管路特性曲线方程 本质本质：机械能衡算方程 反映全管路系统的能量需求特性。 ? ? ? ? CAfC C C A A A hz g p u g z g p u g H , 2 2 2 1 2 1 ? ? ? ? ? CAfC C CA A A hz g p u g z g p u g H , 22 2 1 2 1

11、 ? ? ? ? ? ? ? f h g u g p zH 2 2 ? 管路系统： 22 42 2 )(8 2 )( BQQ gd d l g u d l h f ? ? ? ? ? ? ? ? ? g p zA ? ? ? 说明：说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。 a b 管路特性曲线 qV H 影响管路特性曲线的因素 时，：0 ?p?无影响对A? 时，0 ?p ?A 则, ? 影响B： )(流量、管径管路布置fB ? g p zApz ? ? ?：、 gd d l B 42 )( 8 ? ? ? ? ? 影响影响A： （高阻管路）则曲线斜率 ? ?, B （低阻管路）则曲线斜率 ?

12、 ?, B 离心泵的工作点 即管路、泵特性曲线交点。 2 BQAH? 2）作图法 ）作图法 分别在图上作出泵的特性曲 线和管路特性曲线，读出交 点坐标。 2 BQkH? HL? HVLV qq , ? 离心泵工作点 H- q V 曲线L- qV 曲线 H HM M d c P q V ,M q V 1）公式计算 （2）离心泵的流量调节 实质：实质：对工作点的调整； 方法：改变泵或管路特性曲线。 HVLV qq , ? 离心泵工作点 H- q V 曲线L- q V 曲线 H HM M d c P q V ,M qV 节流调节节流调节（阀门调节） 方法：改变泵出口阀门开度 实质：实质：改变管路特性

13、曲线改变管路特性曲线 (阀门上阻力损失变化)， 泵特性曲线不变。泵特性曲线不变。 节流，多消耗在阀门上能量节流，多消耗在阀门上能量: 优点优点：迅速方便,连续调节； 代价代价：阀门阻力损失； 适用适用：流量调节幅度不大， 须经常调节的地方。 泵出口阀：两套(手动阀和自动阀) 离心泵节流调节时工作点的变化 qV ,Mq V q V ,M 调节离心泵转速或改变叶轮直径 实质：改变泵特性曲线， 管路特性不变。 适用：流量变化幅度大的场合。 ) (D nQ? )( 22 DnH ? )( 33 Dn? 优点：不因调节流量而损失能量。 改变转速时工作点的变化 E n n M M H- qV H H M

14、H- qV H M qV ,M qV qV ,M 泵合成特性曲线改变 在相同压头下，流量加倍。 时， 单并 HH? 单并 , 2 VV qq? (1) 并联操作 泵型号相同，吸入管路相同， 出口阀开度相同。 管路特性曲线不变 2 4 并并 V q B kH? 2 单单 V BqkH 三、三、 离心泵的组合运转工况分析离心泵的组合运转工况分析 组合方式：并联和串联。 目的：提高泵输出的流量或压头。 2 V BqAL? H q V ,1 qVq V ,并 H并 B A c b d 离心泵的并联操作 水池 水封箱 U形压力计 孔板流量计 泵 煤气 填料塔 水 煤气洗涤塔 并联泵的工作点 * 并联泵总

15、流量和总压头； *流量增加不到单泵的两倍； 原因：原因：管路存在阻力损失。 单并单, 2 VVV qqq? 单并 HH? 并联泵效率 等于单泵在q V,单时的工作效率。 H q V ,1 q V q V ,并 H 并 B A c b d 离心泵的并联操作 泵的合成特性曲线改变 相同流量下，压头加倍。 时， 单串, VV qq? 单串 HH2? (2) 串联操作 泵型号相同，首尾相连。 2 , 2 串 串 V Bqk H ? ? 2 ,单单 如果 V BqkH 管路合成特性曲线不变 2 V BqAL? H qV qV ,串 H串 B A c b d 离心泵的串联操作 c 水池 水封箱 U形压力计

16、 孔板流量计 泵 煤气 填料塔 水 煤气洗涤塔 串联泵的工作点 * 串联泵的总流量和总压头； * 压头增加不到单泵的两倍。 ,2 单串单 HHH? 单串, VV qq? 串联泵效率 等于单泵在q V,单时的工作效率。 H q V qV , 串 H 串 B A c b d 离心泵的串联操作 c (3) 两种组合方式的比较及选择 截距A He单max 应采用串联操作 原因：并联泵压头不够大。 串、并联都满足时， 应根据管路特性选择 对于低阻管路(B较小)， 宜采用并联操作； 对于高阻管路(B较大)， 宜采用串联操作； 离心泵组合方式的选择 H q V a b 2 2 1 1 (4) 组合泵的流量调

17、节 方法方法：同单泵； 注意：确定组合泵的工作点时， 应使用泵的合成特性曲线和管路特性曲线。 离心泵组合方式的选择 H q V a b 2 2 1 1 一、离心泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象 汽蚀现象（空蚀） 吸入管段:无外加机械能， 液体靠势能差，吸入离心泵。 时，发生汽蚀 s pp ? 1 至泵内压力最低点K处，若 离心泵的汽蚀 1 1 00 z 任务1.20 离心泵的气缚现象处理 泵汽蚀时的特征 泵体振动、噪声大； 泵流量、压头、效率都显著下降。 主要危害 造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。 汽蚀发生的位置 叶轮内压力最低处 (叶轮内缘, 叶片背面 K处)。 衡量泵抗汽蚀能力的参数 汽蚀余

18、量、吸上真空高度。 汽蚀时叶轮内缘叶片背面 示意图 容易发生 气蚀的K处 (2) 离心泵的汽蚀余量离心泵的汽蚀余量 汽蚀余量 列1-1(泵入口)及K-K间的机械能衡算式： ? ? ? k f kk h g u g p g u g p 1 22 22 11 ? s pp ? 1 刚发生汽蚀时， vk ppf ks h g u g p g u g p ? ? ? 11 ) 2 ( 2 22 1 min, 1 ? 即： g p g u g p h g u NPSH v f k k ? ? ? ? 22 2 11 2 1 汽蚀余量： 离心泵的汽蚀 1 1 00 z 关于NPSH（Net Positiv

19、e Suction Head） * 泵抗汽蚀能力的参数 * NPSH，则泵抗汽蚀能力。 * NPSH=f(泵结构、流体种类、流量) 流量，则NPSH，泵抗汽蚀能力 * 由泵样本提供，工程上常用。 (a) 必须汽蚀余量必须汽蚀余量 (NPSH r) 厂家提供，泵样本中给出 实验条件：常压，200C的清水 校正： rrr NPSHNPSHNPSH? 水，介质, 由图查得 r NPSH?含汽蚀余量的离心泵特性曲线 H qV NPSH r q V P qV q V H qV NPSH r 60 40 20 10 8 6 4 2 0.8 0.6 0.4 0.2 1 0 -20 40 5020010015

20、0 0 3.0 0.4 0.2 2.0 0.6 0.1 1.0 1.4 0.8 p / 1 0 5 P a 丙稀 甲醇 水 t / 离心泵输送烃类、甲醇和高温水的NPSH r值 (b)离心泵的有效汽蚀余量(NPSH a) 指：根据装置实际情况计算的汽蚀余量 列0-0及K-K间机械能衡算式： ? ? ? k ff ks hhz g u g p g p 110 2 2 0 ? g p hz g p NPSH s fa ? ? ? ?1 0 0 g p g u g p h g u NPSH s f k k ? ? ? ? 22 2 11 2 1 比较： 离心泵的汽蚀 1 1 00 z 管路上实际发生

21、的汽蚀余量， 只与入口管路条件有关，与泵 的特性无关。 (d) 离心泵的离心泵的NPSH a安全裕量 安全裕量 理论上， NPSH a NPSH r泵不发生汽蚀。 工程上，加一个安全裕量安全裕量S。一般要求S=0.5米。 (c) 离心泵必需汽蚀余量离心泵必需汽蚀余量 对指定液体、在给定的泵转速和流量下，为避免发生汽蚀，生产 现场所必须保证达到的最低汽蚀余量值，用NPSH r 表示。 g p g u g p NPSH v r r ? ? 2 2 1 , 1 是泵的特性，与管路条件无关，是流体胸泵入口处到叶轮 间各种流体阻力的函数，数值越小说明泵的抗汽蚀能力愈 好。 (3) 离心泵的安装高度 安装

22、高度：泵入口与吸入液面间的垂直 距离。 最大安装高度 Hg 在0-0，1-1 截面间列机械能衡算方程 ： 离心泵的汽蚀 1 1 0 z ? ? ? 10 2 11 1 2 22 f oo o h g u g p z g u g p z ? rf vo g NPSHh g p g p H o ? ? ?1 ? 整理得： ?Szz? max 允许安装高度允许安装高度 ?zz 允许安装高度实际安装高度 ? 说明：为保证泵不发生汽蚀 （4）防止产生汽蚀的办法）防止产生汽蚀的办法 ?Sh g p g p z o f so ? ? ?1 ? 储槽上方压力 p 0：?zp，则 0 ?zp s ，则 液体饱和蒸汽压液体饱和蒸汽压p S： 泵吸入管