流体输送设备

1、第2章流体输送设备2.1概述流体输送机械：为流体提供能量的机械或装置流体输送机械在化工生产的作用：从低位输送到高位，从低压送至高压， 从一处送至另一处。2.1.1对流体输送机械的基本要求（1）满足工艺上对流量和能量的要求（最为重要）；（2）结构简单，投资费用低；（3）运行可靠，效率高，日常维护费用低；（4）能适应被输送流体的特性，如腐蚀性、粘性、可燃性等。2.1.2流体输送机械的分类按输送流体的种类不同 泵（液体）：离心泵、往复泵、旋转泵风机（气体）：通风机、鼓风机、压缩机，真空泵按作用原理不同：离心式、往复式、旋转式等本章主要讲解：流体输送机械的基本构造、作用原理、性能及根据工艺要 求选择合

2、适的输送设备。2.2离心泵离心泵是化工生产中最常用的一种液体输送机械，它的使用约占化工用泵的8090%。2.2.1离心泵的工作原理和主要部件基本结构：蜗形泵壳，泵轴（轴封装置），叶轮 启动前：将泵壳内灌满被输送的液体（灌泵）。输送原理：泵轴带动叶轮旋转液体旋转离心力（p,u）f泵壳，A T u J pt液体以较高的压力，从压出 口进入压出管，输送到所需的场所。中心真空吸液气缚现象：启动前未灌泵，空气密度很小，离心力也很小。吸入口处真空 不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送体。此现象称为“气 缚”。说明离心泵无自吸能力。防止：灌泵。生产中一般把泵放在液面以下底阀（止逆阀），滤网是为了防

3、止固体物质进入泵内2.2.2离心泵的主要部件1. 叶轮叶轮是离心泵的最重要部件。其作用是将原动机的机械能传给液体，使液 体的静压能和动能都有所提高。W开式幵式同阑式按结构可分为以下三种： 开式叶轮：叶轮两侧都没有盖板， 制造简单，效率较低。它适用于输送含 杂质较多的液体。半闭式叶轮：叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，它适用于 输送含固体颗粒和杂质的液体闭式叶轮：闭式叶轮叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广。间单吸朮平斛L闭式或半开式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝 隙内，液体的压力较入口侧为高，这使叶轮遭受 到向入口端推移的轴向推力。可在后盖板上钻几个小孔，称为平衡孔rkh 21耳

4、 JT平衡孔作用：消除轴向推动力。（泵的效率 有所下降）2. 泵壳离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个截面逐渐扩大的蜗 形通道。泵壳的作用：（1）汇集液体；（2）使部分动能有效地转化 为静压能。动能T静压能。3. 轴封装置轴圭寸装置的作用：避免泵内高 压液体沿间隙漏出，或防止外界空 气从相反方向进入泵内。离心泵的轴封装置有填料密封 和机械密封。机械密封的效果好于填料密 封。223离心泵的主要性能参数1. 流量（送液能力）：单位时间内泵所输送的液体体积。qv，m3/s，m3/ h。与叶轮尺寸、转速、管路特性有关。2. 扬程（压头）：单位重量液体流经泵后所获得的能量，H,与泵的结构、转速及流量有关

5、。H用实验测定，2 2H二-乙）必直HPg2gZ2 -乙H =hoPlpg3. 效率泵的效率就是反映能量损失的大小。能量损失的原因（1）容积损失：泵的泄漏造成的。容积效率 n 1。（2）水力损失：由于流体流过叶轮、泵壳时产生的能损失。水力效率处由于（3）机械损失：泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触机械磨擦而消耗部分能量，机械效率 n 3。泵的总效率n (又称效率) n = n ix n 2X n 3对离心泵来说，一般0.60.85左右，大型泵可达0.904.轴功率轴功率：泵轴所需要的功率，P kW有效功率：单位时间内液体从泵的叶轮所获得的有效能量。PePe= qv H p gqv泵的流

6、量，m3/s；H泵的压头，m ;p 液体的密度，kg/m ;g重力加速度，m/s。P n泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机 电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的 数值。例2 -1某离心泵以20C水进行性能实验，测得体积 流量为720m3/h，泵出口压力表数为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 410m m，吸入管和压出管内径分别为 350mm及300mm。试求泵的压头。(能量损失可以 忽略)2.2.4离心泵的特性曲线及其影响因素04 出 H j石拙岛 2A 罐6 五一 五SO I

7、W 1I0 制皿1飯)1. 离心泵的特性曲线压头、流量、功率和效率之间的关系在一定转速下(1) H qvqv T , H J P cv5 T , PT。中=0 P=Pmin启动离心泵时，为了减小启动功率，应 将出口阀关闭。(3) n q qv =0 , n =0离心泵的设计点：效率最高点。咼效率区：n max X 92% 铭牌：最咼效率下的流量、压头和功率2. 影响离心泵性能的主要因素(1 )液体物性对离心泵特性的影响 密度的影响 离心泵的压头、流量、效率均与液体的密度无关。所以离心 泵特性曲线中的Hqv及n qv曲线保持不变。但泵的轴功率与输送液体的密度有关。密度轴功率 粘度的影响若被输送液

8、体的粘度大于常温下清水的粘度，则泵体内部液 体的能量损失增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增 大。对小型泵的影响尤为显著。（2）转速对离心泵特性的影响离心泵的特性曲线是在一定转速 n下测定的，当n改变时，泵的流量、压 头及功率也相应改变。q%出（2）2,P2 =（nv比例定律Ck1 ni Hi n! Pim适用条件：同一型号泵、同一种液体，在效率（3）叶轮直径对离心泵特性的影响当离心泵的转速一定时，通过切割叶轮直径 曲线。（称为切割定律）n不变的前提下。D，使其变小，也能改变特性%2 _ D2 H2 _（D2）2 P2 _（ D2）3 匚二Hi珂6八冃=（D?）适用条件：同一

9、型号泵、同一液体、同一转速下直径D的切割量小于例2-2 一水泵的铭牌上标有：流量 36.2m3/h,扬程12m，轴功率1.82kw，效率 65%,配用电机容量2.8kw，转数1400rpm。今欲在以下情况下使用是否可以？ 如不可以，采用什么具体措施才能满足要求？（计数说明）（1）输送密度为1800kg/m3的溶液，流量为 33m3/h，扬程为12m；（2）输送密度为 800kg/m3 的油品，流量为50m3/h，扬程为24m。2.2.5离心泵的工作特点与流量调节1. 管路特性曲线Ap 也 u2_2g8JIH = zH fPg2g l Id2g管路特性曲线H =A + BqJ2.工作点工作点：泵

10、的特性曲线H-qv与管路的特性曲线H- qv的交点 适宜工作点：工作点所对应效率在最高效率区。3. 流量调节调节流量实质：改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵的工作点的问题。(1) 改变管路特性曲线阀门开小：BT曲线变陡qd HT 阀门开大：B；曲线变平坦qvT H ； 特点：应用灵活，流量连续变化，能量损失大。(2) 改变泵的特性曲线改变离心泵的转速或改 变叶轮直径n T泵特性曲线向上移qvT H Tn J泵特性曲线向下移H J当泵入口处的压力等于或低于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在该(3) 离心泵的并联与串联 离心泵的并联 设将两台型号相同的泵并联于管路系统中，且各自的吸

11、入管路相同。在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的 两倍。并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交 点决定。并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而且并联压 头略高于单台泵的压头 离心泵的串联两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也 各自相同。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。 离心泵组合方式的选择 对于管路特性曲线较平坦的低阻力型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合方式为高的流量和压头；反之，对 于管路特性曲线较陡的高阻力型管路，则宜采用串联组合方 式。P57例 2-3，2-4 226离心泵的汽蚀现象与安装高度1. 汽蚀现象处汽化，产生气泡。含气泡的液体进入叶轮高压

12、区后，气泡就急剧凝结或破 裂。因气泡的消失产生局部真空，此时周围的液体以极高的速度流向原气泡占 据的空间，产生了极大的局部冲击压力。在这种巨大冲击力的反复作用下，导 致泵壳和叶轮被损坏，这种现象称为汽蚀现象。汽蚀：当P1饱和蒸汽压危害：噪音、震动，流量、扬程明显下降避免：最低点压强饱和蒸汽压;液体温度高产生原因：Hg高；泵吸入管路局部阻力过大 在0-0、1-1截面间列柏努力方程2. 离心泵的最大安装高度为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，米用以下两种抗气蚀性能指标 来限定泵吸入口附近的最低压力(1) 气蚀余量2Hg maxPlUiPsh =()-中 2gPg(2) 离心泵的允许吸上真空度

13、Hg maxPa 一 piH s =、 h和HS厂家一一20E清水做实验 实际安装高度：应小于计算的(0.5-1)m左右 负值：表示在液面下。提高Hg：减少刀Hf (吸入管阻力，减少弯头、阀门、增大吸入管直径)P61 例 2-5例2-3用某台离心泵输送敞口水槽中40 E清水，泵入口中心线距水面以上4m，泵入口管路的压头为1mH2O。所选用的泵汽蚀余量为 2mH20。当地大气 压为0.1MPa。试问这个泵能否正常工作？解：40C水饱和蒸汽压 p v =7.377kPa,密度 p =992.2kg/m3实际安装高度Hg=4mv 6.51m，故能正常工作例2-4若例2-2中的敞口水槽改为密闭水槽，槽

14、内水面上压力为30 kPa，试问这个泵能否正常工作?实际安装高度Hg=4m -0.67m,故不能正常工作227离心泵的类型与选用1. 离心泵的类型按输送介质分：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵 按叶轮吸入方式：单吸泵、双吸泵。按叶轮数目：单级泵、多级泵。（1）清水泵（IS型、D型、Sh型）输送物理、化学性质与清水类似的液体。IS50-32-250 :IS单级单吸悬臂式离心泵；50泵吸入口直径（mm）;32 泵出口直径（mm）;250叶轮直径（mm）;适用：t 80C、qv: 4.5 360m3/h、H: 8 98m。IS型泵的全系列扬程范围为898m,流量范围为4.5360m3/h若要求的扬程较

15、高而流量并不太大时，可米用多级泵。这种泵在同一泵壳内有多只叶轮，液体串联通过各叶轮。国产 多级泵的系列代号为 D，称为 D型离心 泵。叶轮级数一般为 29级，最多为12 级。全系列扬程范围为14351m,流量范围为 10.8 850 m3/h。若泵送液体的流量较大而所需扬程并不高时，则可采用双吸泵。国产双吸泵的系列代号为Sh。这种泵在同一泵壳内有多只叶轮，液体串联通过各叶轮。吕石D1225X 3型泵为例：其中D为型号；12表示公称流量（公称流量是指最高效率时流量的整数值）； 25表示该泵 在效率最高时的单级扬程，m； 3表示级数，即该泵在效率 最高时的总扬程为75m。国产双吸泵的系列代号为Sh

16、。全系列扬程范围为9140m， 流量范围为12012500 m3/h。100S90型泵，100表示吸入口的直径，mm； S表示泵的类型为双吸式离心 泵；90表示最高效率时的扬程，m。（2）耐腐蚀泵：输送酸、碱、盐等腐蚀性液体（多采用机械密封装置）F单级单吸式离心泵25FB-16A 25代表吸入口的直径，mm； F代表耐腐蚀泵；B代表所用材料为1Cr18Ni9的不锈钢；16代表泵在最高效率时的扬程，m； A表示该泵装配的比标准直径小一号的叶轮。（3）油泵特点：密封性能必须高，以免易燃液体泄漏Y型离心油泵如 50Y60A50入口直径，mm； Y 离心油泵；60单级扬程，m； A表示该泵装配的是比标

17、准直径小一号的叶轮。2. 离心泵的选用离心泵的选用，通常可按下列步骤进行。（1）根据被输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型。 根据输送介质决定选用清水泵、油泵、耐腐蚀泵等； 根据现场安装条件决定选用卧式泵、立式泵等； 根据流量大小选用单吸泵、双吸泵等； 根据扬程大小选用单级泵、多级泵等。（2）根据管路系统对泵提出的流量和压头的要求，从泵的样本、产品目录 中选出合适的型号。所选泵所能提供的流量和压头比管路要求值要稍大。（3）核算泵的轴功率 若被输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的 轴功率。2.3其他类型化工泵 2.3.1往复泵1.往复泵工作原理主要部件：泵缸、活塞、吸入阀和排出阀。吸入阀和

18、 排出阀均为单向阀。工作原理：活塞由曲柄连杆机构带动作往复运动，液 体被吸入或排出。适用场合：小流量、高扬程。冲程（行程）：活塞在泵缸内两端间移动的距离。 往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在启 动之前，泵内无须充满液体。即往复2. 往复泵的类型和流量泵。单动泵：具有一个泵缸的往复缺点：供液的不均匀。某些对流量均匀性要求较高的场合，也不适宜采用往复泵。双动泵和 三联泵，可以改善单动泵流量的不均匀性。qv,TzAFsnr60qV,Tz(2AF -Af)snr双动泵单动泵2式中：Z泵缸数目；Af活塞面积，m ; S活塞冲程， m ； nr活塞每分钟往复次数， 21/min ； Af 活塞杆

19、截面积， m。3. 往复泵的流量调节注意：与离心泵不同，往复泵不能采用出口阀门来调节流量。（1）旁路调节改变旁路阀门的开度，以增减泵出口回流到进口处的 流量，来调节进入管路系统的流量。（2）改变转速和活塞行程离心泵与往复泵比较离心泵往复泵开泵前灌泵、关出口阀门（减少启动功无须灌泵、打开出口阀（防止损坏泵体）流量调节出口阀门及泵旁路调节2.4气体输送机械气体输送机械：输送机械和压缩气体的设备 压缩比：气体排出与吸入压力的比值。按其终压（出口压力）或压缩比大小分为四类： 通风机：终压不大于15kPa（表压），压缩比为11.15; 鼓风机：终压为15kPa300kPa（表压），压缩比1.154； 压缩机：终压为300kPa（表压）