制药工程-7-流体输送课件

第七章流体输送设备为流体提供能量的机械称为流体输送机械。

在制药生产过程中，常常需要将流体从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。第一节概述

泵；输送液体风机;压缩机；真空泵。输送气体常用的流体输送机械（一）离心泵（centrifugalpump）的特点：结构简单；流量大而且均匀；操作方便。

第一节泵一、

离心泵的结构和工作原理叶轮——叶片（+盖板）（二）

离心泵的结构叶轮轴6~8片叶片机壳等。蜗牛形通道；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动能转化为静压能。叶轮机壳底阀(防止“气缚”)滤网(阻拦固体杂质)1．离心泵的主要部件（1）叶轮：叶轮是离心泵的核心部件，由6-8片的叶片组成，构成了液体通道。（2）泵壳：泵体的外壳，它包围叶轮，在叶轮四周开成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。（3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。（4）叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。（5）后盖板上的平衡孔消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减轻叶轮前后的压力差。但由此也会此起泵效率的降低。（6）轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。严重时流量为零——气缚。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。（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泵入口压力液体不能吸上——气缚启动前灌泵—液体高速离开（4）轴封的作用（5）平衡孔的作用——消除轴向推力气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。二、离心泵的主要性能参数

离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率。

１流量Q，Ｌ/ｓ或m3/ｈ

泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。取决于泵的结构、叶轮直径、叶片宽度及转速等。

２扬程Ｈ，米液柱

泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。

泵内部损失主要有三种：容积损失水力损失机械损失3效率有效功率与轴功率的比值。容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率η1。容积损失原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率η2。水力损失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。轴功率指泵轴所获得的功率。由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即

注意：4轴功率N特性曲线（characteristiccurves）：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。图上绘有三种曲线Ｈ－Q曲线P－Q曲线η－Q曲线三、离心泵的特性曲线

变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，Ｈ－Q曲线的形状有所不同。较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。1Ｈ－Q曲线

变化趋势：P－Q曲线表示泵的流量Q和轴功率P的关系，P随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。2P－Q曲线四、离心泵的安装高度和气蚀现象

1气蚀现象

当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压时，将有大量的蒸汽液体从中逸出，并与气体混合形成许多小气泡。当气泡到达高压区时，蒸汽凝结，气泡破裂，液体质点快速冲向气泡中心，质点相互碰撞，产生很高的局部压力。如果气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，时其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为“气蚀现象”。气蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽量避免。为避免发生气蚀现象，应限制p1不能太低，或Hg不能太大，即泵的安装高度不能太高。2安装高度泵的类型：单吸、双吸；水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵；单级、多级泵。（1）确定输送系统的流量与压头

流量一般为生产任务所规定。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。选择步骤为：五、离心泵的选择

往复泵（reciprocatingpump）是利用活塞的往复运动，将能量传递给液体，以完成液体输送任务。往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而与管路情况无关；往复泵的压头只与管路情况有关。往复泵的特点：上述特性称为正位移特性，具有这种特性的泵称为正位移泵。二其他类型泵

1往复泵活塞（或柱塞）活塞杆冲程S：活塞移动距离泵缸活门联动装置

基本结构及原理：

单动往复泵

双动往复泵其他类型泵计量泵与隔膜泵通过调节柱塞的冲程改变流量1.正位移泵：2.旋转泵：齿轮泵、螺杆泵齿轮泵转子旋转吸入排出液体，Q与H无关螺杆泵

吸入口与排出口相对吸入腔与排出腔间隔开3.旋涡泵：特殊离心泵。第二节气体输送和压缩设备

特点：可压缩，V，T有变化输送机械出口压强（表压）压缩比通风机15kPa1～1.5鼓风机15kPa～0.3MPa<4压缩机>0.3MPa>4真空泵大气压减压抽吸往复式压缩机（ReciprocatingCompressor）结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。工作原理：与往复泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替动作将气体吸入和压出。气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。往复式压缩机（ReciprocatingCompressor）单动往复压缩机活塞运行位置及对应的气体P-V状态变化图工作循环分析：余隙的存在不仅减少气体吸入量而且增加压缩机能量损耗。往复式压缩机的选用根据所输送气体性质确定压缩机的类型（如空气压缩机、氨气压缩机、氢气压缩机等），再根据生产能力和排出压强选择合适的型号。注意：一般标出的排气量是以20℃，101.33kPa状态下的气体体积表示的。往复式压缩机的排气是脉动的，可在出口处安装贮气罐，既可使气体平稳输出，又可使压缩机气缸带出的油沫和水分离。工业上常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为：低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa（表压）中压离心通风机：出口风压1.0～3.0kPa（表压）高压离心通风机：出口风压3.0～15.0kPa（表压）通风机离心通风机（CentrifugalFan）1－机壳2－叶轮3－吸入口4－排出口结构和工作原理：与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆形两种，一般低、中压通风机多为矩形。离心通风机（CentrifugalFan）9-19D高压离心通风机G\Y4-73型锅炉离心通、引风机DKT-2系列低噪声离心通风机B30防爆轴流通风机高温离心通风机罗茨鼓风机（容积式风机、正位移类型）工作原理：与齿轮泵相似。结构：由机壳和腰形转子组成。两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。工业上常用的鼓风机主要有旋转式和离心式两种类型。特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工作温度不能超过85℃，以防转子因热膨胀而卡住。罗茨鼓风机的出口压强一般不超过80kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。罗茨鼓风机L6LD系列L10WDA系列L4LD系列3R5WD系列离心鼓风机（透平鼓风机Turboblower）工作原理：与离心泵相同。单级风机的风压较低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过0.3MPa（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。结构示意图多级低速离心鼓风机第三节真空泵一、真空泵的类型二、常用真空泵结构和原理1、往复式真空泵2、油封式旋片真空泵3、水环真空泵4、喷射式真空泵水环真空泵水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为30%~50%，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。由圆形的泵壳和带有辐射状叶片的叶轮组成。叶轮偏心安装。泵内充有一定量的水，当叶轮旋转时，水在离心力作用下形成水环，将叶片间的空隙分隔为大小不等的气室，当气室由小变大时、形成真空吸入气体；当气室由大到小时，气体被压缩排出。旋片真空泵由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成。泵工作时，旋片始终将泵腔分为吸气、排气两个工作室，转子每转一周，完成两次吸、排气过程。特点：干式真空泵，适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体。不适宜抽除含尘和对润滑油起化学反应的气体。可达较高的真空度，如能有效控制管路与泵等接口处的空气漏入，且采用高质量的真空油，真空度可达99.99%以上。往复式真空泵工作原理与往复式压缩机相同，只是因抽吸气体压强很小，结构上要求排出和吸入阀门更加轻巧灵活，易于启动。达到较高真空度时，泵的压缩比很高，如95%的真空度，压缩比约为20左右，为减少