化工原理(上)第二章流体输送机械

PowerPointTemplate化工原理——朱明娟2012年3月11日模块一：流体流动与输送机械

项目四、流体输送机械技能训练：离心泵仿真操作

任务1.21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、流体输送机械能力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

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

(1)离心泵的结构主要结构：

任务1.18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6～12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：吸液能力大，基本上消除轴向推力。任务1.18离心泵结构及类型(3)离心泵的性能参数①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）。②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）转速及液体黏度。小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%左右。③功率：

有效功率Ne：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。④效率η：

①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：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。

水力效率ηH

②

容积损失

原因：高压区向低压区泄漏，

减少方法：采用蔽式叶轮等。

容积效率:离心泵的效率泵内液体的泄漏

③机械损失

原因：摩擦损失

机械效率ηM一、离心泵的特性曲线

说明：（a）由厂家提供

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任务1.19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。（e）η-Q曲线设计点：最高效率点，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↑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-03FI-01FI-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①测定原理

②测定数据

数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率③绘制特性曲线计算H、η：其中动能差项很小，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

①密度对泵特性曲线的影响

说明：流体密度变化时，应校正P-Q曲线。

②粘度对泵特性曲线的影响

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）不变的方法来改变泵的特性曲线的方法

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10~20%），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

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、泵的效率近似保持不变，则有：适用：叶轮转数变化不超过20%比例定律：二、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、η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，

①管路特性曲线方程

本质：机械能衡算方程反映全管路系统的能量需求特性。说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。ab

管路特性曲线qVH

②影响管路特性曲线的因素影响B：影响A：③离心泵的工作点

即管路、泵特性曲线交点。2）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。

离心泵工作点H-qV曲线L-qV曲线HHMMdcPqV,MqVη

1）公式计算

（2）离心泵的流量调节实质：对工作点的调整；方法：改变泵或管路特性曲线。离心泵工作点H-qV曲线L-qV曲线HHMMdcPqV,MqVη①节流调节（阀门调节）方法：改变泵出口阀门开度

实质：改变管路特性曲线

(阀门上阻力损失变化)，

泵特性曲线不变。节流，多消耗在阀门上能量:优点：迅速方便,连续调节；代价：阀门阻力损失↑；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,MqVq‘V,M②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。优点：不因调节流量而损失能量。改变转速时工作点的变化Enn'MM'H-qVHHMH’-qVH’MqV,MqVq’V,M

①泵合成特性曲线改变

在相同压头下，流量加倍。(1)并联操作

泵型号相同，吸入管路相同，出口阀开度相同。②管路特性曲线不变三、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。HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作③并联泵的工作点*并联泵总流量和总压头↑；*

流量增加不到单泵的两倍；

原因：管路存在阻力损失。④并联泵效率等于单泵在qV,单时的工作效率。HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作①泵的合成特性曲线改变

相同流量下，压头加倍。

(2)串联操作泵型号相同，首尾相连。②管路合成特性曲线不变HqVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作c’③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。④串联泵效率等于单泵在qV,单时的工作效率。HqVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作c’

(3)两种组合方式的比较及选择

①截距A

>He单max

应采用串联操作原因：并联泵压头不够大。

②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HqVab22’11’(4)组合泵的流量调节

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HqVab22’11’一、离心泵的汽蚀现象

①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。至泵内压力最低点K处，若

离心泵的汽蚀1100z任务1.20离心泵的气缚现象处理②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。③主要危害造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。④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)。⑤衡量泵抗汽蚀能力的参数汽蚀余量、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①汽蚀余量列1-1(泵入口)及K-K间的机械能衡算式：

离心泵的汽蚀1100z

关于NPSH（NetPositiveSuctionHead）

*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(NPSHr)

厂家提供，泵样本中给出实验条件：常压，200C的清水校正：含汽蚀余量的离心泵特性曲线H~qVNPSHr~qVP~qVη~qVHqVΔNPSHr6040201086420.80.60.40.210-20405020010015003.00.40.22.00.60.11.01.40.8p/105Pa丙稀异丁烷丁烷甲醇水t/℃离心泵输送烃类、甲醇和高温水的ΔNPSHr值

(b)离心泵的有效汽蚀余量(NPSHa)

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：

离心泵的汽蚀1100z管路上实际发生的汽蚀余量，只与入口管路条件有关，与泵的特性无关。

(d)离心泵的NPSHa安全裕量

理论上，NPSHa>NPSHr泵不发生汽蚀。工程上，加一个安全裕量S

。一般要求S=0.5米。(c)

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NPSHr表示。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高度：泵入口与吸入液面间的垂直距离。①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1100z②允许安装高度说明：为保证泵不发生汽蚀（4）防止产生汽蚀的办法①储槽上方压力p0：②液体饱和蒸汽压pS：③泵吸入管段阻力∑hf,0-1:方法：应尽可能减小泵吸入管段阻力，所以管路调节是使用出口管路上的阀门而不是入口管路上的阀门。

四、离心泵的类型与选用

(1)离心泵的类型

按输送液体的性质或泵结构分类，用英语或汉语拼音为系列代号。①清水泵B型：单级单吸式，系列扬程范围8~98m，流量范围：4.5~360m3/h,属常用型。D型：多级离心泵(一般2~9级)。系列扬程范围：14~351m，流量范围：10.8~850m3/h，适用：压头高，而流量不大的场合。

S型：双吸式离心泵系列扬程范围：9~140