压力容器设计举例

压力容器设计举例

设计一液氨贮罐。工艺尺寸：贮罐内径Di=2600mm,贮罐(不包括封头)长度L=4800mm。

使用地点：天津。

解：1.罐体壁厚设计

根据第一篇选材所作的分析，本贮罐选用16MnR制作罐体和封头。

设计壁厚d根据下式计算：

2.封头壁厚设计

采用标准椭圆形封头。

设计壁厚d按下式计算：

校核罐体与封头水压试验强度式

3.鞍座

先粗略计算鞍座负荷。

贮罐总质量：m=m\+ni2+mi,+m4

式中：

机1-罐体质量；

-封头质量；

-液氨质量；

-附件质量。

设备总重量

m=mi+m2+m#叫=4950+195()+3042()+500=37820Kg=381

每个鞍座承约受190Kg负荷，选用轻型带垫板，包角为120。的鞍座。即

JB/T4712-92鞍座A2600一F

JB/T4712-92鞍座A2600一S

4.人孔

常温及最高工作压力1.6MPa,按公称压力1.6MPa的等级选取。

考虑人孔盖直径较大较重，水平吊盖人孔。

按照《化工设备设计手册》选取

人孔标记：HG21523-95人孔RFIV(A-G)450-1.6

RF指突面密封，IV指接管与法兰的材料为20R,

AG是指用普通石棉橡胶板垫片，

450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6MPa。

5.人孔补强确定

本设计的人孔

筒节内径</=450mm,

壁厚i=10mm。

查手册，补强圈尺寸如下：

补强圈内径。i=484mm,

补强圈外径£>2=760mm。

补强金属面积应大于等于开孔减少截面积

补强圈的厚度估算：

6.接口管

(1)液氨进料管：

用57X3.5mm无缝钢管

(强度验算略)。一端切成45°。

配用具有突面密封的平焊管法兰，

法兰标记：

HG20592法兰SO50-1.6RF16MnR«

壳体名义壁厚n=16mm>12mm,接管公称直径小于80mm,不用补强。

⑵液氨出料管：

可拆压出管25X3mm,用

法兰套在接口管38X3.5mm内。

罐体接口管法兰：

HG20592法兰SO32-1.6RF16MnR«

连接尺寸和厚度与

HG20592法兰SO32-L6RF16MnR相同，但内径25mm。

液氨压出管端部法兰(与氨输送管相连)用HG20592法兰SO20-1.6RF16MnR„都不必补强。

压出管伸入贮罐2.5m。

(3)排污管：

贮罐右端最底部安设排污管，

57X3.5mm,管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：

HG20592法兰SO50-1.6RF16MnR»

排污管与罐体联接处焊有一厚度为lOmrn的补强圈。

(4)液面计接管

本贮罐采用两支玻璃管液面计

BIWPN1.6,1000mm,HG5-227-80

与液面计相配的接管18X3mm,

管法兰为

HG20592法兰SO15-1.6RF16MnR。

(5)放空管接管

用32X3.5mm无缝钢管，

法兰

HG20592法兰SO25-1.6RF16MnR„

(6)安全阀接管

安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。

本贮罐选用32X25mm的无缝钢管，

法兰为

HG20592法兰SO25-1.6RF16MnRo

7.设备总装配图

附有贮储的总装配图,技术特性表,接管表,各零部件的名称、规格、尺寸、材料等见明细表。

本贮罐技术要求

1.本设备按GBI50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收

2.焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定（设计焊接接头系数=1.0）

3.焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303

本贮罐技术要求

4.壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100%

5.设备制造完毕后，以2MPa表压进行水压试验

6.管口方位按接菅表

第四章管壳式换热器的机械设计

应用化学2005级

第一节概述

一、定义

换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。

二、衡量换热器好坏标准：

1.先进性一传热效率高，流体阻力小，材料省；

2.合理性一可制造加工，成本可接受；

3.可靠性一强度满足工艺条件。

三、举例

热交换器

冷却器

•用空气作介质一空冷器

•用氨、盐水、氟里昂等冷却到（）℃~-20'C—保冷器

冷凝器

吩离器

•全凝器

加热器（一般不发生相变）

・预热器一粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降；

•过热器一加热至饱和温度以上。

蒸发器一发生相变

再沸器

废热锅炉

应用叁多的一一管壳式换热器

四、管壳式换热器的分类

总体按结构可分：

刚性结构和具有热补偿装置两类

执行标准：

GB151-1999《钢制管壳式换热器》

QB/T2068-1994《轻工用管壳式蒸发器》

固定管板式换热器

结构特征：

管束连接在管板上，管板分别焊接在壳体两端（管子、管板、壳体刚性连接）

固定管板式换热器

优点：

结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。

缺点：

不易清洗壳程，存在温差应力。

适用场合：

适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大

的场合。

设置膨胀节条件：

管壳壁温差大于50℃。

浮头式换热器

结构特征：

一块管板与壳体刚性连接，而另一块呈浮动状态。

浮头式换热器

优点：

不产生温差应力；管束可以清洗（能抽出）

缺点：

环隙大，结构不紧凑，结构较复杂，金属耗量较大。

适用场合：

适用于壳程介质易结垢的场合。

填料函式换热器

结构特征：

一块管板与壳体刚性连接，而另一块呈浮动状态（浮动管板与壳体之间采用填料密封）

填料函式换热器

优点：不产生温差应力；管束可以清洗（能抽出）；成本比浮头式低；填料函处泄漏能及时

发现。

缺点：壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。

适用场合：适低压小直径场合。

U型管式换热器

结构特征：

只有一块管板，管子弯曲成U形两端连接在同一个管板上，管程数为偶数。

U型管式换热器

♦优点：结构简单，造价低；壳程可清洗；管子可自由伸缩，不产生温差应力。

♦缺点：管板上布管少，结构不紧凑；管程不能清洗，管子坏时不易修补。

♦适用场合：适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、

腐蚀性较强的场合。

五、管壳式换热器机械设计内容

管壳式换热器的设计：

根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择

管径、管长，决定管数、管程数和壳程数。

然后进行机械设计，内容有：

♦壳体直径的决定和壳体厚度的计算；

♦换热器封头选择，压力容器法兰选择；

♦管板尺寸确定；

♦折流板的选择与计算；

♦管子拉脱力的计算；

♦温差应力计算。

第二节管子的选用及其与管板的连接

一、管子的选用

直径：

小直径管子—单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清洗，用于

较清洁的流体。

大直径管子一一用于粘性大或污浊的流体。

0>19,①25

规格：(外径X壁厚)

长径比：卧式6-10；立式：4-6

长度规格：1.5-12米，其中6米管最多。

一、管子的选用

结构型式：

多用光管，因为结构简单，制造容易；为强化传热，也采用异型管、翅片管、螺纹管

等。

一、管子的选用

材料：

根据压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。

二、管子与管板的连接

管子与管板连接形式：

♦胀接

♦焊接

♦胀焊接合

(-)胀接

过程：利用胀管器——挤压

管端塑性变形

管板孔弹性变形

(-)胀接

要求：

管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后(降低硬度)再胀接

胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽

(-)焊接

焊接连接比胀接连接有更大优越性

(二)焊接

优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的

加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。

缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存

在间隙，易出现间隙腐蚀。

(-)焊接

结构：主要有4种

a：管板孔不开坡口——连接强度差，使用压力不高，管子壁厚较薄；

b：在管板孔端开坡口——焊接结构较好，使用较多；

c：管子头部不突出管板——焊接质量不能保证；

d：孔的四周开沟槽——减少焊接应力，适用于薄管壁、管板在焊接后不允许产生较大变形。

(三)胀焊并用

提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。

强度焊——既保证焊缝严密性、又能保证有足够大的抗拉脱强度；

密封焊一不保证强度，单纯防止泄漏；

贴胀一一消除管子与管板孔之间的间歇，不承担拉脱力；

强度胀一满足一般胀接强度的胀接。

（=）胀焊并用

胀焊并用连接主要有：

强度焊+贴胀...........先焊后胀

强度胀+密封焊.........先胀后焊

（三）胀焊并用

先焊后胀：

高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时一般要使用润滑油，进入接头后缝隙中会在焊接

时生成气体，恶化焊缝质量，因此，先焊后胀，可避免这一弊病。

先胀后焊：

焊接质量好。适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料，可防止产生焊接裂纹。

第三节管板结构及与壳体连接

一、换热管排列方式

正三角形和转角正三角形排列：

排列紧凑，传热效果好。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。

第三节管板结构及与壳体连接

一、换热管排列方式

正方形和转角正方形排列：

管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。适用经常清洗管子外表面上的污垢的场

合。

二:换热管排列方式

组合排列法：

多程换热器中，因结构需要，各程之间采用正方形排列（便于安装隔板）、而各程内按照三角

形排列。

二、管间距

管间距——两相邻换热管中心的距离。

»要求管间距，1.25d0,便于管子与管板间的连接

»最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm,主要是为折流板易于加工，不易损坏。

三、管程的分程及管板与隔板的连接

管程：

在管内流动的流体从管子的一端流到另一端一一称为一个管程

分程原因：

当换热器所需的换热面积较大，要么管子做得很长，要么增加管子数量。

前者受很多条件限制，后者降低了流速。

为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。

三、管程的分程及管板与隔板的连接

管程分程原则：

各程换热管数应大致相等

相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃

各程间的密封长度应最短

分程隔板的形状应简单

管程

分程隔板：单层和双层两种。

双层隔板具有隔热空间，可防止热流短路。管板与分程隔板连接是可拆连接，其间用

密封填料密封。

四、管板与壳体的连接结构

不可拆的焊接式：固定管板式换热器管板与壳体的连接

四、管板与壳体的连接结构

四、管板与壳体的连接结构

可拆式：

浮头式、U型管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接

五、换热器管板强度计算的理论依据简介

管板厚度——管板强度尺寸

根据换热器的设计压力、设计温度、介质及材料许用应力等设计参数计算确定的。

♦实心圆平板模型

♦弹性基础模型

♦菱形面积法：

五、换热器管板强度计算的理论依据简介

实心圆平板模型：

将管板当作受均布载荷的实心圆板，以按弹性理论得到的园平板最大弯曲应力为主要依据，

并加以适当的修正系数来考虑管板开孔削弱和管束的实际支承作用，由此得到管板厚度的计算

公式，偏于安全。

五、换热器管板强度计算的理论依据简介

弹性基础模型：

将管束当作弹性支承，而管板则作为放置于这弹性基础上的圆板，然后根据载荷大小、管束

的刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力。由于它较全面地考虑了管束的支承和温差的影

响，因而较精确，但计算公式较多，计算过程繁琐，GB15L1999采用的就是此法

五、换热器管板强度计算的理论依据简介

菱形面积法：

取管板上相邻四根管子之间的菱形面积，按弹性理论求此面积在均布压力作用下的最大弯曲

应力。由于此方法与管板实际受载情况相差较大，所以仅用于粗略估算。

五、换热器管板强度计算的理论依据简介

说明：

在设计中尽量采用标准化设计，管板的结构尺寸则可以根据管子的排列方式、管子与管板的

连接方式、管板与壳体的连接方式以及是否兼作法兰等因素确定。

第四节折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用和结构

一、折流板及支承板

作用：

提高壳程内流体的流速

加强湍流强度

提高传热效率

支撑换热管

一、折流板及支承板

结构：

♦弓形

♦圆盘一圆环形

♦带扇形切口

弓形折流板

——结构简单

应用较多

一、折流板及支承板

尺寸：

厚度与壳体直径和折流板间距有关；折流板最小厚度按国标选取。

弓形折流板间距：

最小间距》max{Di，50mm}

最大间距：不超过下表规定，且

一、折流板及支承板

折流板的固定：

拉杆定距管结构，适用于换热管外径》19mm的管束

拉杆点焊结构，适用于换热管外径4mm的管束

二、旁路挡板

作用：阻止流体短路，迫使壳体流体通过管束进行热交换。（沿壳体与管束之间的间隙）

结构及安装：

加工成规则的长条状，长度等于折流板或支承板的板间距，两端焊在折流板或支承板上。

通常2—4对，对称布置。

三、拦液板

作用：

立式冷凝器中起到截拦液膜作用。在立式冷凝器中为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系

数。其间距可以取折流板间距或视实际情况定。

第五节温差应力

一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力

（-）温差应力产生的原因：

第五节温差应力

（二）温差应力的计算：

温差轴向力F：

由于温差而使壳体被拉长的总拉伸力应等于所有管子被压缩的总压缩力，总拉伸力（或总

压缩力）就是温差轴向力。符号规定F为+,表示壳体被拉，管子被压，反之则相反。

温差应力：

温差轴向力引起的温差应力可以达到壳体薄膜应力的几倍，因此，在换热器设计中必须考虑

采取一定的措施。

第五节温差应力

（三）温差应力的补偿

减少壳体与管束间的温度差：合理安排管程与壳程介质；壳壁保温。

装设挠性构件：固定管板式换热器设置膨胀节

使壳体和管束自由热膨胀：U、填料函式、浮头式等

二、管子拉脱力的计算

（一）产生原因：

原因：

由于介质压力与温差应力的联合作用,使管子和管板接头处有分离趋势，产生拉脱力。

为保证管端与管板牢固连接和有良好的密封性能，必须进行拉脱力校核。

二、管子拉脱力的计算

计算：

•在操作压力下，每平方米胀接周边所受到的力

•在温差应力作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力

管子拉脱力：

以上产生的两个力作用方向可能同向、也可能反向，管子的拉脱力为两者之矢量和，方向

同大者。

校核：

其合力绝对值，即管子拉脱力必须小于许用拉脱力。

管箱与壳程接管

管箱：

管内流体进出口的空间（流道室）

深度有一定的要求，满足流通面积的需要。

壳程接管：

防冲挡板：防止流体对换热管造成很大的冲刷

导流筒：

内导流筒和外导流筒；作用：消除死区，充分利用换热面积；防止流体对换热管造成很大

的冲刷。

新型高效换热器

围绕如何提高传热效率

强化传热元件

思考题：

4-1

4-3

4-4

4-5

4-6

要求掌握的内容

•掌握塔设备的基本知识。

•掌握板式塔的结构及工作原理。了解塔的附属结构。

•熟练掌握填料塔的基本参数、填料塔的结构、及工作原理。

•掌握各种填料的性能、作用、及特点。

•塔设备的基本功能：

*塔设备是实现气一液相或液一液相间的传质设备。

*塔设备完成的单元过程有：精储、吸收、解吸、萃取。这些过程是在一定的温度、压力、

流量等工艺条件下完成的。因此，塔的结构必须保证气一液两相，或者液一液两相的充分接触,

和必要的传质、传热面积、以及两相分离的空间。

塔设备除要满足工艺条件以外，还应满足下列条件：

・保证两相充分接触时间和接触面积通量。

♦尽力减少塔内流体的阻力损失和热量损失。

•尽力减少雾沫夹带和泄漏量，及液泛的可能。

・适应能力强及操作弹性大。

•塔的结构应简单，省料、省钱。

塔设备分类：

按照内部机构，塔设备可分为两大类：

•板式塔——沿塔高按照一定间距设置若干塔盘（或称塔板）。处理量大、效率高、重量轻、检

修方便；但压降大，结构复杂。

•填料塔—塔内分层安放一定高度的填料层。结构简单、造价低、压降小；但传质效率差，

不宜处理较脏的物料。

基本结构：

从设备设计的角度，两类塔设备都包括以下基本结构：

•塔体：包括筒节、端盖、和联接法兰等；（和支座构成塔的主体部分）

•内件：塔板或填料及其支承装置、降液管、溢流堰、除沫装置、紧固件等；

•支座：一般为裙式支座；（上端与塔体底封头焊接在一起，下端按要求通过地脚螺栓固定在基

础上）

•附件：包括人孔、进出料接管、吊柱、各类仪表接管液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、

平台、保温层等。

第一节板式塔

一、板式塔的结构和种类

板式塔因空塔速度比填料塔高，生产强度比填料塔大。

板式塔的种类：

•按气液流向分：错流、逆流、并流。

•按溢流装置分：有溢流装置、无溢流装置。

•按塔盘结构分：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。

泡罩塔

组成：由泡罩、升气管、降液管（溢流管）、溢流堰。

•工作原理；鼓泡元件有升气管，上升气体经升气管由泡罩齿缝吹入液层，两相充分接触，加之

板上液层较高，两相接触时间长，分离效果好。但由于气体通过泡罩的路线曲折，及液层较高,

导致压降及雾沫夹带增高。同时由于塔板上液面梯度较大，气相分布不均，影响传质效果。

浮阀塔

•工作原理：浮阀的下面有三条阀腿，把这三条阀腿装入阀孔中，用工具将腿下的阀脚旋转9

0°,则浮阀就被限止在阀孔内，只能作上下运动，而不能脱离塔板。气流速度较大时，浮阀

被吹起，达到最大开度；当气流速度较小时，气体的动压头小于浮阀自重，于是浮阀下落，浮

阀周边上三个朝下倾斜的定距片与塔板接触，此时开度最小。

•定距片的作用是保证最小气速时浮阀还有一定的开度，使气体和塔板上液体能均匀的鼓泡，避

免浮阀与塔板粘住。浮阀的开度随塔内气相负荷大小自动调节，可以增大传质的效果，减少雾

沫夹带。

・优点:

•操作弹性大；生产能力大。

•气液两相接触充分，效率高。

•塔板压力降小。塔板不易堵塞。

•结构简单，制造方便。

二、板式塔的结构

•总体结构：

•塔体与裙座结构（主体部分）

•塔盘结构：塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件和支承件。

•除沫装置：用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。

•设备管道：人孔、接管等。

•塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、平台等。

塔盘结构：

•塔盘实际上是塔中的气、液通道。为了满足正常操作要求，塔盘结构本身必须具有一定的刚度

以维持水平，塔盘与塔壁之间要保持一定的密封性以避免气、液短路。且应便于制造，安装、

维修。要求成本低。

•塔盘的结构有整块式和分块式两种。

♦塔径800~900mm以下：采用整块式塔盘

♦塔径800~900mm以上：采用分块式塔盘

♦塔径800-900mm：两种均可

整块式塔盘：

•特点：塔径小，生产能力较小。

・塔节尺寸：由于塔盘是整体式，每个塔节要装若干个塔盘，其中塔节的长度必须考虑安装要求

（人手能够得到），这取决于塔径的大小，塔径太小时，人的身子无法伸入塔内，具体塔节尺寸

参考P59〜60。

•塔盘固定：拉杆和定距管固定。

•塔盘密封（塔盘与塔壁之间的间歇）：填料密封（包括螺栓、螺母、压板、压圈、密封填料）

整块式塔盘：

•弓形降液管——降液能力大

•圆形降液管——处理液相负荷小，有兼作溢流堰和另设溢流堰两种降液管。

•整块式塔盘支承：拉杆-定距管结构

分块式塔盘

•分块原因：

-在工艺上，塔径大，塔盘过大，分液不均匀；

-对碳钢，塔板厚3~4mm,不锈钢2~3mm,塔径过大，塔板跨距太大，易形成弧形，安装

时水平度不好，从刚度出发，仍要分块：

一塔板过大，不能放进塔内，因一般从人孔进出，人孔尺寸有限制，因而塔盘受此限制要分块,

塔径大，人可以进入安装与检修，可以不再分塔节，但必须相距•定距离开一个人孔。

分块式塔盘

与整块式的区别：

•分块式：无塔盘圈，有支持圈（支持板），无密封结构。

•整块式：有塔盘圈，无支持圈（支持板），有密封结构。

分块式塔盘

塔盘板结构：

•塔盘板形式很多，主要有自身梁式和槽式（己经实行标准化，宽度B为标准尺寸）。（翻折边

有利于支承塔盘，使塔盘有足够刚性）

•按照溢流方式分：单溢流塔盘、双溢流塔盘

溢流装置是根据回流量与气液比确定。

•当回流量小，塔径也小时，为了增加气液接触时间，常采用U型溢流装置。

*当回流量大，塔径小时，常采用单溢流装置。

*当回流量大，塔径也大时，为了减少塔盘上液体停留时间，常采用双溢流装置。

分块式塔盘

分块式塔盘的连接

•螺栓连接：螺栓、螺母、垫片，有上可拆连接、上下均可拆连接（根据人孔位置、检修要求）。

注：为便于安装、检修、清洗塔盘等操作，可在塔盘中央附近设置一块内部通道板，要求上

下可拆。

塔盘的支承：

•对直径不大的塔（小于2（）（）0mm）,塔盘的支承…般用焊在塔壁上的支持圈（支承圈），适用于

单溢流塔盘结构；

•对直径较大的塔（＞200（）~3（X）0mm）,需用支承梁结构，适用于双溢流塔盘结构。

第二节填料塔

与板式塔相比：

•结构简单

・压降低

•填料易用耐腐蚀材料制造。

•填料塔的总体结构:

塔体、喷淋装置（液体分配器）、填料、栅板、液体再分布器、支座、接管（气液进出口）

等组成。

•与板式塔不同之处：

喷淋装置、液体再分布器、填料支承装置。

•工作原理：

气体由塔底进入，经填料上升，液体则由喷淋喷出，沿填料表面下流，从而气液两项充分

接触。完成气液两项的传质过程。

一、喷淋装置：

•作用：使液体的原始分布尽可能地均匀，以利于气液的充分接触。也就是喷出液体，使整个

塔截面的填料很好润湿（直接影响塔的处理能力和分离效率）。

•要求：液体能均匀分散于塔截面，使整个塔截面的填料表面很好润湿；通道不易睹塞；结构

简单，制造维修方便。

•种类：喷洒型、溢流型、冲击型

喷洒型：

a、管式喷洒器：

・小直径塔，DNW3（X）mm,可选用管式喷泗器，通过填料上的进液管（直、弯或缺口）进行喷

洒。

•特点：结构简单，但喷淋面积较小且不均匀。

喷洒型：

b、环管多孔喷洒器；

•塔径稍大一些的塔，DNWl200mm,可选用单环管多孔喷洒器。（大直径有多支管喷洒器）

・特点：结构简单，制造和安装方便，缺点是喷洒面积小，不够均匀，而且液体要求清洁，否则

小孔易堵塞。（环管下面开小孔，一般为3~5排）。

喷洒型：

c、莲蓬头喷洒器：

其结构主要有半球形、碟形、杯形。

•特点：结构简单.，制造安装方便，其主要缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊液体，一般可用

于塔径小于60（）mm的塔中，通常要求压头要恒定，对于压头波动较多的场合不适宜采用。

•保持1的适当距离（70-100毫米），压头变化时，不致产生严重壁流效应；确保气液分离空间

（通道）。

溢流型：

操作弹性大，不易堵塞，操作可靠和便于分块安装。

溢流型喷淋装置可分为

•盘式分布板

•槽式分布器

溢流型：

盘式分布板：

•应用广泛的一种溢流型喷淋装置，液体从中央进料管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘上的降液管

溢流（管高出盘，溢流堰），淋洒到填料上，降液管通常接等边三角形（正方形也可）排列，焊

在喷淋盘的分布板上（中有直径3mm的泪孔，停工时排液）。

•管子上缘开槽或斜切口：减少由于降液管上缘不够水平造成的液体溢流不均匀度。

溢流型：

盘式分布板：

・优点：流体阻力小，液体分布均匀。

•缺点：只提供液体通道，无气体通道，上升气速过大，会出现偏吹，使溢流不均匀，因此，只

有溢流管，而没有上升管，不宜适用负荷过大场合。

溢流型：

槽式分布器：

,直径太大，分布板上的液面高度差较大，影响液体的均匀分布。

•主要用于DN>3000mm的塔，其优点是自由截面大，适应性好，处理量大，操作弹性大，其

结构见图，液体先加入分配槽（顶槽），然后再由分配槽的开口处到喷淋槽，喷淋槽上有堰口，

两侧有三角形或矩形的开口，各开口的卜缘应位于同一水平面上，再由此溢流到填料上。

溢流型：

冲击型：

・常用的冲击型喷淋装置有反射板式喷淋器和宝塔式喷淋器两种。

・反射板式喷淋器由中心管和反射板组成，反射板可以做成平板、凸板或锥形板。操作时液体沿

中心管流下，靠液流冲击反射板的反射分散作用而分布液体。反射板中央钻有小孔以使液体流

下喷淋到填料的中央部分。

溢流型：

冲击一宝塔式型喷淋器：

•为了使液滴分散更均匀，可由几个反射板组成宝塔式喷淋器。其优点是喷洒半径（范围）大，

液体流量大，结构简单，不易堵塞，缺点是改变液体流量和压力时要影响喷洒范围，操作弹性

小（要求处理物料操作状态稳定）。

二、液体再分布器

设置原因

・当液体流过填料层时，（因周边液体向下流动的阻力较小，有逐渐向塔壁方向流动的趋势）流

体慢慢地会从器壁流走（壁流现象产生），使液体分布不均匀，塔中央部分填料可能没有润湿，

起不到作用，降低了整个塔的效率。因此在流体流经一定高度后需安装再分布器使液体重新均

匀地分配到填料上。

液体再分布器

作用：

•将上层填料流卜的液体收集，再分布，避免塔中心的填料不能被液体湿润而形成“干锥”；

•当塔内气液相出现径向浓度差时，液体再分布器将上层填料流下的液体完全收集、混合，然后

均分布到下层填料，并将上升的气体均匀分布到上层填料以消除各自的径向浓度差。

液体再分布器

・典型结构—分配锥

•再分布器：气体流动死角，且使气体收缩；扰乱气体流动，损失压降；损失了有效填料层。

•带通孔分配锥：通孔是为了增加气体通过时的截面积，避免中心气体的流速太大。

三、填料支承结构

•作用：支承填料

・设计要求：

足够的强度、刚度，以支承填料的重量；有足够的自由截面（应大于填料的空隙截面），避

免在支座处首先发生液泛；有利于液体再分布器；便于制造、安装和拆卸。

填料支承结构

常用结构：栅板

•对于大直径塔，栅板是分块的（要能从人孔中放进与取出）；如果填料的空隙截面积大于栅板

的自由截面积，可采川升气管式支承板，或者采用开长圆孔的波形板。

四、填料

•填料大致可分为实体填料和网体填料两种。

・拉西环；（瓷环）填充方式有乱堆和整砌两种。

•鲍尔环：在金属拉西环的壁上开了--排或两排长方形的小窗，小窗叶片向环中心弯入，在中心

处相搭，上下两排小窗的位置相错，增加了接触面积，效率得到了提高。

•阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料表

面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降降低，传质效率提高。

・鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，i种

是弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传质效率高，压力降低，且强度高。

•波纹填料；由许多波纹形薄板垂直叠在一起，各层的波纹成45°,盘与盘之间成90°排列，

结构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温度及腐蚀情况采用不同的材料。

•填料的特性；

•填料尺寸：外径x高度x厚度

•填料的个数：每立方米体积内装多少填料。个/nP。

•比面积：单位体积填料所具有的填料表面积，m2/m3。

•空隙率：塔内每立方米干填料净空间所占的百分数。

•堆枳密度；单位体枳内填料的重量，kg/m3。

五、塔体与裙式支座（裙座）

•由于塔设备除承受介质载荷压力（正压或外压）外，还承受重力载荷、风载荷、地震载荷、

偏心载荷。因此，在设计时，要根据载荷情况进行相应的强度计算或稳定性计算。

塔体承受的各种载荷

•塔设备自重载荷

主要要求计算正常操作下、水压试验时和吊装时各自的质量。分别为操作质量，最大质量和

最小质量。

・地震载荷

当发生地震时，塔设备作为悬壁梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。所以，安装在7度及

7度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出水平地震力，垂直地震力和地

震弯矩。

塔体承受的各种载荷

・风载荷

•风对塔体的作用之一：

是造成风弯矩，在迎风面的塔壁和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；

・风对塔体的作用之二：

气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动,

这种情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，•般不予以考虑。

•塔体及封头厚度

按计算压力计算初步厚度值，然后根据各种载荷作用下的组合应力进行危险截面的应力验

算。

裙座设计

裙座结构：

・塔体是由裙座支承与基座固定。

•裙座的结构组成：裙座圈、基础环、螺栓座

•承受风载荷和地震载荷不大的塔，采用圆筒形裙座

・承受风载荷和地震载荷较大的塔，采用圆锥形裙座。

裙座设计

裙座设计：

•裙座计算包括裙座圈、基础环、地脚螺栓及裙座与筒体的焊缝等内容，其中，裙座圈壁厚是裙

座的强度尺寸（依据强度条件计算），设计方法与塔体壁厚设计方法相同。而整个裙座的结构设

计已经实行标准化。

说明：

•裙座圈：裙座圈在重力载荷、风载荷、地震载荷作用卜，产生轴向压缩应力与弯曲应力，而与

内、外压没有关系。裙座圈的危险截面一般发生在操作或水压试验时裙座基座及开孔削弱截面，

或裙座与设备的环焊缝截面。设计时，通常参照塔体壁厚，试取一•定厚度，然后进行应力验算。

•地脚螺栓：作用是将塔设备固定在基础上，防止倾倒。地脚螺栓应该按照受拉伸（背风侧无载

荷）来考虑，并且，在设备最轻时容易倾倒，因此，计算时通常按照安装时受风载荷、操作时

受地震载荷两种情况考虑。

作业：

*5-1

*5-2

要求掌握的内容

・了解反应器的分类、作用、控制参数和结构，重点掌握反应器的结构及搅拌器各部件的选型。

•熟练掌握搅拌机械的基本知识、结构和工作原理。

・掌握搅拌轴密封的作用、原理。

•掌握反应器的热交换形式，并能联系实际。

•熟练掌握反应器运行操作过程中的维护和保养工作。

搅拌设备的作用

使物料混合均匀

•使气体在液相，I'很好地分散

•使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮

•使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化

强化传热、传质

•强化相间的传质（如吸收等）

・强化传热

注：

混合的快慢、均匀程度和传热情况的好坏，都会影响反应结果，因此，搅拌情况的改变，会

很敏感地影响产品质量和数量。

基本结构：

总体结构：

•（盛装物料的）容器：

筒体、上下封头、夹套、接管

•（保证温度的）传热装置：

夹套或者蛇管；加热——蒸汽、冷却——冷却水、盐水

・（混合物料的）搅拌器：

形式多样，通常用可拆方式固定在搅拌轴上

•（支承搅拌器的）搅拌轴、轴封装置、传动装置：

通过联轴器与电机（或经减速器再与电机相连）

搅拌反应器操作方式：

间歇操作：

•生产能力低、经常发生变化、规模小等情况适用，一般是单罐操作。物料从进料管一次加入，

进行搅拌、加热，待反应结束后，反应后的物料从压出管压出。

连续操作：

・反应时间较长。通常是多个凡搅拌器串联起来,物料连续地从第一个搅拌反应器的加料口加入,

在第•个反应器内混合反应后从出料口流入第二.个反应器继续接触反应，依次下去，直至生成

物从最后个搅拌反应器出料口连续排出。

反应器的结构型式及分类

•槽型反应器（反应釜）：主要用于液相均相、液相非均相或气液相反应。可间歇操作，也可

连续操作。

•管式反应器：用于气相或液相连续反应，由于管子能承受很大压力，用于加压下的反应尤为适

合。

•塔式反应器：广泛用于气一液相、液一液相反应。

・固定床反应器：流体通过静态催化剂颗粒进行反应的反应器，多用手气一固相反应，一般固体

为催化剂，气体为反应物料。

・流化床反应器：主要用于气一固相催化反应。固体在流化床内呈流化状态。

反应釜的特点

•结构基本相同：除有釜体外，还有传动装置、搅拌器、和加热或冷却装置等，以改善传热条件,

使反应温度控制得比较均匀，并强化传质过程。

・操作压力较高：釜内的压力是由化学反应产生或由温度升高形成，压力波动大，有时操作不稳

定，压力突然增高要超过正常压的儿倍。

・操作温度高：化学反应需要在一定的温度下进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。

•均有相应的搅拌器：为保证反应均匀快速的进行，提高效率，因此在反应釜中都装有相应的搅

拌器，这样就带来传动轴的动密封和防止泄露的问题。

・多属间歇操作：釜顶装有快装人孔和手孔、视镜，便于取样、观察反应情况，和进入设备检修。

第二节搅拌器的型式及选型

常见型式：

•桨式

・涡轮式

・推进式

・锚式

•框式

•螺带式

•螺杆式

按照流型：

•轴流式—推进式、螺带式、螺杆式等。

•径流式——浆式、开启涡轮式、圆盘涡轮式

按照速度分：

•快速搅拌器——开启涡轮式、圆盘涡轮式、推进式

•慢速搅拌器—浆式、螺带式、螺杆式、锚式、框式

搅拌器的功能：

•提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌过程的目的。

选型依据：

・首先我们要明确搅拌的目的是什么？操作介质特性怎样（粘度、密度、腐蚀性等）？同时考虑

到动力消耗等问题，决定选择什么样的浆型，最后再能定下搅拌器的各个具体尺寸。例如，介

质粘度比较大，适宜选择慢速搅拌器，否者动力消耗将巨大。

第三节传热装置

夹套：

♦一般属于薄壁容器范畴，套在搅拌反应器的筒体和封头的外部，具有加热或冷却介质的进出接

管。（加热蒸气自夹套上部进入，冷凝水从夹套底部排出；而冷却水流向相反）

•夹套压力——根据承受应力情况，一般不高于2.5MPa（前面介绍的薄壁容器计算应力办法），

更高压力，需采用蜂窝式夹套（减小应力计算空间，一般高压容器的内径都比较小，就是这个

原因）。

•传热面积—就是夹套所包围的内筒体表面积。

•夹套高度—传热面积决定，但必须保证上端应高于筒体内物料的高度（保证安装、拆卸法兰

连接螺栓，离开筒体法兰应有150-200兽）。

蛇管：

•传热面积比较大时采用螺旋蛇管、U形立式蛇管。

反应釜的热交换形式

・水加热：（敞开式、密闭式）

•由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器组成。反应釜外表焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙,

导致热阻增加，传热效果降低。

•热气加热：加热温度T<100°C,可采用饱和蒸汽加热。

•其它介质加热：工艺要求必须在高温下工作，或欲避免采用高压系统，可用其它介质代替水。

・电感加热：前三种方法由于温度变化幅度大，易产生温差应力，电感加热可避免。

第四节搅拌器的功率

定义：

■搅拌功率—搅拌过程进行时需要动力，称这一动力叫做搅拌功率。

■搅拌器功率——为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。（不包括机械传动和轴封

部分所消耗的功率）此功率的涉及因素较多，与搅拌器几何参数、搅拌槽几何参数、物料的物

性参数、搅拌器运行参数等有关。

■搅拌作业功率—搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率叫做搅拌

作业功率。

关系：

•搅拌功率：包括搅拌器功率、机械传动功率损失、轴封功率损失三部分。

•最理想状态：搅拌器功率=搅拌作业功率

（1）因次分析法（图64）

•将大量影响因素作为变量，逐渐转化为较少变量的无因次准数，得到一个准数关联式，再通过

作图建立必要的算图，查出相应的准数就可以按照准数关联式（计算公式）近似计算出功率来。

（2）单位体积液体所需功率的推荐值（经验或半经验方法得到的）——从搅拌作业功率的观点

决定搅拌过程的功率。（表6-2）

单位体积液体所需的平均搅拌功率可以反映搅拌过程的难易程度

第五节搅拌罐（反应釜）的结构设计

•由于釜的内筒、夹套都存在受压情况，那么在进行强度计算时（也就是厚度计算），必须弄清

楚危险工况，即压力最大的情况（包括正常操作、非正常操作如单方失压时），一般不能采用压

差来计算。通常有压力操作的反应釜，其筒体必须分别按照内压、外压单独作用时，计算其强

度和稳定性。

•在明确了计算条件后，筒体、封头的强度计算就可以按照前面介绍的容器强度计算办法进行计

算。

一、罐体的长径比

考虑因素有三：

1.罐体长径比对搅拌功率的影响：

保证容积一定的情况下，需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些。直径越小，所需搅拌

功率就越小，反之，能量消耗增大。

2.罐体长径比对传热的影响：

体积一定时，长径比越大，表面枳越大，越利于传热；并且此时传热面距罐体中心近，物料

的温度梯度就越小，有利于传热效果。因此，单纯从夹套传热角度考虑，•般希望长径比大一

些。

3.物料特性对罐体长径比的要求：

需要足够液料高度的，希望长径比大些。

二、搅拌罐内直径与高度确定

在已知长径比之后，还要根据搅拌罐操作时所允许的装满程度考虑装料系数n,然后经过初

步计算、数值圆整及核算，最终确定筒体的内直径和高度。

♦公称容积Vg：

操作时盛装物料的容积——vg=vn,v是罐体的全容积。

♦装料系数：

•般取0.6〜0.85,物料在反应过程中要起泡沫或呈沸腾状态，装料系数取低值，约为0.6〜

0.7,物料反应平稳，可取0.8〜0.85

♦筒体内径初步计算：

由近似计算公式：

♦将长径比和公称容积带入计算，得

♦确定筒体直径和高度：

直径圆整，并取最接近的公称直径标准系列值。有了直径，容器的封头的容积就可以计算

山来，这样直筒体的容积也可以确定了，从而根据容积就可以计算山对应得简体高度。

♦验算结果：

如果确定的直径和高度满足最初取的长径比即可，否者，重新计算直径和高度，直至都

满足要求。

顶盖的结构

•常选用椭圆形封头，如果传动装置由封头支承时，需要适当增加封头的厚度。

第六节传动装置及搅拌轴

传动装置：

一般包括电动机、减速装置、联轴器、机座及搅拌轴。常见的机构布局形式是立

式，整个传动装置安装在搅拌反应器的上方，其支承由上封头来担任，封头上设置一个底座（焊

接起来），用来安装和拆卸上方传动装置。如图所示，电动机经过减速器降速到工艺要求的转速

后，在通过联轴器将动力传递给搅拌轴。

传动装置的设计内容主要包括:

・电动机的选用

•减速器的选用

,联轴器的选用

搅拌器搅拌速度较快时，可以设计成电动机与搅拌器直接连用，不需要减速器。对于多数情

况要采用减速器，减速器和电机在供货时一般是配套的，因此在设计选用时，根据选定的减速

器选川配套的电动机系列，电动机必须满足功率、转速、安装等要求。

轴承的布置也是保证设备正常运转的关键因素，通常轴承布置有三种情况：

1、轴承设在机座内

2、轴承设在设备的底部（主要承受径向载荷，而轴向载荷由减速器或电机的向心推力轴承

承担，但所能承受的轴向力有限）

3、轴承设在密封处（并与密封紧密相连，主要控制密封外的摆动量，保证密封正常运转）

搅拌轴的计算

・搅拌轴的强度计算：

•搅拌轴是承受扭转和弯曲的联合作川，以扭转为主。工程上只考虑扭矩，然后用增加安全系数

以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。

■轴扭转的强度条件是：

■抗扭截面系数：

■轴所传递的扭矩：

■代入强度条件公式，得：

搅拌轴的刚度计算：

按照不能超过最大允许扭转角可以得出：

按照上面的强度和刚度分别计算，并取其中的最大值，同时还要考虑轴截面局部削弱，因此

应按所取的计算直径再给予适当增大。

密封装置

•填料密封（静密封）：

•组成：填料箱、填料、油环、衬套、压盖和压紧螺栓等

•优点：便宜、装折方便。

・不足：容易泄露，压紧力过大时磨擦力大，要定期添加润滑油。

•原理：填料在压盖压力作用下，（产生径向变形）对搅拌轴表面产生径向压紧力；又由于填料

中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成极薄的液膜，-方面使搅拌轴受到润

滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，从而达到密封目的。

•注意：由于运转时，填料在制造时加入的润滑剂将不断消耗，且加入量一定有限，因此，填料

箱上还需设置添加润滑液的通道。否者，润滑剂不足时，将在填料与轴之间形成干摩擦，烧坏

填料，不但形成泄露，而且加剧轴的磨损

密封装置

•机械密封：

基本结构：

•静环、动环、密封圈、弹簧、弹簧座、紧定螺钉等。

•动环一就是旋转环，随轴转动，动环也称为补偿环，不至于经常更换密封元件。

•静环——防转销固定，不随轴转动。

工作原理：

♦机械密封是依靠垂直于轴的两个密封元件的平面相互贴合（依靠介质压力或弹簧力），和乍

相对运动达到密封的装置。又称端面密封。（也就是将轴向的密封转化为径向的端面密封）

♦一个密封元件安装在轴上随轴转动，另一个密封元件安装在静止的机壳上，通过弹簧力的

作用，使两个平面始终保持接触，并作相对运动。两平面间一方面又较高的光洁度，另一方面

有油膜，因此能保持密封。

（ABD无相对运动，都是静密封,是很容易保证。对于C属于动密封,不过已经将容易产生严

重磨损的轴向密封转为径向密封,密封面磨损后,由于弹簧作用,动环可以作适当补偿）

机械密封的特点：

消耗功耗小、泄漏量低、密封性能可靠、使用寿命长。

机械密封的类型

按摩擦副对数分类：

•单端面密封——用一对摩擦副，结构简单，制造、拆卸容易。一般不需要外供封液系统，但需

设置自冲洗系统，以延长使用寿命。适用于一般液体场合。

•双端面密封——用两对背靠摩擦副，结构复杂，需外供封液系统。密封腔内通入介质压力为

0.05-0.15MPa的外供封液，起“封堵”和润滑密封端面等作用。适用于高温，介质压力高或毒性

大、易燃易爆等情况。

按液体压力平衡情况分类：

•非平衡型——不能平衡液体压力对端面的作用，端面比压随液体压力增加而增加。适用于低压

场合。

•平衡型——能部分或全部平衡液体压力对端面的作用。端面比压随液体压力增加而缓慢增加，

改善端面磨损情况。适用较高压力。

机械密封的类型

按弹簧数量分类：

•单弹簧一单个大弹簧，端面比压不均匀，转速高时受离心力影响大，因弹簧直径大，腐蚀对

弹簧力影响较小。适用广。

•多弹簧一多个小弹簧，端面比压均匀。适用于无腐蚀性介质。

按弹簧安装形式分类：

•外装式密封——弹簧不接触介质

•内装式密封——弹簧接触介质

按密封介质泄漏方向分类：

•内流式——密封介质在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相反，泄漏量较外流式小。

•外流式一密封介质在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相同，泄漏量较内流式大。

•布置作业:6-1、6-2

第七章化工用泵

第一节化工用泵的类型

泵——液体的加压与输送的流体机械。

作用原理、基本结构型式和对应的压缩机相似，区别在于液体是不可压缩性，而且在

一定条件下有汽化现象发生，因此泵的结构和性能有自己的特点。

泵的作用：

在输送过程中把能量传递给液体，使液体的能量增加，实现液体的输送。

泵的应用：

泵在人们的日常生活中遇到比较多，它作为一种通用机械设施，用途相当广泛，涉及到

水利、化工、石油、环境、采矿、军事等众多领域，对于不同工作的需要，要求不同形式的泵,

因此泵的类型就比较多。

泵的分类：

上面是泵的最基本的分类（作用原理不同）

按泵所适用的介质来分类：

清水泵污水泵泥浆泵砂泵灰渣泵

耐酸泵冷油泵热油泵碱泵

按流体压力分类：

低压

中压

高压泵

第二节叶片式泵

离心泵的叶轮——作功元件

•闭式叶轮：输送清洁液体

•半开式叶轮：输送含固体颗粒的液体

•开式叶轮：输送含杂质或带纤维的液体

（-）离心泵的工作原理

离心泵在启动之前，泵内应灌满液体（灌泵）,这是离心泵的独特之处。

工作时，叶轮中的液体随叶轮旋转而产生离心力，在此离心力作用下液体自叶轮飞出。

然后液体经过泵的压液室、扩压管，从泵的排液口流到泵外管路中。

同时，由于轮内液体被抛出，在叶轮中间的吸液口处造成了低压，吸液池中的液体在

压差作用下，经吸液管及泵的吸液室而进入叶轮中。这样叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入

液体，一面又不断地给吸入的液体以一定的能量，将它抛到压液室，并经扩压管而流出泵外。

（三）离心泵的性能参数

（四）离心泵表示方法（了解）

目前，中国对丁一泵的命名尚未有统一的规定。

•吸入口径

•泵类型

•扬程

•级数

表7—2有常用离心泵系列表示方法与使用范围

（五）离心泵的基本方程式（补充）

与离心式压缩机相类似，只不过液体是不可压缩的流体，流动中不考虑密度的变化。所

用到的三个基本方程是连续方程、欧拉方程和伯努利方程。

利用动量矩定理推导出离心泵的基本方程一一欧拉方程式：

上式表示叶轮对通过叶轮的每单位质量液体所作的功，也就是每单位质量液体从叶轮中

获得能量一一称为理论能量头。

习惯上，离心泵常以液注高度（m）来表示其能量头,这样比较形象。将上式除以重力加

速度，得到下式：

上式HT称为离心泵的理论扬程。其物理意义是叶轮对单位重量液体作的功（或每单位重

量液体从叶轮得到的能量），单位为液柱高度。

利用叶轮进出口速度三角形可得到欧拉第二表达式：

在进液无预旋的情况下，Ciu=O,Cl=Cir通常离心泵中取（C1=）C1产C2”这样有：

为了表示势扬程在理论扬程中所占的比例，定义势扬程与理论扬程之比为叶轮的反作用度

离心泵扬程与离角关系曲线图

由上图可知，当P">90°,动扬程大于势扬程，而且大到一定程度，势扬程会降为

零，泵的理论扬程全部表现为动扬程的形式，为了将动扬程转化为势扬程，不但会有较大的能

量损失,而且转能装置也将增大,这是所不希望的。

为了使离心泵有较高的效率和适当的总体尺寸，在离心泵中通常取离角小于90°。

（六）离心泵的使用

1、离心泵的汽蚀及预防措施

从泵的特性试验中发现，如果设法使吸液池的压力逐渐降低，当降低到某种程度时，就

会出现：离心泵的扬程突然出现明显的下降，液流变得不稳定，功率和效率曲线也有明显的变

化，而且泵的噪音和振动也都加剧，离心泵的正常运转受到破坏，这就是所谓的汽蚀现夔。

汽蚀的严重后果：

a.汽蚀使过流部件被剥蚀破坏

通常离心泵受汽蚀破坏的部位，先在叶片入口附近，继而延至叶轮出口。起初是金属表面

出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿

孔，甚至叶轮破裂，造成严重事故。因而汽蚀严重影响到泵的安全运行和使用寿命。

b.汽蚀使泵的性能下降

汽蚀使叶轮和流体之间的能量转换遭到严重的干扰，使泵的性能下降。

c.汽蚀使泵产生噪音和振动

气泡溃灭时，液体互相撞击并撞击壁面，会产生各种频率的噪音。严重时可听到泵内有

“劈啪”的爆炸声，同时引起机组的振动。而机组振动又进一步促使更多的汽泡产生与溃灭，如

此互相激励，导致强烈的汽蚀共振，致使机组不得不停机，否则会遭到破坏。

d.汽蚀也是水力机械向高流速发展的巨大障碍

因为液体流速愈高，会使压力变得愈低，更易汽化发生汽蚀。

产生汽蚀的条件:

前者可采取下列办法：

X增加泵前储液池中液面上的压力;

派减小泵前吸上装置的安装高度；

X将吸上装置改为倒灌装置；

派减小泵前管路上的流动损失。

(1)泵的特性曲线

•扬程一流量(H—Q)

,功率一流量(N-Q)

,效率一流量⑺一Q)

•必需汽蚀余量一流量(NPSHr—Q)

(2)离心泵的管路特性曲线

离心泵的管路特性曲线是指管路情况一定时(即管路进、出口压力、升液高度、管路长

度和管径、管件个数及尺寸以及阀门开启度等都已确定)，使液体从吸液池开始经过该管路到达

管路的出口需要由外界给予单位重量液体的能量L(单位以液柱高表示)与经过该管路的流量。

间的关系曲线O

最善高单地说它表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，液体流经该管路时所需

的压头与流量的关系。此曲线形状由管路布局与操作条件来确定，而与泵的性能无关。

这里的外界供能，实际上就是需要泵提供的扬程H。只有H=L,才能维持液体的稳定

输送要求。

泵在管路中的工作点：

泵和管路组成输送液体系统。泵在管路上工作同样要符合质量守恒、能量守恒和转换

规律。泵输送的液体量就是管路中流过的液体量,单位重量液体通过管路所需要的能量应是泵

的扬程所提供的能量。因此,泵在某管路上工作时的工作点便是泵的扬程特性曲线H—Q与

管路特性曲线L-V的交点。

注意几点:

•在实际管路中，离心泵并联操作能增加流量，但小于各泵单独操作的流量之和。

•离心泵串联工作时能提高扬程，后级泵的强度加大。

•一般采用相同性能的离心泵进行串联和并联。

•在离心泵串并联中，各单台离心泵应力求落在高效工作区内。

•根据工艺特性，综合考虑离心泵的串联、并联工作的泵使用台数。P96

•对于特殊工艺要求，可以采用两台离心泵既可以串联操作，也可以并联操作。

二、旋涡泵

1、基本结构

叶轮、泵体、泵盖

泵体与叶轮—环流通道

隔板---吸入口与排出口分开

（隔板与叶轮有很小的间隙）

2、工作原理

旋涡泵是通过叶轮叶片把能量传递给流道内的流体（动量交换）。

3、类型与特点

类型：开式泵、闭式泵

总体来说，旋涡泵（与离心泵相比）的特点：

♦高扬程、小流量；

.结构简单、体积小、重量轻；

•具有自吸能力或借助于简单装置实现自吸；

•效率较低，一般为（20%—40%）、最高个超过50%；

•旋涡泵的抗汽蚀性能较差；

•随着抽送液体粘度增加，泵效率急剧下降，不适宜输送粘度大的液体：

•隔板处的径向间隙和轮盘两侧与泵体间的轴向间隙很小，加工和装配精度要求较高;

•当抽送液体中含有杂质时，因磨损导致径向间隙和轴向间隙增大，从而降低泵性能。

应用：

流量小、扬程高、粘度较低、不含固体颗粒液体的输送。

三、轴流泵

轴流泵：

・一种高比转数的叶片式泵

•是以空气动力学中机翼的升力理论为基础

•没有离心力而引起扬程的增加作用

轴流泵的工作特点：

流量大，单级压头低。

第三节容积式泵

作用原理：

通过容积变化，实现液体的输送

类型：

往复泵——利用往复机械运动

回转泵——利用回转机械运动

往复泵代表：活塞泵、柱塞泵、隔膜泵

回转泵代表：螺杆泵、齿轮泵

一■、活塞泵

往复活塞泵：液力端、动力端

•液力端——直接输送液体，把机械能转换成液体的压力能

组成：液缸、活塞、吸入阀、排出阀、填料函、缸盖

.动力端一将原动机的能量传给液力端

组成：曲轴、连杆、十字头、轴承、机架

当活塞两面都起作用时（一面吸入，另一面就排出），一个往复行程中将完成两次吸排

过程。

----双作用缸

活塞泵的特点：

•流量只取决于泵缸几何尺寸（活塞直径，活塞行程）、曲轴转速，而与泵的杨程无关。

（不能用排出阀调节流量）

•活塞泵可以通过改变排出阀的开启压力，达到增加扬程的R的。

（只要原功机有足够功率）

（填料密封有相应的密封性能）

（零部件有足够的强度）

•活塞泵在启动运行时不能像离心泵那样关闭出水阀启动，而是要开阀启动。

•自吸性能好

•排出流量是脉动的，造成流量的不均匀，需设置后续装置，减少流量和压力的波动

活塞泵的应用：

•适用于输送压力高，流量小的各种介质。不适合输送易燃易爆的有毒介质。

二、隔膜泵

基本结构：

液力端增设隔膜，其周围通过紧固密封，输送介质和工作介质分开。

实际上，很多类型的泵在其液力端都可以做成隔膜泵。

适用：小流量，低压情况，可用作计量泵。

三、螺杆泵

依靠相互啮合旋转的螺杆输送液体。

工作原理：

•由相互啮合的螺杆和包容螺杆的泵套形成（隔绝吸入腔和排出腔）密封线与相互隔离的密封腔。

•当螺杆转动时，液体被吸入后进入密封腔，密封容积在螺牙的挤压下提高液体压力。

•密封线在转动过程中，由吸入腔一端向排出腔一端作轴向移动，从而不断地把被输送液体推向

排出腔。

特点：

•流量与压力稳定

・转速高，能与原动机直联

•损失小，经济性能好

•具有较强的自吸能力，机组结构简单、紧凑。

应用场合：

•几乎可用于任何粘度的液体，尤其是石油、化工、医药等方面的高粘度液体。

运行要求：

•泵进口端管路应设置过滤网；（避免颗粒磨损）

•首次运行前，应向泵内注入输送液体，防止启动时的干摩擦：

・开车前，先打开所有进出口管路阀门，不可闭阀启动。

四、齿轮泵

依靠相互啮合旋转的一对齿轮输送液体。

一个为主动轮，另一个为从动轮，分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵

工作原理：

•由泵体、泵盖、齿槽构成工作腔；

•齿啮合线将泵的吸入腔和排出腔分开；

•齿轮转动，液体在齿间被推动前进

•排液腔中，齿轮逐渐啮合，容积减小，液体受压排出。

特点及应用：

•流量比活塞泵均匀，与螺杆泵相比流量压力有脉动，流量与扬程关系不大。

•齿轮泵没有进水阀、排水阀，结构简单、紧凑、工作可靠，维修保养方便。

•一般具有输送流量小和输出压力高的特点。

•适用于输送不含颗粒的粘稠液体。

第四节流体动力泵

•依靠另一种“工作流体”作动力来输送液体

•流体动力泵代表：喷射泵、酸蛋、液环泵

一、喷射泵

工作原理

•喷射形成低压区

•液体被抽吸到混合室（扰动而混合）

•液体经扩散管减速增压排出

特点与应用：

•喷射泵内无运动部件，结构简单、工作可靠、安装维护简便。

•容易保证密封、制造取材广泛、易于防腐、耐高温。

•喷射泵的缺点是传能效率较低。

应用：

・用途较多，如矿井排水、水泵站排水等

•兼作混合器

二、酸蛋

•密闭压力容器

•压力输送

•间歇送料

•压力控制（安全措施）

・效率低

•适用于腐蚀性强的酸碱液体

三、水环真空泵

工作原理

・叶轮偏心安置

•工作液体-液环

•月牙形工作腔构成

•容积由大变小--增压

特点

•输送气体介质，如易燃、易爆、含固体颗粒的气体；

•不需吸排气阀，工作平稳，气量均匀。

第五节泵的选择

・影响泵性能的因素以及泵的基本性能条件入手分析

•以自学为主

第六节化工用泵的使用与维护

•主要使用离心泵

•结合离心泵部分以自学为主（包括串并联、汽蚀等）

第八章压缩机和鼓风机

一、压缩机的分类

5.按气缸中心线相对地平线位置或其彼此间的关系（结构特点）分类

立式压缩机、卧式压缩机、角度式压缩机

第二章容积式压缩机

第二节往复压缩机

典型代表——活塞式压缩机

活塞式压缩机的特点：

•流量小，气流速度低，损失小，效率高，大型达80%以上；

•压力范围广，低压到超高压；

•适用性强，排气压力变化时，排气量不变，排气量便于调