化工原理课件2.流体输送机械.ppt

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1、2. 流体输送机械,2.1 概述 2.2 离心泵 2.3 往复泵（略） 2.4 其它化工用泵（略） 2.5 气体输送机械（略）,化工原理,2. 流体输送机械,1、本章学习的目的 本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。 2 、本章应掌握的内容 本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型。 3、 本章学习中应注意的问题 在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流体输送。,2.1 概述,一、输送流体

2、所需的能量 (一)流体输送的工程目的 低位高位，或低压高压，或远距离输送或高阻管路。 (二)管路对输送机械要求 如右图所示，在1-1和2-2截面列柏努利方程得：,2. 流体输送机械,2.1 概述,2. 流体输送机械,2.1 概述,2. 流体输送机械,当流动进入阻力平方区时，K与qv无关的常数。,此式为管路的特性方程。,2.1 概述,结论： 1、泵向流体提供能量，用于提高流体的势能和克服管路的阻力损失，均以势能形式。 2、如右图所示，阻力损失与被输送的流体量的关，显然，低阻管路系统的特性曲线较为平坦(曲线1)，高阻管路的特性曲线较为陡峭(曲线2) 。,2. 流体输送机械,2.1 概述,3、 阀门

3、关小， ，管路特性曲线变陡，在同样流量 下所需补加能量 。,2. 流体输送机械,4、 通常将输送机械向单位重量流体提供的能量称为机械的压头或扬程。其数值为：,5、管路对输送机械的要求提供能量 质：势能（主要是压强能），为什么？,量：,2.1 概述,(三)可调用的工程手段 最常用的：旋转运动旋转式输送机械 往复运动往复式输送机械,2. 流体输送机械,按工作原理分：,离心式：e.g.离心泵,旋转式：e.g.风机、电风扇,往复式：e.g.打气筒、往复泵,流体动力作用式：e.g.喷射泵,输送液体泵，输送气体风机和压缩机,2.1 概述,所以，流体输送机械的分类 动力式（叶轮式）：包括离心式、轴流式； 容

4、积式（正位 移式）：包括往复式，旋转式； 其他类型：如喷射式等。,2. 流体输送机械,返回,2.2 离心泵,2.2.1 离心泵的工作原理 2.2.2 离心泵的特性曲线 2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作 2.2.4 离心泵的安装高度 2.2.5 离心泵的类型与选用,2. 流体输送机械,返回,2.2.1 离心泵的工作原理,一、离心泵的主要构件叶轮和蜗壳 1、叶轮(右图1)：是离心直接对液体做功的构件，其上有48片后弯叶片。 2、泵壳(右图2) ：作用是收集导液和能量转换（动压）,2. 流体输送机械,2.2.1 离心泵的工作原理,3、工作原理 液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩

5、向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。最后沿切向流入压出管道，在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心形成低压，液体在吸液口和叶轮中心处的势能差的作用下源源不吸入叶轮。,2. 流体输送机械,2.2.1 离心泵的工作原理,二、离心泵的理论压头,2. 流体输送机械,假设： 叶片的数目无限多，叶片的厚度无限薄，从而可以认为液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象； 液体是理想流体，无摩擦阻力损失。 所以，在叶轮的进、出口截面到机械能衡算式，从而导出离心泵理论压头 为,（2-15）,2.2.1 离心泵的工作原理,讨论： 1、流量对理论压头的影响,2. 流体输送机械

6、,（2-18）,上式表明不同形状的叶片在叶轮尺寸和转速一定时，泵的理论压头和流量之间的关系。下面就讲一讲它们之间的关系。,2.2.1 离心泵的工作原理,2、叶片形状对理论压头的影响 (1)叶片形状的类型（如下图所示）,2. 流体输送机械,2.2.1 离心泵的工作原理,(2)叶片开头对 的影响,2. 流体输送机械,注意：为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。,由前分析，前弯叶片产生的 最大，似乎前弯叶片最有利，为什么说采用后弯叶片是最好的？,2.2.1 离心泵的工作原理,2. 流体输送机械,原因： 的前弯叶片流体出口的绝对速度 很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。

7、动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于 大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片( )。,(3)液体密度对理论压头的影响,从式（2-15）或（2-18）均可看出 与 无关，也就是说被输送液体 变，在其他条件不变时 不变。,因为：,2.2.1 离心泵的工作原理,注意： 泵启动前，引水灌泵 吸入口必须装有底阀（止逆阀）。吸：阀开，灌泵：阀关。 底阀不能漏气，否则混入空气，使泵内的密度下降，造成压差很小，不能将液体吸入泵内，这样就会使产生“气缚”现象。,2. 流体输送机械,返回,2.2.2 离心泵的特征曲线,一、

8、泵的有效功率 和效率,2. 流体输送机械,泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，w。,泵的有效压头，即单位流体自泵处净获得的能量，m。,电动机给予泵轴的功率称为轴功率 。泵在运转过程中由于存在种种原因导致机械能损失，使得 ， 之比称为泵的效率,2.2.2 离心泵的特征曲线,讨论： 离心泵内的容积损失、水力损失和机械损失是构成泵的效率的主要因素。 容积损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。下面介绍三种叶轮，并讨论它们的能量损失情况。,2. 流体输送机械,2.2.2 离心泵的特征曲线,二、离心泵的特性曲线,2. 流体输送机械,特性曲线：,通常，离心泵的特性曲

9、线由制造厂附于泵的样本或说明书中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。,2.2.2 离心泵的特征曲线,2. 流体输送机械,2.2.2 离心泵的特征曲线,例2-1 解：在截面1-1和2-2间列柏努利方程,2. 流体输送机械,1,1,2,2,2.2.2 离心泵的特征曲线,2. 流体输送机械,与 成正比，,与 也无关,与 也无关,2.2.2 离心泵的特征曲线,三、液体物对特性曲线的影响 1、密度,2. 流体输送机械,与 也无关，但是 与 有关,2、粘度,2.2.2 离心泵的特征曲线,泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送液体 比清水 大得较多。特性曲线将有所变化，应校正后再用，其他书有介绍

10、校正方法。根据修正后的特性曲线进行泵的选择。,2. 流体输送机械,四、转速n对特性曲线的影响 1、同一台泵，n不同，特性曲线就不同。 2、若n改变不大，可近似求出特性曲线，其换算条件如下： 转速改变前后液体离开叶轮的速度三角形相似（如图所示），则泵的效率相等。,2.2.2 离心泵的特征曲线,在n变化不小于20%时,2. 流体输送机械,比例定律（一）,五、叶轮直径对特性曲线的影响 泵制造厂和用户可采用车削叶轮，减小外径的方法来改变泵的特性曲线。,比例定律(二),返回,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作,一、离心泵的工作点,2. 流体输送机械,管路特性曲线方程：,泵特性曲线方程 ：,两特性曲线

11、方程的交点即为泵的工作点。如右图所示1和1/点。,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作,二、流量调节 方法：改变管路特性曲线或泵特性曲线。 1、节流法：改变出口阀的开度。 当阀门关小，阻力增大，管路曲线变陡。,2. 流体输送机械,1/,优点：操作方便，调节范围大，应用广泛。,缺点： 大(阀门关小时)， 低,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作,2、改变转速(改变泵的特性曲线),2. 流体输送机械,n/,1/,优点：不增加管路阻力，在一定范围内可保证在高效区工作。,缺点：调节不方便，范围小（季节性调节）,3、车削叶轮直径（一般少用）,4、离心泵的组合操作 前提：两台性能相同的泵才能进行组合。

12、,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作,并联泵 特点：,2. 流体输送机械,不考虑管路的影响,考虑管路的影响（也就是并联后应用于管路）,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作,2. 流体输送机械,串联泵 特点：,不考虑管路的影响,考虑管路的影响（也就是并联后应用于管路）,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作,组合方式的选择 目的：提高流量。,2. 流体输送机械,并,串,低阻管路a：,并联优于串联,高阻管路b：,串联优于并联,所， 高的管路采用串联。,返回,2.2.4 离心泵的安装高度,一、汽蚀现象,2. 流体输送机械,1、原因：提高泵的安装高度，泵叶片入口附近的压强可能降至输送温度下液体饱

13、和蒸汽压时，部分液体将在该处汽化并产生汽泡，被液流带入叶轮内压力较高处凝结或破裂。由于凝结点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。,2.2.4 离心泵的安装高度,2、汽蚀所带来的危害： (1)噪声大、泵体振动， (2)流量、压头、效率都明显下降 (3)严重时，泵不能正常工作 3、防止措施 把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。,2. 流体输送机械,2.2.4 离心泵的安装高度,二、临界汽蚀余量(NPSH)c与必需汽蚀余量(NPSH)r,2. 流体输送机械,在1-1和k-k截面列柏努利方程：,当 时，刚发生汽蚀， 则,

14、2.2.4 离心泵的安装高度,1、临界汽蚀余量(NPSH)c的定义：,2. 流体输送机械,2、必需汽蚀余量(NPSH)r泵产品样本提供 为了安全起见，工程上，在(NPSH)c的基础上加上0.5,3、泵制造厂是以下式为依据，用20水来测试其(NPSH)c,2.2.4 离心泵的安装高度,三、最大安装高度 与最大允许安装高度,2. 流体输送机械,在0-0和K-K截面列柏努利方程：,为安全起见，通常是 将减去一定量作为安装高度的上限，称为最大允许安装高度,2.2.4 离心泵的安装高度,讨论：,2. 流体输送机械,1、 (NPSH)r与 有关， ，因此在确定 时必须使用过程可能达到的最大流量进行计算。,

15、2、 ，应尽可能使 。措施：,(1)吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；,(2)吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；,(3)吸入管径大于排出管径。,返回,2.2.5 离心泵的选择,一、离心泵的类型 1、清水泵 旧型号：B型 新型号：IS型，其结构如图2-19所示。 IS型泵是根据国际标准ISO2858规定的性能和尺寸设计的，其效率比B型泵平均提高3.67%。 比如：IS80-65-160 80泵入口直径，mm； 65泵出口直径，mm； 160泵叶轮名义直径，mm 如果要求的压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D” 。如要求的流量很大，可采用双吸收式离心泵，其系

16、列代号“Sh”。,2. 流体输送机械,2.2.5 离心泵的选择,2. 流体输送机械,IS、IR 型单级单吸离心泵,ISG 型管道离心泵,2.2.5 离心泵的选择,2. 流体输送机械,D 系列多级离心泵,TSWA型卧式多级泵 T 透平式 S 单吸泵 W 介质温度低于80 A 第一次更新,2.2.5 离心泵的选择,2. 流体输送机械,2.2.5 离心泵的选择,2. 流体输送机械,若需要的流量很大，则可选用 Sh 双吸式离心泵,S 型单级双吸离心泵,S、SA、SH型单级双吸中开式离心泵,2、腐蚀泵，“F”系列，非“F”系列； 3、油泵，单吸“Y”系列，双吸式“YS”系列； 4、液下泵，“FY”系列；

17、 5、屏蔽泵； 6、杂质泵“P”系列； 二、离心泵的选用 1、根据被输送液体的性质确定泵的类型 2、确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。 3、根据所需流量和压头确定泵的型号,2. 流体输送机械,2.2.5 离心泵的选择,查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。 若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，H也应以最大流量对应值查找。 若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。 若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的 为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。 若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。,2. 流体输送机械,2.2.5 离心泵的选择,例如，当输送水时，要求H=45m, ，选用一清水泵。,2. 流体输送机械,2.2.5 离心泵的选择,所以，选用IS-50-32-200离心泵。 其它泵我们来看一看，他们的工作原理。 旋涡泵 往复泵 双动往复泵 旁路调节 齿轮泵 螺杆泵,2. 流体输送机械,2.2.5 离心泵的选择,返回,