流体输送设备.ppt

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1、第2.8节 流体输送机械,（1）定义 能够为流体提供能量的机械就称为流体输送机械。 的大小是受工艺条件所限 a）位置的要求（ ） b）压强的要求（ ） c）克服流体的流动阻力（ ） （2）分类 根据所输送的流体 a）液体输送机械（泵） b）气体输送机械（风机或压缩机）,根据流体输送机械的工艺原理： a）离心式 高速旋转的叶轮向液体输送能量 b）往复式 利用活塞的往复运动，将能量传递给液体 c）旋转式 利用转子的旋转作用而吸入和排出液体 d）流体作用式 利用流体流动时动能和静压能的相互转换来吸 送液体或气体,第2.8节 流体输送机械,研究重点： 讨论液体输送机械的作用原理、基本构造与性能及有关计

2、算； 以离心泵为研究中的重中之重。,1.8.1 离心泵,离心泵的工作原理和主要部件 （1）工作原理 灌泵 在泵启动前，泵壳内灌 满被输送的液体； 排液 原动机轴叶轮旋转 离心力叶片间液体 中心外围液体被做功 动能高速离开叶轮外缘,离心泵,进入泵壳，流道增大，动能静压能，高压 吸液 中心外缘，形成真空，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体吸入。 离心泵之所以能够输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力。,离心泵,（2）气缚现象 如果在离心泵启动前，不灌满液体，会发生什么现象？,离心泵,1,1,0,0,h,贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，

3、即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。,离心泵,（3）主要部件 叶轮 a）作用：提供液体的动能和静压能 b）结构：叶轮上有4-12片后弯叶片 按叶片两侧有无盖板分为： 开式叶轮，半开式叶轮，闭式叶轮,离心泵,按照叶轮数目： 单级离心泵 多级离心泵 按照吸液方式的不同： 单吸：液体只能从一侧吸入 双吸：液体可从两侧同时吸入 可以消除轴向推力,离心泵,泵壳 a)结构 壳内通道截面逐渐扩大， 又称蜗壳。 b)作用 汇集由叶轮甩出的液体 能量转换装置（部分动 能转变为静压能）,离心泵,轴封装置： a）作用：泵轴与泵壳之间的密封，防止高压液体漏出或外界气体进入。 b）结构：

4、填料密封（填料函、软填料、填料压盖构成）机械密封（轴上的动环和壳上的静环）,离心泵,离心泵的主要性能参数 （1）流量 泵的送液能力，是指在铭牌规定的扬程内单位时间泵所能够输送的液体体积，用qv表示，单位常用m3/s或m3/h。 （2）扬程（压头） 是指单位重量液体流经泵后所获得的能量，用He 表示，单位为m。,离心泵,在泵的进口、出口处分别安装真空表和压力表，并在两表之间列BE，即 若压头损失可忽略不计：,1,2,离心泵,由于两截面间的距离很近。以H1和H2分别表示真空表和压力表上的读数：,（3）功率 离心泵轴功率是指泵轴所需的功率，也就是直接传动时电机传给泵轴的功率，以P表示，单位为W或kW

5、。 离心泵的有效功率是排送到管道的液体从叶轮获得的功率，单位时间内，流体流经泵后实际得到的功。以Pe表示，单位为W或kW。泵的有效功率可以根据泵的压头He和流量qv 计算，即,离心泵,（4）效率 由于泵内部的能量损失，泵轴从电机获得的功率并没有全部传给液体。 容积损失 水力损失泵内的损失由液体在泵内流动时的摩擦、涡流以及流动状态的变化而产生。,离心泵,机械损失轴承与密封圈，叶轮盖板与液体的摩擦，使功率增大。,离心泵的效率（又称总效率）：,讨论： 选配电机时，根据泵的轴功率，还要考虑机械的联接方式和泵可能发生超负荷运转，即要考虑传动效率、电动机效率和安全系数。 当电机和泵连接时，传动效率为1，电

6、动机效率为0.95，安全系数 需查表确定。,讨论： 离心泵的扬程与升扬高度的关系： 升扬高度是指离心泵将流体从低位送到高位时两液 面间的高度差，即BE中的z 扬程是能量的概念，即BE中的He 离心泵的流量是指用泵的出口管路上的流量。,离心泵,例：用耐腐蚀泵将20oC混合酸从常压贮槽输送到表压为196.2kPa的设备内，出口管（573.5mm）距贮槽液面的距离为6m,要求最大输送量为10m3/h.已知： 20 oC混合酸密度为1600kg/m3，= 2.210-2Pa.s，输液管道长10m，管道上有90o标准弯头2个（le/d=35），单向阀门1个（le/d=80），球形阀2个（le/d=300

7、）。转子流量计1个（le/d=400）。如果泵的效率=0.65，电动机效率m=0.95，求选配的电动机功率？,离心泵的特性曲线及其应用 （1）特性曲线 反应泵的性能，是分析和选用泵的重要依据,定型号 IS100-80-125 额定转数 标准状态,离心泵,qv/m3h-1,讨论： He qv曲线：反应扬程和流量间的关系。 qv，He。 Pqv 曲线：功率曲线，反映流量和功率间关系。 qv ，P。 大流量大电机 注意：关闭出口阀启动泵，启动电流最小，使泵在最低功率下启动，避免电机超载。 - qv 曲线：效率曲线，反映流量和效率间关系。小qv ，；大qv ，。 max,离心泵,注意： max 铭牌的

8、主要性能参数 max 在一定转速下的最高效率点，称为离心泵的设计点。离心泵在该点附近工作最为经济。 高效率区的效率不低于最高效率的92%左右，位于最高效率的7%左右。,（2）影响离心泵特性曲线的主要因素 粘度的影响 ，阻力，He， qv ， P a）液体粘度，叶轮内液体的流速降低，使得流量减小qv。 b）液体粘度，泵内的流动摩擦损失（水力损 失），使扬程减小He 。 c）液体粘度，叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦而引起的能量损失（机械损失），使轴功率P增加。,离心泵,密度的影响 a）发生变化，He 不发生变化 b）发生变化，qv不发生变化 c）离心泵的-qv 曲线也不随液体密度而变化 d）泵的轴

9、功率则随输送液体的密度改变而改变,离心泵,离心泵转速 n 20%以内 同一型号泵，同一液体，在不变的前提下 叶轮直径 D -5%以内 同一型号泵，同一液体，同一转速， 在不变的情况下,离心泵,离心泵的工作点和流量调节 （1）管路特性曲线（管路布局、操作条件） 描述在特定管路中， 输送一定量的流体 和所要求提供的 扬程之间的对应关系。 讨论： A是Heqv 曲线在He轴上截距；管路所需最小外加压头 若在阻力平方区，与qv无关,B为管路特性系数 高阻管路，曲线较陡；低阻管路，曲线较平缓。,离心泵,（2）离心泵的工作点 泵的He-qv与管路的He-qv曲线的交点,离心泵,讨论： 工作点泵特性曲线 &

10、 管路特性曲线 工作点确定：联解两特性方程 作图，两曲线交点 泵装于管路 工作点（He,qv ) qv= 泵供流量 = 管得流量 He = 泵供压头 = 流体得压头 工作点（qv ,He ,Pe, ）泵的实际工作状态 该点对应的效率 是在离心泵的最高效率区，该点为适宜的工作点。,离心泵,（3）离心泵的流量调节 是在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线。 关小出口阀 le 管路特性线变陡 工作点左上移 He ，qv 开大出口阀 le 管路特性线变缓 工作点右下移 He ，qv 改变离心泵的转数或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。 注意：等效率方程,离心泵,（4）流量调节方法的比较 操作费

11、用 设备费用 用出口阀来调节流量，是最经济的，也是最常用的 思考题： 当泵的出口处的调节阀关小后，阀前与阀后压力以及泵进口处的真空表压力将如何变化？ 当泵的转速减小，出口阀前、出口阀后压力以及泵进口处的真空表将如何变化？,离心泵,例：用离心泵将20的水从水池送入高压高位槽(如图 所示)。泵的进、出口处分别装有真空表及压力表。在 一定转速下测得离心泵的流量Q、扬程H、泵出口压力 p表、泵入口真空度p真以及泵的轴功率N。现改变以下 各条件之一而其它条件不变，问上述离心泵各参数将 如何变化？ （1）出口阀门开度增大； （2）液体密度改为1500kg/cm3； （3）泵叶轮直径减小5%； （4）转速提

12、高5%。,离心泵,离心泵,离心泵的组合操作 （1）离心泵的并联操作低阻管路 特点： 两台泵的扬程相同 总流量为每台泵的 流量之和,Q,He并=He单,离心泵,（2）离心泵的串联操作高阻管路 特点： 两台泵的流量相同 总扬程等于每台 泵的扬程之和,离心泵,离心泵的汽蚀现象和安装高度 离心泵的汽蚀现象 如图，若pa一定时，Hg， 就会导致p1，当吸入口处的 最低压力点pk小到输送温度下 液体的饱和蒸汽压pv时，液体 在该处汽化，形成气泡，含气 泡的液体进入叶轮的高压区后 ，气泡会破裂，周围液体以高 速冲向刚消失的气泡中心，造 成很高的局部冲击力。,离心泵,离心泵,当气泡的凝聚发生在叶片表面附近时，

13、液体质点犹如许多细小的高频水锤撞击着叶片，致使叶轮表面损伤，出现剥蚀现象，甚至呈海绵状脱落，这种现象称为离心泵的汽蚀现象。发生后，会使液体流量、压头及效率明显下降，严重时甚至吸不上液体。 若p0一定时，Hg,u1,hf，就会导致p1； 若贮液槽为密闭的，其压力下降，就会导致p1； 所输送液体的温度过高，就会导致pv。 那么： pkpv，不发生汽蚀现象,（1）允许吸上真空高度,泵入口处压力p1可允许达到的最高真空度，用Hs表示,泵的Hs是指大气压力为10 mH2O，水温为200C下的数值，如泵的使用条件与该状态不同时，则应将说明书给出的Hs换算成操作条件下的Hs,（2）汽蚀余量（ NPSH ）

14、有效汽蚀余量(ha )装置汽蚀余量 是指离心泵入口处液体的静压头与动压头之和超出蒸汽压头的部分。仅与管路条件有关，与泵结构无关。 临界汽蚀余量（hc ） 当叶轮入口处的最低压力等于输送温度下液体的饱和蒸汽压pv时，相应泵入口处压力p1存在一个最小值p1min，实际上反映了液体从泵入口处流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失。与泵的结构尺寸及流量有关。,离心泵,如何测定？ 在泵流量不变的情况下，逐渐降低p1，使泵刚好发生汽蚀，测p1min；再利用公式计算（h c ）。 必需汽蚀余量（h r） 是指泵在给定的转速和流量下所必需的汽蚀余量，一般在临界汽蚀余量hc加上一个安全裕量，并作为离心泵的性能参数

15、记在泵的样本中。,离心泵,离心泵,为安全起见，不发生汽蚀现象，一般要求：,发生严重汽蚀现象,刚好发生汽蚀现象,不发生汽蚀现象,如何利用汽蚀余量来判定泵是否发生汽蚀现象？,泵入口处压头,饱和蒸汽压头,叶轮内最低压力,压头安全裕量,0.5m,临 界 汽 蚀 余 量,必需 汽 蚀 余 量,有 效 汽 蚀 余 量,离心泵,（3）离心泵的允许安装高度,为保证泵安全操作，不发生汽蚀现象，必须保证：,离心泵,离心泵,提高离心泵的允许安装高度的途径： 减小吸入管路的阻力 较大的吸入管径 管路尽可能地短 减小吸入管路的弯头、阀门等管件，并将调节阀安装在排出管线上。,离心泵的类型与选用 （1）离心泵的类型（按输送

16、液体性质的标准系列） 清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单，造价低。 IS 耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。 F 油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。 Y 杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。 P,离心泵,（2）离心泵的选用 确定输送系统的流量与压头 选择泵的类型与型号 定类型由液体性质及输送条件定 定泵的型号由He、qv定 HeHe理 qvqv理且效率高 核算泵的特性参数,离心泵,（3）离心泵的安装与运转 安装：实际安装高度低于允许安装高度之下0.5 m，以防“汽蚀”。 启动： 灌泵，防“气缚” 关闭出口阀

17、，减少启动电流。 停泵：先关出口阀，再停电，防液体倒流入离心泵使叶轮受冲击损坏。,离心泵,常见故障： 1）启动时吸不上液体：灌液不足或底阀漏液、吸入管路堵塞； 2）运转时吸不上液体：吸入管路连接处或密封填料处漏气。,离心泵,离心泵,泵的流量调节（调工作点）,调出口阀,调转速,切割叶轮直径,管路特性曲线,泵的特性曲线,工作点(qv、He),离心泵,安装高度,泵装在管路中，确定安装高度汽蚀现象 泵的开车步骤灌泵，关出口阀，开电机，运转 泵的工作点管路特性曲线和泵的特性曲线 泵的关闭步骤关出口阀，关电机,离心泵,其他类型的化工用泵,1、往复泵 利用活塞的往复运动将能量传递给液体，完成对液体的输送。

18、特点（1）流量与活塞的位移有关， 与管路无关； （2）压头只与管路有关； （3）活塞直接对液体做功，能量直接以静压的方式传递给液体。液体可获得较高的压强。,正位移特性,往复泵流量调节,往复泵的流量不能用排出管路上的阀门来调节，而应采用旁路管或改变活塞的往复次数、改变活塞的冲程来实现。 往复泵适用于高压头、小流量、高粘度液体的输送，但不宜于输送腐蚀性液体。有时由蒸汽机直接带动，输送易燃、易爆的液体。,计量泵,用于精确和定量的输送液体,隔膜泵,齿轮泵,排出液体流量小，但出口压力高，在几个到十几个大气压，适于输送黏度大的液体。,漩涡泵,气体输送设备,按照出口压力和压缩比大小： （1）通风机 终压15

19、kPa，压缩比1-1.15 （2）鼓风机 终压14.7-294kPa，压缩比小于4； （3）压缩机 终压大于294 kPa，压缩比大于4 ； （4）真空泵 负压,离心式通风机的构造如图所示,。,离心式通风机,罗茨鼓风机,离心式鼓风机（透平鼓风机）,往复式压缩机,喷射真空泵,水环真空泵,例1：在图示管路中装有离心泵，吸入管直径 ，长 ，阻力系数 ，压出管直径 ，长 ，阻力系数 ，在压出管E处装有阀门，其局部阻力系数 ，管路两端水面高度差 ，泵进口高于水面2m，管内流量为1210-3m3/s。试求： （1）每千克流体需从离心泵获得多少机械能？ （2）泵进、出口断面的压强pc和pD各为多少？ （3）

20、如果是高位槽中的水沿同样管路向下流出，管内流量不变，问是否需要安装离心泵？,离心泵,离心泵,例2： 1）某管路安装一台IS80-50-200型水泵（其特性曲线如附图所示），将水池中的水送至高度为10m、表压为9.81104Pa的密闭容器内，管内流量为16.710-3m3/s。试求管路特性曲线（假定管内流动已进入阻力平方区）及输送每千克水所消耗的能量。 2）若将阀门关小，使管内流量减小25%，管路特性曲线（假定管内流动位于阻力平方区）有何变化？此时输送每千克水需消耗多少能量？与原管路相比，在此流量下输送每千克水额外消耗的理论功为多少？,离心泵,离心泵,例3：在图示管路中装有一台离心泵，离心泵的特

21、性曲线方程 ，管路两端的位差 ，压差 。用此管路输送清水时，供水量为 ，且管内流动已进入阻力平方区。若用此管路输送密度为1200kg/m3的碱液，阀门开度及管路两端条件皆维持不变，试求碱液的流量和离心泵的有效功率为多少？,离心泵,离心泵,例4：用IS65-50-160型离心泵从敞口容器输送液体，流量为25m3/h，离心泵的吸入管长度为10m，直径为68mm。假设吸入管内流动已进入阻力平方区，直管阻力系数为0.03，总局部阻力系数 ，当地的大气压为 ，试求此泵在输送以下各种流体时，允许安装高度为多少？ （1）输送20的水； （2）输送的油品； （3）输送沸腾的水。,离心泵,离心泵,例5：用图示管路系统测定离心泵汽蚀性能参数。离心泵的吸入管直径d1=80mm，在泵吸入口接一真空表，压出管直径d2=50mm，装有m=0.6的孔板流量计，适当调节阀门A和B的开度，可使吸入管阻力增大而管内流量不变。实验结果表明，当接在孔板两侧的水银压差计读数R=0.734m、吸入口真空度为72.0Kpa时，离心泵刚好发生汽蚀现象。已知水温为20，当地大气压为100Kpa，试求在该流量下离心泵的临界汽蚀余量为多少？,离心泵,思考题： 1、区分离心泵的气缚与汽蚀现象，扬程与升杨高度， 工作点与设计点？ 2、离心泵调节流量有哪些方法？,离心泵,