化工原理(上)第二章流體輸送機(jī)械

PowerPointTemplate化工原理——朱明娟2012年3月11日模塊一：流體流動與輸送機(jī)械

項目四、流體輸送機(jī)械技能訓(xùn)練：離心泵仿真操作

任務(wù)1.21其他輸送機(jī)械任務(wù)1.20離心泵的氣縛現(xiàn)象處理任務(wù)1.19離心泵的性能測定

任務(wù)1.18離心泵結(jié)構(gòu)及類型

模塊一：流體流動與輸送機(jī)械

項目四、流體輸送機(jī)械能力目標(biāo)知識目標(biāo)了解離心泵的工作原理及結(jié)構(gòu)掌握離心泵開停車要點(diǎn)能夠正常操作并維護(hù)輸送機(jī)械

能根據(jù)條件設(shè)計離心本認(rèn)識離心泵工作原理認(rèn)識其他輸送機(jī)械掌握其他輸送機(jī)械原理了解輸送機(jī)械種類及維護(hù)蝸殼（外殼）；葉輪：敞式,半蔽式,蔽式單吸式、雙吸式。附屬裝置：底閥、濾網(wǎng)、調(diào)節(jié)閥、平衡孔(平衡管)、排氣孔、軸封。一、離心泵的基本結(jié)構(gòu)，工作原理及性能參數(shù)

(1)離心泵的結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)：

任務(wù)1.18離心泵結(jié)構(gòu)及類型離心泵外形：任務(wù)1.18離心泵結(jié)構(gòu)及類型

(2)工作原理

(a)排出階段葉輪旋轉(zhuǎn)(產(chǎn)生離心力，使液體獲得能量）→流體流入渦殼(動能→靜壓能)→流向輸出管路。

(b)吸入階段

液體自葉輪中心甩向外緣→葉輪中心形成低壓區(qū)→貯槽液面與泵入口形成壓差→液體吸入泵內(nèi)。氣縛現(xiàn)象：泵內(nèi)未充滿液體，氣體密度低，產(chǎn)生離心力小，在葉輪中心形成的低壓不足以將液體吸上,液體不能正常吸入和排出。說明：離心泵無自吸能力，啟動前必須將泵體內(nèi)充滿液體。

離心泵結(jié)構(gòu)示意圖任務(wù)1.18離心泵結(jié)構(gòu)及類型(c)主要部件作用泵殼：動能→靜壓能，提高液體壓力,能量轉(zhuǎn)換裝置。

葉輪：把原動機(jī)(電機(jī))的機(jī)械能，傳遞給液體，提高液體的動能和靜壓能。

葉輪形式：葉輪由6～12片葉片組成。按葉片兩側(cè)有無蓋板:敞式、半蔽式、蔽式。

葉輪的類型任務(wù)1.18離心泵結(jié)構(gòu)及類型(a)后蓋板平衡孔單吸式雙吸式按吸液方式：單吸式、雙吸式。蔽式葉輪：適用于輸送清潔液體敞式和半蔽式葉輪：流道不易堵塞，適用于輸送含有固體顆粒的液體懸浮液，效率低。單吸式：結(jié)構(gòu)簡單，液體從葉輪一側(cè)被吸入。雙吸式：吸液能力大，基本上消除軸向推力。任務(wù)1.18離心泵結(jié)構(gòu)及類型(3)離心泵的性能參數(shù)①壓頭(揚(yáng)程)H：離心泵對單位重量液體提供的有效機(jī)械能量，也就是液體從泵實際獲得的凈機(jī)械能量。單位為J/N即m（指m液柱）。②流量Q：以體積流量表示的送液能力。其單位為：

大小取決于泵的結(jié)構(gòu)型式、尺寸（葉輪直徑和流道尺寸）轉(zhuǎn)速及液體黏度。小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%左右。③功率：

有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體經(jīng)離心泵所獲得的實際機(jī)械能量，也就是離心泵對液體做的凈功率。軸功率N：單位時間內(nèi)通過泵軸傳入泵的機(jī)械能量，用來提供泵的有效功率并克服單位時間在泵內(nèi)發(fā)生的各種機(jī)械能損失，單位同上。④效率η：

①水力損失

摩擦損失：與流量平方成正比。

沖擊損失：與安裝角，導(dǎo)向裝置有關(guān),在設(shè)計狀態(tài)下為零,

在非設(shè)計狀態(tài)下與流量的平方成正比。

環(huán)流損失：與葉片數(shù)目和形狀等有關(guān),幾乎與流量無關(guān)。

水力效率ηH

②

容積損失

原因：高壓區(qū)向低壓區(qū)泄漏，

減少方法：采用蔽式葉輪等。

容積效率:離心泵的效率泵內(nèi)液體的泄漏

③機(jī)械損失

原因：摩擦損失

機(jī)械效率ηM一、離心泵的特性曲線

說明：（a）由廠家提供

標(biāo)準(zhǔn)測定條件：常壓、20℃清水、轉(zhuǎn)速為2900r/min。（b）曲線與葉輪轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，故圖中應(yīng)標(biāo)明轉(zhuǎn)數(shù)。

離心泵典型的特性曲線任務(wù)1.19離心泵的性能測定封閉啟動(關(guān)出口閥啟動）目的：常用電機(jī)的啟動電流時全速運(yùn)轉(zhuǎn)時的4-5倍，防止電機(jī)過載，燒壞。（e）η-Q曲線設(shè)計點(diǎn)：最高效率點(diǎn)，對應(yīng)的參數(shù)值稱為最佳工況參數(shù)

高效區(qū)范圍：

（c）H-Q

曲線選泵時常用，Q↑，H↓；（d）N-Q曲線Q↑N↑選用離心泵，盡可能在高效區(qū)內(nèi)工作。

離心泵典型的特性曲線FI-03FI-01FI-02離心泵性能曲線測定裝置圖（2）離心泵性能曲線實驗測定①測定原理

②測定數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)：不同流量下的泵進(jìn)、出口處壓強(qiáng)、軸功率③繪制特性曲線計算H、η：其中動能差項很小，可忽略不計，P2-P1可視為壓強(qiáng)表讀數(shù)與真空度讀數(shù)之和。（3）液體物性對離心泵特性曲線的影響

①密度對泵特性曲線的影響

說明：流體密度變化時，應(yīng)校正P-Q曲線。

②粘度對泵特性曲線的影響

定量計算：經(jīng)驗公式由實驗確定。定性分析：當(dāng)黏度增大，液體通過葉輪與泵殼的能量損失也增大，使揚(yáng)程、流量減小，效率下降，軸功率增大。（4）葉輪直徑對特性曲線的影響

切削法：同一型號的泵，可通過切削葉輪直徑，而維持其余尺寸（包括葉輪出口截面積）不變的方法來改變泵的特性曲線的方法

適用：葉輪切削量小于10%-20%切削定律：在葉輪直徑變化不大（不超過10~20%），近似認(rèn)為葉輪出口的速度及泵的效率基本不變的前提下：（5）葉輪轉(zhuǎn)數(shù)對特性曲線的影響

同一臺離心泵，轉(zhuǎn)速改變，特性曲線也發(fā)生變化。

若轉(zhuǎn)速改變后，葉輪出口速度、泵的效率近似保持不變，則有：適用：葉輪轉(zhuǎn)數(shù)變化不超過20%比例定律：二、離心泵在管路中的工況（1）管路特性與泵的工作點(diǎn)

管路特性：流體流經(jīng)管路系統(tǒng)時，需要的壓頭和流量之間的關(guān)系。反映管路對泵的要求。離心泵的工作點(diǎn)：泵工作時的Q

、H、N、η說明：泵工作點(diǎn)受到泵性能、管路特性制約管路特性--管路特性曲線。泵性能--離心泵特性曲線，

①管路特性曲線方程

本質(zhì)：機(jī)械能衡算方程反映全管路系統(tǒng)的能量需求特性。說明：由管路系統(tǒng)本身決定，與泵的特性無關(guān)。ab

管路特性曲線qVH

②影響管路特性曲線的因素影響B(tài)：影響A：③離心泵的工作點(diǎn)

即管路、泵特性曲線交點(diǎn)。2）作圖法分別在圖上作出泵的特性曲線和管路特性曲線，讀出交點(diǎn)坐標(biāo)。

離心泵工作點(diǎn)H-qV曲線L-qV曲線HHMMdcPqV,MqVη

1）公式計算

（2）離心泵的流量調(diào)節(jié)實質(zhì)：對工作點(diǎn)的調(diào)整；方法：改變泵或管路特性曲線。離心泵工作點(diǎn)H-qV曲線L-qV曲線HHMMdcPqV,MqVη①節(jié)流調(diào)節(jié)（閥門調(diào)節(jié)）方法：改變泵出口閥門開度

實質(zhì)：改變管路特性曲線

(閥門上阻力損失變化)，

泵特性曲線不變。節(jié)流，多消耗在閥門上能量:優(yōu)點(diǎn)：迅速方便,連續(xù)調(diào)節(jié)；代價：閥門阻力損失↑；適用：流量調(diào)節(jié)幅度不大，須經(jīng)常調(diào)節(jié)的地方。泵出口閥：兩套(手動閥和自動閥)離心泵節(jié)流調(diào)節(jié)時工作點(diǎn)的變化qV,MqVq‘V,M②調(diào)節(jié)離心泵轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪直徑

實質(zhì)：改變泵特性曲線，管路特性不變。適用：流量變化幅度大的場合。優(yōu)點(diǎn)：不因調(diào)節(jié)流量而損失能量。改變轉(zhuǎn)速時工作點(diǎn)的變化Enn'MM'H-qVHHMH’-qVH’MqV,MqVq’V,M

①泵合成特性曲線改變

在相同壓頭下，流量加倍。(1)并聯(lián)操作

泵型號相同，吸入管路相同，出口閥開度相同。②管路特性曲線不變?nèi)?、離心泵的組合運(yùn)轉(zhuǎn)工況分析

組合方式：并聯(lián)和串聯(lián)。

目的：提高泵輸出的流量或壓頭。HqV,1qVqV,并H并BAcbd離心泵的并聯(lián)操作③并聯(lián)泵的工作點(diǎn)*并聯(lián)泵總流量和總壓頭↑；*

流量增加不到單泵的兩倍；

原因：管路存在阻力損失。④并聯(lián)泵效率等于單泵在qV,單時的工作效率。HqV,1qVqV,并H并BAcbd離心泵的并聯(lián)操作①泵的合成特性曲線改變

相同流量下，壓頭加倍。

(2)串聯(lián)操作泵型號相同，首尾相連。②管路合成特性曲線不變HqVqV,串H串BAcbd離心泵的串聯(lián)操作c’③串聯(lián)泵的工作點(diǎn)

*串聯(lián)泵的總流量和總壓頭↑；

*壓頭增加不到單泵的兩倍。④串聯(lián)泵效率等于單泵在qV,單時的工作效率。HqVqV,串H串BAcbd離心泵的串聯(lián)操作c’

(3)兩種組合方式的比較及選擇

①截距A

>He單max

應(yīng)采用串聯(lián)操作原因：并聯(lián)泵壓頭不夠大。

②串、并聯(lián)都滿足時，應(yīng)根據(jù)管路特性選擇對于低阻管路(B較小)，宜采用并聯(lián)操作；對于高阻管路(B較大)，宜采用串聯(lián)操作；離心泵組合方式的選擇HqVab22’11’(4)組合泵的流量調(diào)節(jié)

方法：同單泵；

注意：確定組合泵的工作點(diǎn)時，應(yīng)使用泵的合成特性曲線和管路特性曲線。離心泵組合方式的選擇HqVab22’11’一、離心泵的汽蝕現(xiàn)象

①汽蝕現(xiàn)象（空蝕）

吸入管段:

無外加機(jī)械能，液體靠勢能差，吸入離心泵。至泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)K處，若

離心泵的汽蝕1100z任務(wù)1.20離心泵的氣縛現(xiàn)象處理②泵汽蝕時的特征泵體振動、噪聲大；泵流量、壓頭、效率都顯著下降。③主要危害造成葉片損壞，離心泵不能正常操作。④汽蝕發(fā)生的位置葉輪內(nèi)壓力最低處(葉輪內(nèi)緣,葉片背面K處)。⑤衡量泵抗汽蝕能力的參數(shù)汽蝕余量、吸上真空高度。汽蝕時葉輪內(nèi)緣葉片背面示意圖容易發(fā)生氣蝕的K處(2)離心泵的汽蝕余量①汽蝕余量列1-1(泵入口)及K-K間的機(jī)械能衡算式：

離心泵的汽蝕1100z

關(guān)于NPSH（NetPositiveSuctionHead）

*泵抗汽蝕能力的參數(shù)*NPSH↓，則泵抗汽蝕能力↑。*NPSH=f(泵結(jié)構(gòu)、流體種類、流量)

流量↑，則NPSH↑，泵抗汽蝕能力↓*由泵樣本提供，工程上常用。

(a)必須汽蝕余量(NPSHr)

廠家提供，泵樣本中給出實驗條件：常壓，200C的清水校正：含汽蝕余量的離心泵特性曲線H~qVNPSHr~qVP~qVη~qVHqVΔNPSHr6040201086420.80.60.40.210-20405020010015003.00.40.22.00.60.11.01.40.8p/105Pa丙稀異丁烷丁烷甲醇水t/℃離心泵輸送烴類、甲醇和高溫水的ΔNPSHr值

(b)離心泵的有效汽蝕余量(NPSHa)

指：根據(jù)裝置實際情況計算的汽蝕余量

列0-0及K-K間機(jī)械能衡算式：

離心泵的汽蝕1100z管路上實際發(fā)生的汽蝕余量，只與入口管路條件有關(guān)，與泵的特性無關(guān)。

(d)離心泵的NPSHa安全裕量

理論上，NPSHa>NPSHr泵不發(fā)生汽蝕。工程上，加一個安全裕量S

。一般要求S=0.5米。(c)

離心泵必需汽蝕余量對指定液體、在給定的泵轉(zhuǎn)速和流量下，為避免發(fā)生汽蝕，生產(chǎn)現(xiàn)場所必須保證達(dá)到的最低汽蝕余量值，用NPSHr表示。是泵的特性，與管路條件無關(guān)，是流體胸泵入口處到葉輪間各種流體阻力的函數(shù)，數(shù)值越小說明泵的抗汽蝕能力愈好。(3)離心泵的安裝高度安裝高度：泵入口與吸入液面間的垂直距離。①最大安裝高度Hg

在0-0，1-1截面間列機(jī)械能衡算方程：離心泵的汽蝕1100z②允許安裝高度說明：為保證泵不發(fā)生汽蝕（4）防止產(chǎn)生汽蝕的辦法①儲槽上方壓力p0：②液體飽和蒸汽壓pS：③泵吸入管段阻力∑hf,0-1:方法：應(yīng)盡可能減小泵吸入管段阻力，所以管路調(diào)節(jié)是使用出口管路上的閥門而不是入口管路上的閥門。

四、離心泵的類型與選用

(1)離心泵的類型

按輸送液體的性質(zhì)或泵結(jié)構(gòu)分類，用英語或漢語拼音為系列代號。①清水泵B型：單級單吸式，系列揚(yáng)程范圍8~98m，流量范圍：4.5~360m3/h,屬常用型。D型：多級離心泵(一般2~9級)。系列揚(yáng)程范圍：14~351m，流量范圍：10.8~850m3/h，適用：壓頭高，而流量不大的場合。

S型：雙吸式離心泵系列揚(yáng)程范圍：9~140