化工原理 第二章 流體輸送機(jī)械

第二章流體(liútǐ)輸送機(jī)械流體(liútǐ)輸送機(jī)械液體輸送機(jī)械離心泵風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)真空泵目的→掌握典型流體輸送機(jī)械的結(jié)構(gòu)、原理及特性，做到合理選型和正確使用。氣體輸送和壓縮機(jī)械往復(fù)泵旋轉(zhuǎn)泵旋渦泵精品資料第二章流體輸送(shūsònɡ)機(jī)械流體(liútǐ)輸送機(jī)械動(dòng)力式（葉輪）往復(fù)式輸送機(jī)械旋轉(zhuǎn)式輸送機(jī)械容積式（正位移）離心式輸送機(jī)械軸流式輸送機(jī)械噴射式輸送機(jī)械精品資料離心泵－工作(gōngzuò)原理離心泵啟動(dòng)(qǐdòng)前“灌滿液”→除凈泵內(nèi)空氣，防止氣縛產(chǎn)生。氣縛→泵無自吸能力；若泵內(nèi)殘存空氣，由于空氣密度小致使旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，不足以將貯槽中的液體吸入泵內(nèi)。精品資料離心泵－工作(gōngzuò)原理離心泵濾網(wǎng)→阻擋液體中的固體顆粒被吸入而堵塞管道和泵殼。單向底閥→防止啟動(dòng)前灌入的液體從泵內(nèi)流出。調(diào)節(jié)(tiáojié)閥→供開工、停工和調(diào)節(jié)(tiáojié)流量使用。精品資料離心泵－結(jié)構(gòu)(jiégòu)1.葉輪（旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)部件）離心泵葉輪閉式葉輪→輸送清潔液體。半閉式和開式葉輪→輸送含固體顆粒的液體懸浮液。軸向推力→部分高壓液體漏入葉輪與泵殼間的兩側(cè)空腔中，因葉輪前后兩側(cè)壓力不等，產(chǎn)生指向葉輪吸入口的軸向推力。為平衡此力，在葉輪后蓋板上鉆一些小孔（平衡孔）。精品資料離心泵－結(jié)構(gòu)(jiégòu)離心泵吸液方式(fāngshì)葉輪吸液有單吸和雙吸；雙吸式葉輪不僅吸液能力更大，而且基本上消除了軸向推力。精品資料離心泵－結(jié)構(gòu)(jiégòu)2.泵殼（固定(gùdìng)部件）泵殼和導(dǎo)輪泵殼→俗稱蝸殼，起匯集液體和能量轉(zhuǎn)換的雙重作用。導(dǎo)輪→進(jìn)一步減少能量損失，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為靜壓能。精品資料離心泵－結(jié)構(gòu)(jiégòu)3.軸封（靜止(jìngzhǐ)部件）填料密封機(jī)械密封軸封作用→防止泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出或外界空氣漏入泵內(nèi)。軸封方式→填料密封和機(jī)械密封，后者適合輸送酸、堿及易燃、易爆和有毒的液體。精品資料離心泵－基本(jīběn)方程理論壓頭→離心泵在理想情況(qíngkuàng)下可能達(dá)到的最大壓頭，即具有無限多葉片的離心泵對單位重量理想液體所提供的能量。離心泵的基本方程→表達(dá)泵理論壓頭與其結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速與流量等之間的關(guān)系。依此計(jì)算離心泵的理論壓頭。1.推導(dǎo)精品資料離心泵－基本(jīběn)方程液體(yètǐ)在離心泵中的流動(dòng)→絕對速度與圓周速度之間的夾角?！鲃?dòng)角，指相對速度與圓周速度反向延長線的夾角。精品資料離心泵－基本(jīběn)方程離心泵基本(jīběn)方程離心泵基本方程的變式精品資料離心泵－基本(jīběn)方程2.分析(fēnxī)精品資料離心泵－基本(jīběn)方程③離心泵常用(chánɡyònɡ)后彎葉片⑴前彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最大。⑵當(dāng)，不僅靜壓頭較后彎葉片的低，而且液體出口絕對速度c2較大，致使能量損失↑。精品資料離心泵－基本(jīběn)方程④理論(lǐlùn)壓頭與理論(lǐlùn)流量離心泵的理論特性曲線精品資料離心泵－基本(jīběn)方程⑤實(shí)際(shíjì)壓頭與實(shí)際(shíjì)流量實(shí)際壓頭與實(shí)際流量之間關(guān)系壓頭：⑴軸向渦流→絕對速度↓→壓頭↓⑵各種能量損失→壓頭↓。流量：各種泄漏損失→流量↓離心泵的特性曲線→H－Q關(guān)系曲線精品資料離心泵－性能(xìngnéng)壓頭(yātóu)（揚(yáng)程）理論壓頭實(shí)際壓頭流量軸功率效率抗氣蝕性能離心泵性能精品資料離心泵－性能(xìngnéng)1.流量(liúliàng)流量（Q）→單位時(shí)間內(nèi)離心泵排送到管路系統(tǒng)的液體體積。Q與泵結(jié)構(gòu)、尺寸及轉(zhuǎn)速等有關(guān)。注意→離心泵實(shí)際流量還與管路特性相關(guān)。2.壓頭（揚(yáng)程）壓頭（H）→離心泵對單位重量液體所提供的有效能量。H與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速與流量有關(guān)。理論壓頭由離心泵基本方程計(jì)算；實(shí)際壓頭通過實(shí)驗(yàn)測定。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)3.效率(xiàolǜ)①容積損失→因液體泄漏造成的損失，。②機(jī)械損失→因泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間以及葉輪蓋板外表面與液體之間產(chǎn)生摩擦而造成的損失，。③水力損失→液體流經(jīng)葉輪通道和蝸殼產(chǎn)生的阻力及在泵局部處由環(huán)流和沖擊引起的局部阻力，。注意→小型泵效率為50％~70％，大型泵達(dá)90％。效率（η）→離心泵輸送液體過程中，由電動(dòng)機(jī)提供泵軸的能量未能全部為液體所得，其中的能量損失用效率表示。離心泵效率在某一流量下最高，此效率下的流量稱為額定流量。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)4.軸功率軸功率（N）→泵軸所需的功率。有效(yǒuxiào)功率（Ne）→液體從葉輪獲得的能量。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)5.抗氣蝕性能(xìngnéng)①氣蝕離心泵吸液氣蝕條件→葉片入口附近液體的靜壓強(qiáng)≤輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓。⑴泵的安裝高度過高。⑵泵送液體溫度過高。⑶泵吸入管路的局部阻力過大。氣蝕過程→發(fā)生氣蝕時(shí)，液體在該處部分汽化而產(chǎn)生氣泡，氣液混合物進(jìn)入葉輪高壓區(qū)后，氣泡急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡消失產(chǎn)生局部真空，周圍液體高速流向原氣泡占據(jù)的空間，產(chǎn)生極大的局部沖擊壓力，損壞葉輪和泵殼。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)氣蝕后果⑴離心泵性能(xìngnéng)↓，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)氣縛，使泵停止工作。⑵產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。⑶泵殼和葉輪受反復(fù)沖擊，泵使用壽命↓。措施根據(jù)泵的抗氣蝕性，確定泵的合理安裝高度，防止氣蝕發(fā)生。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)②離心泵的抗氣蝕性能(xìngnéng)（吸上性能(xìngnéng)）臨界氣蝕余量必需氣蝕余量⑴氣蝕余量（NetPositiveSuctionHead，NPSH）→離心泵入口處液體靜壓頭與動(dòng)壓頭之和與操作溫度下液體飽和蒸氣壓頭的差值。離心泵吸液精品資料離心泵－性能(xìngnéng)⑵允許(yǔnxǔ)吸上真空度（Hs'）允許(yǔnxǔ)吸上真空度→用真空度表示泵入口處最低壓強(qiáng)。

Hs'測定條件→大氣壓為98.1kPa(10mH2O)，20℃清水精品資料離心泵－性能(xìngnéng)③允許安裝(ānzhuāng)高度注意→離心泵的實(shí)際安裝高度比Hg低0.5～1m。離心泵吸液允許安裝高度（Hg）→亦稱允許吸上高度，指泵吸入口與貯槽液面間允許達(dá)到的最大垂直距離。精品資料離心泵－性能(xìngnéng)①離心泵特性(tèxìng)曲線離心泵特性曲線離心泵特性曲線→反映離心泵壓頭、軸功率、效率與流量之間關(guān)系的一組曲線。⑴主要由H-Q、N-Q及η-Q三條曲線構(gòu)成。⑵離心泵特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變，故特性曲線圖上必須標(biāo)明轉(zhuǎn)速。⑶H-Q曲線：。⑷N-Q曲線：。啟動(dòng)泵前，關(guān)閉出口閥，無流量，電流最小，保護(hù)電機(jī)。⑸η-Q曲線：在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵有最高效率點(diǎn)（即設(shè)計(jì)點(diǎn)）。設(shè)計(jì)點(diǎn)下的Q、H和N值稱為最佳工況參數(shù)（即銘牌參數(shù)）。泵在高效率區(qū)工作。6.離心泵特性曲線精品資料離心泵－性能(xìngnéng)測定離心泵特性(tèxìng)曲線②測定離心泵特性曲線（見P97，例2-2）精品資料離心泵－性能(xìngnéng)③離心泵性能的影響(yǐngxiǎng)因素⑴液體密度Q、H和η與ρ無關(guān)，N與ρ成正比→H-Q和η-Q曲線不變，N-Q曲線須修正。⑵液體黏度注意：精品資料離心泵－性能(xìngnéng)⑷葉輪(yèlún)直徑D變化不大（不大于5%）時(shí)，假設(shè)出口三角形相似、出口截面積不變和η相同：n變化不大（小于±20%）時(shí)，假設(shè)出口速度三角形相似和η相同：⑶轉(zhuǎn)速離心泵比例定律離心泵切割定律精品資料離心泵－操作(cāozuò)1.離心泵工作(gōngzuò)點(diǎn)①管路特性方程阻力平方區(qū)→管路輸送系統(tǒng)管路特性方程精品資料離心泵－操作(cāozuò)②離心泵工作(gōngzuò)點(diǎn)管路特性曲線與泵工作點(diǎn)管路特性曲線→即曲線，指在特定管路中輸送液體時(shí)，所需壓頭隨液體流量平方而變。此線與泵的特性無關(guān)。離心泵工作點(diǎn)精品資料離心泵－操作(cāozuò)2.離心泵流量(liúliàng)調(diào)節(jié)①改變閥門開度（常用）離心泵流量調(diào)節(jié)→本質(zhì)上是改變泵的工作點(diǎn)。通過三種方式（改變管路的特性曲線、泵的特性曲線或離心泵組合）實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。流量隨閥門開度的變化調(diào)節(jié)泵出口管路上的閥門開度→即改變管路特性曲線。優(yōu)點(diǎn)→快速簡便，連續(xù)改變流量。缺點(diǎn)→閥門↓，阻力↑，能耗↑；調(diào)節(jié)幅度較大時(shí)，離心泵常在低效區(qū)工作。精品資料離心泵－操作(cāozuò)②改變(gǎibiàn)泵轉(zhuǎn)速（少用）流量隨轉(zhuǎn)速的變化改變泵轉(zhuǎn)速→改變泵特性曲線優(yōu)點(diǎn)→流量隨轉(zhuǎn)速↓而↓，動(dòng)力消耗↓。缺點(diǎn)→配置成本高的變速裝置，難以連續(xù)調(diào)節(jié)流量。另外，葉輪直徑↓→流量↓，改變泵特性曲線，此法調(diào)節(jié)范圍有限，泵效率↓。精品資料離心泵－操作(cāozuò)③離心泵組合(zǔhé)1）同一壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍。2）流量↑，流動(dòng)阻力↑

→并聯(lián)后的總流量<單臺泵流量兩倍，并聯(lián)后操作壓頭>單臺泵壓頭。離心泵并聯(lián)⑴離心泵并聯(lián)精品資料離心泵－操作(cāozuò)1）同一(tóngyī)流量下，串聯(lián)泵的總壓頭為單臺泵壓頭的兩倍。2）離心泵串聯(lián)后的總壓頭<單臺泵壓頭兩倍，串聯(lián)后操作流量>單臺泵流量。離心泵串聯(lián)⑵離心泵串聯(lián)精品資料離心泵－操作(cāozuò)⑶離心泵組合方式(fāngshì)的選擇1）若管路K值>單泵最大壓頭→串聯(lián)。2）低阻管路a，泵并聯(lián)獲得比泵串聯(lián)更高的流量和壓頭，故優(yōu)先采用并聯(lián)。3）高阻管路b，泵串聯(lián)獲得比泵并聯(lián)更高的流量和壓頭，故優(yōu)先采用串聯(lián)。離心泵組合方式的選擇精品資料離心泵－選型1.離心泵類型(lèixíng)離心泵類型(lèixíng)精品資料離心泵－選型2.離心泵選擇(xuǎnzé)選泵步驟：①確定輸送系統(tǒng)的壓頭與流量按最大流量考慮，利用伯努利方程計(jì)算該流量下管路(ɡuǎnlù)所需壓頭。②選擇泵類型與型號根據(jù)輸送液體性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，然后，按已確定的壓頭與流量選擇型號。③核算軸功率若輸送液體密度大于水密度，核算N。（P117，圖2-28）精品資料離心泵－安裝(ānzhuāng)與操作①泵的安裝高度＜允許安裝高度。②開啟泵前，往泵內(nèi)灌滿被輸送液體（動(dòng)作1）。③啟動(dòng)泵前，先關(guān)閉(guānbì)出口閥（動(dòng)作2）；停泵前，亦先關(guān)閉(guānbì)出口閥（動(dòng)作3）。④定期檢查和維修，注意泵液體泄露和發(fā)熱等。①吸不上液→啟動(dòng)泵前注入液體量不足、底閥漏液或吸入管、底閥或葉輪堵塞。②運(yùn)轉(zhuǎn)中停止吸液→因泵內(nèi)吸入空氣形成氣縛，檢查吸入管路連接處及填料函等處是否漏氣。1.安裝與操作2.故障精品資料其他(qítā)泵1.往復(fù)泵往復(fù)泵工作原理(yuánlǐ)→活塞在泵缸內(nèi)左右兩端點(diǎn)之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而吸入和壓出液體。⑵正位移特性→往復(fù)泵排液能力與活塞位移有關(guān)，與管路無關(guān)；壓頭受管路承受能力的限制。往復(fù)泵沖程→亦稱位移，指活塞左端點(diǎn)到右端點(diǎn)的距離。⑴往復(fù)泵具有自吸能力，而吸入高度受限。①工作原理精品資料其他(qítā)泵②往復(fù)泵特性(tèxìng)⑴壓頭壓頭與泵尺寸無關(guān)。只要泵力學(xué)強(qiáng)度和原動(dòng)機(jī)功率允許，往復(fù)泵可達(dá)到想要的壓頭。⑵流量（排液能力）離心泵流量僅與泵尺寸和活塞往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與壓頭及管路無關(guān)→往復(fù)泵是具有正位移特性的容積泵。單動(dòng)泵（a）、雙動(dòng)泵（b）和三聯(lián)泵（c）的流量曲線圖精品資料其他(qítā)泵⑶特性(tèxìng)曲線往復(fù)泵理論流量取決于活塞掃過體積→特性方程為QT=Const。往復(fù)泵特性曲線精品資料其他(qítā)泵③往復(fù)泵的工作(gōngzuò)點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)往復(fù)泵工作點(diǎn)⑴旁路調(diào)節(jié)；⑵改變活塞沖程和往復(fù)次數(shù)。往復(fù)泵旁路調(diào)節(jié)往復(fù)泵適用于小流量、高壓強(qiáng)的場合，輸送高黏度液體；不宜輸送腐蝕性液體和含有固體粒子的懸浮液。精品資料其他(qítā)泵