化工原理第二章流体输送机械教材课件.ppt

1、第二章 流体输送机械流体输送机械液体输送机械离心泵风机压缩机真空泵目的掌握典型流体输送机械的结构、原理及特性，做到合理选型和正确使用。气体输送和压缩机械往复泵旋转泵旋涡泵第二章 流体输送机械流体输送机械动力式（叶轮）往复式输送机械旋转式输送机械容积式（正位移）离心式输送机械轴流式输送机械喷射式输送机械离心泵工作原理离心泵启动前“灌满液”除净泵内空气，防止气缚产生。气缚泵无自吸能力；若泵内残存空气，由于空气密度小致使旋转后产生的离心力小，不足以将贮槽中的液体吸入泵内。离心泵工作原理离心泵滤网阻挡液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。单向底阀防止启动前灌入的液体从泵内流出。调节阀供开工、停工和调

2、节流量使用。离心泵结构1.叶轮（旋转部件）离心泵叶轮闭式叶轮输送清洁液体。半闭式和开式叶轮输送含固体颗粒的液体悬浮液。轴向推力部分高压液体漏入叶轮与泵壳间的两侧空腔中，因叶轮前后两侧压力不等，产生指向叶轮吸入口的轴向推力。为平衡此力，在叶轮后盖板上钻一些小孔（平衡孔）。离心泵结构离心泵吸液方式叶轮吸液有单吸和双吸；双吸式叶轮不仅吸液能力更大，而且基本上消除了轴向推力。离心泵结构2.泵壳（固定部件）泵壳和导轮泵壳俗称蜗壳，起汇集液体和能量转换的双重作用。导轮进一步减少能量损失，将部分动能转为静压能。离心泵结构3.轴封（静止部件）填料密封机械密封轴封作用防止泵内高压液体沿间隙漏出或外界空气漏入泵内

3、。轴封方式填料密封和机械密封，后者适合输送酸、碱及易燃、易爆和有毒的液体。离心泵基本方程理论压头离心泵在理想情况下可能达到的最大压头，即具有无限多叶片的离心泵对单位重量理想液体所提供的能量。离心泵的基本方程表达泵理论压头与其结构、尺寸、转速与流量等之间的关系。依此计算离心泵的理论压头。2ef2upHZHgg 221112e22f22HupupZZHgggg2211221e2f22upupgZWgZh1.推导离心泵基本方程液体在离心泵中的流动2ef2upHZHgg 222121Tpc2ppccHHHgg221122222221p12111dd22RRRRuuHF RRRRRgggg2212p22

4、wwHg22222112pp1p222uuwwHHHgg222222211221T222uuwwccHggg绝对速度与圆周速度之间的夹角。流动角，指相对速度与圆周速度反向延长线的夹角。离心泵基本方程222222211221T222uuwwccHggg2221111 112coswcucu2222222222coswcuc u2221 11Tcoscosu cu cHg190222Tcosu cHg离心泵基本方程T222rQcD b22222coscotrucc2222TT22cotuuHQgg D b2260nDu离心泵基本方程的变式离心泵基本方程22222TT222cot60nDuuHQug

5、g D b；2.分析T222TQbnDH、和不变，或。TH与 无关，而离心泵出口压强。222909090后弯叶片；径向叶片；前弯叶片离心泵基本方程 离心泵常用后弯叶片2222T2222T2222T90cot090cot090cot0uHguHguHg后弯叶片：；径向叶片：；前弯叶片：Tp2HH、与关系 前弯叶片产生的理论压头最大。当 ，不仅静压头较后弯叶片的低，而且液体出口绝对速度c2较大，致使能量损失。290离心泵基本方程 理论压头与理论流量TTHABQ222222cotuuHQgg D bTTTTHQ与关系2TT2TT2TT900900900BQHBQHBHQ后弯叶片：，；前弯叶片：，；径

6、向叶片：与无关。离心泵的理论特性曲线离心泵基本方程 实际压头与实际流量实际压头与实际流量之间关系压头：轴向涡流绝对速度 压头 各种能量损失压头。流量：各种泄漏损失流量离心泵的特性曲线H Q 关系曲线离心泵性能压头（扬程）理论压头实际压头流量轴功率效率抗气蚀性能离心泵性能离心泵性能1.流量流量（Q）单位时间内离心泵排送到管路系统的液体体积。Q与泵结构、尺寸及转速等有关。2260nDu注意离心泵实际流量还与管路特性相关。2.压头（扬程）压头（H）离心泵对单位重量液体所提供的有效能量。H与泵的结构、尺寸、转速与流量有关。理论压头由离心泵基本方程计算；实际压头通过实验测定。离心泵性能3.效率 容积损失

7、因液体泄漏造成的损失，。机械损失因泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生摩擦而造成的损失，。水力损失液体流经叶轮通道和蜗壳产生的阻力及在泵局部处由环流和冲击引起的局部阻力，。vmh 注意小型泵效率为5070，大型泵达90。效率（）离心泵输送液体过程中，由电动机提供泵轴的能量未能全部为液体所得，其中的能量损失用效率表示。V0.85 0.95m0.96 0.99h0.8 0.9离心泵效率在某一流量下最高，此效率下的流量称为额定流量。离心泵性能4.轴功率 轴功率（N）泵轴所需的功率。有效功率（Ne）液体从叶轮获得的能量。eNNkW102HQNeNQg HN 电 机 输 出

8、功 率电 机 输 入 功 率电 机 效 率离心泵性能5.抗气蚀性能 气蚀离心泵吸液气蚀条件叶片入口附近液体的静压强输送温度下液体的饱和蒸气压。泵的安装高度过高。泵送液体温度过高。泵吸入管路的局部阻力过大。气蚀过程发生气蚀时，液体在该处部分汽化而产生气泡，气液混合物进入叶轮高压区后，气泡急剧凝结或破裂。因气泡消失产生局部真空，周围液体高速流向原气泡占据的空间，产生极大的局部冲击压力，损坏叶轮和泵壳。离心泵性能气蚀后果 离心泵性能，严重时出现气缚，使泵停止工作。产生振动和噪声。泵壳和叶轮受反复冲击，泵使用寿命。措施 根据泵的抗气蚀性，确定泵的合理安装高度，防止气蚀发生。离心泵性能 离心泵的抗气蚀性

9、能（吸上性能）2v112ppuNPSHggg221,minv1kf,1-kc22ppuuNPSHHgggg221,minv1kf,1-k22ppuuHggggrc0.3NPSHNPSH临界气蚀余量必需气蚀余量 气蚀余量（Net Positive Suction Head，NPSH）离心泵入口处液体静压头与动压头之和与操作温度下液体饱和蒸气压头的差值。离心泵吸液离心泵性能a1smppHg 液柱 允许吸上真空度（Hs）允许吸上真空度用真空度表示泵入口处最低压强。Hs测定条件大气压为98.1 kPa(10 mH2O)，20 清水vssa31000100.249.81 10pHHH离心泵性能 允许安装

10、高度2011gf,0-12ppuHHgg0app2a11gf,0-12ppuHHgga1sppHg 2v11r2ppuNPSHgggavgf,0 1rppHNPSHHg21gsf,0 12uHHHg注意离心泵的实际安装高度比Hg低0.51 m。离心泵吸液允许安装高度（Hg）亦称允许吸上高度，指泵吸入口与贮槽液面间允许达到的最大垂直距离。离心泵性能 离心泵特性曲线离心泵特性曲线离心泵特性曲线反映离心泵压头、轴功率、效率与流量之间关系的一组曲线。主要由H-Q、N-Q及-Q三条曲线构成。离心泵特性曲线随转速而变，故特性曲线图上必须标明转速。QH H-Q曲线：。N-Q曲线：。启动泵前，关闭出口阀，无流

11、量，电流最小，保护电机。QN-Q曲线：在一定转速下，离心泵有最高效率点（即设计点）。设计点下的Q、H和N值称为最佳工况参数（即铭牌参数）。泵在高效率区工作。6.离心泵特性曲线离心泵性能222121f,1-22ppuuHhHgg21ppHg102HQN测定离心泵特性曲线N 电 动 机 输 出 功 率电 动 机 输 入 功 率电 动 机 效 率 测定离心泵特性曲线（见P97，例2-2）离心泵性能 离心泵性能的影响因素 液体密度Q、H和与无关，N与成正比H-Q和-Q曲线不变，N-Q曲线须修正。液体黏度注意：HQN能量损失，20cSt若，离心泵的特性曲线均要修正。离心泵性能 叶轮直径23222222D

12、DDQHNQDHDND；D变化不大（不大于5%）时，假设出口三角形相似、出口截面积不变和相同：n变化不大（小于20%）时，假设出口速度三角形相似和相同：222 2222222222 222222 2223sincossincosDb ccuu cuQnHnQDb ccunHu cunNHQnNHQn；转速离心泵比例定律离心泵切割定律离心泵操作1.离心泵工作点 管路特性方程2ef2puHZHgg pgKZ 202ug2efce2ee2/36002celluHdgllQAdge2123600cellBdgA令efHKH2eeHKBQeeHKf Q阻力平方区管路输送系统管路特性方程离心泵操作 离心泵

13、工作点 Hf Q管路特性曲线与泵工作点2eeHKBQeeHQ管路特性曲线即 曲线，指在特定管路中输送液体时，所需压头随液体流量平方而变。此线与泵的特性无关。2eeHKBQeeMM,orHQQH离心泵工作点离心泵操作2.离心泵流量调节 改变阀门开度（常用）离心泵流量调节本质上是改变泵的工作点。通过三种方式（改变管路的特性曲线、泵的特性曲线或离心泵组合）实现流量调节。流量随阀门开度的变化调节泵出口管路上的阀门开度即改变管路特性曲线。优点快速简便，连续改变流量。缺点阀门，阻力，能耗；调节幅度较大时，离心泵常在低效区工作。elB关小阀门，局部阻力，曲线变陡离心泵操作 改变泵转速（少用）流量随转速的变化

14、改变泵转速改变泵特性曲线优点流量随转速而，动力消耗。缺点配置成本高的变速装置，难以连续调节流量。另外，叶轮直径流量，改变泵特性曲线，此法调节范围有限，泵效率。离心泵操作 离心泵组合1）同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。2）流量，流动阻力 并联后的总流量单台泵压头。离心泵并联 离心泵并联离心泵操作1）同一流量下，串联泵的总压头为单台泵压头的两倍。2）离心泵串联后的总压头单台泵流量。离心泵串联 离心泵串联离心泵操作 离心泵组合方式的选择1）若管路K 值单泵最大压头串联。2）低阻管路a，泵并联获得比泵串联更高的流量和压头，故优先采用并联。3）高阻管路b，泵串联获得比泵并联更高的流量和压头，故优

15、先采用串联。离心泵组合方式的选择离心泵选型1.离心泵类型离心泵类型离心泵选型2.离心泵选择选泵步骤：确定输送系统的压头与流量 按最大流量考虑，利用伯努利方程计算该流量下管路所需压头。选择泵类型与型号 根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型，然后，按已确定的压头与流量选择型号。核算轴功率 若输送液体密度大于水密度，核算N。ss0.7516.44n QnnH；泵的比转数。（P117，图2-28）离心泵安装与操作 泵的安装高度允许安装高度。开启泵前，往泵内灌满被输送液体（动作1）。启动泵前，先关闭出口阀（动作2）；停泵前，亦先关闭出口阀（动作3）。定期检查和维修，注意泵液体泄露和发热等。吸不上液启动

16、泵前注入液体量不足、底阀漏液或吸入管、底阀或叶轮堵塞。运转中停止吸液因泵内吸入空气形成气缚，检查吸入管路连接处及填料函等处是否漏气。1.安装与操作2.故障其他泵1.往复泵往复泵工作原理活塞在泵缸内左右两端点之间作往复运动而吸入和压出液体。正位移特性往复泵排液能力与活塞位移有关，与管路无关；压头受管路承受能力的限制。往复泵冲程亦称位移，指活塞左端点到右端点的距离。往复泵具有自吸能力，而吸入高度受限。工作原理其他泵 往复泵特性 压头 压头与泵尺寸无关。只要泵力学强度和原动机功率允许，往复泵可达到想要的压头。流量（排液能力）离心泵流量仅与泵尺寸和活塞往复次数有关，而与压头及管路无关往复泵是具有正位移

17、特性的容积泵。单动泵（a）、双动泵（b）和三联泵（c）的流量曲线图其他泵 特性曲线往复泵理论流量取决于活塞扫过体积特性方程为 QT=Const。往复泵特性曲线其他泵 往复泵的工作点与流量调节往复泵工作点 旁路调节；改变活塞冲程和往复次数。往复泵旁路调节往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高黏度液体；不宜输送腐蚀性液体和含有固体粒子的悬浮液。其他泵2.计量泵（比例泵）计量泵经偏心轮把电机旋转变成柱塞的往复运动，调整偏心距离来改变柱塞冲程。若单位时间内柱塞往复次数不变，泵流量与柱塞冲程成正比，故可精确严格控制和调节其流量。计量泵精确控制输液量且调整灵活。计量泵其他泵3.隔膜泵隔膜泵亦称活柱往复泵

18、，用于定量地输送有毒、易燃、易爆和腐蚀性液体。隔膜泵其他泵4.齿轮泵属于旋转泵，压头高，流量小，适用于输送粘稠液体以至膏状物，不能输送含有固体颗粒的悬浮液。5.螺杆泵属于旋转泵，压头高、效率高和噪音低，适合输送高压粘稠液体。6.旋涡泵属于离心泵，适用于输液量小、压头高而黏度不大的液体。旋转泵正位移泵；具有自吸能力，无需灌泵。与离心泵类似，启动旋涡泵前需灌泵；不同的是N-Q曲线变化趋势相反（）启动旋涡泵时，出口阀和旁路阀必须全开。QN其他泵常用泵的性能比较气体输送和压缩机械气体压送机械通风机出口表压14.7 kPa鼓风机出口表压为14.7294 kPa，压缩比4压缩机出口表压294 kPa，压缩比4真空泵终压为大气压，压缩比由真空度决定压缩比压送机械出口与进口气体的绝对压强之比。