食品工程原理流体流动14课件.ppt

1、1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 流体分为液体和气体。通常，将输送液体的机械称为泵；将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。流体输送机械按工作原理分为：动力式（叶轮式）：离心式、轴流式 容积式（正位移式）：往复式、旋转式 其他类型：喷射式等 离心泵 离心泵的外观离心泵的外观 离心泵的结构组成 一、离心泵的工作原理和主要部件 1.1.离心泵的工作原理离心泵的工作原理 灌满液体灌满液体 ，叶轮旋转，叶轮旋转 流体被压出流体被压出 思考：思考：离心力甩出液体离心力甩出液体 泵壳内进行能量的转换泵壳内进行能量的转换 叶轮中心形成真空叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流

2、体被压入泵内在压力差的作用下流体被压入泵内 流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？地位？常压流体常压流体 被甩出被甩出 机械旋转机械旋转 的离心力的离心力 高速流体高速流体 逐渐扩大的逐渐扩大的 泵壳通道泵壳通道 高压流体高压流体 思考：泵启动前为什么要灌满液体 启动与停泵：气缚现象 液体未灌满 气液 离心力甩不出气体 关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命。叶轮中心的真空度不够 吸不上液体 泵无法正常工作 2.离心泵的主要

3、部件离心泵的主要部件 叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达12003600转/min，高速1070020450转/min。根据其结构可分为：敞式叶轮敞式叶轮 没有前、后盖板；没有前、后盖板；结构简单，清洗方便；结构简单，清洗方便；但是液体易发生倒流，效率较低；但是液体易发生倒流，效率较低；适合于输送浆液和含有固粒悬浮物的液体，不适合于输送浆液和含有固粒悬浮物的液体，不易堵塞。易堵塞。敞式叶轮敞式叶轮 半蔽式叶轮半蔽式叶轮 吸液口一侧无盖板，效率也较低；吸液口一侧无盖板，效率也较低；适用于输送悬浮液。适用于输送悬浮液。蔽式叶轮蔽式叶轮 有前后轮盖；结

4、构较复杂，造价较高；效率较高，适于输送清洁流体；应用广泛。泵壳（蜗牛形，又称蜗壳）泵壳（蜗牛形，又称蜗壳）泵壳制成蜗牛形，使部分动能转换成静压能。从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。轴封装置轴封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界空气进入泵内。填料密封：填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封：机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。适用于要求密封较高的场合，如酸、碱、易燃、易爆及有毒液体的输送。2.离心泵的主要部件

5、离心泵的主要部件 以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个 单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。滤网：防止液体中杂质进入泵体。1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线 一、离心泵的主要性能参数 1）流量Q，m3/s 或m3/h：与泵的结构、尺寸（叶轮直径、叶片形状等）、转速、输液管路阻力等有关；2）压头(扬程)H，m：与泵的结构、转速、流量有关；3）效率?：与容积损失（泄漏起因的）、机械损失（机械摩擦起因的）、水力损失（黏性和涡流起因的环流、摩擦、冲击损失

6、）有关；一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达90%。一、离心泵的主要性能参数 4）离心泵的有效功率是指液体在单位时间内从叶轮获得的能量。轴功率P，由电机传送给泵的功率，可直接用效率来计算：Pe?Hqv?gP?Hqv?g/?一、离心泵的主要性能参数 5）叶轮转速 n 10003000转/min；2900转/min 最常见。泵在出厂前必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20 的水测定的。二、离心泵的特性曲线 30 30 2900r/min 2900r/min 26 26 22 22 4B20 4B20离心泵离心泵n n 由于离心泵的各种损

7、失难以定量H8 8 4 4 80%80%70%70%60%60%50%50%12 12 40%40%计算，使得离心泵的特性曲线Hqv、H H/m m Pqv、qv的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。18 18 14 14 10 10 N Nk kWW P20 20 40 40 30%30%20%20%0 0 0 0 0 0 60 60 80 80 100 100 120 120 140 140 q qv v/(m/(m3 3/h)/h)4B4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 二、离心泵的特性曲线 （1）HQ曲线曲线：Q，H(Q很小时可能例外很小时可能例外)。H/m 当

8、当Q0 时时，H也只能达到一定值，也只能达到一定值，这是离心泵的一个这是离心泵的一个重要特性重要特性。30 n2900r/min 26 22 18 14 10 4B20离心泵离心泵H8 4 80%70%60%50%12 40%NkW P20 40 30%20%0 0 0 60 80 100 120 140 Q/(m3/h)4B型离心泵的特性曲线 二、离心泵的特性曲线 30 n2900r/min 26 22 4B20离心泵离心泵H8 4 80%70%60%50%12 40%H/m（2）PQ曲线：Q，N。当Q0 时，P最小。这要求离心泵启18 14 10 NkW 动时，应关闭出口阀，以减小启动功率

9、，保护电动机免因超载而受损。0 N20 40 30%20%0 0 60 80 100 120 140 4B4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 Q/(m3/h)二、离心泵的特性曲线 （3）?Q曲线：H/m 极值点(最大值)，此点称泵的设计点。此时效率最高，损失最小，此点对应的H、Q、P称最佳工况参数。对应流量称额定流量。30 n2900r/min 26 22 18 14 10 4B20离心泵离心泵H8 4 80%70%60%50%12 40%NkW N20 40 30%20%0 0 0 60 80 100 120 140 Q/(m3/h)4B 型离心泵的特性曲线 泵的铭牌上即标注额定值，泵

10、在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92 max。1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线 1.4.3离心泵安装高度 一、汽蚀现象 液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从中央甩向外周，在叶轮中心进1-1 K-K 口处形成 负压（真空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度Zs。Zs p0 0-0 离心泵的安装高度 在液面 0-0 与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得：p0pkuk-?Zs?hf?0-k?g?g2g 若液面压强 p0 一定，吸入管路流量一定（即

11、uk一定），安装高度Zs，hf(0-k)，pk，当pk至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即pkpv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？Zs ps s 21 K-K 离心泵的安装高度 一、汽蚀现象 当pk?pv，压力升高 叶轮中心汽化?汽泡?凝结?局部真空 被抛向外围?周围液体高速冲向汽泡中心?撞击叶片(水锤)?伴随现象伴随现象 泵体振动并发出噪音 H,qv?,严重时不送液；时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片 一、汽蚀现象 汽蚀现象产生的原因汽蚀现象产生的原因?安装高度太高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；?吸入管路阻力或压头损失太高。二、离心泵的安装高度 1、允

12、许吸上真空度 为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Zs 表示。在液面0 与泵入口处1 两截面间列柏努利方程 p0?p1u1Zs?hf?g2gp0为大气压强pa 21Zspa?p1u10Zs?hf?g2g2二、离心泵的安装高度 pa?p1Hs?g离心泵的允许吸上真空度 注意：HS单位是压强的单位，通常以 m 液柱来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成 m（实际上应为mH2O）。2u1Zs?Hs?hf2g允许吸上高度的计算式允许吸上高度的计算式 二、离心泵的安装高度 提高 HS，势必要降低p1。pa

13、?p1Hs?gHS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗汽蚀性能好，安装高度Zs越高。p1降低到操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时，即发生汽蚀，Hs值达到临界值Hsmax，称为最大吸上真空度。1Hsmaxpa?pv?g0Zs二、离心泵的安装高度 度Hsp。pa?p1Hs?g为了避免汽蚀现象，规定吸上真空度留有一定的余量，称为允许吸上真空高Hsp?Hsmax据此计算离心泵的安装高度，称为允许安装高度Zsp。u1Zsp?Hsp?hf2g021Zs二、离心泵的安装高度 确定允许吸上真空高度Hsp应使用泵的最大流量下进行计算，通常由泵的制造工厂试验测定，在大气压为10 m H2O下，以20清水为介质进

14、行实验的。若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对Hsp进行校正。pv?pHsp?Hsp?10?Hs?gvHa：泵工作点的压力，mH2O pv：20水的饱和蒸汽压；pv：输送温度下水的饱和蒸汽压；三、安装高度三、安装高度Hg 2、允许吸上真空度 在o-o 与k-k 截面间列伯努利方程 poupkuzo?zk?hf,o?k?g 2 g?g 2 g2o2kZspo?pkuZs?hf(o?k)?g2 g2?uk?po?pk?hf(o?1)?hf(1?k)?g?2 g?2k?u?po?pk Zs?hf(o?1)?hf(1?k)?g?2 g?2kqv一定，发生气蚀时，pk=pv，Zs=Zsp

15、?u?po?pv Zsp?hf(o?1)?hf(1?k)?g?2 g?2k在在1-1 与与k-k 截面间列伯努利方程截面间列伯努利方程 pvup1uz1?zk?hf,1?k?g 2 g?g 2 g212kpvup1u?hf,1?k?g 2 g?g2 gpvp1u令：令：?h?(?)?g 2 g?g2k212k21汽蚀余量汽蚀余量?u?po?pv Zsp?hf(o?1)?hf(1?k)?g?2 g?po?pvHgmax?-?h?hf?g?-?h?Hsmax?hf1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线 1.4.3离心泵安装高度 1.4.4管路特性 一、离心泵的工

16、作点 离心泵的工作点是由离心泵特性曲线和 管路特性曲线共同确定的。1.管路特性曲线 222?p?uH?z?hf?g2g?p?u?z?A,?0?g2g2?z1p11?H?A?hf1.管路特性曲线?l?lehf?d?u2?2g?z22?8?l?le22?2()Q?BQ5?gdH?A?BQ21p11?管路特性方程管路特性方程 2.2.离心泵的工作点离心泵的工作点 工作点：泵特性曲线工作点：泵特性曲线和和管路特性曲线管路特性曲线的交点。的交点。在工作点处泵的输液量即为管路的流量Q，泵提供的压头（扬程）H 必恰等于管路所要求的压头H。当工作点是在高效区（不低于92 max），则该工作点是 适宜工作点，说

17、明泵选择的较好。?PA?z?gH H 管路管路H qv A 泵泵H Q 泵泵?Q O Q Q 离心泵的工作点离心泵的工作点 管路特性曲线H=A+BQ2为开口向上的抛物线，纵轴截距反映了管路上下游总势能差；B反映了管路阻力的大小；B，同样流量下管路的阻力越大，B较大的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路；H H 管路管路H Q 1 A 泵泵H Q?PA?z?gO 泵泵 Q Q 离心泵的工作点离心泵的工作点 Q 泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或m3/h；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；H 1 管路管路H Q A 泵泵H Q H?PA?z?gO 泵泵 Q?Q 离心泵的工作点离

18、心泵的工作点 Q 离心泵工作点的求法 解析法解析法即将泵的特性曲线与管路特性曲线联立求工作点；图解法图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。H 管路管路H qv 1 H A 泵泵H qv?PA?z?gO 泵泵 qv qv 离心泵的工作点离心泵的工作点 qv 二、离心泵的流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：高阻 H2 H1 he2 A?z?p?g1、改变管路特性曲线 在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。2 低阻 1 O qv2 qv1 qv 1 1、改变管路特性曲线、改变管路特性曲线 优点：操作简便、灵活，应用范围广。对调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。高阻 H2 H1 he2 2 低阻 1 缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。A?z?p?gO qv2 qv1 qv 2 2、改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 改变泵的转速、切削叶轮都可改变泵的特性曲线。