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第二章 流体输送机械 通过本章学习,掌握化工中常用流体输送机 械的基本结构、工作原理和操作特性,能够根据 生产工艺要求和流体特性,合理地选择和正确操 作流体输送机械,并使之在高效下安全可靠运行。 学习目的 与要求 Date1 第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.1.1 流体输送机械的作用 Date2 一、管路系统对流体输送机械的 能量要求管路特性方程 管路对流体输送机械的能量要求由伯努利方程 计算。对于液体,采用以单位重量(1N)流体 为基准的伯努利方程式 (2-1) J/N or m (2-3) Date3 令 方程 变为 一、管路系统对流体输送机械的 能量要求管路特性方程 管路特性方程 Date4 对于通风机的气体输送系统,在风机进出口截 面间采用以单位体积(1m3)为基准的伯努利方 程式, J/m3或Pa (2-6 ) 位风压 (一般可忽略 ) 静风压 动风压 一、管路系统对流体输送机械的 能量要求管路特性方程 Date5 流体输送机械除满足工艺上对流量和压头(对 气体为风压与风量)两项主要技术指标要求外 ,还应满足如下要求: 结构简单,重量轻,投资费用低。 运行可靠,操作效率高,日常操作费用低。 能适应被输送流体的特性,如黏度、可燃性 、毒性、腐蚀性、爆炸性、含固体杂质等。 二管路系统对输送机械的其它 性能要求 Date6 第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.1.1 流体输送机械的作用 2.1.2 流体输送机械的分类 Date7 流体输送机械的分类 通风机 鼓风机 压缩机 真空泵 按输送流体 的状态分类 输送液体 输送气体 泵 Date8 流体输送机械的分类 按工作原理分类 动力式(叶轮式) 容积式(正位移式) 流体作用式 Date9 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 Date10 离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体 输送机械。其突出特点是结构简单、体积小、 流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、 适用范围广(包括流量、压头和介质性质)、 购置费和操作费用均较低。 一离心泵的工作原理 Date11 一离心泵的工作原理 图2-1 离心泵装置简图 泵 壳 叶 轮 吸入口 排出 口 泵 轴 离心泵的工作原理07 Date12 离心泵的工作原理 Date13 Date14 气缚现象 Date15 二离心泵的基本结构 Date16 二离心泵的基本结构 1离心泵的叶轮 闭式 半闭式 开式 图2-2离心泵的叶轮 Date17 闭式 Date18 半闭式 Date19 开式 Date20 单吸式 双吸式 图2-3 离心泵的吸液方式 吸液方式 二离心泵的基本结构 平衡 孔 Date21 单吸式、双吸式 Date22 2离心泵的泵壳和导轮 图2-4 泵壳和导轮 二离心泵的基本结构 导轮 Date23 3. 离心泵的轴封装置 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。常用的轴封装置有填料密封和 机械密封两大类。后者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。 二离心泵的基本结构 Date24 填料密封 Date25 练 习 题 目 思考题 1 离心泵的主要有哪几部分组成,工作原理是 什么? 2. 什么是气缚?如何防止? Date26 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 2.2.2 离心泵的基本方程式 2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 Date27 一离心泵的性能参数 离心泵的主要性能参数: 流量、压头、效率、轴功率等。 泵的性能参数及相互之间的关系是选泵和进行 流量调节的依据。 离心泵的特性曲线: 主要性能参数之间的关系曲线。 是在一定转速下,用20清水在常压下实验测 得的。 Date28 1流量 离心泵的流量用q表示,常用单位为L/s、m3/s。 2压头(扬程) 一般用H表示,单位为J/N或m。 3效率 (1)容积损失 (2)水力损失 (3)机械效 率 一离心泵的性能参数 Date29 (1)容积损失 即泄漏造成的损失。 (2)水力损失 由于液体流经叶片、蜗壳的沿程 阻力,流道面积和方向变化的局部阻力,以及叶 轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。 (3)机械效率 由于高速旋转的叶轮表面与液体 之间摩擦,泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造 成的能量损失。 一离心泵的性能参数 Date30 总效率由上述三部分构成,即 (1)闭式叶轮的容积效率值在0.850.95。 (2)额定流量下,水力效率最高,其值在0.8 0.9的范围。 (3)机械损失可用机械效率来反映,其值在 0.960.99之间。 一离心泵的性能参数 Date31 4离心泵的有效功率和轴功率 由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率,单位 为W或kW。则有 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 一离心泵的性能参数 Date32 图2-9 离心泵的特性曲线 二离心泵的特性曲线 Date33 每种型号的离心泵在特定转速下有其独 特的特性曲线,且不受管路特性的影响。 在固定转速下,离心泵的流量和压头, 效率不随被输送液体的密度而变,但泵的功率 与液体密度成正比。 二离心泵的特性曲线 Date34 离心泵的轴功率P在流量为零时为最小, 随流量的增大而上升,因而在启动离心泵时应 关闭泵的出口阀,以减少启动电流,保护电机 。待运转正常后,再打开泵出口阀并调节流量 至规定值。同理,停泵时也要先关出口阀,还 可防止排出管中液体倒流,保护叶轮。 二离心泵的特性曲线 Date35 离心泵的压头一般随流量加大而下降(在 极小流量时有例外)。此规律和离心泵理论压头 的表达式相一致。 在额定流量下泵的效率为最高。该最高效 率点称为泵的设计点,对应的各项参数称为最佳 工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最 高效率点对应的数值。离心泵应尽可能在高效区 操作(最高效率的92%范围内)。 二离心泵的特性曲线 Date36 二离心泵的特性曲线 设计 点 最佳 工况 参数 高效 区 Date37 三影响离心泵性能的因素及性能换算 1液体物性的影响 (1)液体的密度 流量、压头、泵的效率不随密度而改变 泵的功率与液体密度成正比 Date38 三影响离心泵性能的因素及性能换算 (2)液体的黏度 当被输送液体的黏度大于常温水的黏度时,泵 的流量、压头、效率随黏度增加而下降,但轴 功率增加。 当液体运动黏度大于20cSt时 Date39 Date40 Date41 2离心泵转速的影响 其适用条件是离心泵的转速变化不大于20% 。 三影响离心泵性能的因素及性能换算 离心泵的比例定律 Date42 3离心泵叶轮外径的影响 其适用条件是固定转速下,叶轮直径的车销不 大于5%D2。 三影响离心泵性能的因素及性能换算 离心泵的切割定律 Date43 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 2.2.2 离心泵的基本方程式 2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 2.2.4 离心泵在管路中的运行 Date44 一离心泵的安装高度 离心泵的安装高度 是指泵的入口距贮 槽液面的垂直距离 图2-12离心泵吸液示意图 安装高度 Date45 若贮槽液面上方与大气相通,则p0即为大气压pa 泵的允许 安装高度 泵入口处可允 许的最低压力 一离心泵的安装高度 Date46 1离心泵的安装高度的限制汽蚀现象 泵吸入口附近压力等于或低于pv。 泵扬程较正常值下降3为标志。 一离心泵的安装高度 出现汽蚀的标志 产生原因 Date47 汽蚀现象 Date48 (1)泵体产生震动与噪音; (2)泵性能(q、H、)下降; (3)泵壳及叶轮冲蚀(点蚀到裂缝)。 应注意区别气缚现象与汽蚀现象。 汽蚀的危害 一离心泵的安装高度 Date49 2离心泵的抗汽蚀性能 用NPSH表示,单位为m,其定义式 泵入口液 体静压头 泵入口液 体动压头 操作温度下液体 的饱和蒸汽压头 一离心泵的安装高度 汽蚀余量 Date50 (1)临界汽蚀余量(NPSH)c 当流体流量一定而且进入阻力平方区时,( NPSH)c值仅与泵的结构和尺寸有关,由泵的制 造厂实验测定。 一离心泵的安装高度 Date51 (2)必需汽蚀余量(NPSH)r 为了确保离心泵的正常操作,将所测得的 (NPSH)c值加上一定的安全量作为必需汽蚀余量 (NPSH)r,列于泵产品样本或绘于泵的特性曲线 上。 其值随流量增加而加大。(NPSH)r越小,泵的抗 气蚀性能越好。 一离心泵的安装高度 Date52 图2-13(NPSH)rq关系曲线 一离心泵的安装高度 必需 汽蚀 余量 Date53 (3)允许汽蚀余量NPSH 一离心泵的安装高度 Date54 (2-28) 离心泵的允许吸上真空度值愈大,表示该 泵在一定条件下操作时其抗汽蚀性能愈好。允 许吸上真空度与泵的结构、被输送液体的性质 及液面上方压力有关,其值随q增加而降低。 一离心泵的安装高度 允许吸上真空度 Date55 Hs值由泵生产厂家于常压下(98.1kPa)用 20清水实验测得。当操作条件与该条件不一 致或输送其它液体时,对Hs要进行校正。 一离心泵的安装高度 Date56 3离心泵的允许安装高度 汽蚀余量法 吸上真空法 离心泵的实际安装高度应比允许安装高度减小 0.51m。 离心泵的实际安装高度应以夏天当地最高温度和 所需要最大用水量为设计依据。 一离心泵的安装高度 Date57 二离心泵的工作点 (管路特性方程) (2-5) (泵的特性方程) (2-17 ) 联立泵的特性方程式和管路特性方程式所解 得的流量和压头即为泵的工作点。在特定曲线图 上,泵的工作点对应泵的特性曲线和管路特性曲 线的交点 Date58 图2-14 管路特性曲线与泵的工作点 工作 点 二离心泵的工作点 Date59 练 习 题 目 思考题 1 描述离心泵性能的参数有哪些?特性曲线中 每条线是如何变化的? 2. 汽蚀现象是什么,与气缚有什么差别?如何 防止? 3. 描述离心泵抗汽蚀性能的参数有哪些?它们 的定义以及与安装高度的关系。 Date60 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 2.2.2 离心泵的基本方程式 2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 2.2.4 离心泵在管路中的运行 Date61 三离心泵的流量调节 1改变管路特性曲线改变泵出口阀开度 Date62 2改变泵的特性 改变泵的转速n(比例定律)或叶轮外缘尺寸D2( 切割定律)均可改变泵的特性,如例2-4所示。 三离心泵的流量调节 Date63 3离心泵的并联和串联操作 (1)离心泵的并联 三离心泵的流量调节 在同一压头下,并联 泵的流量为单台泵的 两倍。 并联泵的 工作点 Date64 并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍 ,而并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的 总效率与单台的效率相同。 三离心泵的流量调节 Date65 (2)离心泵的串联 三离心泵的流量调节 在同一流量下,串联 泵的压头为单台泵压 头的两倍 串联泵 的工作 点 Date66 两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压 头的两倍,流量大于单台泵的。串联泵的效率 为q串下单台泵的效率。 三离心泵的流量调节 Date67 (3)离心泵组合方式的选择 三离心泵的流量调节 单台泵 工作点 2台泵串 联工作点 2台泵并 联工作点 Date68 (3)离心泵组合方式的选择 三离心泵的流量调节 单台泵 工作点 2台泵并 联工作点 2台泵串 联工作点 Date69 如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两 端的 值,则只能采用泵的串联操作。 对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路,采 用并联
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