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化工原理电子教案/目录,1,目录,第二章 流体输送机械 第一节 离心泵 一、离心泵的构造和工作原理 二、离心泵主要构件的结构及功能 三、离心泵的主要性能参数 四、离心泵的特性曲线 五、离心泵的工作点与流量调节 习题课 六、离心泵的安装高度 七、离心泵的类型、选用、安装与操作,化工原理电子教案/目录,2,目录,第二节 其它类型泵 一、其它速度式泵 二、容积式泵 三、各类泵在化工生产中的应用 第三版第18次印刷的教材更正,3/53,第二章 流体输送机械,流体输送机械,4/53,第二章 流体输送机械,按泵的工作原理分:,特点:依靠旋转的叶片向液体传送机械能,特点:机械内部的工作容积不断发生变化。,5/53,第一节 离心泵,一、离心泵的构造和工作原理,1、离心泵的构造:,思考: 为什么叶片弯曲? 泵壳呈蜗壳状?,请点击观看动画,答案见后面的内容,6/53,一、离心泵的构造和工作原理,2、离心泵的工作原理,请点击观看动画,请点击观看动画,思考: 流体在泵内都获得了哪几种能量? 其中哪种能量占主导地位?,思考:泵启动前为什么要灌满液体,气缚现象,答案:动能和静压能,其中静压能占主导,7/53,二离心泵主要构件的结构及功能,1叶轮,闭式叶轮的内漏最小,故效率最高,敞式叶轮的内漏最大。 但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象,请点击观看动画,思考:三种叶轮中哪一种效率高?,叶轮是离心泵的心脏部件,有2 至6 片弯曲的叶片。,8/53,二离心泵主要构件的结构及功能,思考:泵壳的主要作用是什么?,2泵壳,汇集液体,并导出液体; 能量转换装置(动能变静压能),呈蜗牛壳状,思考:为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反?,3导轮,请点击观看动画,答案见后面的内容,固定不动,9/53,二离心泵主要构件的结构及功能,4. 轴封装置,填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维和膨胀石墨等,,请点击观看动画,-减少泵内高压液体外流,或防止空气侵入泵内。,由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成,动环随轴转动,静环装在泵壳上固定不动,二者在泵运转时保持紧贴状态以防止渗漏。,填料不能压得过紧,也不能压得过松,应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。,请点击观看动画,对于输送酸、碱的离心泵,密封要求比较严,多用机械密封。,10/53,三离心泵的主要性能参数,离心泵的主要性能参数,铭牌,11/53,三离心泵的主要性能参数,转速,H,又称扬程,泵对单位重量流体提供的有效能量,m。可用如图装置测量。,Q,泵单位时间实际输出的液体量,m3/s或m3/h。可测量。,n,单位r.p.s或r.p.m,在泵进口b 、泵出口 c 间列机械能衡算式:,流量,压头,12/53,三离心泵的主要性能参数,理论压头-理想情况下单位重量液体所获得的能量称为 理论压头,用H 表示。,泵的压头H与影响因素的关系式只能由实验测定,但理想情况下的关系式则可理论推导得到。,思考:由(1)、(2)可以得出什么结果?,13/53,实际压头H,实际压头比理论压头要小。具体原因如下:,此损失只与叶片数、液体黏度等有关,与流量几乎无关。,(1)叶片间的环流运动,请点击观看动画,考虑这一因素后,图中理论压头线a变为直线b 。,b,14/53,实际压头H,(2)阻力损失,考虑到这项损失后,压头线变为曲线c 。,此损失可近似视为与流速的平方呈正比。,b,c,15/53,实际压头H,(3)冲击损失,在设计流量下,此项损失最小。流量若偏离设计量越远,则冲击损失越大。,b,c,d,考虑到这项损失后,压头线应为曲线d。,16/53,三离心泵的主要性能参数,轴功率和效率,轴功率, 用N表示,单位W 或kW,效率,无量纲,有效功率Ne=msweQgH,单位W 或kW,三者关系(如图):,17/53,三离心泵的主要性能参数,轴功率和效率,小型水泵:一般为5070% 大型泵:可达90%以上,(1)容积损失,(2)水力损失,(3)机械损失,内漏,与效率有关的各种能量损失:,环流损失、阻力损失和冲击损失,泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦,18/53,三离心泵的主要性能参数,允许汽蚀余量将在后面介绍。,19/53,四离心泵的特性曲线,NQ曲线 Q曲线,测定条件: 固定转速, 20C清水,上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得,一般由厂家测定,并用曲线表示出来,称为离心泵特性曲线。常用的共有三条线,如图。,HQ曲线,20/53,四离心泵的特性曲线,由图可见: Q,H ,N,有最大值(设计点)。,思考: 离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开,why? 为什么Q0时,N0?,21/53,离心泵特性曲线的影响因素,液体性质 密度:,黏度:,Why?,当比20清水的大时,H,N,,实验表明,当20倍清水的黏度( 20 )时,对特性曲线的影响很小,可忽略不计。,对HQ曲线、Q曲线无影响,但,故,NQ曲线上移。,22/53,离心泵特性曲线的影响因素,叶轮转速,当转速变化不大时(小于20%),利用出口速度三角形相似的近似假定,可推知:,若不变,则,思考:若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2,则新转速n下泵的特性曲线方程表达式?,23/53,离心泵特性曲线的影响因素,泵在原转速n下的特性曲线方程,24/53,离心泵特性曲线的影响因素,叶轮直径,当叶轮直径因切割而变小时,若变化程度小于20%,则,若不变,则,思考:若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2,则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式?,注意:教材式(2-15)、(2-16c)有误,25/53,五、离心泵的工作点与流量调节,泵-供方 管路-需方,匹配:,1、管路特性曲线,泵提供的流量 = 管路所需的流量 泵提供的压头H = 管路所需的压头he,-管路所需压头he与流量关系曲线,对如图所示的管路列机械能衡算式:,26/53,五、离心泵的工作点与流量调节,管路特性方程,完全湍流时,,与流量无关,与流量有关,27/53,五、离心泵的工作点与流量调节,2、流量调节,调节阀门(改变曲线中的B),改变n、切割叶轮,阀门开大,阀门关小,工作点,两种方法,缺点:多耗动力,并可能使泵低效率区工作 优点:迅速、方便,可在某一最大流量与零之间随意变动。,不经常改变流量时用,大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术,28/53,习题课,-根据流量、压头选泵 将流量、压头裕量控制在10%左右。,29/53,设计型问题计算举例,【例1】 要用泵将水送到15 m高之处,最大流量为80 m3h-1。此流量下管路的压头损失为3 m。试在IS 型泵中,选定合用的一个。,【解】,题中已给出最大流量为: Q=80 m3h-1,取he的1.051.1倍则为18.919.8m。,查图2-18得:IS100-80-125,n2900 rmin-1 另:IS125-100-250,n1450 rmin-1泵虽同样合用,但泵体较大,一般情况下都选前者。,30/53,操作型问题计算举例,【例2】某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.(转/min),其特性曲线方程为H=300.01V2 。当泵的出口阀全开时,管路特性曲线方程为he=100.04V2,式中V的单位为m3/h,H及he的单位均为m。求: (1)阀全开时,泵的输水量为多少? (2)要求所需供水量为上述供水量的75%时: a若采用出口阀调节,则多损失的压头为多少m水柱? b若采用变速调节,则泵的转速应为多少r.p.m.?,【解】 (1),31/53,20,15,(2)多损失的压头为多少m水柱? a. 采用调节出口阀门的方法,泵特性曲线方程,管路特性曲线方程,32/53,泵特性曲线方程,管路特性曲线方程,b. 采用调节转速的方法,则泵的转速应为多少r.p.m.?,20,15,注意:以下解法错误!,新转速下泵的特性曲线方程为:,因为比例定律只适用于泵,而不能用于由泵和管路特性曲线共同决定的工作点(管路特性曲线过坐标原点时除外)。,he,33/53,六、离心泵的安装高度ZS,1、什么是安装高度?,思考:安装高度为什么受限制?,34/53,六、离心泵的安装高度ZS,思考:安装高度为什么受限制?,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ZS,max。,汽蚀现象:,叶片背面,当pkpv 时,K处发生部分汽化现象。,叶片表面产生蜂窝状腐蚀 ; 泵体震动,并发出噪音; 流量、压头、效率都明显下降; 严重时甚至吸不上液体。,35/53,六、离心泵的安装高度ZS,2、最大安装高度ZS,max和允许汽蚀余量h允许,刚好发生汽蚀时, pkpv, pe达到最小值pe,min。 在s-s面、e-e面间列机械能衡算:,最小汽蚀余量,又称最小净正吸上高度 (NPSH,Net Positive Suction Head),36/53,六、离心泵的安装高度ZS,一般规定,允许汽蚀余量,h允许是泵的特性参数之一,由厂家测定。,hmin的实验测定: 用20清水测定。以泵的扬程较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志,测定泵刚好发生汽蚀时的pe即可。,-最小汽蚀余量,实际的安装高度还应比允许值低0.51m。,37/53,六、离心泵的安装高度ZS,当输送条件与测定条件不同时,则要对h允许值进行校正。求校正系数的曲线载于泵的说明书中。校正系数常小于1,故为简便计,也可不校正,而将其视为外加的安全因数。,h允许的校正:,38/53,七、离心泵的类型、选用、安装与操作,类型:不下百种,请点击观看动画,39/53,七、离心泵的类型、选用、安装与操作,高效区,选用原则: 定类型-根据流体性质及操作条件 定规格-根据流量、压头大小,高效,返回目录,40/53,第二节 其它类型泵,一、其它速度式泵,41/53,第二节 其它类型泵,二、容积式泵,1、往复泵,工作原理:,与离心泵比较:,结构:,泵缸、活塞、阀门、传动机构,利用容积的变化给流体加静压能,工作循环:一次吸液,一次排液,-具有自吸能力,不必灌液,-安装高度也受限制,但无汽蚀现象,-流量与压头几乎无关,由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制,泵的扬程不可能无限增大。 压头越大,漏损越大.,请点击观看动画,42/53,1、往复泵,与离心泵比较:,旁路,输液量均匀性?连续性?,流量调节方法?,-输液量不均匀、不连续,-流量调节不可用出口阀门调节方法。,适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体。 效率高,通常为7293%。,请点击观看动画,43/53,2、其他容积式泵:,44/53,三、各类泵在化工生产中的应用,请点击观看动画,离心泵应用范围最广。特别适用于化工生产的原因是它的流量均匀而易于调节,又能输送有腐蚀性、含悬浮物的液体。 往复泵只宜在压头高、流量也较大的情况下使用。,返回目录,45/53,第二章 小结,设计型、操作性问题计算,46/53,第二章 小结,47/53,48/53,【例3】在图示实验装置上,采用20的清水于常压条件下对离心泵进行测定,试验中的一组测试结果如下: 泵入口处真空表度数为540mmHg,泵出口处压力表读数为258kPa,两测压表之间的垂直距离为0.4m,泵的吸入管内径80mm;排出管内径50mm,流量采用孔口直径40mm的孔板流量计测量,差压计读数100mmHg,实验条件下的孔流系数为0.85,泵由电动机直接带动,电动机功率为2.3kw,传动效率为93%,泵的转速为2900r/min。 试求该泵在操作条件下的各项性能参数。,49/53,【例4】某离心泵性
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