化工原理第二章课件

第二章第二章 流体输送机械流体输送机械1.1.本章学习的目的本章学习的目的 通过学习，了解制药化工中常用的流体输送机通过学习，了解制药化工中常用的流体输送机 械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并使之在高效率下可靠运行。使之在高效率下可靠运行。2.2.本章重点掌握的内容本章重点掌握的内容 离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型。装及选型。第二章 流体输送机械1.本章学习的目的1概概 述述低压 高压低处 高处近处 远处流体物性不同操作条件各异 对于这些情况，都必须通过向流体提供机械能的方法来实现。向流体提供机械能的设备称为流体输送机械。生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：概 述低压 高压低处 高处近处 2一般管路系统对流体输送机械的要求：应满足工艺对流量及能量（压头、风压或压缩比）的要求；结构简单，质量轻，设备费低；操作效率高，日常操作费用低；能适应物料特性（如黏度、腐蚀性、易燃易爆、含固体等）要求。一般管路系统对流体输送机械的要求：应满足工艺对流量及能量（压3流体输送设备分类：流体输送设备分类：输送液体泵(pumps)输送气体通风机、鼓风机、压缩机 及真空泵 按流体类型按工作原理 离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式流体输送设备分类：输送液体泵(pumps)输送气体通4第一节第一节 离心泵离心泵一、一、基本结构及工作原理基本结构及工作原理离心泵离心泵(centrifugal pump)第一节 离心泵离心泵(centrifugal pump)51.1.基本结构基本结构固定的泵壳固定的泵壳（VoluteVolute）旋转的叶轮旋转的叶轮(impeller(impeller)1.基本结构固定的泵壳（Volute）旋转的叶轮(impel62 2、离心泵的工作原理离心泵的工作原理2、离心泵的工作原理73.3.离心泵的工作过程离心泵的工作过程叶轮中部低压叶轮中部低压液体吸入液体吸入灌泵灌泵 叶轮高叶轮高速旋转速旋转 离心作用离心作用 静压能和动能静压能和动能 叶轮叶轮外缘外缘 流道扩大流道扩大 动能动能 静压能静压能 液体排出液体排出 排液过程排液过程 吸液过程吸液过程 泵壳泵壳 3.离心泵的工作过程叶轮中部低压液体吸入灌泵 叶轮高离心作用8化工原理第二章课件94.气缚现象 若泵内存留空气若泵内存留空气离心作用小离心作用小无自吸能力无自吸能力不能启动不能启动 气缚现象气缚现象 启动时泵内需灌满液体启动时泵内需灌满液体 装设底阀装设底阀 （单向阀）（止逆阀）（单向阀）（止逆阀）4.气缚现象 若泵内存留空气离心作用小无自吸能力不能101.1.叶轮叶轮作用作用结构结构 前弯叶片、后弯叶片、径向叶片前弯叶片、后弯叶片、径向叶片类型类型 开式（送悬浮液、浆液）、半闭式（送开式（送悬浮液、浆液）、半闭式（送颗粒较少、黏度较小的液体）和闭式颗粒较少、黏度较小的液体）和闭式（送清洁液体）（送清洁液体）单吸式和双吸式单吸式和双吸式吸入方式吸入方式 传递能量传递能量二、主要部件二、主要部件1.叶轮作用结构 前弯叶片、后弯叶片、径向叶片类型开11返回返回返回12双吸式：双吸式：吸液量大吸液量大无轴向推力无轴向推力双吸双吸单吸单吸双吸式：吸液量大无轴向推力双吸单吸132 2、泵壳、泵壳 汇集液体，转能装置汇集液体，转能装置4 4、轴封：、轴封：作用作用防止漏液防止漏液类型类型软填料或机械密封软填料或机械密封3 3、导轮：、导轮：未装导轮未装导轮装导轮装导轮2、泵壳 汇集液体，转能装置4、轴封：作用防止漏液类型14三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数2B31型离心型离心泵铭牌上牌上标注的参数注的参数型号型号2B31流量流量20m3/h扬程程30.8m允允许吸上真空度吸上真空度7.2m转速速2900r/min效率效率64轴功率功率2.6kW重量重量363N(1)(1)流量流量(qv):):单位时间内泵所输送的液体体积。单位时间内泵所输送的液体体积。m3/s 常用单位为常用单位为L/s或或m m3 3/h/h qv与泵的结构、尺寸、转速等有关与泵的结构、尺寸、转速等有关 ，实际流量还与实际流量还与管路特性有关。管路特性有关。三、离心泵的主要性能参数2B31型离心泵铭牌上标注的参数型号15(2)(2)扬程或压头扬程或压头(H):):是指单位重量（是指单位重量（1N1N）液体流经）液体流经泵所获得的能量，单位：泵所获得的能量，单位：m m。H H与泵的结构、转速与泵的结构、转速和流量有关。和流量有关。泵的泵的H H与流量与流量q qv v之间的关系可用之间的关系可用实验方法测定。实验方法测定。扬程与升扬高度扬程与升扬高度的区别：的区别：升扬高度升扬高度(2)扬程或压头(H):是指单位重量（1N）液体流经泵所获得16(4)(4)轴功率轴功率(P):(P):泵轴所需的功率，离心泵一般用电动泵轴所需的功率，离心泵一般用电动机驱动，轴功率就是电动机传给泵轴的功率。机驱动，轴功率就是电动机传给泵轴的功率。W W(3)(3)有效功率有效功率(Pe e):):单位时间内液体从泵中叶轮单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量，获得的有效能量，We We Pe eP(4)轴功率(P):泵轴所需的功率，离心泵一般用电动机驱动，17能量损失：能量损失：容积损失容积损失 漏液；漏液；机械损失机械损失 机械摩擦；机械摩擦；水力损失水力损失 液体摩擦及局部阻力；液体摩擦及局部阻力；(5)(5)效率效率():):小型泵的效率一般为小型泵的效率一般为50-7050-70，大型泵的效率可达，大型泵的效率可达9090左右左右 能量损失：容积损失 漏液；机械损失 机械摩擦；水18泵性能实验装置示意图四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线泵性能实验装置示意图四、离心泵的特性曲线19l流量流量qv 流量计流量计l扬程扬程H流量qv 流量计扬程H20(1)Hqv线线:qv,H讨论：讨论：(3)qv线线:qv,先先后后(2)Pqv线线:qv,P qv=0P=Pmin qv=0H定值定值最高点最高点 设计点设计点(1)Hqv线:qv,H讨论：(3)qv线:21例：吸入管内径例：吸入管内径100mm,排出管内径排出管内径80mm,两测压口两测压口间垂直距离为间垂直距离为0.5m。转速。转速2900r/min,以以20oC清水为介清水为介质测得流量为质测得流量为15L/s;泵出口泵出口表压为表压为2.55 105Pa,入口真空度入口真空度为为2.67 104Pa;电动机输入功率电动机输入功率6.2kW,泵由电动机直接带动泵由电动机直接带动,电动机效率电动机效率93%。求泵的压头。求泵的压头,轴功率和效率。轴功率和效率。解：解：(1)(1)求求H例：吸入管内径100mm,排出管内径80mm,两测压口间垂直22 Z2-Z1=0.5m,d1=0.1m，d2=0.08m，p2=2.55 105Pa(表表),p1=-2.67 104Pa(表表)，Z2-Z1=0.5m,d1=0.1m，d2=0.08m，23(2)求求PP=P输入输入电机电机传传(3)求求=6.2 0.93=5.77kW(2)求PP=P输入电机传(3)求=6.2024影响因素影响因素流量流量(qv)扬程扬程(H)效率效率()轴功率轴功率(N)物物性性密度密度粘度粘度泵泵转速转速20%叶轮直径叶轮直径20%影响因素流量(qv)扬程(H)效率()轴功率(N)251.1.管路特性曲线管路特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节1.管路特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节26(管路特性方程)令表示管路中液体流量qv与要求泵提供的压头H之间的关系。(管路特性方程)令表示管路中液体流量qv与要求泵提供的压头H27Heqv与管路布局有关与管路布局有关,与泵性能无关与泵性能无关Hqv 泵的特性曲线泵的特性曲线说明说明:管路的特性曲线管路的特性曲线HeqvHqv管路布置不同，管路布置不同，Heqv曲线不同曲线不同Heqv与管路布局有关,Hqv 泵的特性曲线说明:28工作点工作点2.2.泵的工作点泵的工作点H-泵所提供的压头泵所提供的压头He-泵所在管路所要求压头泵所在管路所要求压头qv相等相等,H=He工作点：工作点：说明供求一致说明供求一致工作点工作点 需要与可能的结合需要与可能的结合HeqvHqv工作点2.泵的工作点H-泵所提供的压头He-泵所在管路所要求293.离心泵的流量调节：离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二：改变管路特性曲线：即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大；改变泵的特性曲线：改变泵转速或叶轮直径实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。3.离心泵的流量调节：离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方30(1)调节阀门调节阀门改变管路特性曲线改变管路特性曲线阀门关小：M M1开大：M M2可连续调节流量；阀门关小,流阻增大，操作费高。当改变管路特性曲线时，当改变管路特性曲线时，工作点沿泵的特性曲线移动。工作点沿泵的特性曲线移动。H或HeHqvqM2qMqM1qv(1)调节阀门改变管路特性曲线阀门关小：M 31 转速增大：M M1减小：M M2 改变叶轮直径(2)调节泵的特性曲线调节泵的特性曲线 改变转速当改变泵的特性曲线时，当改变泵的特性曲线时，工作点沿管路特性曲线移动。工作点沿管路特性曲线移动。QMQM2QM1HQH或HeQ或QeHeQe 转速增大：M M1减小：M M232l相同的管路特性曲线相同的管路特性曲线l单台泵的特性曲线相同单台泵的特性曲线相同合成特性曲线合成特性曲线l合成特性曲线合成特性曲线l并联后的实际工作点并联后的实际工作点a a点点al管路曲线越陡，流量管路曲线越陡，流量 增加得越小增加得越小4.离心泵的并联操作：相同的管路特性曲线单台泵的特性曲线相同合成特性曲线合成特性曲33合成特性曲线合成特性曲线l合成特性曲线合成特性曲线l串联后的实际工作点串联后的实际工作点a a点点l管路曲线越平缓，扬程管路曲线越平缓，扬程 增加得越小增加得越小a5.离心泵的串联操作：合成特性曲线合成特性曲线串联后的实际工作点a点管路曲线越平缓34低阻管路低阻管路宜用宜用并联并联 增加流量增加流量高阻管路高阻管路 宜用宜用串联串联 增加扬程增加扬程ABAB6.离心泵的串并联：低阻管路宜用并联高阻管路宜用串联ABAB6.离心泵的35操作温度下操作温度下,液液体的饱和蒸汽压体的饱和蒸汽压气化气化气泡气泡叶轮中部叶轮中部(低压区低压区)叶轮外缘叶轮外缘(高压区高压区)气泡气泡破裂破裂冲击冲击叶轮叶轮泵损害泵损害1.1.离心泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象六、离心泵的汽蚀现象与安装高度六、离心泵的汽蚀现象与安装高度操作温度下,液气化气泡叶轮中部叶轮外缘气泡冲击叶轮泵损害1.36在0-0和k-k列柏努利方程：当Hg，Pk防止措施防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。在0-0和k-k列柏努利方程：当Hg，Pk防止措施37安装高度 ，汽蚀问题：如何确定Hg的上限 允许安装高度（1）三个基本概念：2汽蚀余量与允许安装高度(有效有效)汽蚀余量汽蚀余量 ha:泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)安装高度 ，汽蚀问题：如何确定Hg的上限允许安装38ha的物理意义：ha，p1 汽蚀必须汽蚀余量必须汽蚀余量 hr:发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量用实验测定允许汽蚀余量允许汽蚀余量 h比最小汽蚀余量大0.3米 开始发生汽蚀ha的物理意义：ha，p1 汽蚀必须汽蚀余量h39正常运转的泵（2）由h计算允许安装高度Hgmax正常运转的泵（2）由h计算允许安装高度Hgmax40（3）允许汽蚀余量的校正 h20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书3讨论（1）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。（2）计算出的Hg允许0,低于贮槽液面安装（3）安装泵时为保险，Hg比Hg允许还要小0.5至1米。（3）允许汽蚀余量的校正 h20度清水，条件不同时41例：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。例：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内液面恒定贮罐内液面恒定,其上方绝压为其上方绝压为6.65kgf/cm2。泵。泵在贮罐液面下在贮罐液面下1.5m处处,吸入管路的压头损失为吸入管路的压头损失为l.6m。异丁烷在输送条件下密度为。异丁烷在输送条件下密度为530kg/m3,饱和饱和蒸气压为蒸气压为6.5kgf/cm2。已知输送流量下泵的允许。已知输送流量下泵的允许气蚀余量为气蚀余量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。试确定该泵能否正常操作。解：解：例：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内液面恒定,42离心泵离心泵输液性质输液性质水泵水泵耐腐蚀泵耐腐蚀泵油泵油泵杂质泵杂质泵吸液方式吸液方式单吸泵单吸泵双吸泵双吸泵叶轮数目叶轮数目单级泵单级泵多级泵多级泵压头高低压头高低低压泵低压泵中压泵中压泵高压泵高压泵(H20m(H50m(H50m水柱水柱)(H=20(H=2050m50m水柱水柱)1.1.离心泵的类型离心泵的类型七、离心泵的类型与选用七、离心泵的类型与选用离心泵输液性质水泵耐腐蚀泵油泵杂质泵吸液方式单吸泵双43（1 1）水泵）水泵性质与水相似的液体性质与水相似的液体B B型型(IS(IS型型)单级单吸悬臂式单级单吸悬臂式（1）水泵性质与水相似的液体B型(IS型)单级单吸悬臂44H：5-125m，qv：6.3-400H：5-125m，qv：6.3-40045单级单吸离心泵单级单吸离心泵单级单吸离心泵46D D型型多级泵多级泵压头较高压头较高H：14-351m，Q：10.8-850100D-673100D-673多级泵多级泵吸入口直径吸入口直径单级扬程单级扬程,m级数级数D型多级泵压头较高H：14-351m，100D-67347多级离心泵多级离心泵多级离心泵48流量较大流量较大S S型型双吸泵双吸泵H：9-140m，Q：120-12500流量较大S型双吸泵H：9-140m，49(2)(2)耐腐蚀泵耐腐蚀泵(F(F型型)酸、碱液等酸、碱液等l与被输送流体接触的材料全是耐腐蚀材料与被输送流体接触的材料全是耐腐蚀材料l密封要求高，一般采用机械密封。密封要求高，一般采用机械密封。HH灰口铸铁灰口铸铁浓硫酸浓硫酸BB铬镍合金钢铬镍合金钢弱腐蚀性液体弱腐蚀性液体MM铬镍钼钛合金钢铬镍钼钛合金钢浓硝酸浓硝酸吸入口直径吸入口直径,mm,mm悬臂式耐腐蚀泵悬臂式耐腐蚀泵材料代号材料代号单端面轴封单端面轴封40FM1-2640FM1-26扬程扬程,m,m(2)耐腐蚀泵(F型)酸、碱液等与被输送流体接触的材料全50耐腐蚀泵耐腐蚀泵(F(F型型)耐腐蚀泵(F型)51(3)(3)油泵油泵(Y(Y型型)石油产品石油产品轴封严格、冷却良好轴封严格、冷却良好100Y-1202100Y-1202吸入口直径吸入口直径,mm,mm单吸油泵单吸油泵单级扬程单级扬程级数级数(4)(4)杂质泵杂质泵(P(P型型)悬浮液和稠浆液悬浮液和稠浆液叶片少、流道宽叶片少、流道宽(开式或半闭式开式或半闭式)(3)油泵(Y型)石油产品轴封严格、冷却良好100Y-1522.2.离心泵的选用离心泵的选用(1)(1)液体性质液体性质泵的类型；泵的类型；(2)(2)确定流量和压头确定流量和压头(4)(4)核算轴功率。核算轴功率。(3)(3)确定泵的型号，列出主要性能参数确定泵的型号，列出主要性能参数2.离心泵的选用(1)液体性质泵的类型；(2)确定流量和压头53B B型型泵泵系系列列特特性性曲曲线线B54HQ6B33-1450-306B33A-1450-226B33B-1450-17B B型型泵泵系系列列特特性性曲曲线线140m3/h24点表示泵效率最高时性能点表示泵效率最高时性能HQ6B33-1450-306B33A-1450-226B355安装高度安装高度Hg 启动前灌液启动前灌液启动前关闭出口阀启动前关闭出口阀停泵前关闭出口阀停泵前关闭出口阀冬天停泵应排尽液体冬天停泵应排尽液体泵的安装和操作泵的安装和操作防气蚀防气蚀；防气缚；防气缚；P=Pminmin；防倒冲；防倒冲；防冻裂。防冻裂。安装高度Hg 启动前灌液启动前关闭出口阀停泵前56(1)(1)单动泵：单动泵：结构：结构：原理原理吸液吸液排液排液缺点：排液量不连续不均匀泵缸；活塞；活塞杆；泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀吸入阀、排出阀 往复泵往复泵（Reciprocating pump）第二节第二节 其他类型化工用泵其他类型化工用泵(1)单动泵：结构：原理吸液排液缺点：排液量不连续不均匀泵缸57(3)(3)三联泵三联泵 排液较均匀排液较均匀(2)(2)双动泵：双动泵：(3)三联泵排液较均匀(2)双动泵：58往复泵往复泵往复泵59单动泵单动泵流流量量活活塞塞截截面面积积活活塞塞往往复复频频率率活活塞塞行行程程m m()()位位移移(4)(4)特点：特点：l排液能力排液能力单动泵流活塞截面积活塞往复频率活塞行程()位移(4)60活塞杆的截面积活塞杆的截面积双动泵双动泵活塞杆的直径活塞杆的直径活塞杆的截面积双动泵活塞杆的直径61l压头：压头：取决于取决于密封性能密封性能l有自吸能力有自吸能力(无需灌液无需灌液)装置机械强度装置机械强度原动机功率原动机功率压头：取决于密封性能有自吸能力(无需灌液)装置机械强度原动机62l流量调节：流量调节：改变往复速率或冲程；改变往复速率或冲程；回回(旁旁)路调节路调节能损大。能损大。l不可关闭出口阀启动；不可关闭出口阀启动；l适用于小流量、高压头、输送高粘度流体比离适用于小流量、高压头、输送高粘度流体比离 心泵效率高心泵效率高l不适于腐蚀性流体、悬浮液不适于腐蚀性流体、悬浮液流量调节：改变往复速率或冲程；回(旁)路调节能损大。63齿轮泵齿轮泵(Gear pump)适用于高压头、高粘度输送 正位移泵流量调节同往复泵齿轮泵(Gear pump)适用于高压头、高粘度输送 正位64齿轮泵齿轮泵齿轮泵65 设备特点设备特点气体压力变化程度常用压缩比表示。气体压力变化程度常用压缩比表示。压缩比为气体排出与吸入压力（绝对压力）的比值压缩比为气体排出与吸入压力（绝对压力）的比值可压缩性可压缩性+低密度低密度 分类：分类：(表压表压),kPa),kPa (绝压绝压)通风机通风机小于小于15151 11.151.15鼓风机鼓风机10103003001.11.14 4压缩机压缩机大于大于100100大于大于2 2真空泵真空泵0.02MPa0.02MPa压缩比压缩比第三节第三节 气体输送机械气体输送机械 设备特点气体压力变化程度常用压缩比表示。压缩比为气体66 离心式通风机：离心式通风机：2.2.结构：结构：1.1.出口风压出口风压低压：低压：1kPa1kPa中压：中压：1 13kPa3kPa高压：高压：3 315kPakPa流道流道中低压中低压:矩形矩形高压高压:圆形圆形叶片叶片低压低压:平直平直中高压中高压:前弯或后弯前弯或后弯(常见常见)离心式通风机：2.结构：1.出口风压低压：1kPa中673.3.性能参数：性能参数：风量风量(qv)以进口状态计以进口状态计,m,m3 3/s/s风压风压全风压：单位体积气体流经通风机后所获的总机全风压：单位体积气体流经通风机后所获的总机械能。械能。单位：单位：Pa。全风压可用实验测定。全风压可用实验测定。压头：压头：全风压：全风压：3.性能参数：风量(qv)以进口状态计,m3/s风压68出口全压出口全压全风压：全风压：ps表示静压，令表示静压，令 称为动压。称为动压。静压和动压之和称为全压。静压和动压之和称为全压。全风压：全风压：进口全压进口全压通风机的全风压为静风压通风机的全风压为静风压pst与动风压与动风压pd之和。之和。通风机的动风压为出口截面的动压通风机的动风压为出口截面的动压pd2。出口全压全风压：ps表示静压，令 69全风压与气体密度的关系：全风压与气体密度的关系：通风机性能表上的全风压是在标准条件下用空通风机性能表上的全风压是在标准条件下用空气测定的。不同操作条件要换算：气测定的。不同操作条件要换算：有效功率：有效功率：全风压与气体密度的关系：通风机性能表上的全风压是在标准条件下704.4.特性曲线：特性曲线：试验介质为空气试验介质为空气2020、101325kPa101325kPa下测定下测定4.特性曲线：试验介质为空气20、101325kPa下71