流体输送机械课件

書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,*,第二章 流体输送机械,2.1 概述,2.2,离心泵操作性能方程,2.3,离心泵的工作点和流量调节,2.4,离心泵安装高度限制,2.5 离心泵的类型与选型,第二章 流体输送机械2.1 概述,1,2.1,概述,如何选用流体输送机械？,2.1.1 问题的提出：,机械功是如何被加入到体系中的？,是什么样的输送机械？,其原理、结构是怎么样的？,2.1 概述如何选用流体输送机械？2.1.1 问题的提出,2,(3)简单了解往复泵、漩涡泵等的工作原理、特性、流量调节方法、安装要点及适应范围等；,学习本章的,基本要求,：,具体要求,如下：,了解流体输送机械的,作用原理,、,简单结构,、主,要,性能参数,、,选型的依据,及,使用注意事项,。要,求能根据生产任务的要求和管路特性选择合适,的输送机械，并能正确安装使用。,(1)了解流体输送设备在化工生产中的地位，应,用及分类；,(2)掌握离心泵的基本结构、工作原理、主要特,性参数、特性曲线及其应用、流体调节、串并,联特性、泵的安装、操作注意事项及选型等；,(3)简单了解往复泵、漩涡泵等的工作原理、特性、流量调节方,3,流体输送设备：,对流体做功以完成输送任务的机,械或设备。流体输送设备是化工厂和其它领域所,最常用的机械设备。,生产上对流体输送的,要求：,输送的流体流量和压头,各不相同；,流体种类繁多、性质千,差万别；,温度、压力等操作条件也有较大的差别。,流体输送设备：对流体做功以完成输送任务的机生产上对流体输送的,4,流体输送机械分类：,为液体提供能量的输送设备称为,泵,。,离心泵,往复泵,其它类型泵,为气体提供能量的输送设备则按不同情况分别,称为,机,或,泵,。,离心通风机、鼓风机与压缩机,旋转鼓风机与压缩机,往复压缩机,真空泵,流体输送机械分类：为液体提供能量的输送设备称为泵。离心泵往复,5,2.1.2 离心泵(,Centrifugal Pumps,)简介,1.离心泵的结构,主要部件：,1),叶轮,：作用是将原动机的机械能传给液体，使,液体的,静压能,和,动能,均有所提高。,蔽式,：前后有盖板，叶轮后盖板上开有若干个平,衡小孔，以平衡一部分轴向推力。,半蔽式,：只有后盖板，后盖板上开有若干个平衡,小孔。,敞式(开式),：前后无盖板。,2.1.2 离心泵(Centrifugal Pumps)简,6,蔽式效率最高，适用于输送洁净的液体，不适于,输送浆料或含悬浮物的液体。半蔽式和,敞,式效率较低，常用于输送浆料或悬浮,液。,2),泵壳(蜗壳),：作用是汇集内叶轮抛出的液体，,同时将高速液体的部分动能转化为静压能。原,因是壳形状为蜗壳形，流道截面逐渐增大，,u，p。,4),轴封装置,：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。,作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出，,或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。,3),泵轴,：,叶轮紧固于泵轴上。,蔽式效率最高，适用于输送洁净的液体，不适于2)泵壳(蜗壳),7,2.,离心泵的工作原理,启动前，须,灌泵,，以,防产生,气,缚,；,启动电机后，泵轴带,动叶轮一起旋转；,在,离心惯性力,的作用,下，中心吸入，,边缘,压出,；,流体进入泵壳后，,动,能下降,，,静压能升高,，,进入管路。,2.离心泵的工作原理启动前，须灌泵，以启动电机后，泵轴带在,8,3.,离心泵的操作,启动：启动前灌泵完毕后，此时,关闭出口阀启,动,，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较,小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。,停泵：要,先关闭出口阀后再停机,，这样可避免,排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮、叶片，以延,长泵的使用寿命。,3.离心泵的操作启动：启动前灌泵完毕后，此时关闭出口阀启停,9,2.2,离心泵操作性能方程,2.2.1,离心泵的主要性能参数,1.,流量,V：,液体在泵出口截面的流量；,2.,扬程,H,e,(,压头,)：,离心泵对,单位重量,液体所提供,的,有效能量,(,出口截面总机械能与进口截,面总,机械能的差,),，,J/N=m；,扬程,与,升扬高度,(,z),的区别：,2.2 离心泵操作性能方程2.2.1 离心泵的主要性能参,10,3.,有效功率,N,e,：单位时间内液体从泵处获得的,机械能，,W(J/s)，,N,e,=(,gV)H,e,；,4.,轴功率,N,a,：,电机,(,外界,),输入泵的功率；,5.,效率,：,有效功率与轴功率之比。,=,N,e,/N,a,能量损失包括：,(1),容积损失：漏液,(2),水力损失：阻力,(3),机械损失：摩擦,3.有效功率Ne：单位时间内液体从泵处获得的4.轴功率N,11,2.2.2,离心泵的性能曲线(特征方程,),1.,理论曲线,(,基本方程式,),d.,入口角,1,=90。,1),假设,如下的理想情况：,a.,定态过程；,b.,=0(,输送的是理想液体,),，,H,f,=0(,流动中无流动阻力,)；,c.,离心泵叶轮的叶片数目无穷多个，叶片的,厚度为无限薄。(液体质点是沿叶片弯曲表,面流动，不发生任何环流现象。),2.2.2 离心泵的性能曲线(特征方程)1.理论曲线(基,12,2),液体质点在叶轮内的运动情况分析：,三种点速度：,圆周速度,u,1,、,u,2,：,叶轮带动流体质点作,回旋运动的速度，方,向与,所处圆周的切线,方向一致；,相对速度,w,1,、,w,2,：液体沿叶片表面运动的速度，,其方向为液体质点,所处叶片处的切线方向,，其,大小也与液体流量、流道形状有关。,绝对速度,c,1,、,c,2,：,以上两种速度的矢量合成速度。,2)液体质点在叶轮内的运动情况分析：三种点速度：圆周速度u,13,两个夹角：,：,u,与,c,(,离角,),：,w,与,-u,u、w、c,形成“,速度三角形,”，由余弦定理：,且有以下关系式成立：,V,T,：,通过叶轮的流量,b,2,：,叶轮出口处的宽度,流量为外圆周面积乘以,c,2,的径向分量,。,两个夹角：u与c(离角)：w与-uu、w、c形成“速,14,3),离心泵基本方程式(欧拉方程,),的推导：,理论扬程,H,T,：,每牛顿液体自叶轮内缘流至叶轮,外缘其总机械能的增量。,H,T,和,V,T,为直线关系,3)离心泵基本方程式(欧拉方程)的推导：理论扬程HT：每牛,15,4),离心泵基本方程式的讨论,a.,当泵叶轮叶片的几何尺寸,(b,2,2,),一定，且,理论流量,(V,T,),一定时，离心泵的,理论压头,(H,T,),随叶轮转速,(n,或,),或直径,(r,2,),的增大而增大,。,4)离心泵基本方程式的讨论a.当泵叶轮叶片的几何尺寸(b,16,b.,2,对,H,T,V,的影响,出口角,2,与叶片几何形状的关系,c),前弯叶片,2,90,，,ctg,2,0,。,a),后弯叶片,2,0,；,b),径向叶片,2,=90,，,ctg,2,=0,；,b.2对HTV的影响出口角2与叶片几何形状的关系c),17,后弯叶片,2,90,：对离心泵来说较为理想。,径向叶片：内耗大；,前弯叶片：电机选型困难，涡流损失大；,后弯叶片2 90：对离心泵来说较为理想。径向叶片：内,18,2.,实际离心泵的性能曲线,泵内有各种泄漏现象，,实际的,V,小于,V,T,。,1),实际的,H,V,线,实际情况为：,叶片数目有限，叶片间流道较宽，叶片对液,体流束的约束减小，使,H,T,有所降低；,液体在叶片间流道内流动时存在轴向涡流，,导致泵的压头降低；,液体具有粘性；,实际的,HV,曲线由实,验测定。,2.实际离心泵的性能曲线 泵内有各种泄漏现象，1)实际,19,2),离心泵的特性曲线,转速,n,一定时，,1atm,、,20,的清水为工质，由,实验测得,H,e,V,，,N,a,V,，,V,这三条曲线,称为特性曲线。,H,e,=A-BV,2,最高效率对,应的流量、,轴功率、扬,程是标在泵,铭牌上的性,能参数。,2)离心泵的特性曲线转速n一定时，1atm、20的清水为,20,说明：,H,e,V,曲线：,V,，,H,e,，V,很小时可能例外。,呈抛物线,H,e,=A-BV,2,N,a,V,曲线：,V,，,N,a,。,大流量大电机，,当,V=0,，,N,a,最小,关闭出口阀启动泵，启动电流最小。,V,曲线：,V,，,先,后,，存在一最高效,率点，此点称为设计点。,V,与,max,对应的,H,e,，,V，N,a,值称为最佳工况参数，也是铭牌所标,值。,泵的高效率区,大于等于,92%,max,，,这一区,域定为泵的运转范围。,说明：He V曲线：V，He，V很小时可能例外。,21,2.2.3 离心泵性能的改变与换算,密度：,故,与,V,T,无关；,H,e,、,也与无关；,N,e,=,gVH,e,故,，N,a,、,N,e,都。,粘度：,1.,流体的性质,，,H,e,、V、,；,N,a,。,2.2.3 离心泵性能的改变与换算密度：故与VT无关；H,22,2.转速的影响 比例定律,n,的变化在,20%以内时：,3.,叶轮直径的影响 切割定律,D,的变化在-,5,%以内时：,2.转速的影响 比例定律 n 的变化在 20%以内,23,2.3,离心泵的工作点和流量调节,2.3.1 管路特性曲线,假设将液体从低位槽,1,通过离心泵送到高位槽,2,1-1,2,-,2,截面间列伯努利方程,:,2.3 离心泵的工作点和流量调节2.3.1 管路特性曲线,24,实际生产中，流速多在阻力平方区，,为定值，,所以,K,为常数,。,综上，管路特性曲线方程为：,H,e,=H,0,KV,2,实际生产中，流速多在阻力平方区，为定值，综上，管路特性曲线,25,由图可见，,对低阻力管路(,K,较小)，曲线较平坦(线1)；,高阻力管路(,K,较大)，曲线较陡峭(线2)。,V,He,1,2,管路特性曲线图,由图可见，VHe12管路特性曲线图,26,2.3.2 工作点,(working point),所谓离心泵的工作点,M,是指离心泵在特定的管路,系统中运转时所提供的扬程和流量下恰好等同于,管路所需的扬程和流量。,1.作图法求,M,点：离心泵的性能曲线与管路特性,曲线的交点即为,M,点。,2.计算法求,M,点：,联立,H,e,=A-BV,2,H,e,=H,0,KV,2,2.3.2 工作点(working point)所谓离心,27,2.3.3 离心泵的流量调节,如果工作点的流量大于或小于所需的输液量，,则须进行流量调节，实际上是改变泵的工作点。,1.,调节管路特性曲线：如改变出口阀的开度,2.3.3 离心泵的流量调节如果工作点的流量大于或小于所需,28,2.,调节泵的性能曲线：改变泵的转速或叶轮直径,2.调节泵的性能曲线：改变泵的转速或叶轮直径,29,3.,上述两种方法的比较,1)用阀门调节流量快速方便，且流量可以连续,变化，化工生产中应用最广。,其缺点是阀门关小时，流动阻力增加，要额,外消耗一部分功率，且使泵在低效率点工作，,经济上不合理。,2)第二种方法在泵给出的流量压头不满足输送,压头时，可以换叶轮或改变转速来调节。不,额外增加流动阻力，变化前后泵的效率几乎,不变，能量利用经济。,但调节不方便，且变速装置或变速电动机价,格贵，一般只有在调节幅度大，时间又长的,季节性调节中才使用。,3.上述两种方法的比较1)用阀门调节流量快速方便，且流量,30,2.3.3 离心泵的组合操作,1.前提：离心泵型号相同，吸入管路相同，,则两泵的流量和扬程必相同。,两泵串联的合成特性曲线：,原则：流量相同，扬程相加；,将单泵的特性,曲线,纵坐标加倍，横坐标不变,。,2.,泵的串联,2.3.3 离心泵的组合操作1.前提：离心泵型号相同，吸,31,串联工作点：串联的合成特性曲线与管路特性曲线的交点,C,即为新工作点。,两泵串联系统管路特性曲线不变。,H,串,H,单,，,V,串,V,单,，但,H,串,2,H,单,单泵在,b,点工作,设单泵的特性曲线：,H,A-BV,2,两泵串联的合成特性曲线：,H,串,2A-2BV,2,串联工作点：串联的合成特性曲线与管路特性曲线的交点C即为新工,32,3.,泵的并联,两泵并联的合成特性曲线：,原则：扬程相同，流量相加；,将单泵的特性,曲线,纵坐标不变，横坐标加倍,。,并联工作点：并联的合成特性曲线与,管路特性曲线的交点,C,即为工作点。,两泵并联的合成特性曲线,:,H,并,A-B(V/2),2,设单泵的特性曲线：,H,A-BV,2,V,并,V,单,，,H,并,H,单,，,但,V,并,2,V,单,单泵在,b,点工作,3.泵的并联两泵并联的合成特性曲线：并联工作点：并联的合成,33,4.组合方式的选择,1)对管路特性曲线而言，,V,1,并,=V,1,串,，并、串联相同。,3),对管路特性曲线而言，,V,3,并,V,3,串,，采用串联。,(,高阻管路,),2),对管路特性曲线而言，,V,2,并,V,2,串,，采用并联。,(,低阻管路,),低并高串,4.组合方式的选择1)对管路特性曲线而言，3)对管路,34,2.4,离心泵安装高度限制,2.4.1,问题的提出,相同的工作点,(,管路、泵,),，,泵的安装高度不同，能否,都能正常工作？,泵的安装以不发生,汽蚀,现象为依据。,2.4 离心泵安装高度限制2.4.1 问题的提出相同的工作,35,2.4.2,离心泵的气蚀现象,(,Cavitation,),汽蚀现象外在表现：,会产生噪音和震动，叶轮,局部地方在巨大冲击力的,反复作用下，材料表面疲,劳，从点蚀到形成严重的,蜂窝状空洞，损坏叶片。,泵的流量，压头和效率急,剧下降，严重时甚至吸不,上液体。,2.4.2 离心泵的气蚀现象(Cavitation)汽蚀现,36,1.,气蚀的过程：,a.,设泵能够正常工作，则：,H,g,，,p,K,，,p,K,=p,V,时，产生汽泡,;,p,0,大气压；,H,g,汲上高度,(,安装高度,),；,p,K,叶轮中心最低压强；,p,V,操作温度下液体的饱和,蒸汽压。,b.,汽泡随液体沿叶片从低压区高压区，这时,汽泡迅速凝结或破裂。,1.气蚀的过程：a.设泵能够正常工作，则：Hg，pK,37,3.,避免途径：,p,K,要高于输送液体温度下的饱和,蒸汽压。,c.,汽泡凝结后产生局部真空，周围液体以极高,速流向空穴,(,原汽泡占据空间,),。并对叶轮产,生冲击,(,相当于几百,atm=,几万,kPa)，,冲击频,率高达几万次，使叶轮或泵壳受到损坏。,2.,产生条件：,H,g,变化和输入管路的阻力。,实质：叶轮中心,p,K,太小。,3.避免途径：pK要高于输送液体温度下的饱和c.汽泡凝,38,2.4.3,正常操作必须满足的条件,1.,以水为工质,p,K,/(,g)p,V,/(,g)+e,e “,安全余量”，约为,0.3,0.5 m,。,我国,e,0.3 m,。,2.,特殊液体,p,K,/(,g)p,V,/(,g)+0.3,2.4.3 正常操作必须满足的条件1.以水为工质pK/(,39,2.4.4,最大安装高度,H,g,max,的计算,1.,通过允许汽蚀余量,h,允,计算,在,1,k,截面间列,Bs eq：,指离心泵入口静压头与动压头之和，超过输送液,体在操作温度下的饱和蒸汽压头的最小允许值。,2.4.4 最大安装高度Hg,max的计算1.通过允许汽蚀,40,最大安装高度：,一般,h,允,与泵的结构和尺寸有关，由实验测定，,并同标绘于性能曲线图上。,实验条件为大气压,10.33 mH,2,O,，,20,清水，适,用于任何液体。,最大安装高度：一般h允与泵的结构和尺寸有关，由实验测定，实,41,2.,通过允许吸上真空高度,H,s,计算,在,1,2截面间列,Bs eq：,2.通过允许吸上真空高度Hs计算在12截面间列Bs e,42,2.5 离心泵的类型与选型,2.5.1 离心泵的类型,1.清水泵(,IS,型，,D,型，,S,型),按叶轮数目划分：,单级(一般场合)，,IS,型，如,IS50-32-125,多级(高压头场合，叶轮级数一般为2-9级)，,D,型，200,D-43,9,按叶轮吸入方式划分：,单吸,双吸(大流量场合)，,S,型，100,S90A,2.5 离心泵的类型与选型2.5.1 离心泵的类型1.清,43,2.耐腐蚀泵(,F,型),输送酸、碱腐蚀液体,3.,油泵(,Y,型),输送石油产品以及易燃易爆化学液体,4.,杂质泵(,P,型),输送稠厚浆液及悬浮液，分污水泵、砂泵和,泥浆泵,2.耐腐蚀泵(F型)3.油泵(Y型)4.杂质泵(P型),44,2.5.2 离心泵的选型,1.,根据液体的性质确定类型,2.,确定管路流量和所需外加压头,V,生产任务，,H,e,管路的特性方程,3.,根据所需,V,和,H,e,确定泵的型号,4.,进行,N,a,的校核,2.5.2 离心泵的选型1.根据液体的性质确定类型2.确,45,2.5.3,离心泵的安装与操作,尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管,件少；调节阀装于出口管路。,安装：,安装高度应小于允许安装高度；,操作：,启动前应灌泵，并排气；,应在出口阀关闭的情况下启动泵；,停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮；,经常检查轴封情况。,2.5.3 离心泵的安装与操作 尽量减少吸入管路阻力，短、,46,往复泵,1.,工作原理,往复泵1.工作原理,47,2.,与离心泵的区别,1)H,e,V,曲线为一垂线，,H,e,与,V,无关。工作点,由,H,e,V,和,H,e,V,的交点确定。,2),正位移性,泵的排液能力只与活塞位移有关，而与管路,情况无关，压头受管路的承压能力所限制，,这种特性称为,正位移性,。这种泵称为正位移,泵。往复泵是正位移泵之一。,4),往复泵不需灌液，具有自吸能力。但是，安,装高度过高，会发生气蚀现象。,3),流量调节采用旁路调节，不能用出口阀来调,节。,2.与离心泵的区别1)HeV曲线为一垂线，He与V无关,48,