流體輸送機械

1、2024年4月1日,1/71,第二章 流體輸送機械,2.1 概述流體輸送是化工生產(chǎn)過程常見的單元操作之一。為了將流體從一處送到另一處，不論是提高其位置高度或增加其壓強，還是克服管路的沿程阻力，都需要向流體施加外部機械能。流體輸送機械就是向流體作功以提高其機械能的裝置。目前流體輸送機械為通用機械產(chǎn)品，在生產(chǎn)中如何選用既符合生產(chǎn)需要，又比較經(jīng)濟合理的輸送機械，同時在操作中做到安全可靠、高效率運行，除了熟知被輸送流體的性質(zhì)、工作條件外

2、，還必須了解各類輸送機械的工作原理、結構和特性，以便進行正確地選擇和合理使用。本章內(nèi)容就是介紹常用的流體輸送機械及其工作原理、選型計算等。,2024年4月1日,2/71,2.1.1 輸送機械的用途,補充能量：將流體從一處輸送到另一處提高壓強：給流體加壓造成設備真空：給流體減壓為液體提供能量的輸送機械稱為泵，如離心泵、往復泵、旋渦泵等。為氣體提供能量的輸送機械稱為風機或壓縮機，如離心通風機、鼓風機等。,2024年4月1日,3/71

3、,2.1.2 輸送機械應滿足生產(chǎn)要求,對生產(chǎn)上不同的要求采用不同的輸送機械。原因：流體是多種多樣的。水、油、腐蝕性流體等操作條件千差萬別：輸送量、效率、軸功率概括來說，輸送機械應滿足如下要求：(1)滿足工藝上對流率和能量的要求。(2)結構簡單，重量輕，投資費用低。(3)運行可靠，操作效率高，日程操作費用低。(4)能適應被輸送流體的特性，其中包括粘性、腐蝕性、毒性、可燃性、爆炸性、含固體雜質(zhì)等。,2024年4月1日,4/

4、71,2.1.3輸送機械的分類,流體輸送機械按照其工作原理分為：(1)動力式：利用高速旋轉的葉輪使流體的機械能增加，典型的是離心式、軸流式輸送機械。(2)容積式：利用活塞或轉子運動改變工作室容積而對流體作功。典型的是往復式、旋轉式輸送機械。(3)其它類型：如利用另外一種流體作用的噴射式等。,2024年4月1日,5/71,2.2 離心泵,液體輸送機械的種類很多，按照工作原理的不同，分為離心泵、往復泵、旋轉泵、旋渦泵等幾種，其中

5、，離心泵由于其適用范圍廣、操作方便，便于實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制而在化工生產(chǎn)中應用最為普遍。2.2.1 離心泵的基本結構和工作原理2.2.1.1 離心泵的基本結構離心泵主要由葉輪、泵殼等組成，由若干彎曲葉片組成的葉輪緊固在泵軸上安裝在蝸殼形的泵殼內(nèi)。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連，側旁的排出口與排出管路連接，如圖。,2024年4月1日,6/71,2.2.1.2 離心泵的工作原理,離心泵啟動前應在泵殼內(nèi)灌滿所輸送的液體，當電機帶動泵軸旋轉

6、時，葉輪亦隨之高速旋轉(轉速一般為1000～3000r/min)。葉輪的旋轉一方面迫使葉片間的液體在隨葉輪作等角速旋轉的同時，另一方面，由于受離心力的作用使液體向葉輪外緣作徑向運動。在液體被甩出的過程中，流體通過葉輪獲得了能量，并以15～25m/s的速度進入泵殼。在蝸殼中由于流道的逐漸擴大，又將大部分動能轉變?yōu)殪o壓強，使壓強進一步提高，最終以較高的壓強沿切向進入排出管道，實現(xiàn)輸送的目的，此即為排液原理。,2024年4月1日,7/71,,

7、當液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心處形成了低壓。在液面壓強與泵內(nèi)壓強差的作用下，液體經(jīng)吸入管路進入泵的葉輪內(nèi)，以填補被排除液體的位置，此即為吸液原理。只要葉輪旋轉不停，液體就被源源不斷地吸入和排出，這就是離心泵的工作原理。,若離心泵在啟動前泵殼內(nèi)不是充滿液體而是空氣，由于空氣的密度遠小于液體的密度，產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心區(qū)形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，此時雖啟動離心泵但不能夠輸送液體，這種現(xiàn)象稱作氣縛。表示離心泵無

8、自吸能力。因此在啟動泵前一定要使泵殼內(nèi)充滿液體。通常若吸入口位于貯槽液面上方時，在吸入管路中安裝一單向底閥和濾網(wǎng)，以防止停泵時液體從泵內(nèi)流出和吸入雜物。,2024年4月1日,8/71,2.2.1.3 離心泵的主要部件,包括葉輪、泵殼、軸封裝置1.葉輪 它通常由6～12片后彎葉片所組成，本身被固定在泵軸上并隨之旋轉。作用是將原動機的機械能直接傳給液體，以提高液體的靜壓能和動能。根據(jù)其結構和用途分為開式、半開式和閉式三種。閉式葉輪：

9、葉片兩側帶有前后兩塊蓋板，液體在兩葉片間通道內(nèi)流動時無倒流現(xiàn)象，適于輸送較清潔的流體，輸送效率高，一般離心泵多采用這種葉輪。半開式葉輪(半閉式葉輪)：吸入口一側無前蓋板，適于輸送含小顆粒的溶液，輸送效率低。開式葉輪：沒有前后蓋板。適于輸送含大顆粒的溶液，效率低。,2024年4月1日,9/71,,閉式或半閉式葉輪在工作時，部分高壓液體可由葉輪與泵殼間的縫隙漏入兩側，除影響效率外也使葉輪受到指向液體吸入口的軸向推力，導致葉輪向吸入口移

10、動，嚴重時造成與泵殼的接觸摩擦直至損壞。為平衡軸向推力，可在葉輪后側板上鉆一些平衡孔，使漏入后側的部分高壓液體由平衡孔向低壓區(qū)泄漏，減小兩側的壓強差，但同時也使泵的效率有所下降。葉輪按其吸液方式的不同分為單吸式和雙吸式兩種，如圖。雙吸式葉輪可從兩側同時吸液，吸液能力大，而且可基本上消除軸向推力。,2024年4月1日,10/71,2.泵殼,泵殼亦稱為蝸殼、泵體，構造為蝸牛殼形，其作用是將葉輪封閉在一定空間內(nèi)，匯集引導液體的運動，并將液

11、體的大部分動能轉化為靜壓能。這是因為隨葉輪旋轉方向，葉輪與泵殼間的通道截面逐漸擴大至出口時達到最大，使能量損失減少的同時實現(xiàn)了能量的轉化。為了減少由葉輪外緣拋出的液體與泵殼的碰撞而引起能量損失，有時在葉輪與泵殼間還安裝一固定不動而帶有葉片的導輪，以引導液體的流動方向(見圖)。,2024年4月1日,11/71,3.軸封裝置,在泵軸伸出泵殼處，轉軸和泵殼間存有間隙，在旋轉的泵軸與泵殼之間的密封，稱為軸封裝置。其作用是防止高壓液體沿軸泄漏，

12、或者外界空氣以相反方向漏入。常用的有填料密封和機械密封。填料密封裝置：由填料函殼、軟填料和填料壓蓋構成，軟填料為浸油或涂石墨的石棉繩，將其放入填料函與泵軸之間，將壓蓋壓緊迫使它產(chǎn)生變形達到密封。,2024年4月1日,12/71,3.軸封裝置(續(xù)),機械密封裝置：由裝在泵軸上隨之轉動的動環(huán)和固定在泵殼上的靜環(huán)組成，兩環(huán)形端面由彈簧力使之緊貼在一起達到密封目的。動環(huán)用硬質(zhì)金屬材料制成，靜環(huán)一般用浸漬石墨或酚醛塑料等制成。機械密封的性能

13、優(yōu)良，使用壽命長。當部件的加工精度要求高，安裝技術要求比較嚴格，價格較高。用于輸送酸、堿、鹽、油等密封要求高的場合。,2024年4月1日,13/71,2.2.3 離心泵的性能參數(shù)與特性曲線2.2.3.1 離心泵的主要性能參數(shù),為了正確地選擇和使用離心泵，就必須熟悉其工作特性和它們之間的相互關系。反映離心泵工作特性的參數(shù)稱為性能參數(shù)，主要有轉速、流量、壓頭、軸功率和效率、氣蝕余量等。離心泵一般由電機帶動，因而轉速是固定的，其性能參數(shù)通

14、常在離心泵的銘牌或樣本說明書中標明，以供選用時參考。1.流量 離心泵在單位時間內(nèi)排出的液體體積，亦稱為送液能力，用Q表示，單位為m3／h。離心泵的流量與其結構、尺寸(葉輪直徑和寬度)、轉速、管路情況有關。,2024年4月1日,14/71,2.壓頭 指離心泵對單位重量的液體所提供的有效能量，又稱為揚程，用H表示，單位為m。泵的壓頭與泵的結構尺寸、轉速、流量等有關。對于一定的泵和轉速，壓頭與流量間有一定的關系。壓頭的值由實驗測定：

15、在泵的入口和出口間列柏努利方程，以單位重量流體為基準：,2024年4月1日,15/71,,3.效率 指泵軸對液體提供的有效功率與泵軸轉動時所需功率之比，稱為泵的總效率，用η表示，無因次，其值恒小于100%。它的大小反映泵在工作時能量損失的大小，泵的效率與泵的大小、類型、制造精密程度、工作條件等有關，由實驗測定。離心泵的能量損失主要包括：(1)容積損失：由于泵的泄漏、液體的倒流等所造成，使得部分獲得能量的高壓液體返回去被重新作功

16、而使排出量減少浪費的能量。容積損失用容積效率ηV表示。,2024年4月1日,16/71,(2)機械損失：由于泵軸與軸承間、泵軸與填料間、葉輪蓋板外表面與液體間的摩擦等機械原因引起的能量損失。機械損失用機械效率ηm表示。(3)水力損失：由于液體具有粘性，在泵殼內(nèi)流動時與葉輪、泵殼產(chǎn)生碰撞、導致旋渦等引起的局部能量損失。水力損失用水力效率ηh表示。,總效率： η= ηv×ηm×ηh,一般：小泵：η= 50～70％

17、 大泵：η>90％,2024年4月1日,17/71,,4.軸功率 指泵軸轉動時所需要的功率，亦即電機提供的功率，用N表示，單位kW。由于能量損失，軸功率必大于有效功率，即N=Ne/η 泵的軸功率與泵的結構、尺寸、流量、壓頭、轉速等有關。,2024年4月1日,18/71,例2-1 采用圖示裝置測定離心泵的性能。泵的吸入和排出管內(nèi)徑分別為100mm和80mm，兩測壓口間垂直距離為0.5m，泵

18、的轉速為2900rpm,用20℃清水作為介質(zhì)時測定，數(shù)據(jù)為：流量15l/s，泵出口處表壓2.55×105Pa，進口處真空度2.67×104Pa，電機功率6.2kW(電機效率93%)。解：在轉速為2900rpm下①泵的流量：Q＝15×10-3×3600＝54m3/h②泵的壓頭：在真空表和壓強表所在截面1-1′與2-2′間列柏努利方程，以單位重量流體為基準:其中：(z2-z1)

19、＝0.5m， p2＝2.55×105Pa(表)，p1＝-2.67×104Pa(表)， Hf≈0,2024年4月1日,19/71,,③軸功率：N=6.2×０.93＝5.77 kW④效率：故該泵主要性能為：Q=54m3／h， H=29.5m, N=5.77 kW，η=75.2%, n=2900rpm,2024年4月1日,20/71,2.2.3.2 離心泵的特性曲線,在一定轉速下，

20、離心泵的壓頭、功率、效率隨流量的變化關系稱為特性曲線。它反映泵的基本性能的變化規(guī)律，可做為選泵和用泵的依據(jù)。各種型號離心泵的特性曲線不同，但都有共同的變化趨勢。 ,(1)壓頭一般隨流量增大而下降(流量極小時可例外)；,(2)軸功率隨流量增大而增大，流量為零時軸功率最小。因而啟動離心泵時應關閉出口閥，使啟動電流減小，保護電機，待運轉正常后再開啟閥門, 調(diào)節(jié)適當?shù)牧髁俊?(3)效率隨流量增大而上升，達到一最大值后隨流量增加而下降。說

21、明在一定轉速下，離心泵存在一最高效率點，稱為設計點。離心泵在與最高效率點相對應的Q和H下工作最為經(jīng)濟，效率最高點對應的參數(shù)Q、H、N稱為最佳工況參數(shù)(泵銘牌所標出即指此)。在選用離心泵時應使其在該點附近工作，一般規(guī)定一個工作范圍，稱為高效區(qū)，為最高效率的92%左右。,2024年4月1日,21/71,2.2.3.3 離心泵性能的換算,離心泵的特性曲線是在一定轉速下，以常溫清水進行測定而得到的。使用時若輸送液體的性質(zhì)或其它條件與測定條件不同

22、時，可導致泵的性能發(fā)生變化，這時就需進行相應的換算。1.液體密度的影響離心泵的壓頭、流量均與液體的密度無關，故泵的效率亦不隨ρ而改變，但泵的軸功率隨密度不同而變化，應重新進行計算。2液體粘度的影響當被輸送液體的粘度大于常溫下清水的粘度時，由于葉輪、泵殼內(nèi)流動阻力的增大，致使泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大。一般當液體的運動粘度ν＞20×10-6m2/s時，離心泵的性能按下式進行換算：Q′

23、=CQQ，H′＝CHH，η′＝Cη·η，式中CQ，CH，Cη稱為離心泵的流量，壓頭和效率換算系數(shù)，可由圖2-13、2-14查得。上標“′”：操作條件,2024年4月1日,22/71,3離心泵轉速的影響,當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉速變化小于20%時，泵的流量、壓頭、軸功率與轉速的近似關系可按比例定律進行計算：4葉輪直徑的影響當轉速不變而減小葉輪直徑時，泵的流量、壓頭、軸功率與葉輪直徑的關

24、系可按切割定律進行計算(葉輪直徑變化＜20%)：,2024年4月1日,23/71,2.2.4 離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié),據(jù)離心泵特性曲線知離心泵的工作運行范圍很大，但實際工作時的運行狀況要受到管路的制約，因為泵是安置在管路上工作的。因此要了解其工作狀況，就必須了解管路的工作特性以及和泵特性之間的關系。2.2.4.1 管路特性曲線,在圖示的系統(tǒng)中，若貯槽與高位槽液面維持恒定，在1-1′截面與2-2′截面間列柏努利方程：,,2024年

25、4月1日,24/71,,He=K+GQe2稱為管路特性方程，它反映在特定的管路中，液體所需壓頭(He)與流量(Qe)的關系。這種關系只與管路的布置條件有關，而與泵的性能無關。將其關系標繪在H～Q坐標圖上，即為管路特性曲線，為一拋物線型。,2024年4月1日,25/71,例題2-2(P156例2-4),用離心泵向密閉容器輸送清水，管路情況如圖。貯槽A和密閉容器B內(nèi)液面恒定，位差20m。管路系統(tǒng)為：管徑φ114×4mm，管長(包

26、括所有局部阻力的當量長度)150m，密閉容器內(nèi)表壓9.81×104Pa，流動在阻力平方區(qū)，管道摩擦系數(shù)0.016，輸水量45m3/h。求：(1)管路特性方程；(2)泵的升揚高度與揚程；(3)泵的軸功率(效率為70％，水的密度1000kg/m3)解：(1),2024年4月1日,26/71,,(2)泵的升揚高度與揚程泵的升揚高度即ΔZ，值為20m。泵的揚程由管路特性方程計算：(3)泵的軸功率,2024年4月1日,27/

27、71,2.2.4.2 離心泵的工作點,當離心泵安裝在一管路中時，泵所提供的壓頭與流量，必然和管路所要求的壓頭與流量相一致才能工作，因此同時滿足管路特性和泵特性的點稱為泵的工作點。在H-Q圖中即為管路特性曲線和泵特性曲線的交點M，M點表示了離心泵在特定管路中實際能輸送的流量和提供的壓頭。 ,,2024年4月1日,28/71,例題2-3（P158例2-5）,用離心泵將水庫內(nèi)的水送至灌溉渠，假設兩液面恒定且位差12m。已知管路壓頭損失Hf=

28、0.5×106Qe2，特定轉速下泵特性方程為H=26-0.4×106Q2（Qe、Q單位均為m3/s），求每天送水量。解：,2024年4月1日,29/71,2.2.4.3離心泵的流量調(diào)節(jié),當選好的泵在管路提供的流量符要求或者生產(chǎn)任務變動時需進行流量調(diào)節(jié)，其實質(zhì)是改變泵的工作點。由于泵的工作點由兩條特性曲線所決定，因而改變其中之一或者同時改變即可實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。①改變閥門開度通過改變管路特性曲線來改變泵的工作點

29、。方法是在泵出口管路上裝一調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度，將改變管路的局部阻力，從而使管路特性曲線發(fā)生變化，導致泵的工作點隨之變化。,如閥門關小時，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由M上移至M1點，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。,優(yōu)點：調(diào)節(jié)流量，簡便易行，可連續(xù)變化缺點：關小閥門時增大了流動阻力，額外消耗了部分能量，經(jīng)濟上不夠合理。,2024年4月1日,30/71,②改變泵的轉速,改變泵的轉速，實質(zhì)是改變泵特性曲線。,優(yōu)點：較

30、經(jīng)濟，無額外能量損失，缺點：因需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，故改變困難，且難以做到連續(xù)調(diào)節(jié)，一般很少采用。,泵轉速增加，泵特性曲線上移，工作點隨之由M上移至M1，流量由Q增大到Q1。,2024年4月1日,31/71,③改變泵的直徑,改變泵的直徑，實質(zhì)是改變泵特性曲線。,泵直徑增加，泵特性曲線上移，工作點隨之由M上移至M1，流量由Q增大到Q1。,優(yōu)點：較經(jīng)濟，無額外能量損失缺點：流體調(diào)節(jié)范圍有限、不方便，難以做到連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)

31、不當會降低泵的效率。一般很少采用。,2024年4月1日,32/71,2.2.4.4 離心泵的組合操作,在實際生產(chǎn)中，當單臺泵不能滿足輸送任務要求的流量和壓頭時，可采用數(shù)臺離心泵組合使用，組合方式為串聯(lián)和并聯(lián)。下面以兩臺性能完全相同的離心泵討論其組合后的特性及其運行狀況。1.離心泵的串聯(lián)組合操作,當單臺泵達不到壓頭要求時，采用串聯(lián)組合。兩臺完全相同的離心泵串聯(lián)，從理論上講，在同樣的流量下，其提供的壓頭應為單泵的兩倍。因而依據(jù)單泵特性

32、曲線1上一系列坐標點，保持橫標(Q)不變，使縱標(H)加倍，繪出兩泵串聯(lián)后的特性曲線2。,串聯(lián)泵的操作流量和壓頭由工作點決定，由圖知，串聯(lián)后流量亦有所增加，但壓頭低于單臺泵壓頭的兩倍。,2024年4月1日,33/71,2.離心泵的并聯(lián)組合操作,當單臺泵達不到流量要求時，采用并聯(lián)組合。兩臺相同的離心泵并聯(lián)，理論上講在同樣的壓頭下，其提供的流量應為單泵的兩倍。因而依據(jù)單泵特性曲線1上一系列點，保持縱標(H)不變，使橫標(Q)加倍，繪出兩泵

33、并聯(lián)后的特性曲線2。,并聯(lián)泵的實際流量和壓頭由工作點決定，由圖知，并聯(lián)后壓頭有所增加，但流量低于單泵流量的兩倍(實際上三臺以上泵的并聯(lián)不多)。,2024年4月1日,34/71,3.離心泵組合方式的選擇,生產(chǎn)中如何選擇組合方式，還與管路特性有關，一般：1當單泵壓頭遠達不到要求時，必須采用串聯(lián)；2在某些情況下，并串聯(lián)都可提高流量和壓頭，這時與管路特性有關。,對低阻型輸送管路1，并聯(lián)組合優(yōu)于串聯(lián)組合，即并聯(lián)可獲得更高的流量和壓頭

34、，選并聯(lián)；,對高阻型輸送管路2，串聯(lián)組合優(yōu)于并聯(lián)組合，即串聯(lián)可獲得更高的流量和壓頭，選串聯(lián)，如圖所示。,2024年4月1日,35/71,離心泵的組合操作舉例,例2-4 用兩臺泵向高位槽送水，單泵的特性曲線方程為H=25-1×106Ｑ2，管路特性曲線方程為He＝10＋1×１05Ｑe2(兩式中Q的單位為m3／s，Ｈ的單位為m)。求：兩泵并、串聯(lián)時的流量及壓頭。解：①單泵時：H＝25-１×106Q2＝10+1

35、×105Q2故：Q＝3.69×10-3m3/s， H＝11.36m②并聯(lián)時：H不變， Q′＝2Q，Q＝Q′/2 即每臺泵流量Q為管中流量Q′的1/2。故：H′＝25-1×106×(Ｑ′/2)2=10+1×105Ｑ′２∴Q′＝6.55×10-3m3／s， H′＝14.29m③串聯(lián)時，H″＝2H， Q″＝Q， H＝H″/2，即每臺泵提供的壓頭僅為管路壓頭

36、的1/2，故泵特性曲線方程為：H″/2＝25-1×106Ｑ″2即：H″＝50-2×106Ｑ″2由：H″＝ 50-2×106Ｑ″2 ＝10＋1×105Ｑ″2得：Q″=4.36×10-3m3/s， H″=11.9m,2024年4月1日,36/71,2.2.5 離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,2.2.5.1 氣蝕現(xiàn)象離心泵通過旋轉的葉輪對液體做功，使液體機械能增加，在隨葉

37、輪的流動過程中，液體的速度和壓強是變化的。通常在葉輪入口處壓強最低，壓強愈低愈容易吸液。但是當該處壓強小于或等于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(p≤pv)液體將部分汽化，形成大量的蒸汽泡。這些氣泡隨液體進入葉輪后，由于壓強的升高將受壓破裂而急劇凝結，氣泡消失產(chǎn)生的局部真空，使周圍的液體以極高的速度涌向原氣泡處，產(chǎn)生相當大的沖擊力，致使金屬表面腐蝕疲勞而受到破壞。由于氣泡產(chǎn)生、凝結而使泵體、葉輪腐蝕損壞加快的現(xiàn)象，稱為氣蝕。氣蝕現(xiàn)象發(fā)生

38、時，將使泵體振動發(fā)出噪音；金屬材料損壞加快，壽命縮短；泵的流量、壓頭等下降。嚴重時甚至出現(xiàn)斷流，不能正常工作。為避免氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，必須在操作中保證泵入口處的壓強大于輸送條件下液體的飽和蒸汽壓，這就要求泵的安裝高度不能太高，應有一限制。,2024年4月1日,37/71,2.2.5.2 離心泵的允許吸上真空度HS′,為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應使葉片入口處最低壓強大于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓。但在實際操作中，不易測出最低壓強的位置，而往往是測

39、泵入口處的壓強，然后在考慮一安全量，即為泵入口處允許的最低絕對壓強，以p1表示。習慣上常把p1表示為真空度，并以被輸送液體的液柱高度為計量單位，稱為允許吸上真空度，以HS′表示。 HS′是指壓強為p1處可允許達到的最高真空度，表達式：式中：p1－泵入口處允許的最低絕對壓強，Pa； ρ－被輸送流體的密度，kg/m3。,2024年4月1日,38/71,HS′與泵的類型、結構、輸送操作條件有關，通過實驗測定，由制

40、造廠提供，標示在泵樣本或說明書中。實驗條件：大氣壓10mH2O，溫度20℃，清水為介質(zhì)。當操作條件和輸送液體與實驗條件不符時，須換算：,式中：HS－實驗條件下輸送水時的允許吸上真空度，mH2O；(由泵樣本表或性能圖中查取)HS′－操作條件下輸送液體時的允許吸上真空度，m液柱；Ha－泵安裝地區(qū)大氣壓，mH2O；Pv－操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓，Pa；10－實驗條件下大氣壓強，mH2O；0.24－實驗條件下水的飽和蒸汽壓

41、， mH2O；1000－實驗溫度下水的密度，kg/m3；ρ－操作溫度下液體的密度， kg/m3 。,2024年4月1日,39/71,3.允許氣蝕余量NSPH,由于HS′使用起來不便，有時引入另一表示氣蝕性能的參數(shù)，稱為氣蝕余量。以NSPH表示，其定義為：為防止氣蝕發(fā)生，要求離心泵入口處靜壓頭與動壓頭之和必須大于液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓頭的最小允許值，即：,〖說明〗NSPH通過實驗測定，標示在泵樣本、性能圖或氣蝕性能圖中。實驗條件

42、為20℃清水，一般不用校正。,2024年4月1日,40/71,4.離心泵的安裝高度(允許吸上高度),定義：指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可達到的最大垂直距離。,如圖示，以0-0′為基準面，在0-0′ ，1-1′間列柏努利方程：,2024年4月1日,41/71,(1)用允許吸上真空度HS′表示安裝高度Hg,(2)用允許氣蝕余量NSPH表示安裝高度Hg,聯(lián)立,,,聯(lián)立,〖說明〗①Hg安<Hg算 通常：Hg安＝Hg算－（0.5～1.0

43、）m②離心泵的Hs ′、NSPH與流量有關，流量大NSPH大而HS′較小，因此計算時以最大流量計算；③離心泵安裝時，應盡量選用大直徑進口管路，縮短長度，盡量減少彎頭、閥門等管件，使吸入管短而直，以減少進口阻力，提高安裝高度，或在同樣Hg下避免發(fā)生氣蝕。,2024年4月1日,42/71,泵安裝高度計算舉例,例2-5 用離心泵將敞口水槽中65℃熱水送往某處，槽內(nèi)液面恒定，輸水量為55m3/h，吸入管徑為100mm,進口管路能量損失為

44、2m，泵安裝地區(qū)大氣壓為0.1MPa，已知泵的允許吸上真空高度Hs=5m,求泵的安裝高度。解：65℃水，pv=2.554×104Pa,ρ=980.5kg/m3,為安全起見，泵的實際安裝高度應小于0.69 m。,2024年4月1日,43/71,2.2.6 離心泵的類型與選用,2.2.6.1 離心泵的類型 實際生產(chǎn)過程中，輸送的液體是多種多樣的，工藝流程中所需提供的壓頭和流量也是千差萬別的，為了適應實際需要，離心泵的種類很

45、多。分類方式：,2024年4月1日,44/71,1.水泵,用于輸送工業(yè)用水，鍋爐給水，地下水及物理、化學性質(zhì)與水相近的清潔液體。壓頭不太高，流量不太大時，采用單級單吸懸臂式離心泵，系列代號IS。泵殼和泵蓋采用鑄鐵制成。揚程：8～98m，流量：4.5～360m3/h；壓頭較高，流量不太大時采用多級泵，系列代號D。葉輪一般2～9個，多達12個。揚程：14～351m，流量：10.8～850m3/h；壓頭不太高，流量較大時采用雙吸泵，系

46、列代號Sh。揚程：9～140m，流量：120～12500m3/h。型號說明：IS100-80-125IS－單級單吸離心水泵100－泵的吸入管內(nèi)徑，mm80－泵的排出管內(nèi)徑，mm125－泵的葉輪直徑，mm,,6 Sh 96－吸入口直徑，inSh－雙吸式離心水泵9－比轉數(shù)ns，轉數(shù)被10除 后的整數(shù),2024年4月1日,45/71,2.耐腐蝕泵,用于輸送酸、堿、鹽等腐蝕性液體，系列代號F。特點：采用不

47、同耐腐蝕材料制造或襯里，密封性能好。揚程范圍：15～105m，流量范圍：2～400m3/h。型號說明：80FS-2480－吸入口直徑，mmF－耐腐蝕泵系列代號S－材料代號(聚三氟乙烯)24－揚程，m,40FM1-2640－泵吸入口直徑，mmF－耐腐蝕泵系列代號M－材料代號(鉻鎳鉬鈦合金鋼)1－軸封形式代號(單端面密封)26－揚程，m,2024年4月1日,46/71,3.油泵,用于輸送具有易燃易爆的石油化工產(chǎn)品

48、，系列代號：單級為Y，雙級為YS。特點：密封完善，軸承、軸封加冷卻水夾套(油溫>200℃)揚程范圍：60～603m，流量：6.25～500m3/h型號說明：250YSIII-150×2250－吸入口直徑，mmYS－雙吸離心式油泵III－材料代號(合金鋼)150－單級揚程，m2－級數(shù)，即葉輪個數(shù),2024年4月1日,47/71,4.雜質(zhì)泵,用于輸送懸浮液及稠厚的漿液等，系列代號為P，根據(jù)其具體用途又分為污

49、水泵PW、砂泵PS、泥漿泵PN等。對其基本要求是不易堵塞、耐磨和拆修方便。  特點：葉輪采用開式或半閉式，流道寬，葉片少，用耐磨材料制造等，在某些使用場合采用可移動式而不固定。,2024年4月1日,48/71,2.2.6.2 離心泵的選擇,根據(jù)輸送液體性質(zhì)以及操作條件來選定泵類型。液體性質(zhì)：密度、粘度、腐蝕性等操作條件：壓強－影響壓頭 溫度－影響泵的允許吸上高度計算管路

50、系統(tǒng)所需He、Qe(根據(jù)管路條件，利用柏努利方程求He)根據(jù)He、Qe查泵樣本表或產(chǎn)品目錄中性能曲線或性能表，確定規(guī)格。注意①應使流量和壓頭比實際需要多10～15％余裕量；②考慮到生產(chǎn)的變動，按最大量選?。虎蹜贡迷诟咝^(qū)內(nèi)工作，選好后列出該泵的性能參數(shù)H、Q、N、η、n、Hs等。 校核軸功率。當輸送液體的密度大于水的密度時重新計算軸功率,2024年4月1日,49/71,例題2-6（P172例2-11）,用離心泵從敞口貯槽向密閉高位

51、容器輸送稀酸溶液，兩液面位差為20m，容器液面上壓力表的讀數(shù)為49.1kPa。泵的吸入管和排出管均為內(nèi)徑為50mm的不銹鋼管，管路總長度為86m(包括所有局部阻力當量長度)，液體在管內(nèi)的摩擦系數(shù)為0.023。要求酸液的流量12m3/h，其密度為1350kg/m3。試選擇適宜型號的離心泵。解：稀酸具腐蝕性，故選F型離心泵。選型號。流量已知，壓頭計算如下：,2024年4月1日,50/71,在敞口貯槽液面與密閉容器液面之間列柏努利方程：,

52、據(jù)Qe=12m3/h及He=29.52m，查P530附錄二十五(三)選取50F-40A型耐腐蝕離心泵。有關性能參數(shù)為：Q=13.1m3/h H=32.5m N=2.54kW η=46%n=2960r/min Hs’=6m因酸液密度大于水密度，故需校核泵軸功率：雖然實際輸送所需軸功率較大，但所配電機功率為4kW，故尚可維持正常操作。,2024年4月1日,51/71,2.2.6.3

53、離心泵的安裝、使用和維護,泵的實際安裝高度應小于計算安裝高度，以免出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象和吸不上液體，并按要求固定在基座上；啟動前須向泵內(nèi)灌滿被輸送液體，以防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，并檢查泵軸轉動是否靈活；啟動時應關閉出口閥門，啟動后先打開進口閥，待運行平穩(wěn)后，緩緩開啟出口閥。防止軸功率突然增大，損壞電機；停泵時先關閉出口閥，再關閉進口閥，然后停車；運轉過程定時檢查密封泄漏，電機發(fā)熱，潤滑注油等問題。,2024年4月1日,52/71,2.

54、3 其它類型液體輸送機械,2.3.1 往復泵往復泵是一種典型的容積式輸送機械。1.主要部件：泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥(均為單向閥)?；钊麠U與傳動機械相連，帶動活塞在泵缸內(nèi)作往復運動?；钊c閥門間的空間稱為工作室。2.工作原理單動泵：活塞一側裝有吸入閥和排出閥,活塞自左向右移動時，排出閥關閉，吸入閥打開，液體進入泵缸，直至活塞移至最右端。 活塞由右向左移動，吸入閥關閉而排出閥開啟，將液體以高壓排出?；钊浦磷?/p>

55、端，則排液完畢，完成了一個工作循環(huán)，周而復始實現(xiàn)了送液目的。因此往復泵是依靠其工作容積改變對液體進行做功。在一次工作循環(huán)中，吸液和排液各交替進行一次，其液體的輸送是不連續(xù)的。活塞往復非等速，故流量有起伏。 ,2024年4月1日,53/71,雙動泵,活塞兩側的泵缸內(nèi)均裝有吸入閥和排出閥的往復泵。活塞自左向右移動時，工作室左側吸入液體，右側排除液體?；钊杂蚁蜃笠苿訒r，工作室右側吸入液體，左側排除液體。即活塞無論向那一方向移動，都

56、能同時進行吸液和排液，流量連續(xù)，但仍有起伏。,,為此采用三臺雙動泵并聯(lián)工作，其送液量較均勻。每個泵連接曲柄角度相差120O。,2024年4月1日,54/71,2.往復泵特點,由于往復泵的工作原理和操作調(diào)節(jié)等與離心泵不同，它具有如下特點：(1)往復泵的流量只與泵缸的尺寸和沖程、活塞的往復次數(shù)有關，而與泵的壓頭、管路等無關。理論上單動泵的流量：QT＝ASnr雙動泵的流量：QT＝(2A-a)S nr式中： QT —— 往復泵理論

57、流量，m3/s；A —— 活塞截面積，m2；a —— 活塞桿截面積，m2；S —— 活塞的沖程(在泵缸內(nèi)移動的距離)，m；nr —— 活塞往復頻率，1/s。實際上，由于泄漏，吸入和排出閥啟閉不及時等原因，實際流量小于理論流量。 實際流量：Q=ηVQT ηV－容積效率,2024年4月1日,55/71,(2)往復泵的壓頭與泵的幾何尺寸、流量無關，而由泵缸的機械強度和原動機的功率所決定。只要

58、泵缸強度許可，理論上壓頭可達無限大，其特性曲線為QT＝常數(shù)。(3)由于往復泵的低壓是靠工作室容積擴張造成的，因此啟動時無需灌液，即往復泵具有自吸能力。往復泵的吸上真空度亦隨外界大氣壓、液體輸送條件而異，故其安裝高度有一定限制。(4)流量調(diào)節(jié)不能用排出管路上的閥門，而應采用旁路調(diào)節(jié)或改變活塞的沖程和往復次數(shù)實現(xiàn)。,(5)因往復泵的排液能力只與活塞位移有關，與管路無關，這種泵稱為正位移泵。因此在啟動泵時必須打開閥門，以防泵或管路損壞

59、。主要用于小流量，高壓強的場合，輸送高粘度液體時效果比離心泵好。不能用于腐蝕性流體及有固體粒子的懸浮液的輸送。,2024年4月1日,56/71,2.3.1.2 計量泵,計量泵是往復泵的一種形式，它的傳動裝置是通過偏心輪把電機的旋轉運動變成柱塞的往復運動。偏心輪的偏心距是可調(diào)的，用來改變柱塞的沖程，這樣就可以達到嚴格地控制和調(diào)節(jié)流量的目的。計量泵通常用于要求精確而且便于調(diào)整的場合，特別適用于幾種液體以一定配比的輸送場合。,20

60、24年4月1日,57/71,2.3.1.3 隔膜泵,實際上是柱塞泵，其結構特點四借彈性薄膜將被輸送液體與活柱隔開，從而使得活柱和泵缸得以保護。隔膜左側與液體接觸的部分均由耐腐蝕材料制造或涂一層耐腐蝕物質(zhì)；隔膜右側充滿水或油。當柱塞作往復運動時，迫使隔膜交替地向兩側彎曲，將被輸送液體吸入或排出。彈性薄膜采用耐腐蝕橡膠或金屬薄片制成。適于：定量輸送劇毒、易燃、易爆、腐蝕性液體和懸浮液。,2024年4月1日,58/71,2.3.2 回轉泵

61、2.3.2.1 齒輪泵,齒輪泵也是正位移泵的一種，如圖。泵殼內(nèi)的兩個齒相互嚙合，按圖中所示方向轉動。在泵的吸入口，兩個齒輪的齒向兩側撥開，形成低壓將液體吸入。齒輪旋轉時，液體封閉于齒穴和泵殼體之間，被強行壓至排出端。在排出端兩齒輪的齒相互合攏，形成高壓將液體排出。齒輪泵產(chǎn)生較高的壓頭但流量小，用于輸送粘稠液體及膏狀物，但不能輸送含固體顆粒的懸浮液。,2024年4月1日,59/71,2.3.2.2 螺桿泵,由泵殼和一根或幾根螺桿構成

62、。一根螺桿：螺桿和泵殼形成的空隙排送液體。兩根衣衫螺桿：與齒輪泵類似，利用互相嚙合的螺桿老排送液體。特點是壓頭高，效率效率高，噪音小。適于在高壓下輸送粘稠性液體。流量調(diào)節(jié)時用旁路(回流裝置)調(diào)節(jié)。,2024年4月1日,60/71,2.3.3 旋渦泵,旋渦泵是一種特殊類型的離心泵。旋渦泵主要由葉輪和泵體組成。葉輪是一個圓盤，四周由凹槽構成的葉片呈輻射狀排列(圖b)。葉輪旋轉過程中泵內(nèi)液體隨之旋轉，且在徑向環(huán)隙的作用下多次進入葉

63、片并獲得能量。因而液體在旋渦泵內(nèi)流動與在多級離心泵中流動相類似。泵的吸入口和排出口由與葉輪間隙極小的間壁分開。,2024年4月1日,61/71,2.3.3 旋渦泵(續(xù)),根據(jù)旋渦泵的特性曲線圖，其特點是：1壓頭隨流量增大而大幅度下降，以旁路調(diào)節(jié)流量更為經(jīng)濟。2軸功率隨流量的增大而減小，啟動泵時應全開出口閥門。3由于在劇烈運動時進行能量交換，能量損失大，效率低，一般為20%～50％。旋渦泵工作時液體在葉片間的運動是由于離心

64、力作用，在啟動前泵內(nèi)也要灌滿液體。它適用于高壓頭，小流量且粘度小的液體，不適于輸送含固粒的液體。,2024年4月1日,62/71,2.4 氣體輸送機械,輸送和壓縮氣體的設備統(tǒng)稱氣體壓送機械。用途：氣體輸送產(chǎn)生高壓氣體產(chǎn)生真空氣體輸送機械與液體輸送機械的結構和工作原理大致相同，其作用都是向流體做功以提高流體的靜壓強。但是由于氣體具有可壓縮性和密度較小，對輸送機械的結構和形狀都有一定影響，其特點是：對一定質(zhì)量的氣體，由于氣體

65、的密度小，體積流量就大，因而氣體輸送機械的體積大。氣體在管路中的流速要比液體流速大得多，輸送同樣質(zhì)量流量的氣體時，其產(chǎn)生的流動阻力要多，因而需要提高的壓頭也大。由于氣體具有可壓縮性，壓強變化時其體積和溫度同時發(fā)生變化，因而氣體輸送和壓縮設備的結構、形狀有一定特殊要求。,2024年4月1日,63/71,分類：,按結構與工作原理分：離心式往復式選擇式流體力學作用式按終壓(氣體出口表壓p2)和壓縮比(氣體出口與進口絕壓之比x

66、)分：通風機：p2≤15kPa，x＝1～1.15，主要結構有離心式、軸流式，用于通風換氣和送氣。鼓風機：p2＝15～294kPa,x＜4，主要結構為多級離心式、旋轉式，用于輸送氣體。壓縮機：p2>294kPa，x>4，主要為往復式結構，用于產(chǎn)生高壓氣體。真空泵：p2為大氣壓，x由真空度而定，結構為旋轉式，用于將設備中氣體抽出而減壓。,2024年4月1日,64/71,2.4.1 離心通風機,因終壓小(≤15kPa

67、)，故常用于通風換氣和送氣。工業(yè)上常用的通風機為離心通風機，按其產(chǎn)生風壓大小分為：低壓離心通風機：出口風壓低于1kPa(表壓)中壓離心通風機：出口風壓在1～3kPa(表壓)高壓離心通風機：出口風壓在3～15kPa(表壓)2.4.1.1離心通風機的結構和工作原理 結構：機殼為蝸牛殼形，斷面有方形和圓形；葉輪直徑大，葉片數(shù)目多而且短。葉片有平直，前彎和后彎等形狀，前彎葉片送風量大，但往往效率低，因此高效通風機的葉片通常是后

68、彎的。低壓離心通風機：斷面方形，葉片平直，與中心成輻射狀中壓離心通風機：斷面方形，葉片彎曲高壓離心通風機：斷面圓形，葉片彎曲工作原理：同離心泵,2024年4月1日,65/71,2.4.1.2 離心通風機的性能參數(shù),1.風量 單位時間內(nèi)從風機出口排出的氣體體積，并以風機進口處氣體的狀態(tài)計，以Q表示，單位m3/h。風量大小取決于風機的結構、葉輪尺寸(葉輪直徑與葉片寬度)和轉速。2.風壓 單位體積的氣體通過風機時所獲得的有效能量

69、，HT，Pa。風壓的大小取決于風機的結構尺寸、轉速和氣體密度，其值目前只能通過實驗測定。取1m3氣體為基準，在風機進出口截面1-1′與2-2′間列柏努利方程，得：由于ρ和(Z2－Z1)值較小，ρ(Z2－Z1)g一項可忽略；風機進出口管段很短，ρ∑hf ≈0 ；風機進口直通大氣u1≈0，因而上式簡化為：HT＝(p2－p1)＋ ρu22/2其中： (p2－p1)稱為靜風壓，以Hst表示， ρu22/2稱為動風壓，二者之和稱為全