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1、第二章 流体输送机械概 述一、化工生产中为什么要流体输送机械？连续流动的各种物料或产品 由低处送至高处 由低压送至高压设备 克服管道阻力 流体输送机械 为输送流体而提供能量的机械按工作原理分：动力式（叶轮式）：离心式，轴流式；容积式（正位移式）：往复式，旋转式；其它类型：喷射式，流体作用式等。固体的输送，可采用流态化的方法气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。2二、为什么要用不同结构和特性的输送机械 化工厂中输送的流体种类繁多：1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和压强又有上下之分；3、不
2、同生产过程所需提供的流量和压头又各异。三、本章的目的及重点操作原理操作原理目的：1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。2.合理选型、定规格、计算功率、安排位置、日常管理。重点：3第一节 离心泵2-1 离心泵构造、原理及主要部件一、构造和原理1、离心泵的构造：吸入口排出管泵轴轴封泵壳叶轮4吸入导管压出导管 为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？思考：泵轴泵壳叶轮底阀52、离心泵的工作原理：流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？思考：常压流体被甩出高速流体机械旋转的离心力逐渐扩大的泵壳通道高压流体灌满液体 叶轮旋转 离心力甩出液体蜗壳内进行能量的转换 流体被压出叶轮中心形成真空在
3、压力差的作用下流体被压入泵内6泵启动前为什么要灌满液体？思考：液体未灌满气液离心力甩不出气体叶轮中心的真空度不够吸不上液体 泵无法正常工作未灌满底阀漏液其它地方泄漏7二、主要部件 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 1、叶轮：结构形状分有三种 思考：三种叶轮中哪一种效率高？8但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象思考：三种叶轮中哪一种效率高？闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大低压区高压区泵内液体泄漏9 后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高平衡孔F叶轮轴向力问题闭式或半闭式叶轮轴向推力磨损如何解决？平衡孔102、泵壳（蜗壳形）思考：泵壳的主要作用是什么？能量转
4、换装置聚集液体，并导出液体Why?A p uBE CE11导轮 为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？思考123、轴封装置 旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封 防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入作用：填料密封机械密封13填料密封机械密封用于一般离心泵 用于输送易燃易爆、有毒的液体等密封要求的泵内142-2 离心泵的基本方程式液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强 由BE可得：指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，以H表示 泵的压头（或扬程）泵的结构转速流量H叶轮的直径叶片的弯曲情况取决于 压头和流量 主要技术指标 选用泵的基本指标 相互关系？15一、离心泵的理论压头叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶
5、片厚度不计 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。流体为理想液体问：由、可以得出什么结果？由 液体在泵内无摩擦阻力损失由 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶 片形状相同。实际上流体在离心泵中的流动是相当复杂的理想情况简化了过程建模用数学语言来表达16液体质点在叶轮内的速度及速度 圆周运动速度相对运动速度绝对运动速度cu余弦定律 17在叶轮进口与出口列BE（Z=0）：静压头p/g增加，原因有二：离心作用，接受外功(u22-u12)/2g；通道截面积，；即动能转换为静压能。每kg液体静压能增加了(22-12)/2g18设计时，一般都是使设计流量下的 离心泵理论
6、压头的表达式，称为离心泵基本方程。讨论HQ的关系 b2 说明了H与Q、W、叶轮构造及尺寸（2、r2、b2）之间的关系 19二、离心泵理论压头的讨论 1、叶轮的转速和直径对理论压头的影响 理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大 2、叶片形状对理论压头的影响 后弯叶片 20 H90，ctg2u22/g HQ2=90290 为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片 20叶轮出口速度三角形21三、实际压头HQ理论压头环流而致之压头减小摩擦损失冲击损失实际压头 实际情况与理想情况的差异：叶片并不是无限多 流体非理想流体 轴向涡流 流体流动的阻力 实际压头始终小于理论压头环流摩擦损失液体被叶轮甩出，
7、冲向蜗壳的液体冲击损失222-2 离心泵的主要性能参数正确选择和使用离心泵 主要性能参数包括：n、Q、H、N、允许吸上真空度、气蚀余量 铭牌最高效率下的性能 一、主要性能参数1.流量Q：单位时间内泵输送的液体体积，m3/s（或m3/h，l/s等）取决于泵的结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速 离心泵总是和特定的管路相连系的，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关 2.扬程H（压头）泵对单位重量的液体所提供的有效能量，m液柱 压头与泵的结构(如叶片的弯曲情况，叶轮直径等)、转速及流量等因素有关 对于一定的泵和转速，压头与流量有关，一般由实验测定 233.泵的有效功率、轴功率及效率效率轴功率N泵
8、轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。原动机（电动机或蒸汽透平等）传送给泵轴的功率，kWNeNe=QHg 是指液体从叶轮获得的能量，kW 有效功率Ne4.转速n 泵的叶轮每分钟的转数，即“r.p.m.”24容积损失（泄漏起因的）水力损失（粘性和涡流起因的）机械损失（机械摩擦起因的）能量损失二、泵内损失容积效率1 水力效率2 机械效率3=123252-4 离心泵的特性曲线及其应用一、离心泵的特性曲线实验测定 泵厂以20清水作为工质做实验测定性能曲线 由泵制造厂提供，供泵用户使用 261、HQQH，呈抛物线H=ABQ2 不同型号的离心泵，HQ曲线的形状不同 适用于压头变化不大而流量变化较大的场
9、合 适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合 QN，当Q=0，N最小2、NQQ先后，存在一最高效率点，此点称为设计点。3、Q与max对应的H，Q，N值称为最正确工况参数，也是铭牌所标值92%92%max max泵的运转范围 泵的运转范围 27二、离心泵性能的改变与换算假设被输液的，不同，或改变泵的n，叶轮直径离心泵性能要发生变化1.密度的影响H、Q与无关 变N也变，N2.粘度的影响hf，则H，Q，和N 液 20水修正：20cp cQ，cH，c均小于1，可查有关曲线图 20cp不修正283.转速的影响n变化 速度变化 导致 H、Q=f(2)H、Q和N也发生变化但不变 当 时，认为速度相似比
10、例定律294.叶轮直径的影响a、几何形状相似的泵b2D2 出口截面D2b2D22，c2D2，u2D2 n一定时 30b、切削叶轮直径变小，当变化程度小于10%时速度变化很小切割定律不变312-5 离心泵的工作点与流量调节一、管路特性曲线与工作点离心泵特性管路工作特性压头和流量1、管路特性曲线f(Q)K完全湍流HQ0管路特性曲线离心泵特性曲线2、工作点管路特性方程工作点假设工作点所对应效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的 32二、流量调节改变泵的工作点 实际上两种调节方法a.调节管路特性曲线b.调节泵的HQ曲线 改变出口阀的开度 改变管路特性曲线 原来Q所需Q 如：HQ0M MQ Q阀门关小
11、管路阻力增大管路特性曲线上移工作点由MM流量减小33Q QHQ0M Q改变泵的转速或叶轮直径 改变泵的HQ曲线 MMn n MM Qn nMMQ，比较：b）方法不额外增加流动阻力，变化前后泵效率几乎不变，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。a）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，要额外多消耗一局部功率，且使泵在低效率点工作，经济上不合理。改变叶轮直径调节流量的可调节范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率，故实际上很少采用。34三、离心泵的组合操作 1、泵的并
12、联 泵的总性能曲线是由单泵同扬 单泵同扬程时流量叠加 程时流量叠加而成 1）两泵并联的合成特性曲线两台型号相同的离心泵并联工作两泵的流量和扬程必相同Q并=2Q单，同H2）两泵并联系统的工作点泵的流量不会增大一倍 Q并2Q单Q并增大导致管路阻力损失增加（H=KCQ2，QH）的缘故由图可知：Q并Q单，但Q并2Q单并联泵总效率与每台泵在b点工作所对应的单泵效率相同 并联泵单台泵HQ0Q单Q并Q单Q并Hb35泵的扬程不会增大一倍 H串2H单2.泵的串联1）两泵串联的合成特性曲线两台型号相同的离心泵串联工作两泵的流量和扬程必相同串联泵单台泵H 0QQH串H单 泵的总性能曲线是由单泵同流 单泵同流量时扬程
13、叠加 量时扬程叠加而成 H串=2H单，同Q2）两泵并联系统的工作点由图可知：H串H单，但H串2H单 串联泵的总效率与每台泵在b点工作所对应的单泵效率相同 Q单H单H串Q串b36如果两台型号不同的离心泵能否串或并联操作？和两台型号相同的串、并联操作问题是否有区别？三台或三台以上离心泵的串或并联操作时的流量、扬程如何确定？思考：372-6 离心泵的安装高度1、离心泵的汽蚀现象K假设：pKpv(t)pv(t)被输液温度t时的饱和蒸汽压 38pKpv(t)液体 汽化 汽泡汽液高压区 速凝聚或汽泡破裂 高频率的冲击波侵蚀叶片和叶轮 噪音和震动 保证离心泵正常运转汽蚀现象pKpv(t)避免？汽蚀余量法 允
14、许吸上真空度法 汽蚀现象汽蚀现象39列BE psseKpepKpK难测 易测的pe1、汽蚀余量法 汽蚀余量 Zs刚好发生气蚀时（pepemin，pk=pv时）h hmin。h愈能防止出现汽蚀实验测定 可查得 402、允许吸上真空度法Hs 令最大吸上真空度 允许吸上真空度H s 可查得 允许吸上真空度和汽蚀余量之间的关系如下：2.假设离心泵输送不同的液体，Hs要校正。讨论：1.实际安装高度比允许值小0.51m，413.注意油泵性能表上的h值也是按输送20的水而规定的。也要进行校正。为简便计可不校正，而将其视为外加平安因数。5.对于温度高或沸点低的液体，由于pv，Zs,允许还可能出现负值，将泵安装
15、在液面以下的位置上。，d吸比d排大些，l吸应少拐弯，少管件，调节阀应安装在派出管路上。4.为了尽量减少吸入管内的 离心泵所在地pa较小，或容器内压力pspa，或输送的液体pv，也要对Hs校正。原则：作于液面上的压力比规定减少多少或饱和蒸汽压增大多少，则允许吸上真空度也要减少多少。422-7 离心泵的选用、安装与操作一、离心泵的选用定类型依据：操作条件(温度、压力)、流体的性质。定规格:根据流量、压头大小，高效a）由管路所需压头、流量，确定泵压头、流量。工程观点：选择时，有一定生产裕度。b）抗汽蚀性能好c）经济性好：泵的操作点应处于高效区内。核算轴功率 N=HQg/液水 泵样本泵谱图产品目录选出
16、型号列出选出的泵的性能参数43B 型泵的型谱44二、离心泵的安装与运转n安装：n操作运行：注意防止汽蚀现象，吸入管路短而直，直径大，但不能太大。启动时灌泵启动后逐渐开启出口阀，注意检查轴承发热情况，密封装置的密封情况（是否漏液）。（保护电机，启动电流最小）排气（防止气缚）关闭出口阀停泵前：先关出口阀门n运转的故障：多种多样吸不上液启动时 没灌满水；底阀漏水运转时底阀吸入管堵塞漏气（气缚）45第二节 其他类型泵一、往复泵2-8 往复泵 与泵本身的几何尺寸和活塞的往复次数有关，与泵的压头无关。1、工作原理（与离心泵的不同）靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀而吸人并排出液体如下图。往复泵不需灌
17、液，具有自吸能力 往复泵不需灌液，具有自吸能力2、流量Q理论流量单动泵：实际流量会小于QT（吸入阀和排出阀启闭不及时，液体漏损等）46单缸单作用往复泵流量曲线双动往复泵单缸双作用往复泵流量曲线双缸双作用往复泵流量曲线473、He与泵的几何尺寸和Q无关（这又与离心泵不同），He受管路的承压能力限制。往复泵的特性曲线定排量泵 4、流量调节采用旁路调节，不能用出口阀来调节。（这也与离心泵不同）旁路调节示意图485、吸上真空高度也随大气压（pa），密度（）和液温变化而变化，所以往复泵的吸上真空高度也有一定限制。泵的排液能力只与泵的几何尺寸，而与管路情况无关，又压头与流量无关，受管路的承压能力所限制，这
18、种特性称为正位移性。这种泵称为正位移泵。适用场合：小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时效果比离心泵好，不能输送腐蚀性液体和有固体粒子的悬浮液。正位移性往复泵是正位移泵之一。49二、计量泵（比例泵）适用输送量十分准确而又便于调整的场合 三、隔膜泵 往复泵的一种 往复泵的一种 输送腐蚀性液体或悬浮液 50四、旋转泵（属正位移泵）：（1）齿轮泵：（2）螺杆泵：压头高，流量小，适用输送粘稠液体，不能输送含有固体颗粒的悬浮液 压头高、效率高、噪音低，适用输送高粘度液体。51五、旋涡泵（属离心泵）压头高、流量小，效率低；体积小，结构简单 六、各类泵的比较与选用 离心泵应用最广的一种泵往复泵易于获得高压头
19、而难以获得大流量。旋涡泵只适用于流量小，而压头较高的场合，对高粘度料液尤其适宜52（乙）气体输送与压缩机械气体压送机械（气体输送和压缩设备）主要用于：(1).气体输送(2).产生高压气体(3).产生真空 气体具有压缩性，所以当压力发生变化时其体积和温度也将随之发生变化 压送机械出口与进口气体的绝对压强的比值 压缩比根据终压，大致将气体压送机械分为：压送机械出口气体的压强终 压鼓风机 终压为0.153 kgf/cm2(表压),压缩比小于4；压缩机 终压在3 kgf/cm2(表压)以上,压缩比大于4；真空泵 将低于大气压的气体沉着器或设备内抽至大气中 53第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵22
20、-9 离心式风机主要性能参数（1）风量（2）风压 Q m3/h pa 取决于风机的结构、叶轮尺寸、转速与进入风机的气体密度 由实验测定 pT（3）轴功率与效率542-9 其它气体输送机械 1、离心鼓风机 特点：送气量大，出口风压一般294103Pa，不需冷却装置 2、离心压缩机 叶轮级数比鼓风机多 类似于多级离心泵 特点：转速较高，能产生更高的压强流量大，供气均匀离心压缩机常分成几段，每段包括假设干级，段段间设置中间冷却器，以免气体温度过高。553、罗茨鼓风机 定容积式鼓风机 平安缓冲罐；平安阀；支路调节流量；操作温度不能过高（转子受热膨胀）4、液环压缩机 输送有腐蚀性的气体；缺点适宜压力150180kpa；565、往复压缩机 余隙容积 压缩机实际循环指示图 余隙系数 容积系数 57单级压缩的压缩比不能很大多级压缩586、真空泵与往复压缩机相似 往复真空泵 旋转真空泵 喷射泵 59谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH