化工原理第二章少课时第一节讲稿修改

2020/2/14第二章流体输送机械第一节液体输送机械离心泵•离心泵的操作原理、构造与类型•离心泵的基本方程式•离心泵的主要性能参数与特性曲线•离心泵性能的改变•离心泵的气蚀现象与允许吸上高度•离心泵的工作点与流量调节2020/2/14第二章流体输送设备作用：向系统输入能量，补充所需机械能。用于流体的输送或加压。流体输送设备：液体输送设备------泵；气体输送设备------通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。Rpugzwpugze222212112121kgJ/2020/2/14流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。•输送液体的机械通称为泵；例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。•输送气体的机械按不同的工况分别称为:通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。本章的目的：结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等.2020/2/14第一节离心泵一．离心泵的工作原理2020/2/14离心泵的工作过程：•（1）开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。•（2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高。•（3）在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口流入排出管道。•（4）泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。2020/2/14离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。2020/2/14气缚离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停时调节流量。2020/2/14二、离心泵的主要部件（一）叶轮a)叶轮的作用将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。b)叶轮的分类根据结构闭式叶轮开式叶轮半闭式叶轮叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。2020/2/142020/2/14按吸液方式单吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可以从两侧吸入液体，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。2020/2/14叶轮按吸入方式分：单吸式及双吸式后盖板平衡孔单吸式双吸式2020/2/14（二）泵壳A.泵壳的作用•汇集液体，作导出液体的通道；•使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。B.导叶轮为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。2020/2/14三．离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的性能参数（一）离心泵的流量指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力。（二）离心泵的压头泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。2020/2/14离心泵的压头取决于：泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）转速n流量Q，如何确定转速一定时，泵的压头与流量之间的关系呢？实验测定2020/2/14H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：bcfccbbhgugPZHgugP)(2222bcfbcbchguugPPZH)(222gPPZHbc/)(离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度△Z，升举高度只是扬程的一部分。2020/2/14（三）离心泵的效率离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η来反映能量损失。这些能量损失包括：•容积损失•水力损失•机械损失泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关2020/2/14轴功率：电机输入离心泵的功率,用P表示，单位为J/S,W或kW有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Pe表示轴功率和有效功率之间的关系为：/epp小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%。2020/2/14四、离心泵的特性曲线离心泵的H、η、P都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：H～Q、η～Q、p～Q——离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点2020/2/14离心泵的特性曲线及其测定（一）离心泵的特性曲线•厂家提供测定条件：常压、20℃清水为工质；•曲线与叶轮转数有关(图中应标明转数）；H-qV曲线P-qV曲线η-qV曲线2020/2/14封闭启动(关出口阀启动）目的：防止电机过载。max%92η-qV曲线设计点：最高效率点高效区范围H-qV曲线选泵时常用，qV↑，H↓；min0PPqV时，P-qV曲线2020/2/14同一型号泵，同一种液体，效率不变的条件下比例定律nnqqVV2)(nnHH3)(nnPP要求：叶轮转数变化不超过20%（2-5）（二）离心泵转数特性曲线的影响2020/2/14（三）粘度和密度的影响（a）密度对泵特性曲线的影响H-qV曲线：η-qV曲线：P-qV曲线：无关与无关与gHqPVe)(ePP)(1,222222TVqbDctguugHPP结论：流体密度变化时，应校正P-qV曲线。2020/2/14（b）粘度对泵特性曲线的影响定性分析：定量计算：实验曲线：实验测定,,PH，则：流量相同时，粘度经验公式由实验确定。2020/2/14五、离心泵的工作点与流量调节（一）管路特性方程与管路特性曲线管路特性曲线流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。在截面1-1´与2-2´间列柏努利方程式，并以1-1´截面为基准水平面，则液体流过管路所需的压头为：2020/2/14feHgugpzH220pzHg式中：022gu上式简化为0fHHH221()()()24efllQHdgd而241()ellkdgd令（2-8）（2-9）（2-10）2020/2/1420vHHkq——管路的特性方程（二）离心泵的工作点离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点M，就是离心泵在管路中的工作点。（M点所对应的流量qv和压头H表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。）在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量qv的平方而变（2-11）2020/2/14（三）离心泵的流量调节1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线•阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；2020/2/14•当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。优点：调节迅速方便，流量可连续变化；缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线若把泵的转速提高到n1：则H~Q线上移，工作点由M移至M1，流量由QM加大到QM1；2020/2/14•若把泵的转速降至n2：则H~Q线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。2020/2/14六、离心泵的汽蚀与高度1、汽蚀现象汽蚀产生的条件：叶片入口附近处的压强PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压。•当该处压力很低，使部分液体汽化生成大量气泡，随液体进入叶片时，由于压力升高，气泡又随即急剧冷凝而产生局部真空，瞬时内周围液体即以极高的速度冲向这些凝聚处，在冲击点处压力高达几百个大气压，而冲击频率又可达到极高的程度，长期下去就会使叶片出现斑痕和裂缝而过早损坏，这种现象称为离心泵的汽蚀（或空蚀）。2020/2/14汽蚀产生的后果：•气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落•液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。2020/2/14（二）、汽蚀余量为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头gp1与动压头gu221之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头gpv的一个最小值。2020/2/14——气蚀余量定义式2.必需气蚀余量：（1）设计制造时给出（2）为了不发生气蚀，有效气蚀余量至少要大于必需气蚀余量2v11pp=g2ggauhrh（2-13）2020/2/14（三）离心泵的最大安装高度0gpH=ggvafphH0gmaxpH=ggvrfphH2-142-152020/2/14（四）允许气蚀余量与允许安装高度0.3rhh0gpH=Hggvfph允2-162020/2/14七、离心泵的选用、安装与操作1、离心泵的选择1）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。2）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。2020/2/14若是没有一个型号的H、qv与所要求的刚好相符，则在邻近型号中选用H和qv都稍大的一个；若有几个型号的H和qv都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的H和qv外，还应考虑效率η在此条件下是否比较大。3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时，按/gQHN来计算泵的轴功率。2020/2/14高度必须低于理论上计算的最大安装高度，同时，应尽量降低吸入管路的阻力。2）启动前先“灌泵”这主要是为了防止“气傅”现象的发生，在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止。2、离心泵的安装和使用1）泵的安装高度为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安装2020/2/143）离心泵应在出口阀门关闭时启动为了不致启动时电流过大而烧坏电机，泵启动时要将出口阀完全关闭，等电机运转正常后，再逐渐打开出口阀，并调节到所需的流量。4）关泵的步骤关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否则，压出管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使叶轮被损坏。5）运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。2020/2/14•作业：•p89:2-4,2-8,2-10