第二章-流体输送机械..pptx
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1、根据流体性质的不同分成:输送液体用的泵输送气体用的压缩机(或风机)流体输送机械按工作原理分类:离心式(叶轮式)往复式旋转式流体动力作用式 一.流体输送机械的分类 第1页/共68页一.流体输送机械的分类还可分为以下几类:1.动力式(又称叶轮式、非正位移式):它是利用高速旋转的叶轮使流体获得能量,主要包括离心式、轴流式和旋涡式输送机械。2.容积式(又称正位移式):它是利用活塞或转子的挤压作用使流体升压排出。包括往复式、旋转式输送机械。3.其他类型:例如流体作用式等,对气体和液体输送机械,同一类型的基本结构、工作原理、主要操作性能等大致相似。第2页/共68页对一定的管路系统,由流体输送机械所提供的能
2、量可由柏努利方程式求得:二、流体输送机械的作用第3页/共68页 1.输送液体若输送的是液体(对泵来讲),则采用以单位重量(1N)的流体为衡算基准。当用泵输送液体时,一般动能项可以忽略。液体输送机械提供的能量,主要用于提高液体的位能、静压能及克服管路沿程的阻力(能量损失)。第4页/共68页 2.输送气体若输送的是气体(对通风机来讲),则采用以单位体积(1m3)的流体为衡算基准。将柏努利方程式中各项乘以气体密度,可得:令,则有:在气体输送中,一般位风压可以忽略,可见气体输送机械所提供的能量,主要用于提高气体的速度、压强及克服管路沿程的阻力(能量损失)。第5页/共68页 三.对流体输送机械的基本要求
3、在化工生产和设计中,对流体输送机械基本要求如下:1.能适应被输送流体的特性,例如它们的粘性、腐蚀性、毒性、易燃易爆性及是否含有固体杂质等。2.能满足生产工艺上对能量(压头)和流量的要求。3.结构简单,操作可靠和高效,投资和操作费用低。在化工生产中,选择适宜的流体输送机械类型和型号是十分重要的。第6页/共68页第 1 节 离 心 泵 2.1.1 离心泵的主要部件和工作原理一、离心泵的主要部件(1)叶轮:离心泵的核心部件,由4-8片叶片组成。作用:通过高速旋转,将原动机的能量传给液体。分类:开式、闭式和半开式。第7页/共68页第 1 节 离 心 泵(2)泵壳:泵的外壳,包围叶轮,形成一个截面积逐渐
4、扩大的蜗牛壳形通道。将液体的大部分动能转变成静压能。泵壳作用:汇集液体;能量转化作用。(3 3)泵轴:位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。)泵轴:位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。轴封:旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。轴封:旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。第8页/共68页第 1 节 离 心 泵 二、离心泵的工作原理 1.排液过程2.吸液过程能量能量能量能量泵轴 叶轮 液体第9页/共68页第 1 节 离 心 泵 3.气缚现象 未能灌满液体 惯性离心力 叶轮中心处不能足 够真空度 不能吸入液体 离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械。若泵的吸入口位于贮槽液面的上方,在吸入管路应安装单向底
5、阀和滤网。单向底阀可防止启动前灌入的液体从泵内漏出,滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳和管路。若泵的位置低于槽内液面,则启动时就无需灌泵。第10页/共68页第 1 节 离 心 泵 2.1.2 离心泵的主要性能参数和特性曲线一、离心泵的主要性能参数1.流量Q:以体积流量来表示的泵的输液能力,m3/s,m3/h,与叶轮结构、尺寸和转速有关。泵总是安装在管路中,故流量还与管路特性有关。2.压头(扬程)H:泵向单位重量流体提供的机械能he。m。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。一般实际 压头由实验测定。注意:扬程H与升举高度z的区别第11页/共68页第 1 节 离 心 泵 3.功率:(1)有效
6、功率:指液体从叶轮获得的能量;Qm3/s(2)轴功率:指泵轴所需的功率。当泵直接由电机驱动时,它就是电机传给泵轴的功率。4.效率:由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体,因此离心泵都有一个效率的问题,它反映了泵对外加能量的利用程度:三方面的原因:容积损失;水力损失;机械损失第12页/共68页第 1 节 离 心 泵 二、离心泵的特性曲线HQ曲线NQ曲线Q曲线。一般都通过实验来测定。离心泵的特性曲线反映了泵的基本性能,由制造厂附于产品样本中,是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。第13页/共68页第 1节 离 心 泵(1)从HQ特性曲线中可以看出,随着流量的增加,泵的压头是下降的,即流量越大,
7、泵向单位重量流体提供的机械能越小。(2)轴功率随着流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小,离心泵应在关闭出口阀的情况下启动,这样可以使电机的启动电流最小,以保护电机。(3)泵的效率先随着流量的增加而上升,达到一最大值后便下降。但流量为零时,效率也为零。根据生产任务选泵时,应使泵在最高效率点附近工作,称泵的高效区,在高效区内泵的效率一般不低于最高效率点的92%。(4)离心泵的铭牌上标有一组性能参数,它们都是与最高效率点对应的性能参数,称为最佳工况参数。第14页/共68页第 1 节 离 心 泵 三、离心泵特性的影响因素1.液体的性质:(1)液体的密度:离心泵的压头和流量均与液体的密度无关,有效功率
8、和轴功率随密度的增加而增加,这是因为离心力及其所做的功与密度成正比,但效率又与密度无关。(2)液体的粘度:若粘度大于常温下清水的粘度,则泵的流量、压头、效率都下降,但轴功率上升。所以,当被输送流体的粘度有较大变化时,泵的特性曲线也要发生变化。第15页/共68页第 1 节 离 心 泵 2.转速若离心泵的转速变化不大(小于20),可以假设:转速改变前后液体离开叶轮处的出口速度三角形相似;转速改变前后离心泵的效率不变。从而可导出以下关系:(比例定律)第16页/共68页第 1 节 离 心 泵 3.叶轮外径当泵的转速一定时,压头、流量与叶轮外径有关。对于某同一型号的离心泵,若对其叶轮外径进行“切割”,而
9、其他尺寸不变,在叶轮外径减小变化不超过5时,离心泵的性能可进行近似换算。此时可以假设:(1)叶轮外径变化前后,叶轮出口速度三角形相似;(2)叶轮外径变化前后,离心泵的效率不变;(3)叶轮外径变化前后,叶轮出口截面积基本不变。从而可以导出以下关系:(切割定律)第17页/共68页第 1 节 离 心 泵 离心泵的工作点和流量调节一、管路特性曲线特定管路的特性方程:管路特性曲线的形状由管路布置和操作条件来确定,与离心泵性能无关。第18页/共68页第 1 节 离 心 泵 二、离心泵的工作点管路特性曲线和泵的工作点将泵的HQ曲线与管路的Q曲线绘在同一坐标系中,两曲线的交点称为泵的工作点M。QH高阻管路特性
10、曲线较陡;低阻管路特性曲线较平缓。大第19页/共68页(1)泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决定,可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到;(2)安装在管路中的泵,其输液量即为管路的流量;在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。因此,泵的工作点对应的泵压头和流量既是泵提供的,也是管路需要的;(3)工作点对应的各性能参数()反映了一台泵的实际工作状态。有关工作点例题第 1 节 离 心 泵 第20页/共68页三、离心泵的流量调节1.改变泵出口阀的开度改变管路特性改变阀门开度时工作点变化第 1 节 离 心 泵 阀门关小时,管路的局部阻力加大,管路特性曲线变陡,工作点由M移至M1,
11、流量由QM减小到QM1。当阀门开大时,管路阻力减小,管路特性曲线变得平坦一些,工作点移至M2,流量加大到QM2。第21页/共68页第 1 节 离 心 泵 2.改变叶轮转速改变泵的特性改变泵转速时工作点变化若把泵的转速提高到n1,泵的特性曲线上移,工作点由M移至M1,流量由QM加大到QM1。若把泵的转速降至n2,工作点移下移至M2,流量降至QM2。第22页/共68页第 1 节 离 心 泵 3.车削叶轮直径 这种调节方法实施起来不方便,且调节范 围也不大。叶轮直径减小不当还可能降低泵的 效率,因此生产上很少采用。在生产中单台离 心泵不能满足输送任务要求时,可采用离心泵 并联或串联操作。第23页/共
12、68页大幅度调节;并联或串联将组合安装的离心泵视为一个泵组,根据并联或串联工作的规律,可以作出泵组的特性曲线(或称合成特性曲线),据此确定泵组的工作点。并联操作:泵在同一压头下工作,泵组的流量为该压头下各泵对应的流量之和。泵在同一压头下工作,泵组的流量为该压头下各泵对应的流量之和。与单台泵在同一管路中的工作点1相比,并联管组不仅流量增加,压头也随之有所增加,因为管路阻力损失增加。4.4.离心泵的并联和串联离心泵的并联和串联同一管路系统中并联泵组的输液量并不能达到两台泵单独工作时的输液量之和。第24页/共68页4.4.离心泵的并联和串联离心泵的并联和串联串联操作:泵送流量相同,泵组的扬程为该流量
13、下各泵的扬程之和。与同一管路中单台泵工作点1相比,串联泵组不仅提高了扬程,同时还增加了输送量。正因为如此,在同一管路系统中串联泵组的扬程不能达到两台泵单独工作时的扬程之和。第25页/共68页第 1 节 离 心 泵 思考题:1.是不是所有情况下离心泵启动前都要灌泵?2.离心泵结构中有哪些是转能部件?3.离心泵铭牌(标牌)上标出的性能参数是指该泵的最大值吗?4.离心泵的扬程和升扬高度有什么不同?第26页/共68页气蚀现象与泵的安装高度1.气蚀现象叶轮中心K处的压力 v 提高泵的安装高度,K处的压力可能降至被输送液体的饱和蒸汽压,引起液体部分汽化。确定的管路,一定的输送流体,第27页/共68页被输送
14、流体在叶轮中心处发生汽化,产生大量汽泡汽泡在由叶轮中心向周边运动时,由于压力增加而急剧凝结,产生局部真空,周围液体以很高的流速冲向真空区域;当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时,众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片。瞬间压力可高达数十个MPa,众多的水击点上水击频率可高达数十kHz,且水击能量瞬时转化为热量,水击点局部瞬时温度可达230以上。第28页/共68页离心泵在汽蚀状态下工作:泵体振动并发出噪音;压头、流量在幅度下降,严重时不能输送液体;时间长久,在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下,叶片表面出现斑痕和裂缝,甚至呈海绵状逐渐脱落。通过以上讨论可以看出,安装高度过度将会导致叶轮
15、中心处的压力过低,达到工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压 p pv v,从而发生汽蚀。问题:如何确定Zs的上限。第29页/共68页气蚀现象与泵的安装高度2汽蚀余量与允许安装高度vv采用两种指标对泵的安装高度加以限制,以免发生汽蚀(1)汽蚀余量h v泵入口允许的最小压强pe,允应满足:v泵入口处的动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差.v用泵入口截面e代替叶轮入口截面K第30页/共68页v 的物理意义:v越小,表明泵入口处的压力或叶轮中心处的压力越低,离心泵的操作状态越接近汽蚀.v最小值:pk=pv,此时的pe为pe,min,v泵产品样本上的h值是按输送20水而
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- 第二 流体 输送 机械
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