第2章流体输送设备 2.1概述 流体输送机械：为流体提供能量的机械或装置 流体输送机械在化工生产的作用：从低位输送到高位，从低压送至高压， 从一处送至另一处。 2.1.1对流体输送机械的基本要求 （1） 满足工艺上对流量和能量的要求（最为重要）； （2） 结构简单，投资费用低； （3） 运行可靠，效率高，日常维护费用低； （4） 能适应被输送流体的特性，如腐蚀性、粘性、可燃性等。 2.1.2流体输送机械的分类 按输送流体的种类不同 泵（液体）：离心泵、往复泵、旋转泵 风机（气体）：通风机、鼓风机、压缩机，真空泵 按作用原理不同：离心式、往复式、旋转式等 本章主要讲解：流体输送机械的基本构造、作用原理、性能及根据工艺要 求选择合适的输送设备。 2.2离心泵 离心泵是化工生产中最常用的一种液体输送机械，它 的使用约占化工用泵的80?90%。 2.2.1离心泵的工作原理和主要部件 基本结构：蜗形泵壳，泵轴（轴封装置），叶轮 启动前：将泵壳内灌满被输送的液体（灌泵）。 输送原理：泵轴带动叶轮旋转—液体旋转—离心力 （p,u）f泵壳，A T u J pt—液体以较高的压力，从压出 口进入压出管，输送到所需的场所。—中心真空—吸液 气缚现象：启动前未灌泵，空气密度很小，离心力也很小。吸入口处真空 不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送体。此现象称为“气 缚”。说明离心泵无自吸能力。防止：灌泵。 生产中一般把泵放在液面以下 底阀（止逆阀），滤网是为了防止固体物质进入泵内 2.2.2离心泵的主要部件 叶轮 叶轮是离心泵的最重要部件。其作用是将原动机的机械能传给液体，使液 体的静压能和动能都有所提高。 W开式 ⑹^^幵式 同阑式按结构可分为以下三种： 开式叶轮：叶轮两侧都没有盖板， 制造简单，效率较低。它适用于输送含 杂质较多的液体。 W开式 ⑹^^幵式 同阑式 半闭式叶轮：叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，它适用于 输送含固体颗粒和杂质的液体 闭式叶轮：闭式叶轮叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广。 间单吸朮平斛L闭式或半开式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝 隙内，液体的压力较入口侧为高，这使叶轮遭受 到向入口端推移的轴向推力。 间单吸朮 平斛L 可在后盖板上钻几个小孔，称为平衡孔 rkh 21耳 rkh 21耳 JT 泵壳 离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个截面逐渐扩大的蜗 形通道。 泵壳的作用：（1）汇集液体；（2）使部分动能有效地转化 为静压能。动能T静压能。 轴封装置 轴圭寸装置的作用：避免泵内高 压液体沿间隙漏出，或防止外界空 气从相反方向进入泵内。 离心泵的轴封装置有填料密封 和机械密封。 机械密封的效果好于填料密 封。 223离心泵的主要性能参数 流量（送液能力）：单位时间内泵所输送的液体体积。 qv，m3/s，m3/ h。与叶轮尺寸、转速、管路特性有关。 扬程（压头）：单位重量液体流经泵后所获得的能量，H, 与泵的结构、转速及流量有关。H用实验测定， 2 2 H二②-乙）必直H Pg 2g Z2 -乙H =ho Pl pg 效率 泵的效率就是反映能量损失的大小。 能量损失的原因 （1）容积损失：泵的泄漏造成的。容积效率 n 1。 （2）水力损失：由于流体流过叶轮、泵壳时产生的能损失。水力效率 处由于（3）机械损失：泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触 处由于 机械磨擦而消耗部分能量，机械效率 n 3。 泵的总效率n (又称效率) n = n ix n 2X n 3 对离心泵来说，一般0.6~0.85左右，大型泵可达0.90 4.轴功率 轴功率：泵轴所需要的功率，P kW 有效功率：单位时间内液体从泵的叶轮所获得的有效能量。 Pe Pe= qv H p g qv—泵的流量，m3/s； H—泵的压头，m ; p —液体的密度，kg/m ; g—重力加速度，m/s。 P』 n 泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机 电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的 数值。 例2 -1某离心泵以20C水进行性能实验，测得体积 流量为720m3/h，泵出口压力表数为 3.82kgf/cm2， 吸入口线mmHg，压力表和线m m，吸入管和压出管内径分别为 350mm及300mm。试求泵的压头。(能量损失可以 忽略) 2.2.4离心泵的特性曲线 ~五一 五—~SO IW 1I0 制皿1■飯) 压头、流量、功率和效率之间的关系 在一定转速下 H~ qv qv T , H J ⑵ P~ cv 5 T , PT。 中=0 P=Pmin ※启动离心泵时，为了减小启动功率，应 将出口阀关闭。 (3) n ~ q qv =0 , n =0 离心泵的设计点：效率最高点。 咼效率区：n max X 92% 铭牌：最咼效率下的流量、压头和功率 影响离心泵性能的主要因素 (1 )液体物性对离心泵特性的影响 密度的影响 离心泵的压头、流量、效率均与液体的密度无关。所以离心 泵特性曲线中的H—qv及n — qv曲线保持不变。但泵的轴功率与输送液体的密 度有关。密度轴功率 粘度的影响若被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度，则泵体内部液 体的能量损失增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增 大。 对小型泵的影响尤为显著。 （2）转速对离心泵特性的影响 离心泵的特性曲线是在一定转速 n下测定的，当n改变时，泵的流量、压 头及功率也相应改变。 q—%出（2）2,P2 =（nv比例定律 Ck1 ni Hi n! Pi m 适用条件：同一型号泵、同一种液体，在效率 （3）叶轮直径对离心泵特性的影响 当离心泵的转速一定时，通过切割叶轮直径 曲线。（称为切割定律） n不变的前提下。 D，使其变小，也能改变特性 %2 _ D2 H2 _（D2）2 P2 _（ D2）3 匚二Hi珂6八冃=（D?） 适用条件：同一型号泵、同一液体、同一转速 下直径D的切割量小于 例2-2 一水泵的铭牌上标有：流量 36.2m3/h,扬程12m，轴功率1.82kw，效率 65%,配用电机容量2.8kw，转数1400rpm。今欲在以下情况下使用是否可以？ 如不可以，采用什么具体措施才能满足要求？（计数说明）（ 1）输送密度为 1800kg/m3的溶液，流量为 33m3/h，扬程为12m；（2）输送密度为 800kg/m3 的油品，流量为50m3/h，扬程为24m。 2.2.5离心泵的工作特点与流量调节 管路特性曲线 \h \z Ap 也 u2 _ 2g8JIH = z H 2g 8 JI Pg 2g l — I d 2g ——管路特性曲线H =A + BqJ 2.工作点 工作点： 泵的特性曲线H-qv与管路的特性曲线H- qv的交点 适宜工作点：工作点所对应效率在最高效率区。 流量调节 调节流量实质：改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵 的工 作点的问题。 改变管路特性曲线 阀门开小：BT曲线变陡qd HT 阀门开大：B；曲线变平坦qvT H ； 特点：应用灵活，流量连续变化， 能量损失大。 改变泵的特性曲线——改变离心泵的转速或改 变叶轮直径 n T泵特性曲线向上移 qvT H T n J泵特性曲线向下移 H J 当泵入口处的压力等于或低于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在该离心泵的并联与串联 当泵入口处的压力等于或低于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在该 离心泵的并联 设将两台型号相同的泵并联于管路系统中，且各自的 吸入管路相同。在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的 两倍。 并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交 点决定。 并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而且并联压 头略高于单台泵的压头 离心泵的串联 两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也 各自相同。 两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。 离心泵组合方式的选择 对于管路特性曲线较平坦的低阻力型管路，采用并联组 合方式可获得较串联组合方式为高的流量和压头；反之，对 于管路特性曲线较陡的高阻力型管路，则宜采用串联组合方 式。P57例 2-3，2-4 226离心泵的汽蚀现象与安装高度 汽蚀现象 处汽化，产生气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡就急剧凝结或破 裂。因气泡的消失产生局部真空，此时周围的液体以极高的速度流向原气泡占 据的空间，产生了极大的局部冲击压力。在这种巨大冲击力的反复作用下，导 致泵壳和叶轮被损坏，这种现象称为汽蚀现象。 汽蚀：当P1＜饱和蒸汽压 危害：噪音、震动，流量、扬程明显下降 避免：最低点压强〉饱和蒸汽压 ;③液体温度高产生原因：①Hg高；②泵吸入管路局部阻力过大 在0-0、1-1截面间列柏努力方程 ;③液体温度高 离心泵的最大安装高度 为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，米用以下两种抗气蚀性能指标 来限定泵吸入口附近的最低压力 气蚀余量 2 Hg max TOC \o 1-5 \h \z Pl Ui Ps Hg max ^h =( )- 中 2g Pg 离心泵的允许吸上真空度 Hg maxPa 一 p H g max H s = 、 △ h和HS厂家一一20E清水做实验 实际安装高度：应小于计算的(0.5-1)m左右 负值：表示在液面下。 提高Hg：减少刀Hf (吸入管阻力，减少弯头、阀门、增大吸入管直径 ) P61 例 2-5 例2-3用某台离心泵输送敞口水槽中 40 E清水，泵入口中心线m，泵入口管路的压头为1mH2O。所选用的泵汽蚀余量为 2mH20。当地大气 压为0.1MPa。试问这个泵能否正常工作？ 解：40C水饱和蒸汽压 p v =7.377kPa,密度 p =992.2kg/m3 实际安装高度Hg=4mv 6.51m，故能正常工作 例2-4若例2-2中的敞口水槽改为密闭水槽，槽内水面上压力为 30 kPa，试问这个泵能否正常工作? 实际安装高度Hg=4m -0.67m,故不能正常工作 227离心泵的类型与选用 离心泵的类型 按输送介质分：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵 按叶轮吸入方式：单吸泵、双吸泵。 按叶轮数目：单级泵、多级泵。 （1）清水泵（IS型、D型、Sh型） 输送物理、化学性质与清水类似的液体。 IS50-32-250 : IS――单级单吸悬臂式离心泵；50――泵吸入口直径（mm）; 32 ——泵出口直径（mm）; 250——叶轮直径（mm）; 适用：t 80°C、qv: 4.5— 360m3/h、H: 8— 98m。 IS型泵的全系列扬程范围为8?98m,流量范围为4.5?360m3/h 若要求的扬程较高而流量并不太大时，买球的app可米用多级泵。这种泵在同一泵壳 内有多只叶轮，液体串联通过各叶轮。国产 多级泵的系列代号为 D，称为 D型离心 泵。叶轮级数一般为 2?9级，最多为12 级。全系列扬程范围为 14?351m,流量范 围为 10.8 ?850 m3/h。 若泵送液体的流量较大而所需扬程并不 高时，则可采用双吸泵。国产双吸泵的系列代号为 Sh。这 种泵在同一泵壳内有多只叶轮，液体串联通过各叶轮。 吕石D12—25X 3型泵为例：其中D为型号；12表示公称流量 吕石 （公称流量是指最高效率时流量的整数值）； 25表示该泵 在效率最高时的单级扬程，

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