《化工单元操作》流体输送设备课件.ppt
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1、化工单元操作化工单元操作流体输送设备流体输送设备2.1 概述概述作用作用: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: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。根据泵的工作原理和结构分类:2.2 离心泵离心泵2.2 离心泵离心泵2.2.1 离心泵的基本结构、工作原理及性能参数离心泵的基本结构、工作原理及性能参数蜗壳蜗壳(外壳)叶轮叶轮:敞式,半蔽式,蔽式单吸式、双吸式附属装置附属装置:底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)排气孔、轴封。(1)离心泵的主要结构离心泵的主要结构图2-1 离心泵装置 (2)工作原理工作原理a)排出阶段排出阶段
2、灌泵灌泵(单向阀)叶轮旋转(离心力,液体获得能量)流体高速流入涡壳(动能静压能)流向输出管路 b)吸入阶段吸入阶段液体排出,使叶轮中心形成低压,液面与泵入口形成压差,将液体吸入泵内。气缚:气缚:泵内未充满液体,气体产生离心力小,难以形成负压,不能吸上液体。结论:离心泵无自吸能力,必须灌泵。结论:离心泵无自吸能力,必须灌泵。电机提供原动力叶轮旋转产生离心力 液体获得能量(静压能为主)在泵入口形成真空,吸入液体c)主要部件作用主要部件作用 泵壳泵壳:动能静压能,提高液体压力,能量转换装置叶轮叶轮:把原动机(电机)的机械能,传递给液体,提高液体的动能和静压能叶轮由6-12片叶片组成。叶轮按叶片两侧有
3、无盖板分为:敞式、半蔽式和蔽式叶轮。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(3)离心泵的性能参数离心泵的性能参数 压头压头(扬程扬程)-流量流量-qV 功率功率-有效功率有效功率Pe轴功率轴功率P 效率效率小型泵效率,5070%;大型泵效率,90%。2.2.2 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式(1)液体在叶轮中的运动及简化假设液体在叶轮中的运动及简化假设简化假设(a a)叶片数目无限多,且无限薄,严格将流体限定在叶轮流道内,沿着叶片的形状流动而无倒流或撞击。(b b)流体为理想流体,无能量损失。液体质点的运动圆周运动-液体随叶轮一起旋转,圆周速度为u;切向运动-相对于叶
4、轮的运动,相对速度w;合成运动-流体相对于壳体的运动,绝对速度c。几何参数:叶片安装角相对速度w与圆周速度u反向延长线间的夹角。绝对速度c和圆周速度u间的夹角。cu=Ccos=u-Crctg速度三角形:C的径向分量:Cr=CsinC的圆周分量:Cu=Ccosucwwccrcuu图2-4 液体质点在叶轮内的运动情况(2)离心泵的基本方程推导)离心泵的基本方程推导列叶轮进、出口截面机械能衡算式(a)离心力产生的压头Hc(b)流道扩大引起的压头增高Hpb2bdRR图2-6 离心力做功选用适当的安装角度,或采取入口导流措施使得1=90o,得离心泵基本方程离心泵基本方程wccrcuu(3)影响理论压头的
5、因素)影响理论压头的因素离心泵理论流量qvT对理论压头H的影响叶片安装角叶片安装角叶片形式叶片形式:径向,前弯,后弯径向叶片径向叶片:后弯叶片:后弯叶片:前弯叶片:前弯叶片:22u2c2w22u2c2w222u2c2w22(a)(b)(c)图2-7 叶片弯曲方向及其速度三角形为获得较高的效率,常用后弯叶片。为获得较高的效率,常用后弯叶片。QTHe cba2902 =90290前弯叶片:压力头小于动压头,冲击损失大。后弯叶片:压力头大于动压头,冲击损失小。2.2.3 离心泵的效率和实际压头离心泵的效率和实际压头 实际压头实际压头 理论压头理论压头原因:原因:泵内各种能量损失(1)水力损失)水力损
6、失摩擦损失:与流量平方成正比 冲击损失:安装角,导向装置 环流损失:叶片数目和形状水力效率水力效率H(2)容积损失)容积损失原因原因:高压区向低压区泄漏减少方法减少方法:容积效率容积效率(3)机械损失)机械损失机械效率机械效率M采用蔽式叶轮泵内能量损失:泵内能量损失:离心泵的实际压头离心泵的实际压头当叶片为无限多时,其理论压头H为最大,H-q直线。若叶片为有限多时,压头将下降。H-q环流损失hc冲击损失hs摩擦损失hf容积损失hQ 2.2.4 离心泵的特性曲线及其测定离心泵的特性曲线及其测定(1)离心泵的特性曲线)离心泵的特性曲线厂家提供 测定条件测定条件:常压、20清水为工质;曲线与叶轮转数
7、有关(图中应标明转数);H-q H-qV V 曲线曲线 P-qP-qV V 曲线曲线-q-qV V 曲线曲线封闭启动封闭启动(关出口阀启动)目的目的:防止电机过载。-q -qV V 曲线曲线 设计点设计点:最高效率点高效区范围高效区范围H-qH-qV V 曲线曲线选泵时常用,q qV V,H;P-qV 曲线曲线00(2)离心泵性能曲线实验测定)离心泵性能曲线实验测定 测定原理测定原理 测定数据测定数据数据数据:操作操作:计算计算 H H、:不同流量下的压力差调节泵的出口阀 绘制特性曲线绘制特性曲线(3)离心泵特性曲线的影响因素)离心泵特性曲线的影响因素 物性参数影响物性参数影响 (a)密度对泵
8、特性曲线的影响)密度对泵特性曲线的影响 H-qH-qV V 曲线曲线:-q-qV V 曲线曲线:P-qP-qV V 曲线曲线:结论:结论:流体密度变化时,应校正流体密度变化时,应校正 P-q qV V 曲线曲线。(b)粘度对泵特性曲线的影响)粘度对泵特性曲线的影响定性分析:定性分析:定量计算定量计算:实验曲线实验曲线:经验公式由实验确定。书P107图2.2.14、2.2.15 叶轮直径和转数对特性曲线的影响叶轮直径和转数对特性曲线的影响(a)叶轮外径)叶轮外径D 车削定律车削定律 适用适用:叶轮切削量小于10%-20%原因:原因:保证运动相似,几何相似(b)叶轮转数)叶轮转数 比例定律比例定律
9、要求要求:叶轮转数变化不超过20%小结小结1.离心泵的结构,原理及性能参数离心泵的结构,原理及性能参数 (1)离心泵的结构离心泵的结构 蜗壳蜗壳、叶轮叶轮、附属装置附属装置(2)工作原理工作原理电机提供原动力叶轮旋转产生离心力液体获得能量(静压能为主)排出阶段排出阶段在泵入口形成真空,吸入液体吸入阶段吸入阶段气缚现象(3)离心泵的性能参数离心泵的性能参数 压头压头(扬程);流量流量 qV;功率功率-有效功率有效功率Pe;轴功率轴功率P 效率效率2.离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式简化假设(a a)叶片数目无限多,且无限薄,严格将流体限定在叶轮流道内;(b b)流体为理想流体,无能量损失;离
10、心泵基本方程离心泵基本方程 影响理论压头的因素影响理论压头的因素理论流量qvT对理论压头H的影响 3.离心泵的效率和实际压头离心泵的效率和实际压头 实际压头实际压头 NPSHr泵不发生汽蚀工程上,加一个安全裕量安全裕量S(取值见表2.2.2)对于一般的离心泵S取0.6-1.0m。(d)汽蚀曲线(书汽蚀曲线(书P112图图2.2.21)(2)其它汽蚀参数其它汽蚀参数 *吸上真空高度吸上真空高度Hs从泵基准面到吸入口的真空度换算:NPSHr10-10-Hs*汽蚀比转数汽蚀比转数 *吸入比转数吸入比转数KK(3)离心泵的安装高度离心泵的安装高度泵入口与吸入液面间的垂直距离最大安装高度最大安装高度 Z
11、max在0-0,k-k截面间列方程:允许安装高度允许安装高度结论:为保证泵不发生汽蚀结论:为保证泵不发生汽蚀实际安装高度实际安装高度 允许安装高度允许安装高度四、允许安装高度的影响因素四、允许安装高度的影响因素1、储槽上方压力、储槽上方压力 p0:2、液体饱和蒸汽压液体饱和蒸汽压 pS:3 3、泵吸入管段阻力、泵吸入管段阻力h hf,0-1方法:方法:应尽可能减小泵吸入管段阻力防止汽蚀的方法详见书防止汽蚀的方法详见书P114表表2.2.32.2.6 离心泵在管路中的工况离心泵在管路中的工况*离心泵离心泵的工作点工作点-泵工作时的q qV V、H H、P P、*离心泵离心泵的流量调节流量调节-实
12、质是对泵工作点的调节一、离心泵的工作点一、离心泵的工作点结论:泵工作点受到结论:泵工作点受到泵性能泵性能、管路特性管路特性制约制约 泵性能泵性能-离心泵特性曲线离心泵特性曲线 管路特性管路特性-管路特性曲线管路特性曲线AACC1、管路特性曲线、管路特性曲线 管路系统所需压头和流量间的关系(1)管路特性曲线方程)管路特性曲线方程计算方法计算方法:机械能衡算方程衡算范围衡算范围:原则上任意选取,通常是整个管路系统。由管路系统本身决定,与泵的特性无关。由管路系统本身决定,与泵的特性无关。(2)影响管路特性曲线的因素)影响管路特性曲线的因素 *影响影响 A:(1)z pz p(2):q qV VDHe
13、q qV VqVAC *影响影响B:B 与流量一与流量一 一对应一对应流量一定时,2、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线获得:获得:1)作图)作图(H-qH-qV V 曲线曲线)2 2)公式拟合)公式拟合 常用:q qV VDHeq qV VqVA3、离心泵的工作点、离心泵的工作点即管路、泵特性曲线交点即管路、泵特性曲线交点1)公式计算)公式计算2)作图,读出交点)作图,读出交点HeQH-q qV VHqV结论:结论:离心泵的工作点离心泵的工作点受到受到泵性能泵性能、管路特性管路特性双重制约双重制约管路特性曲线-反映管路需求H-q qV V离心泵特性曲线-泵能提供H-q qV V*离心泵离心泵
14、的工作点工作点-泵工作时q qV V、H H、P P、H-qV 曲线L-qV 曲线说明:说明:泵在特定管路中,只能在工作点处工作。管路系统中,一定流量下泵提供的压头一定。H-qV 曲线L-qV 曲线二、离心泵的流量调节二、离心泵的流量调节(工作点的调整工作点的调整)注意:泵工作点随流量变化注意:泵工作点随流量变化方法方法:改变泵或管路特性曲线1、改变管路特性常用-节流(阀门)调节2、改变泵特性常用-转数调节车削叶轮泵的组合运转*节流调节节流调节 调节调节:泵出口阀门开度泵出口阀门开度 优点优点:代价代价:适用适用:泵出口阀:泵出口阀:实质:改变管路特性曲线实质:改变管路特性曲线(阀门上阻力损失
15、阀门上阻力损失变化变化),泵特性不变泵特性不变节流,多消耗在阀门上能量节流,多消耗在阀门上能量-迅速方便,连续调节阀门阻力损失流量调节幅度不大,须经常调节的地方。两套(手动阀和自动阀)*调节离心泵转速或改变叶轮直径调节离心泵转速或改变叶轮直径实质:改变泵特性曲线,实质:改变泵特性曲线,管路特性不变。管路特性不变。适用:适用:不常用,阀门调节不经济时使用。结论:泵工作点的调整,结论:泵工作点的调整,实质是改变实质是改变L-q qV V或或H-q qV V曲线曲线泵合成特性曲线改变泵合成特性曲线改变相同压头下,流量加倍(1)并联操作并联操作泵型号相同,吸入管路相同,出口阀开度相同管路特性曲线不变管
16、路特性曲线不变 2.2.7 离心泵的组合运转工况分析离心泵的组合运转工况分析组合方式组合方式:并联和串联目的:目的:提高泵输出的流量或压头 并联泵的工作点并联泵的工作点*并联泵总流量和总压头*流量增加不到单泵的两倍 原因:管路存在阻力损失 并联泵效率并联泵效率等于单泵在qV,单时的工作效率泵的合成特性曲线改变泵的合成特性曲线改变相同流量下,压头加倍。(2)串联操作串联操作泵型号相同,首尾相连。管路合成特性曲线不变管路合成特性曲线不变串串联泵的工作点串联泵的工作点*串联泵的总流量和总压头 *压头增加不到单泵的两倍。串联泵效率串联泵效率等于单泵在qV,单时的工作效率A单单并并串串M(3)两种组合方
17、式的比较及选择两种组合方式的比较及选择 截距截距A HHe e单单maxmax 应采用串联操作应采用串联操作并联泵压头不够大串、并联都满足时,串、并联都满足时,应根据管路特性选择应根据管路特性选择低阻管路低阻管路(B较小),宜采用并联并联操作;高阻管路高阻管路(B较大),宜采用串联串联操作。C由单泵求泵合成特性曲线由单泵求泵合成特性曲线并联:串联:组合泵工作点流量、压头组合泵工作点流量、压头并联:串联:(4)组合泵的流量调节组合泵的流量调节方法方法:同单泵注意注意:确定组合泵的工作点时,使用泵的合成特性曲线和管路特性。(5)离心泵的串联和并联离心泵的串联和并联单泵出口阀开度不变时,单泵出口阀开
18、度不变时,*并联和串联提高泵输出的流量或压头是否改变*组合后,单泵特性曲线是否改变*组合后,组合泵特性曲线是否改变*组合后,管路特性曲线是否改变单泵出口阀调节时,单泵出口阀调节时,*单泵特性曲线是否改变*组合泵特性曲线是否改变*管路特性曲线是否改变*组合泵工作点有何变化提出问题提出问题?判断判断:1、离心泵安装高度超过允许值时,会发生气缚2、在管路中操作的并联泵,较单泵流量增加一倍3、扬程相同时,并联泵特性曲线上的流量 是单泵特性曲线上流量的两倍4、开大离心泵出口阀时,系统流量、阻力损失、泵轴功率如何变化5、液体温度升高一倍时,发现离心泵无液体排出,最可能的原因6、离心泵汽蚀余量数值越大,泵抗
19、汽蚀能力越强提出问题提出问题?提出问题提出问题?节流调节,节流调节,多消耗在阀门上能量为:多消耗在阀门上能量为:A、B、C、1.离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素 物性参数影响物性参数影响 (a)密度对泵特性曲线的影响)密度对泵特性曲线的影响 H-qH-qV V 曲线、曲线、-q-qV V 曲线曲线:P-qP-qV V 曲线:曲线:小小 结结(b)粘度对泵特性曲线的影响)粘度对泵特性曲线的影响 叶轮直径和转数对特性曲线的影响叶轮直径和转数对特性曲线的影响(a)叶轮外径)叶轮外径D 车削定律车削定律(b)叶轮转数)叶轮转数 比例定律比例定律2.离心泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象 (1
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