流体输送机械教学课程.ppt

流体输送机械2005.4.21,一.概述,为了将流体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力，都需要向流体施加外部机械能。流体输送机械就是向流体作功,把原动机的机械能转化为被输送流体的能量，以提高其机械能的装置。,1.输送机械的用途及分类,补充能量将流体从一处输送到另一处提高压强给流体加压造成设备真空给流体减压泵输送和提升液体的流体机械。风机输送和提升气体（空气或烟气）并提高气体能量的流体机械。,,2.输送机械应满足生产要求,满足工艺上对流率和能量的要求。结构简单，重量轻，投资费用低。运行可靠，操作效率高，日程操作费用低。能适应被输送流体的特性，其中包括粘性、腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、含固体杂质等。,3.泵与风机的分类,二.离心泵,1.离心泵的基本结构离心泵主要由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上安装在蜗壳形的泵壳内。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，侧旁的排出口与排出管路连接。,2.离心泵的工作原理,泵壳内灌满所输送的液体电机→泵轴旋转→叶轮旋转→叶片间的液体旋转→受离心力的作用使液体向叶轮外缘作径向运动。流体通过叶轮获得了能量，并以15～25m/s的速度进入泵壳。,在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。,当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为吸液原理。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。,若离心泵在启动前泵壳内不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将贮槽内液体压入泵内，此时虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作气缚。表示离心泵无自吸能力。因此在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。通常若吸入口位于贮槽液面上方时，在吸入管路中安装一单向底阀和滤网，以防止停泵时液体从泵内流出和吸入杂物。,3.离心泵的主要部件,1叶轮它通常由6～12片后弯叶片所组成，根据其结构和用途分为开式、半开式和闭式三种。闭式叶轮适于输送较清洁的流体，输送效率高，一般离心泵多采用这种叶轮。半开式叶轮半闭式叶轮适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低。开式叶轮适于输送含大颗粒的溶液，效率低。,2泵壳,泵壳亦称为蜗壳、泵体，构造为蜗牛壳形，其作用是将叶轮封闭在一定空间内，汇集引导液体的运动，并将液体的大部分动能转化为静压能。这是因为随叶轮旋转方向，叶轮与泵壳间的通道截面逐渐扩大至出口时达到最大，使能量损失减少的同时实现了能量的转化。,为了减少由叶轮外缘抛出的液体与泵壳的碰撞而引起能量损失，有时在叶轮与泵壳间还安装一固定不动而带有叶片的导轮以引导液体的流动方向。,3轴封装置,在泵轴伸出泵壳处，转轴和泵壳间存有间隙，在旋转的泵轴与泵壳之间的密封，称为轴封装置。其作用是防止高压液体沿轴泄漏，或者外界空气以相反方向漏入。常用的有填料密封和机械密封。填料密封装置由填料函壳、软填料和填料压盖构成，软填料为浸油或涂石墨的石棉绳，将其放入填料函与泵轴之间，将压盖压紧迫使它产生变形达到密封。,机械密封装置由装在泵轴上随之转动的动环和固定在泵壳上的静环组成，两环形端面由弹簧力使之紧贴在一起达到密封目的。动环用硬质金属材料制成，静环一般用浸渍石墨或酚醛塑料等制成。机械密封的性能优良，使用寿命长。部件的加工精度要求高，安装技术要求比较严格，价格较高。用于输送酸、碱、盐、油等密封要求高的场合。,4.离心泵的性能参数,为了正确地选择和使用离心泵，就必须熟悉其工作特性和它们之间的相互关系。反映离心泵工作特性的参数称为性能参数，主要有转速、流量、扬程、轴功率和效率、气蚀余量等。离心泵一般由电机带动，因而转速是固定的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本说明书中标明，以供选用时参考。流量离心泵在单位时间内排出的液体体积，用Q表示，单位为m3／h。离心泵的流量与其结构、尺寸叶轮直径和宽度、转速、管路情况有关。,扬程指离心泵对单位重量的液体所提供的有效能量，用H表示，单位为m。泵的扬程与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。对于一定的泵和转速，扬程与流量间有一定的关系。扬程的值由实验测定。效率指泵轴对液体提供的有效功率与泵轴转动时所需功率之比，称为泵的总效率，用η表示，恒小于100。它的大小反映泵在工作时能量损失的大小。,总效率,小泵η50～70％大泵η90％,,离心泵的能量损失主要包括1容积损失由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率ηV表示。2机械损失由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率ηm表示。3水力损失由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的局部能量损失。水力损失用水力效率ηh表示。,5.离心泵的特性曲线,在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。,扬程一般随流量增大而下降流量极小时可例外。轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。因而启动离心泵时应关闭出口阀，使启动电流减小，保护电机，待运转正常后再开启阀门,调节适当的流量。效率随流量增大而上升，达到一最大值后随流量增加而下降。说明在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。离心泵在与最高效率点相对应的Q和H下工作最为经济，效率最高点对应的参数Q、H、N称为最佳工况参数泵铭牌所标出即指此。在选用离心泵时应使其在该点附近工作，一般规定一个工作范围，称为高效区，为最高效率的92左右。,三.离心泵的工作点与流量调节,据离心泵特性曲线知离心泵的工作运行范围很大，但实际工作时的运行状况要受到管路的制约，因为泵是安置在管路上工作的。因此要了解其工作状况，就必须了解管路的工作特性以及和泵特性之间的关系。1.管路特性曲线管路特性曲线反映的是在特定的管路中，液体所需扬程He与流量Qe的关系。这种关系只与管路的布置条件有关，而与泵的性能无关。,,2.离心泵的工作点,当离心泵安装在一管路中时，泵所提供的扬程与流量，必然和管路所要求的压头与流量相一致才能工作，因此同时满足管路特性和泵特性的点称为泵的工作点。在H-Q图中即为管路特性曲线和泵特性曲线的交点M，M点表示了离心泵在特定管路中实际能输送的流量和提供的扬程。,,,,3.离心泵的流量调节,当选好的泵在管路提供的流量符要求或者生产任务变动时需进行流量调节，其实质是改变泵的工作点。由于泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之一或者同时改变即可实现流量的调节。,（1）改变阀门开度通过改变管路特性曲线来改变泵的工作点。方法是在泵出口管路上装一调节阀，改变阀门开度，将改变管路的局部阻力，从而使管路特性曲线发生变化，导致泵的工作点随之变化。如阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由M上移至M1点，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。优点调节流量，简便易行，可连续变化缺点关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。,2改变泵的转速,改变泵的转速，实质是改变泵特性曲线。泵转速增加，泵特性曲线上移，工作点随之由M上移至M1，流量由Q增大到Q1。优点较经济，无额外能量损失，缺点因需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，故改变困难，且难以做到连续调节，一般很少采用。,M,4.离心泵的组合操作,组合方式为串联和并联（1）离心泵的串联组合操作当单台泵达不到压头要求时，采用串联组合。串联泵的流量和压头由工作点决定,（2）离心泵的并联组合操作,当单台泵达不到流量要求时，采用并联组合。并联泵的实际流量和压头由工作点决定,（3）离心泵组合方式的选择,如何选择组合方式，还与管路特性有关，一般当单泵压头远达不到要求时，必须采用串联；在某些情况下，并串联都可提高流量和压头，这时与管路特性有关。,对低阻型输送管路1，并联组合优于串联组合，即并联可获得更高的流量和压头，选并联；对高阻型输送管路2，串联组合优于并联组合，即串联可获得更高的流量和压头，选串联。,5.离心泵的气蚀现象与安装高度,（1）气蚀现象离心泵在叶轮入口处压强最低，压强愈低愈容易吸液。当该处压强小于或等于输送温度下液体的饱和蒸汽压时p≤pv液体将部分汽化，形成大量的蒸汽泡。这些气泡随液体进入叶轮后，由于压强的升高将受压破裂而急剧凝结。气泡消失产生的局部真空，使周围的液体以极高的速度涌向原气泡处，产生相当大的冲击力，致使金属表面腐蚀疲劳而受到破坏。由于气泡产生、凝结而使泵体、叶轮腐蚀损坏加快的现象，称为气蚀。气蚀现象发生时，将使泵体振动发出噪音；金属材料损坏加快，寿命缩短；泵的流量、压头等下降。严重时甚至出现断流，不能正常工作。为避免气蚀现象发生，必须在操作中保证泵入口处的压强大于输送条件下液体的饱和蒸汽压，这就要求泵的安装高度不能太高，应有一限制。,（2）允许吸上真空度为防止气蚀现象的发生，应使叶片入口处最低压强大于输送温度下液体的饱和蒸汽压。泵入口处允许的最低绝对压强，以p1表示。习惯上常把p1表示为真空度，并以被输送液体的液柱高度为计量单位，称为允许吸上真空度，以HS′表示。（3）离心泵的安装高度指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可达到的最大垂直距离。,四.离心泵的类型与选用,1.离心泵的类型,（1）水泵用于输送工业用水，锅炉给水，地下水及物理、化学性质与水相近的清洁液体。（2）耐腐蚀泵用于输送酸、碱、盐等腐蚀性液体。（3）油泵用于输送具有易燃易爆的石油化工产品。（4）杂质泵用于输送悬浮液及稠厚的浆液,2.离心泵的选择,（1）根据输送液体性质以及操作条件来选定泵类型。液体性质密度、粘度、腐蚀性等操作条件压强－影响压头温度－影响泵的允许吸上高度（2）计算管路系统所需He、Qe。（3）根据He、Qe查泵样本表或产品目录中性能曲线或性能表，确定规格。注意①应使流量和压头比实际需要多10～15％余裕量；②考虑到生产的变动，按最大量选取；③应使泵在高效区内工作，选好后列出该泵的性能参数H、Q、N、η、n、Hs等。（4）校核轴功率。,3.离心泵的安装、使用和维护,（1）泵的实际安装高度应小于计算安装高度，以免出现气蚀现象和吸不上液体，并按要求固定在基座上；（2）启动前须向泵内灌满被输送液体，以防止气缚现象的发生，并检查泵轴转动是否灵活；（3）启动时应关闭出口阀门，启动后先打开进口阀，待运行平稳后，缓缓开启出口阀。防止轴功率突然增大，损坏电机；（4）停泵时先关闭出口阀，再关闭进口阀，然后停车；（5）运转过程定时检查密封泄漏，电机发热，润滑注油等问题。,五.其它类型液体输送机械,1.往复泵往复泵是一种典型的容积式输送机械。主要用于小流量，高压强的场合，输送高粘度液体时效果比离心泵好。不能用于腐蚀性流体及有固体粒子的悬浮液的输送。,2.计量泵,计量泵是往复泵的一种形式，它的传动装置是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距是可调的，用来改变柱塞的冲程，这样就可以达到严格地控制和调节流量的目的。计量泵通常用于要求精确而且便于调整的场合。,3.隔膜泵,实际上是柱塞泵，其结构特点是借弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而使得活柱和泵缸得以保护。弹性薄膜采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。适于定量输送剧毒、易燃、易爆、腐蚀性液体和悬浮液。,4.齿轮泵,齿轮泵泵壳内的两个齿相互啮合，在泵的吸入口，两个齿轮的齿分开，体积增大，形成低压将液体吸入。在泵的压出口，两个齿轮的齿啮合，体积减小，形成高压将液体排出。齿轮泵产生较高的压头但流量小，用于输送粘稠液体及膏状物，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。,六.气体输送机械,1.概述（1）定义输送和压缩气体的设备统称气体压送机械。气体输送（2）用途产生高压气体产生真空（3）特点气体输送机械的体积大。气体在管路中的流速大，输送气体时产生的流动阻力要多，因而需要提高的压头也大。气体具有可压缩性，压强变化时其体积和温度同时发生变化，因而气体输送和压缩设备的结构、形状有一定特殊要求。,,2.分类,按终压（气体出口表压p2）和压缩比（气体出口与进口绝压之比x）分通风机p2≤15kPa，x＝1～1.15，主要结构有离心式、轴流式，用于通风换气和送气。鼓风机p2＝15～294kPa,x＜4，主要结构为多级离心式、旋转式，用于输送气体。压缩机p2294kPa，x4，主要为往复式结构，用于产生高压气体。真空泵p2为大气压，x由真空度而定，结构为旋转式，用于将设备中气体抽出而减压。,3.离心通风机,END,