第四節(jié)流體輸送機(jī)械

第四節(jié)流體保送機(jī)械經(jīng)過本節(jié)學(xué)習(xí)，掌握化工中常用流體保送機(jī)械的根本構(gòu)造、任務(wù)原理和操作特性，可以根據(jù)消費(fèi)工藝要求和流體特性，合理地選擇和正確操作流體保送機(jī)械，并使之在高效下平安可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。學(xué)習(xí)目的一、概述為了將流體從一處送到另一處，不論是提高其位置高度或添加其壓強(qiáng)，還是抑制管路的沿程阻力，都需求向流體施加外部機(jī)械能。流體保送機(jī)械就是向流體作功，把原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被保送流體的能量，以提高其機(jī)械能的安裝。1.保送機(jī)械的用途及分類用途補(bǔ)充能量：將流體從一處保送到另一處提高壓強(qiáng)：給流體加壓呵斥設(shè)備真空：給流體減壓分類泵保送和提升液體的流體機(jī)械風(fēng)機(jī)保送并提升氣體并提高氣體能量的流體機(jī)械2.保送機(jī)械應(yīng)滿足的消費(fèi)要求滿足工藝上對流率和能量的要求構(gòu)造簡單，分量輕，投資費(fèi)用低運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，操作效率高，日程操作費(fèi)用低能順應(yīng)被保送流體的特性，其中包括粘性、腐蝕性、毒性、可燃性、爆炸性、固體雜質(zhì)等。流體保送機(jī)械二、離心泵1.離心泵的根本構(gòu)造離心泵主要由葉輪、泵殼等組成，由假設(shè)干彎曲葉片組成的葉輪緊固在泵軸上，再安裝在蝸殼形的泵殼內(nèi)。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連，側(cè)旁的排出口與排除管路相連。圖2-1離心泵安裝簡圖泵殼葉輪吸入口排出口泵軸離心泵的外觀2.離心泵的任務(wù)原理泵殼內(nèi)灌滿所保送的液體電機(jī)→泵軸旋轉(zhuǎn)→葉輪旋轉(zhuǎn)→葉片間的液體旋轉(zhuǎn)→受離心力的作用是液體向葉輪外緣作徑向運(yùn)動。流體經(jīng)過葉輪獲得了能量，并以15~25m/s的速度進(jìn)入泵殼。在蝸殼中由于流道的逐漸擴(kuò)展，又將大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強(qiáng)，使壓強(qiáng)進(jìn)一步提高，最終以較高的壓強(qiáng)沿切向進(jìn)入排出管道，實(shí)現(xiàn)保送的目的，此即為排液原理。當(dāng)液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心構(gòu)成了低壓。在液面壓強(qiáng)與泵內(nèi)壓強(qiáng)差的作用下，液體經(jīng)吸入管進(jìn)入泵的葉輪內(nèi)，以填補(bǔ)被排除液體的位置，此即為吸液原理。只需葉輪旋轉(zhuǎn)不停，液體就被源源不斷的被吸入和排出，這就是離心泵的任務(wù)原理。假設(shè)離心泵在啟動前泵殼不是充溢液體而是空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，產(chǎn)生的離心力很小，因此葉輪中心區(qū)構(gòu)成的低壓缺乏以將儲槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)。此時(shí)，雖啟動離心泵但不可以保送液體，這種景象稱作氣縛。表示離心泵無自吸才干。因此，在啟動泵前一定要使泵殼內(nèi)充溢液體。通常假設(shè)吸入口位于儲槽液面上方時(shí)，在吸入管路中安裝一單向底閥和濾網(wǎng)，以防止停泵時(shí)液體從泵內(nèi)流出和吸入雜物。再看任務(wù)原理任務(wù)原理表示圖〔1〕任務(wù)原理表示圖〔2〕H1.葉輪轉(zhuǎn)動，離心力液體中心葉輪外緣靜壓能↗動能↗2.液體流進(jìn)泵殼：流道截面積逐漸↗，u↘，p↗〔轉(zhuǎn)能〕3.泵吸入口構(gòu)成一定真空，p液p入﹤p液液體被吸入泵。②d吸﹥d出注：①泵啟動前應(yīng)灌泵防“氣縛〞離心泵原理的動畫3、離心泵主要部件

1).葉輪：它通常由6~12片后彎葉片組成，根據(jù)其構(gòu)造和用途分為開式、半開式和閉式三種。開式：適用于保送大顆粒的溶液，效率低。半開式：適用于保送小顆粒的溶液，效率低。閉式：適用于保送教清潔的流體，保送效率高，普通離心泵都采用這種葉輪。

〔a〕〔b〕〔c〕圖2-2離心泵的葉輪〔a〕開式〔b〕半閉式〔c〕閉式2).泵殼泵殼亦稱為蝸殼、泵體，構(gòu)造為蝸牛殼形，其作用是將葉輪封鎖在一定空間內(nèi)，聚集引導(dǎo)液體的運(yùn)動，并將液體的大部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。這是由于隨葉輪，葉輪與泵殼間的通道截面逐漸擴(kuò)展至出口時(shí)到達(dá)最大，使能量損失減少的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化?？梢姡罕脷げ粌H作為一個(gè)聚集和導(dǎo)出液體的通道，同時(shí)其本身又是一個(gè)轉(zhuǎn)能安裝。為了減少由葉輪外緣拋出的液體與泵殼的碰撞而引起能量損失，有時(shí)在葉輪與泵殼間還安裝一固定不動而帶有葉片的導(dǎo)輪以引導(dǎo)液體的流動方向。導(dǎo)輪的作用——減少能量損3〕軸封安裝在泵軸伸出泵殼處，轉(zhuǎn)軸與泵殼間存有間隙，在旋轉(zhuǎn)的泵軸與泵殼之間的密封，稱為軸封安裝。其作用是防止高壓液體沿軸泄露，或者外界空氣以相反方向漏入。常用的有填料密封和機(jī)械密封。填料密封安裝：有填料函殼、軟填料和填料壓蓋構(gòu)成，軟填料為浸油或涂石墨的石棉繩，將其放入填料函與泵軸之間，將壓蓋壓緊迫使它產(chǎn)生形變到達(dá)密封。機(jī)械密封主要的是靠裝在軸上的動環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對運(yùn)動而到達(dá)密封的目的5.(葉輪)轉(zhuǎn)速n：1000~3000rpm；2900rpm常見1.(體積)流量Q:m3/h，與葉輪構(gòu)造、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)2.壓頭〔揚(yáng)程〕H：1N流體經(jīng)過泵獲得的機(jī)械能。J/N,m與Q、葉輪構(gòu)造、尺寸和n有關(guān)。Hz3.軸功率N：單位時(shí)間原動機(jī)輸入泵軸的能量有效功率Ne：單位時(shí)間液體獲得的能量4.效率：=Ne/N<100%——容積損失，水力損失，機(jī)械損失4.離心泵的主要性能參數(shù)泵內(nèi)呵斥功率損失的緣由：①容積損失1qV,理﹥qV，實(shí)②水力損失2③機(jī)械損失3—流體在泵內(nèi)流動摩擦損失—葉輪外表與液體之間的摩擦、泵軸與軸承之間摩擦、泵軸密封處的摩擦。(走漏呵斥)5.影響離心泵性能的主要參數(shù)〔一〕液體物性離心泵的qV、He/與無關(guān)1.密度但泵的Pe、P隨變化而變化2.粘度,qV；He,P,3.離心泵的轉(zhuǎn)速n4.葉輪直徑D離心泵的比例定律離心泵的切割定律泵的壓頭可用實(shí)驗(yàn)方法測定,pM—壓力表讀出壓力〔表壓〕,N/m2；pV—真空表讀出的真空度，N/m2；u1、u2—吸入管、壓出管中液體的流速，m/s；ΣHf—兩截面間的壓頭損失，m。由于兩截面之間管路很短，其壓頭損失∑Hf可忽略不計(jì)。假設(shè)以HM及HV分別表示壓力有和真空表上的讀數(shù)，以米液柱〔表壓〕計(jì)。那么上式可改寫為

例２-１某離心泵以20℃水進(jìn)展性能實(shí)驗(yàn)測得體積流量為720m3/h，壓出口壓力表數(shù)為3.82kgf/cm2，吸入口真空表讀數(shù)為210mmHg，壓力表和真空表間垂直間隔為410mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為350mm及300mm。試求泵的壓頭。解：查得水在20℃時(shí)密度為ρ＝998kg/m3，那么HM=3.82×10.01=38.2mH2oHV=0.210×13.6=2.86mH2O將知數(shù)據(jù)代入，那么=41.47+0.187=41.7mH2O離心泵特性曲線測定實(shí)驗(yàn)安裝離心泵的性能曲線5.離心泵的特性曲線H-Vs曲線表示揚(yáng)程與流量的關(guān)系。離心泵的揚(yáng)程普通隨流量的增大而下降。Na-Vs曲線軸功率與流量的關(guān)系，流量為零時(shí)軸功率最小，所以離心泵在啟動時(shí)，要封鎖泵的出口閥，使啟動電流最小，以維護(hù)電機(jī)。-Vs曲線表示泵的效率與流量的關(guān)系離心泵特性曲線n一定闡明：①H~Q曲線，Q，H。Q很小時(shí)能夠例外②N~Q曲線：Q，N。大流量大電機(jī)封鎖出口閥啟動泵，啟動電流最?、踾Q曲線：小Q，；大Q，。max泵的銘牌~與max對應(yīng)的性能參數(shù)選型時(shí)0.92max左右6.離心泵的安裝高度安裝高度:問題：液面到泵入口處的垂直間隔(zs)安裝高度有無限制？zs允許安裝高度安裝不合理容易產(chǎn)生汽蝕景象〔課本52頁〕汽蝕景象產(chǎn)生的緣由：①安裝高度太高②被保送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；③吸入管路阻力或壓頭損失太高。離心泵的任務(wù)點(diǎn)與流量調(diào)理管路特性曲線離心泵的流量調(diào)理表示在特定管路系統(tǒng)中，于固定操作條件下，流體流經(jīng)該管路時(shí)所需的壓頭與流量的關(guān)系泵的特性曲線H-Q線與所在管路特性曲線He~Qe線的交點(diǎn)〔M點(diǎn))。離心泵的任務(wù)點(diǎn)離心泵流量的調(diào)理就是改動泵的任務(wù)點(diǎn)。方法有二：1.改動閥門的開度即改動離心泵出口管路上調(diào)理閥門開度改動管路特性曲線，靈敏方便，耗能大；2.改動泵的轉(zhuǎn)速改動泵轉(zhuǎn)速本質(zhì)上是改動泵特性曲線，節(jié)能，投資大。離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，該點(diǎn)稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)，設(shè)計(jì)點(diǎn)對應(yīng)的流量、壓頭和軸功率稱為額定流量、額定壓頭和額定軸功率，標(biāo)注在泵的銘牌上。普通將最高效率值的92%的范圍稱為泵的高效區(qū)，泵應(yīng)盡量在該范圍內(nèi)操作。設(shè)計(jì)點(diǎn)改動閥門開度時(shí)流量變化改動泵的轉(zhuǎn)速時(shí)流量變化7.離心泵的類型、選用、安裝與操作〔一〕、離心泵的類型按保送液體的性質(zhì)不同1.清水泵：保送清水或相近、無腐蝕性、雜質(zhì)較少的液體。構(gòu)造簡單，造價(jià)低?！狪S2.耐腐蝕泵：保送腐蝕性的液體，用耐腐蝕資料制成，要求密封可靠?！狥3.油泵：保送石油產(chǎn)品，要求有良好密封性。——Y4.雜質(zhì)泵：保送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪番道寬，葉片數(shù)少。——P單吸泵；雙吸泵單級泵；多級泵串聯(lián)組合；并聯(lián)組合〔二〕、離心泵的選用〔1〕根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型〔2〕確定管路流量和所需外加壓頭Q消費(fèi)義務(wù)，H管路的特性方程〔3〕根據(jù)所需Q和H確定泵的型號①查性能表或曲線，要求泵的H和Q與管路所需相順應(yīng)。②假設(shè)需Q有變，以最大Q為準(zhǔn)，H應(yīng)以最大Q值查找。③假設(shè)泵的H和Q與管路所需不符，在鄰型號中找H和Q都稍大一點(diǎn)的。⑤假設(shè)液體性質(zhì)與清水相差大，那么應(yīng)對所選泵的特性曲線和參數(shù)進(jìn)展校正，看能否能滿足要求。④假設(shè)幾個(gè)型號都行，應(yīng)選在操作條件下最高者⑥為保險(xiǎn)，所選泵可稍大；但假設(shè)太大，能量利用程度低?！踩?、離心泵的安裝與操作安裝①安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度②盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調(diào)理閥應(yīng)裝于出口管路。操作①啟動前應(yīng)灌泵，并排氣。②應(yīng)在出口閥封鎖的情況下啟動泵③停泵前先封鎖出口閥，以免損壞葉輪④經(jīng)常檢查軸封情況課后思索題：7.8.9.10.11題,其中第8題只寫后面一問，第9題第一問改為：什么是離心泵的氣縛或汽蝕景象？一、往復(fù)泵1.構(gòu)造：泵缸、活塞、吸入閥、排出閥2.任務(wù)原理：靠活塞往復(fù)運(yùn)動，呵斥缸內(nèi)外的壓差，從而不斷吸入和排出液體。單動泵：活塞往返一次，只吸入和排出液體各一次的泵。此類型的泵送液不延續(xù)，如圖。三、其它類型的泵雙動泵表示圖雙動泵：在活塞兩側(cè)的泵體內(nèi)都裝有吸入閥和排出閥，故無論活塞向哪側(cè)運(yùn)動，吸液和排液同時(shí)進(jìn)展，因此送液延續(xù)，如圖。3、往復(fù)泵的特性(1).往復(fù)泵的揚(yáng)程：往復(fù)泵的揚(yáng)程與泵的幾何尺寸無關(guān)，取決于泵的機(jī)械強(qiáng)度及原動機(jī)的功率。但由于活塞環(huán)、軸封、吸入閥、排出閥等處的走漏，降低了能夠到達(dá)的揚(yáng)程。(2).往復(fù)泵的流量：往復(fù)泵的流量只與泵的幾何尺寸、活塞的往復(fù)頻率、沖程等有關(guān)，而與管路特性無關(guān)。只需往復(fù)一次，泵就排出一定體積的液體，因此往復(fù)泵是一種典型的容積式泵。由于活塞襯填不嚴(yán)，吸入閥、排出閥啟閉不及時(shí)，并隨揚(yáng)程的增高，液體漏失量加大等緣由，使往復(fù)泵的實(shí)踐流量低于實(shí)際流量。那么往復(fù)泵的實(shí)踐流量為：Q=ηvQT?！莢容積效率，由實(shí)驗(yàn)測定，中型往復(fù)泵為0.9~0.95。無論是單動往復(fù)泵，還是雙動往復(fù)泵，其流量都具有不均勻性。往復(fù)泵的流量只與泵本身有關(guān)、揚(yáng)程那么只與管路有關(guān)的這種特性稱為正位移特性，具有這種特性的泵稱為正位移泵。4、往復(fù)泵的流量調(diào)理由于往復(fù)泵流量與管路特性無關(guān)，因此啟動時(shí)也不能封鎖出口閥；不能經(jīng)過調(diào)理出口閥來調(diào)理流量，而普通是旁路調(diào)理，即經(jīng)過旁路使部分液體循環(huán)，從而改動主管中的液體流量，但并不改動泵的流量?！鶑?fù)泵是依托外界與泵內(nèi)壓強(qiáng)差而吸入液體的，因此和離心泵一樣往復(fù)泵的吸上高度也受限制。旁路調(diào)理流程表示圖往復(fù)泵原理動畫雙動往復(fù)泵動畫5、往復(fù)泵與離心泵的比較往復(fù)泵離心泵具有自吸能力、啟動前不需灌泵，安裝高度受限。不具有自吸能力、啟動前需要灌泵，安裝高度受限。流量不均勻、不連續(xù)。流量只與泵有關(guān)，揚(yáng)程只與管路有關(guān)。流量均勻、連續(xù)。流量、揚(yáng)程不僅與泵有關(guān)，還與管路有關(guān)。流量調(diào)節(jié)：一般旁路調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)：出口閥、改變轉(zhuǎn)速、組合操作啟動：循環(huán)閥全開。適用于小流量、高壓頭的情況下輸送高粘度的液體。效率高。啟動：出口閥全關(guān)。二、計(jì)量泵計(jì)量泵又稱比例泵，指可調(diào)理往復(fù)次數(shù)的往復(fù)泵，故其任務(wù)原理與往復(fù)泵一樣。計(jì)量泵普通用于要求輸液量非常準(zhǔn)確或幾種液體要求按一定配比保送的場所。三、齒輪泵齒輪泵構(gòu)造表示圖齒輪泵屬旋轉(zhuǎn)類正位移泵，主要構(gòu)件是泵殼和一對相互嚙合的齒輪。運(yùn)動時(shí)，兩個(gè)齒輪在泵的吸入口脫離嚙合，構(gòu)成低壓區(qū)，液體被吸入并隨齒輪的轉(zhuǎn)動被強(qiáng)行壓向排出端。在排出端兩齒輪又相互嚙合構(gòu)成高壓區(qū)將液體擠壓出去。齒輪泵可產(chǎn)生較高的揚(yáng)程，但流量小。適用于保送高粘度液體或糊狀物料，但不宜保送含固體顆粒的懸浮液。齒輪泵實(shí)物圖這是一臺等待出廠的齒輪泵，進(jìn)出口呈程度方向。旋渦泵實(shí)物圖這是等待出廠的旋渦泵。旋渦泵外觀上與離心泵差不多，里面的葉輪構(gòu)造是不同的。流體入口不是在葉輪中心處位置，而是與出口成對稱的泵殼邊緣。四、旋渦泵旋渦泵動畫三、氣體保送和緊縮機(jī)?用途：保送氣體、產(chǎn)生高壓、產(chǎn)生真空。?分類：任務(wù)原理：離心式、往復(fù)式。用途：通風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)不大于15kPa(表壓)，壓縮比為1～1.5鼓風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)為15kPa～0.3MPa(表壓)，壓縮比小于4壓縮機(jī)：出口壓強(qiáng)0.3MPa以上(表壓)，壓縮比大于4真空泵：用于減壓抽吸，出口壓強(qiáng)為大氣壓，?構(gòu)造：與離心泵類似。?特點(diǎn)：葉片數(shù)量多、短，有徑向、前彎、后彎，流道多呈矩形。?分類：一、離心通風(fēng)機(jī)低壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓小于1.0kPa(表壓)中壓離心通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓1.0