第二章第六節(jié)流體輸送設(shè)備

1流體流動(dòng)和輸送1.6流體輸送設(shè)備一、離心泵

二、往復(fù)壓縮機(jī)2024/3/11第六節(jié)流體輸送設(shè)備

輸送液體的機(jī)械通稱為泵；

例如：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵。輸送氣體的機(jī)械按不同的工況分別稱為:

通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵。

本節(jié)以離心泵和往復(fù)壓縮機(jī)為例，簡單介紹它們的基本構(gòu)造、原理及其相關(guān)特性。2024/3/111.6.1離心泵一．離心泵的構(gòu)造與工作原理1、構(gòu)造

離心泵是化工生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的一種液體輸送設(shè)備。

它的主要構(gòu)造如圖所示。泵的主要部件有：底閥、吸入管、葉輪、泵軸、蝸狀泵殼、壓出管等。2024/3/112、離心泵的工作原理開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體。

開泵后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪邊沿，獲得動(dòng)能，并以很高的速度流入泵殼。在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴(kuò)大，液體的流速減慢，使大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。最后液體以較高的靜壓強(qiáng)從排出口流入排出管道。泵內(nèi)的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓強(qiáng)（大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負(fù)壓）的壓差作用下，液體便經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)，填補(bǔ)了被排除液體的位置。2024/3/11離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。

3、氣縛離心泵啟動(dòng)時(shí)，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。為了使啟動(dòng)前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。2024/3/11二、離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

1、離心泵的性能參數(shù)

1）離心泵的流量

指離心泵在單位時(shí)間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用qv表示，單位為m3/s。又稱為泵的送液能力。2）離心泵的揚(yáng)程泵對(duì)單位重量的液體所提供的有效能量，亦即液體進(jìn)出泵前后的壓頭差,以He表示，單位為米液柱。離心泵的主要性能參數(shù)有揚(yáng)程、流量、軸功率和效率。2024/3/113）軸功率軸功率：

電機(jī)輸入離心泵的功率,用Na表示?！痘瘜W(xué)工程基礎(chǔ)》采用P

表示。有效功率：排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示

4）效率由于泵輸送流體時(shí)對(duì)流體所作的功不能全部被流體所獲得，故泵的軸功率大于其有效功率，它們的關(guān)系為：2024/3/112、離心泵的特性曲線

離心泵的He、η

、Na都與離心泵的qv

有關(guān)，它們之間的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)來測(cè)定，實(shí)驗(yàn)測(cè)出的一組關(guān)系曲線：

He～qv、η～qv、Na～qv

——離心泵的特性曲線

注意：它是在常溫、常壓下用水作實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。各種型號(hào)的離心泵都有本身獨(dú)自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點(diǎn)。

2024/3/111）He～qv曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降。2）Na～qv曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。

離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動(dòng)電流最小，以免電動(dòng)機(jī)超載。3）η～qv曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達(dá)到一個(gè)最大值，以后流量再增大，效率便下降。2024/3/11離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)。離心泵在與最高效率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)。

與最高效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的qv

、He、Na值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)明的各種性能參數(shù)均為最高效率點(diǎn)下相對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。

在實(shí)際工作中，由于輸送條件的限制，往往不能保證在最高效率點(diǎn)下操作，于是將最高效率的92%區(qū)域規(guī)定為泵的高效區(qū)。在選用離心泵時(shí)，應(yīng)盡量選用其特性處于這一區(qū)域之內(nèi)的泵。

2024/3/11離心泵的轉(zhuǎn)速與qV,He及Na的關(guān)系式如下：因此，特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變，選用離心泵時(shí)，要特別注意。2024/3/113、離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象

1)離心泵的安裝高度

如圖所示，以貯槽液面為截面0-0’，泵的吸入口為截面1-1’。離心泵的允許安裝高度，指泵的吸入口與貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，以Hg表示。2024/3/11貯槽液面0-0’與入口處1-1’兩截面間列柏努利方程若貯槽上方與大氣相通，則P0即為大氣壓強(qiáng)Pa

用Hs表示2024/3/112)離心泵的吸上真空度Hs

HS

表示泵吸入口處壓力p1可達(dá)到的真空度。P1越小，Hs越大，Hg便越大。但當(dāng)P1等于或小于在當(dāng)時(shí)溫度下的飽和蒸氣壓時(shí)，液體將生成大量氣泡，氣泡隨液體流到葉輪壓力較高的區(qū)域后，被壓縮、破裂又突然凝結(jié)，產(chǎn)生很大的沖擊力沖擊葉輪和泵殼內(nèi)表面，使葉輪和泵殼內(nèi)表面造成嚴(yán)重的剝蝕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕”。——離心泵的吸上真空高度

定義式2024/3/11

氣蝕發(fā)生時(shí)產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，葉輪局部在巨大沖擊的反復(fù)作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落液體流量明顯下降，同時(shí)壓頭、效率也大幅度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)輸不出液體。氣蝕產(chǎn)生的后果：泵的氣蝕現(xiàn)象剛發(fā)生時(shí)，所對(duì)應(yīng)的吸上真空高度稱為最大吸上真空高度(Hs,max)。為了保證泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，規(guī)定留有0.3米的安全量，稱為允許吸上真空高度(Hs’)2024/3/11若輸送其它液體，且操作條件與上述實(shí)驗(yàn)條件(泵的Hs’值是以清水在20℃和10米水柱下測(cè)定的)不符時(shí)，需對(duì)HS’進(jìn)行校正。泵的允許安裝高度與允許吸上真空高度的關(guān)系:其中:2024/3/113)離心泵的實(shí)際安裝高度離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度，一般比允許值小0.5～1m。

4)注意事項(xiàng)①離心泵的允許吸上真空度與流量有關(guān)，大流量下HS’較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進(jìn)行計(jì)算。②當(dāng)液體輸送溫度較高或液體沸點(diǎn)較低時(shí)，可能出現(xiàn)允許安裝高度為負(fù)值的情況，此時(shí)，應(yīng)將離心泵安裝于貯槽液面以下，使液體利用位差自流入泵內(nèi)。2024/3/114、離心泵的使用1）啟動(dòng)前先“灌泵”

這主要是為了防止“氣縛”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動(dòng)前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時(shí)為止。2）離心泵應(yīng)在出口閥門關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)

為了不致啟動(dòng)時(shí)電流過大而燒壞電機(jī)，泵啟動(dòng)時(shí)要將出口閥完全關(guān)閉，等電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。2024/3/113）關(guān)泵的步驟

關(guān)泵時(shí)，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機(jī)。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。4）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)定時(shí)檢查泵的響聲、振動(dòng)、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數(shù)，以及軸承是否過熱等。

2024/3/115、泵的類型與選用

水泵：B型為單級(jí)單吸懸臂式離心水泵

4B91A:吸入口徑4英寸約100mm，揚(yáng)程91m水柱，A表示該泵葉輪直徑比4B91小一級(jí)。

耐腐蝕泵：用F表示

40FH-26：40mm吸入口徑，揚(yáng)程26m水柱，H表示材料為灰口鑄鐵，用于輸送硫酸、

油泵：用Y表示

80Y-100*2：單吸離心油泵，80mm吸入口徑，揚(yáng)程200m水柱，2表示葉輪級(jí)數(shù)。

泥漿泵：用P表示，輸送懸浮液和稠漿液2024/3/11離心泵的選用

（1）根據(jù)輸送液體性質(zhì)和操作條件，選定泵的類型；（2）根據(jù)輸送任務(wù)的最大流量和管路系統(tǒng)情況，計(jì)算所需壓頭；（3）根據(jù)流量和壓頭，選用泵的合適型號(hào)。所選泵的流量和壓頭均應(yīng)大于所需的流量和壓頭，并保證泵的操作范圍在高效區(qū)。（4）根據(jù)所選泵的特性參數(shù)，核算泵的軸功率。2024/3/11按照出口壓力與壓縮比，氣體輸送設(shè)備可分為：

壓縮機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)：真空泵：

終壓不大于14.7kPa

(表壓)，壓縮比在1~1.5之間終壓為14.7~300kPa

(表壓)，壓縮比小于4。

終壓在300kPa(表壓)以上，壓縮比大于4。將低于大氣壓強(qiáng)的氣體從容器或設(shè)備內(nèi)抽至大氣中。

1.6.2往復(fù)壓縮機(jī)本節(jié)簡述往復(fù)壓縮機(jī)的工作原理。2024/3/11①吸氣過程4-1②壓縮過程1-2③排氣過程2-3如圖是單級(jí)往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)及其操作原理示意圖。往復(fù)式壓縮機(jī)的理想工作過程可分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)步驟進(jìn)行。p1p2氣體入口處壓強(qiáng)