中南大学《化工原理》课件-第3章流体输送机械.pptx

第3章流体输送机械液体输送机械称泵，气体输送机械称风机或压缩机。离心式：高速旋转叶轮使流体获得动能并转变为静压能；容积式或正位移式：利用活塞周期性挤压使流体获能；流体动力式：利用流体高速喷射输送另一种流体。分类为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。中南大学《化工原理》 离心泵的工作原理离心泵结构：高速旋转的叶轮和固定的泵壳，叶轮上装有若干叶片，叶轮将输入的轴功提供给液体。液体随叶轮旋转在离心力作用下沿叶片间通道向外缘运动，速度增加、机械能提高。液体离开叶轮进入蜗壳，蜗壳流道逐渐扩大、 流体速度减慢，液体动能转换为静压能，压强不断升高，最后沿切向流出蜗壳通过排出导管输入管路系统。离心泵工作原理： 流量V [m3/s]压头H [mH2o]轴功率N [kW]效率? [%]离心泵的特性曲线性能参数： H—V曲线 N—V曲线 ?—V曲线离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。特性曲线： 离心泵的压头H又称扬程，是指泵对单位重量的流体所能提供的机械能[J/N]，单位为m。因此H—V曲线代表离心泵所提供的能量与流量的关系，离心泵压头H随流量V增加而下降。有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率?讨论H—V曲线N—V曲线与?—V曲线离心泵的轴功率N是指电机输入到泵轴的功率。流体从泵获得的实际功率为泵的有效功率Ne，由泵的流量和扬程求得 ?反映离心泵能量损失，包括：容积损失：一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力、局部阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。机械损失：泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。 设计点：效率曲线最高点称为设计点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。泵的启动：泵的轴功率随输送流量的增加而增大，流量为零时，轴功率最小。因此关闭出口阀启动离心泵，启动电流最小。 特性曲线的变换液体粘度的影响液体粘度改变，H—V、N—V、?—V曲线都将随之而变。液体密度的影响离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，H—V曲线不随液体密度而变，η—V曲线也不随液体密度而变。 轴功率则随液体密度的增加而增加。离心泵启动时一定应在泵体和吸入管路内充满液体，否则将发生“气缚” 现象。特性曲线是制造厂用20℃清水在一定转速下实验测定的。若输送液体性质与此相差较大，泵特性曲线将发生变化，应加以修正，使之变换为符合输送液体性质的新特性曲线。 叶轮转速的影响—比例定律转速变化特性曲线变化， 在转速变化不大于±20%范围内叶轮直径的影响—切割定律减小叶轮直径特性参数随之而变，对叶轮圆周进行少量车削 解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量V、压头H、轴功率N和效率?。其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程，有例： 用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线相关的其它性能参数。 工作流量下泵有效功率为泵轴功率为代入数据 汽蚀现象 叶轮内缘处的压强低至液体的饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的汽泡随即被液流带入叶轮内压力较高处因受压缩而凝聚。凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击，称为汽蚀。因此汽蚀状态下工作的离心泵噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。高频冲击加之高温腐蚀作用使叶片表面成海绵状而迅速破坏。 防止汽蚀措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点静压高于输送温度下液体饱和蒸汽压 pv。由于该点处的真实压强难于测量，工程上以泵入口处压强 p1来表征。对1-1和K-K截面列柏努方程离心泵的安装高度在一定流量下，当pk = pv时 ，汽蚀发生，令此时的p1为p1,min，且定义 Dhmin为离心泵的最小汽蚀余量泵样本中允许汽蚀余量Dh：在Dhmin基础上按标准规定加上一定裕量后的值。 为避免发生汽蚀，离心泵的允许安装高度Hg，允从样本中查得允许汽蚀余量Dh，计算出允许安装高度Hg，允，实际安装高度Hg应小于Hg，允。液温越高，饱和蒸汽压越高，允许的安装高度越低，输送高温液体，要注意安装高度。减少吸入管路的阻力，可以防止汽蚀发生 离心泵的工作点当泵安装在