过程流体机械4.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 泵,4.1 泵的分类及用途,4.2 离心泵的典型结构与工作原理,4.3 工作原理及基本方程式,4.4 离心泵的吸入特性一汽蚀,4.5 离心泵的性能及调节,4.6 相似理论的应用,4.7 泵的主要零部件,4.8 泵的选用,4.1 泵的分类及用途,4.1.1 泵的定义,4.1.2 泵的分类,4.1.3 适用范围,4.1.1 泵的定义,泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。,泵是国民经济中应用最广泛、最普遍的通用机械，除了水利、电力、农业和矿山等大量采用外，尤以石油化工生产用量最多。而且由于化工生产中原料、半成品和最终产品中很多是具有不同物性的液体，如腐蚀性、固液两相流、高温或低温等，要求有大量的具有一定特点的化工用泵来满足工艺上的要求。这方面的技术发展产品开发一直是十分活跃的。,4.1.2 泵的分类,叶片式泵,(透平式泵)：离心泵 轴流泵 混流泵 旋涡泵,容积式泵,往复泵：活塞泵 柱塞泵 隔膜泵,回转泵：齿轮泵 螺杆泵 滑片泵,其他类型泵,：喷射泵 水锤泵 真空泵,另外，,按压力分为,低压泵（低于2MPa）,中压泵（2-6MPa）,高压泵（高于6MPa）,4.1.3 适用范围,4.2 离心泵的典型结构与工作原理,4.2.1 离心泵的典型结构,4.2.2 离心泵的分类,4.2.3 离心泵的命名方式,4.2.3 离心泵的命名方式,4.3 工作原理及基本方程式,4.3.1 离心泵的性能参数,4.3.2 离心泵的工作过程,4.3.3 基本方程式,4.3.1 离心泵的性能参数,流量 扬程 转速 气蚀余量,有效功率 容积效率 水力效率 机械效率 总效率,流量,是泵在单位时间内输送出去的液体量。单位是m/s，用 表示质量，单位是kg/s。,式中 为液体的密度，常温清水,4.3.2 离心泵的工作过程,4.3.3 基本方程式,旋转叶轮传递给单位重量液体的能量，亦称理论扬程。考虑有限叶片数受滑移的影响，较无限多叶片数叶轮做功能力减小，在离心泵中常使用如下的两个半经验公式计算Ht。,斯托道拉公式 普夫莱德公式,4.4 离心泵的吸入特性一汽蚀,4.4.1 气蚀发生的机理及危害,4.4.2 气蚀余量及气蚀判别式,4.4.3 提高离心机抗气蚀性能德措施,4.4.1 气蚀发生的机理及危害,(1)气蚀发生的机理,(2)气蚀发生的危害,（1）气蚀发生的机理,（2）气蚀发生的危害,汽蚀是水力机械的特有现象，它带来许多严重的后果。,a汽蚀使过流部件被剥蚀破坏；,b汽蚀使泵的性能下降；,c汽蚀使泵产生噪音和振动。,4.4.2 气蚀余量及气蚀判别式,有效汽蚀余量是指液流自吸液罐(池)经吸入管路到达泵的吸入口后，Pv高出汽化压力 所富余的那部分能量头，用 表示,4.4.3 提高离心机抗气蚀性能的措施,(1)提高离心泵本身抗汽蚀的性能,改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计。,采用前置诱导轮，如图所示。,采用双吸式叶轮。,设计工况采用稍大的正冲角。,采用抗汽蚀的材料。,(2)提高进液装置汽蚀余量的措施,增加泵前储液罐中液面上的压力，如图所示,减小泵前吸上装置的安装高度。,将吸上装置改为倒罐装置，如图所示,减小泵前管路上的流动损失,叶轮结构改进图,前置诱导轮,采用前置诱导轮，如图所示，使液流在前置诱导轮中提前接受诱导叶片做功，以提高液流的压力。,吸入装置,倒罐装置,4.5 离心泵的性能及调节,4.5.1 离心泵的运行特性,4.5.2 离心泵运行工况的调节,4.5.3 离心泵的启动及运行,4.5.1 离心泵的运行特性,（1）泵的特性曲线,（2）泵在不稳定工况下工作,（1）泵的特性曲线,（2）泵在不稳定工况下工作,（1)不稳定工作点的辨别 （2）不稳定工作示例,（3）不稳定工作的条件,稳定,不稳定,式中 为装置（即管网）所需扬程。,4.5.2 离心泵运行工况的调节,（1）改变工况点的三种途径,（2）改变泵特性曲线的调节,（3）改变装置特性曲线的调节,（1）改变工况点的三种途径,泵的运行工况点是泵特性曲线和装置特性曲线的交点，改变工况点有三种途径：,a改变泵的特性曲线；,b改变装置的特性曲线；,c同时改变泵和装置的特性曲线。,（2）改变泵特性曲线的调节,a转速调节,b切割叶轮外径调节,c改变前置导叶叶片角度调节,d改变半开式叶轮叶片端部间隙调节,e泵的并联或串联调节,（3）改变装置特性曲线的调节,a.闸阀调节 b.液位调节 c.旁路分流调节,这种调节方法简便，使用最广，但能量损失很大，且泵的扬程曲线愈陡，损失愈严重。,4.5.3 离心泵的启动及运行,(1)启动前的准备工作 a启动前检查 b充水 c暖泵,(2)启动程序,(3)适行中的注意事项,润滑油的名称、型号、主要性能和加注数量是否符合技术文件的要求；,轴承润滑系统、密封系统和冷却系统是否完好，轴承的油路、水路是否畅通；,盘动泵的转子12转，检查转子是否有摩擦或卡住现象；,在联轴器附近或皮带防护装置等处，是否有妨碍转动的杂物；,泵、轴承座、电动机的基础地脚螺栓是否松动；,泵工作系统的阀门或附属装置均应处于泵运转时负荷最小的位置，应关闭出口调节阀；,点动泵，看其叶轮转向是否与设计转向一致，若不一致，必需使叶轮完全停止转动后，调整电动机接线后，方可再启动。,4.6 相似理论的应用,4.6.1 泵的相似条件,4.6.2 相似定律和比例定律,4.6.3 比转数,4.6.4 切割定律,4.6.5 泵的高效工作范围,4.6.6 泵的系列型谱,4.6.1 泵的相似条件,通常对叶式泵内的流动而言，两泵流动相似应具备几何相似和运动相似，而运动相似仅要求叶轮进口速度三角形相似。,4.6.2 相似定律和比例定律,保持流动相似的工况称为相似工况。两泵在相似工况下的性能参数符合相似定律表达式。,(1)流量关系 (2)扬程关系 (3)功率关系,简化的相似定律表达式 比例定律表达式,4.6.3 比转数,(1)什么是比转数 (2)比转数的计算式,(3)气蚀比转数 (4)比转数的应用,比转数是用来判别离心泵工况的相似准数。,转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。为了扩大其工作范围，可采用切割叶轮外径的方法，使工作范围由一条线变成一个面。切割叶轮前后的性能参数变化关系，可近似的由切割定律来表达。,式中右上角打撇的参数为切割后的参数，D,2,为叶轮外径。,使用切割定律的切割量不能太大，经验证明，允许的最大相对切割量与比转数有关。,4.6.4 切割定律,4.6.5 泵的高效工作范围,考虑到运行的经济性，要求泵应在较高效率范围内工作。通常规定以最高效率下降,为界，中国规定,5%8%，一般取7%。,4.6.6 泵的系列型谱,为促进泵的生产、优选品种、扩大批量、降低成本，而又能较好的满足广大用户的各种要求，有必要实现泵的系列化、通用化、标准化。而编制泵的系列型谱，是实现“三化”的一项重要工作。,4.7 泵的主要零部件,4.7.1 叶轮,4.7.2 轴向力的平衡设施,4.7.3 密封装置,4.7.1 叶 轮,（1）对叶轮的要求,（2）叶轮的主要结构参数,（3）叶轮的结构型式,（1）对叶轮的要求,叶轮应有足够的强度和钢度；,流道形状为符合液体流动规律的流线型，液流速度分布均匀，流道阻力尽可能小，流道表面粗糙度较小；,材料应具有较好的耐磨性；,叶轮应具有良好的静平衡和动平衡；,结构简单，制造工艺性好。离心泵的叶轮一般都是铸造而成。,（2）叶轮的主要结构参数,a叶片在叶轮进、出口处的安装角,b叶片数目,叶片在叶轮进口处的安装角 通常是按设计流量下液,体流进叶轮时的相对速度 的方向角 而定。当,时，有利于减小冲击损失。有时为了改善泵的汽蚀性能,，一般取冲角 ，为正冲角。,液道出口处的安装角 ，通常取 ，以,获得较大的反作用度，减少转能损失。,4.7.2 轴向力的平衡设施,(1)单级泵轴向力的平衡,a采用双吸式叶轮 b开平衡孔c采用平衡叶片 d采用平衡管,(2)多级泵轴向力的平衡,采用双吸式叶轮不但可以平衡轴向力而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。,开平衡孔的办法可使叶轮两侧的压力基本上得到平衡，但由于液流通过平衡孔有一定的阻力，所以仍有少部分的轴向力不能完全平衡，并且会使泵的效率降低，其优点是结构简单，多用于小泵上。,采用平衡叶片的方法是在叶轮后盖板的背面设有若干径向叶片。当叶轮旋转时，它可以推动液体旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，其下降程度与叶片的尺寸及叶片与泵壳的间隙大小有关。其优点是：减小轴向力，减少轴封的负荷；防止悬浮的固体颗粒进入轴封。但对于易于与空气混合而燃烧爆炸的液体，不宜采用此法。,接平衡管的方法是将叶轮背面和入口用压力平衡管连通来平衡轴向力。这种方法比开平衡孔方法优越，因它不干扰泵入口液流的流线，效率相对较高。,多级泵平衡轴向力主要有用叶轮对称布置或采用专门的平衡轴向力装置。如平衡鼓(或称为卸荷盘)和自动平衡盘。,4.7.3 密封装置,在离心泵中，为了密封泵轴穿出泵壳的间隙，经常采用的密封型式有填料密封和机械密封。近年来，采用机械密封逐渐增多。,(1)填料密封,(2)机械密封,(1)填料密封,在填料密封中常用的填料有：石墨浸棉织物填料，石墨浸石棉填料，金属滔包石棉芯子填料。填料密封具有结构简单，成本低等优点。但是填料密封是靠将填料紧压在密封室内使其抱紧泵轴来密封的，因此磨损及摩擦功耗较大，泄露较大，使用寿命短，需要经常拧紧填料压盖，并且更换填料频繁。因此对于密封要求较严格或密封介质压力较高时，一般的填料密封不宜采用。,(2)机械密封,a结构及工作原理 b基本型式 c动静环常用材料,机械密封又称端面接触密封，它是靠一组研配的密封端面而形成动密封的。,内装式与外装式；,平衡型与非平衡型；,单端面与双端面机械密封；,旋转式和静止式机械密封；,内向流与外向流式机械密封。,对动静环的主要性能要求：,有良好的耐磨性和较高的硬度，导热性好，有较高的热稳定性和化学稳定性，有较大的弹性模数和较好的抗冲击性。,动静环常用的材料：,硬质合金，铸铁，石墨及陶瓷等。,4.8 泵的选用,4.8.1 泵的选用原则及分类,4.8.2 选用方法及步骤,4.8.1 泵的选用原则及分类,（1）选用原则,（2）各种泵的使用范围,（3）选用分类,（1）选用原则,根据所输送的流体性质选择不同用途、不同类型的泵。,流量、扬程必须满足工作中所需要的最大负荷。,从节能观点选泵，一方面要尽可能选用效率高的泵，另一方面必须使泵的运行工作点长期位于高效区之内。,为防止发生汽蚀，要求泵的必须汽蚀余量,NPSH,a,小于装置汽蚀余量,NPSH,a,。,按输送工质的特殊要求选泵。,所选择的泵应具有结构简单、易于操作与维修、体积小、重量轻、设备投资少等特点。,当符合用户要求的泵有两种以上的规格时，应以综合指标高者为最终选定的泵型号。,（2）各种泵的使用范围,（3）选用分类,a按性能要求选用,在泵的运行过程中，扬程变化大的，选用扬程曲线斜率大的混流泵、轴流泵较适宜；流量变化大的宜选用扬程曲线平缓、压力变化小的离心泵。如果考虑吸水性能，则流量相同、转速相同的条件下，双吸泵较为优越。选用立式泵，并把叶轮部位置于水下，对防止汽蚀是有利的。,b按工作介质选用,粘性介质输送 含气液体的输送,低温液化气的输送 含固体颗粒液体的输送,不允许泄漏液体的输送 腐蚀性介质的输送,4.8.2 选用方法及步骤,(1)泵的两种实际选择方法,(2)泵的选择步骤,a利用“泵型谱”选择 b利用“泵性能表”选择,将所需要的流量qv和扬程H画到该型式的系列型谱图上，看其交点M落在哪个切割工作区四边形中，即可读出该四边形内所标注的离心泵型号。如果交点M不是恰好落在四边形的上边线上，则选用该泵后，可应用切割叶轮直径或降低工作转速的方法改变泵的性能曲线，使其通过M点。这就应从泵样本或系列性能表中查出该泵的泵性能曲线，以便换算。如果交点M并不落在任一个工作区的四边形中，这说明没有一台泵能满足工作要求。在这种情况下，可适当改变泵的台数或改变泵所需要的流量和扬程(如用排出阀调节)等来满足要求。,(1)泵的两种实际选择方法,a利用“泵型谱”选择 b利用“泵性能表”选择,根据初步确定的泵的类型，在这种类型的泵性能表中查找与所需要的流量和扬程相一致或接近的一种或几种型号泵。若有两种或两种以上都能满足基本要求，再对其进行比较，权衡利弊，最后选定一种。如果在这种型式泵系列中找不到合适的型号，则可换一种系列或暂选一种比较接近要求的型号，通过改变叶轮直径或改变转速等措施，使其满足适用要求。,(1)泵的两种实际选择方法,收集原始数据：针对选型要求，搜集过程生产中所输送介质、流量和所需的扬程参数以及泵前泵后设备的有关参数的原始依据。,泵参数的选择及计算：根据原始数据和实际需要，留出合理的裕量，合理确定运行参数，作为选择泵的计算依据。,选型：按照工作要求和运行参数，采用合理的选择方法，选出均能满足适用要求的几种型式，然后进行全面的比较，最后确定一种型式。,核算：型式选定后，进行有关校核计算，验证所选的泵是否满足使用要求。如所要求的工况点是否落在高效工作区，NPSH 是否大于NPSH 等。,(2)泵的选择步骤,