第一章流體輸送技術(shù)知識(shí)目的：●了解化工管路的組成及管路布置原則；了解流體輸送機(jī)械的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用；●理解穩(wěn)定流動(dòng)的基本概念；流動(dòng)阻力產(chǎn)生的因素；●掌握連續(xù)性方程式、柏努力程式和流體流動(dòng)阻力的計(jì)算；能力目的：●能對(duì)的選擇流體輸送機(jī)械和管子的直徑；●能拆裝化工管路；會(huì)流體輸送機(jī)械的操作和簡(jiǎn)樸故障的分析、排除?；どa(chǎn)中所解決的物料，大多為流體（涉及液體和氣體）。為了滿足工藝條件的規(guī)定，保證生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，需要把流體從一個(gè)設(shè)備輸送至另一個(gè)設(shè)備。實(shí)現(xiàn)這一過程要借助管路和輸送機(jī)械。流體輸送機(jī)械是給流體增長(zhǎng)機(jī)械能以完畢輸送任務(wù)的機(jī)械。管路在化工生產(chǎn)中就相稱于人體的血管，流體輸送機(jī)械相稱于人的心臟，作用非常重要。因此，了解管路的構(gòu)成，擬定輸送管路的直徑，了解輸送機(jī)械的工作原理，選擇合理的輸送機(jī)械，學(xué)會(huì)合理布置和安裝管路，對(duì)的使用輸送機(jī)械非常重要。第一節(jié)流體輸送管路一、管路的分類化工生產(chǎn)過程中的管路通常以是否分出支管來分類，見表1-1。表1-1管路的分類類型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸管路單一管路單一管路是指直徑不變、無分支的管路，如圖1-1(a)所示串聯(lián)管路雖無分支但管徑多變的管路，如圖1-1(b)所示復(fù)雜管路分支管路流體由總管分流到幾個(gè)分支，各分支出口不同，如圖1-2(a)所示并聯(lián)管路并聯(lián)管路中，分支最終又匯合到總管，如圖1-2(b)所示對(duì)于重要管路系統(tǒng)，如全廠或大型車間的動(dòng)力管線（涉及蒸汽、煤氣、上水及其他循環(huán)管道等），一般均應(yīng)按并聯(lián)管路鋪設(shè)，以有助于提高能量的綜合運(yùn)用、減少因局部故障所導(dǎo)致的影響。圖1-1簡(jiǎn)樸管路圖1-2復(fù)雜管路二、管路的基本構(gòu)成管路是由管子、管件和閥門等按一定的排列方式構(gòu)成，也涉及一些附屬于管路的管架、管卡、管撐等輔件。由于生產(chǎn)中輸送的流體是各種各樣的，輸送條件與輸送量也各不相同，因此，管路也必然是各不相同的。工程上為了避免混亂，方便制造與使用，實(shí)現(xiàn)了管路的標(biāo)準(zhǔn)化。書后附錄摘錄了部分管材的規(guī)格。管子是管路的主體，由于生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料和所處工藝條件各不相同，所以用于連接設(shè)備和輸送物料的管子除需滿足強(qiáng)度和通過能力的規(guī)定外，還必須耐溫、耐壓、耐腐蝕以及導(dǎo)熱等性能的規(guī)定。根據(jù)所輸送物料的性質(zhì)(如腐蝕性、易燃性、易爆性等)和操作條件(如溫度、壓力等)來選擇合適的管材，是化工生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的問題之一。（一）化工管材管材通常按制造管子所使用的材料來進(jìn)行分類?？煞譃榻饘俟?、非金屬管和復(fù)合管，其中以金屬管占絕大部分。復(fù)合管指的是金屬與非金屬兩種材料組成的管子，最常見的化工管材見表1-2。表1-2常見的化工管材種類及名稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用途金屬管鋼管有縫鋼管有縫鋼管是用低碳鋼焊接而成的鋼管，又稱為焊接管。易于加工制造、價(jià)格低。重要有水管和煤氣管，分鍍鋅管和黑鐵管（不鍍鋅管）兩種。目前重要用于輸送水、蒸汽、煤氣、腐蝕性低的液體和壓縮空氣等。由于有焊縫而不適宜在0.8MPa（表壓）以上的壓力條件下使用。無縫鋼管無縫鋼管是用棒料鋼材經(jīng)穿孔熱軋或冷拔制成的，它沒有接縫。用于制造無縫鋼管的材料重要有普通碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和耐熱鉻鋼等。無縫鋼管的特點(diǎn)是質(zhì)地均勻、強(qiáng)度高、管壁薄，少數(shù)特殊用途的無縫鋼管的壁厚也可以很厚。無縫鋼管能用于在各種壓力和溫度下輸送流體，廣泛用于輸送高壓、有毒、易燃易爆和強(qiáng)腐蝕性流體等。鑄鐵管有普通鑄鐵管和硅鑄鐵管。鑄鐵管價(jià)廉而耐腐蝕，但強(qiáng)度低，氣密性也差，不能用于輸送有壓力的蒸汽、爆炸性及有毒性氣體等。一般作為埋在地下的給水總管、煤氣管及污水管等，也可以用來輸送堿液及濃硫酸等。有色金屬管銅管與黃銅管由紫銅或黃銅制成。導(dǎo)熱性好，延展性好，易于彎曲成型。合用于制造換熱器的管子；用于油壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)來輸送有壓液體；銅管還合用于低溫管路，黃銅管在海水管路中也廣泛使用。鉛管鉛管因抗腐蝕性好，能抗硫酸及10﹪以下的鹽酸，其最高工作溫度是413K。由于鉛管機(jī)械強(qiáng)度差、性軟而笨重、導(dǎo)熱能力小，目前正被合金管及塑料管所取代。重要用于硫酸及稀鹽酸的輸送，但不合用于濃鹽酸、硝酸和乙酸的輸送。鋁管鋁管也有較好的耐酸性，其耐酸性重要由其純度決定，但耐堿性差。鋁管廣泛用于輸送濃硫酸、濃硝酸、甲酸和醋酸等。小直徑鋁管可以代替銅管來輸送有壓流體。當(dāng)溫度超過433K時(shí)，不宜在較高的壓力下使用。非金屬管非金屬管是用各種非金屬材料制作而成的管子的總稱，重要有陶瓷管、水泥管、玻璃管、塑料管和橡膠管等。塑料管的用途越來越廣，很多本來用金屬管的場(chǎng)合逐漸被塑料管所代替。（二）管件管件是用來連接管子以達(dá)成延長(zhǎng)管路、改變管路方向或直徑、分支、合流或封閉管路的附件的總稱。最基本的管件如圖1-3所示，其用途有如下幾種。180o回彎管三通四通異徑管90o彎頭法蘭卡箍活接頭管帽45o彎頭圖1-3常用管件①用以改變流向：90o彎頭、45o彎頭、180o回彎頭等；②用以堵截管路：管帽、絲堵(堵頭)、盲板等；③用以連接支管：三通、四通，有時(shí)三通也用來改變流向，多余的一個(gè)通道接頭用管帽或盲板封上，在需要時(shí)打開再連接一條分支管；④用以改變管徑：異徑管、內(nèi)外螺紋接頭(補(bǔ)芯)等；⑤用以延長(zhǎng)管路：管箍(束節(jié))、螺紋短節(jié)、活接頭、法蘭等。法蘭多用于焊接連接管路，而活接頭多用于螺紋連接管路。在閉合管路上必須設(shè)立活接頭或法蘭，特別是在需要經(jīng)常維修或更換的設(shè)備、閥門附近必須設(shè)立，由于它們可以就地拆開，就地連接。（三）閥門閥門是用來啟閉和調(diào)節(jié)流量及控制安全的部件。通過閥門可以調(diào)節(jié)流量、系統(tǒng)壓力、及流動(dòng)方向，從而保證工藝條件的實(shí)現(xiàn)與安全生產(chǎn)?；どa(chǎn)中閥門種類繁多，常用的有以下幾種，見表1-3。表1-3常見閥門名稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用途閘閥重要部件為一閘板，通過閘板的升降以啟閉管路。這種閥門全開時(shí)流體阻力小，全閉時(shí)較嚴(yán)密，如圖1-4。多用于大直徑管路上作啟閉閥，在小直徑管路中也有用作調(diào)節(jié)閥的。不宜用于具有固體顆?；蛭锪弦子诔练e的流體，以免引起密封面的磨損和影響閘板的閉合。截止閥重要部件為閥盤與閥座，流體自下而上通過閥座，其構(gòu)造比較復(fù)雜，流體阻力較大，但密閉性與調(diào)節(jié)性能較好，如圖1-5。不宜用于粘度大且具有易沉淀顆粒的介質(zhì)。止回閥止回閥是一種根據(jù)閥前、后的壓力差自動(dòng)啟閉的閥門，其作用是使介質(zhì)只作一定方向的流動(dòng)，它分為升降式和旋啟式兩種。升降式止回閥密封性較好，但流動(dòng)阻力大，旋啟式止回閥用搖板來啟閉。安裝時(shí)應(yīng)注意介質(zhì)的流向與安裝方向。如圖1-6。止回閥一般合用于清潔介質(zhì)，球閥閥芯呈球狀，中間為一與管內(nèi)徑相近的連通孔，結(jié)構(gòu)比閘閥和截止閥簡(jiǎn)樸，啟閉迅速，操作方便，體積小，重量輕，零部件少，流體阻力也小。如圖1-7。合用于低溫高壓及粘度大的介質(zhì)，但不宜用于調(diào)節(jié)流量。旋塞閥其重要部分為一可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓錐形旋塞，中間有孔，當(dāng)旋塞旋轉(zhuǎn)至90o時(shí)，流動(dòng)通道即所有封閉。需要較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，如圖1-8。溫度變化大時(shí)容易卡死，不能用于高壓。安全閥是為了管道設(shè)備的安全保險(xiǎn)而設(shè)立的截?cái)嘌b置，它能根據(jù)工作壓力而自動(dòng)啟閉，從而將管道設(shè)備的壓力控制在某一數(shù)值以下，從而保證其安全。如圖1-9。重要用在蒸汽鍋爐及高壓設(shè)備上。圖1-4閘閥1-5截止閥圖1-6止回閥圖1-7球閥圖1-8旋塞閥圖1-9全啟式安全閥活動(dòng)建議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，讓學(xué)生到實(shí)訓(xùn)基地或工廠去觀測(cè)化工管路、管件及閥門等實(shí)物，除了教材介紹的之外，如閥門尚有隔閡閥、蝶閥、疏水閥及減壓閥等，了解其構(gòu)造與作用。第二節(jié)流體流動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)一、連續(xù)性方程1．穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)流體在管路系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)各種參數(shù)的變化情況，可以將流體的流動(dòng)分為穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)。若流動(dòng)系統(tǒng)中各物理量的大小僅隨位置變化、不隨時(shí)間變化，則稱為穩(wěn)定流動(dòng)。若流動(dòng)系統(tǒng)中各物理量的大小不僅隨位置變化、并且隨時(shí)間變化，則稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)操作過程，如生產(chǎn)條件控制正常，則流體流動(dòng)多屬于穩(wěn)定流動(dòng)。連續(xù)操作的開車、停車過程及間歇操作過程屬于不穩(wěn)定流動(dòng)。本章所討論的流體流動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)過程。多觀測(cè)圖1-10流體流動(dòng)的連續(xù)性圖1-10流體流動(dòng)的連續(xù)性2．連續(xù)性方程穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)如圖1-10所示，流體充滿管道，并連續(xù)不斷地從截面1-流入，從截面2-流出。以管內(nèi)壁、截面1-與2-為衡算范圍，以單位時(shí)間為衡算基準(zhǔn)，依質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入截面1-的流體質(zhì)量流量與流出截面2-的流體質(zhì)量流量相等。即qm1=qm2（1-1）由于qm=uA式中qm——流體的質(zhì)量流量，指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道有效截面積的流體質(zhì)量，kg/s；u——流體在管道任一截面的平均流速，m/s；A——管道的有效截面積，m2；——流體的密度，kg/m3。故qm=u1A11=u2A22（1-2）若將上式推廣到管路上任何一個(gè)截面，即qm=uA=常數(shù)（1-3）上述方程式表達(dá)在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，流體流經(jīng)管道各截面的質(zhì)量流量恒為常量，但各截面的流體流速則隨管道截面積和流體密度的不同而變化。若流體為不可壓縮流體，即=常數(shù)，則qv=uA=常數(shù)（1-4）式中qv——流體的體積流量，指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道有效截面積的流體體積，m3/s；上式說明不可壓縮流體不僅流經(jīng)各截面的質(zhì)量流量相等，并且它們的體積流量也相等。并且管道截面積A與流體流速u成反比，截面積越小，流速越大。若不可壓縮流體在圓管內(nèi)流動(dòng)，因，則（1-5）上式說明不可壓縮流體在管道內(nèi)的流速u與管道內(nèi)徑的平方d2成反比。式（1-1）至式（1-5）稱為流體在管道中作穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程。連續(xù)性方程反映了在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，流量一定期管路各截面上流速的變化規(guī)律，而此規(guī)律與管路的安排以及管路上是否裝有管件、閥門或輸送設(shè)備等無關(guān)。【例1-1】如圖1-10所示的串聯(lián)變徑管路中，已知小管規(guī)格為φ57×3mm，大管規(guī)格為φ89×3.5mm，均為無縫鋼管，水在小管內(nèi)的平均流速為2.5m/s，水的密度可取為1000kg/m3。試求：⑴水在大管中的流速；⑵管路中水的體積流量和質(zhì)量流量。解⑴小管直徑d1=57－2×3=51mm，u1=2.5m/s大管直徑d2=89－2×3.5=82mmm/s⑵m3/sqm=qv=0.0051×1000=5.1kg/s二、柏努利方程在化工生產(chǎn)中，解決流體輸送問題的基本依據(jù)是柏努力方程，因此柏努力方程及其應(yīng)用極為重要。根據(jù)對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)能量衡算，即可得到柏努力方程。（一）流動(dòng)系統(tǒng)的能量流動(dòng)系統(tǒng)中涉及的能量有多種形式，涉及內(nèi)能、機(jī)械能、功、熱、損失能量，若系統(tǒng)不涉及溫度變化及熱量互換，內(nèi)能為常數(shù)，則系統(tǒng)中所涉及的能量只有機(jī)械能、功、損失能量。能量根據(jù)其屬性分為流體自身所具有的能量及系統(tǒng)與外部互換的能量。1．流體所具有的能量——機(jī)械能(1)位能位能是流體處在重力場(chǎng)中而具有的能量。若質(zhì)量為m（kg）的流體與基準(zhǔn)水平面的垂直距離為z（m），則位能為mgz（J），單位質(zhì)量流體的位能則為gz（J/kg）。位能是相對(duì)值，計(jì)算須規(guī)定一個(gè)基準(zhǔn)水平面。(2)動(dòng)能動(dòng)能是流體具有一定速度流動(dòng)而具有的能量。m（kg）流體，當(dāng)其流速為u（m/s）時(shí)具有的動(dòng)能為（J），單位質(zhì)量流體的動(dòng)能為(J/kg)。(3)靜壓能靜壓能是由于流體具有一定的壓力而具有的能量。流體內(nèi)部任一點(diǎn)都有一定的壓力，假如在有液體流動(dòng)的管壁上開一小孔并接上一個(gè)垂直的細(xì)玻璃管，液體就會(huì)在玻璃管內(nèi)升起一定的高度，此液柱高度即表達(dá)管內(nèi)流體在該截面處的靜壓力值。管路系統(tǒng)中，某截面處流體壓力為p，流體要流過該截面，則必須克服此壓力作功，于是流體帶著與此功相稱的能量進(jìn)入系統(tǒng)，流體的這種能量稱為靜壓能。質(zhì)量為m（kg）的流體的靜壓能為pV（J），單位質(zhì)量流體的靜壓能為（J/kg）2．壓力的表達(dá)方法圖1-11絕壓、表壓、真空度之間的關(guān)系圖1-11絕壓、表壓、真空度之間的關(guān)系顯然，真空度為表壓的負(fù)值，并且設(shè)備內(nèi)流體的真空度愈高，它的絕對(duì)壓力就愈低。絕對(duì)壓力、表壓力與真空度之間的關(guān)系可用圖1-11表達(dá)。注意：①為了避免互相混淆，當(dāng)壓力以表壓或真空度表達(dá)時(shí)，應(yīng)用括號(hào)注明，如未注明，則視為絕對(duì)壓力；②壓力計(jì)算時(shí)基準(zhǔn)要一致。③大氣壓力以當(dāng)時(shí)、本地氣壓表的讀數(shù)為準(zhǔn)。想一想不同單位制之間壓力的換算。3．系統(tǒng)與外界互換的能量實(shí)際生產(chǎn)中的流動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界互換的能量重要有功和損失能量。（1）外加功當(dāng)系統(tǒng)中安裝有流體輸送機(jī)械時(shí)，它將對(duì)系統(tǒng)作功，即將外部的能量轉(zhuǎn)化為流體的機(jī)械能。單位質(zhì)量流體從輸送機(jī)械中所獲得的能量稱為外加功，用We表達(dá)，其單位為J/kg。外加功We是選擇流體輸送設(shè)備的重要數(shù)據(jù)，可用來擬定輸送設(shè)備的有效功率Pe，即Pe=WeqmW（1-6）（2）損失能量由于流體具有粘性，在流動(dòng)過程中要克服各種阻力，所以流動(dòng)中有能量損失。單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)為克服阻力而損失的能量，用Σhf表達(dá)，其單位為J/kg。（二）柏努利方程式圖1-12流體的管路輸送系統(tǒng)如圖1-12所示，不可壓縮流體在系統(tǒng)中作穩(wěn)定流動(dòng)，流體從截面1-經(jīng)泵輸送到截面2-。根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量守恒，輸入系統(tǒng)的能量應(yīng)等于輸出系統(tǒng)的能量。圖1-12流體的管路輸送系統(tǒng)輸入系統(tǒng)的能量涉及由截面1-進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)帶入的自身能量，以及由輸送機(jī)械中得到的能量。輸出系統(tǒng)的能量涉及由截面2-離開系統(tǒng)時(shí)帶出的自身能量，以及流體在系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)因克服阻力而損失的能量。若以0-面為基準(zhǔn)水平面，兩個(gè)截面距基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為z1、z2，兩截面處的流速分別為u1、u2，兩截面處的壓力分別為p1、p2，流體在兩截面處的密度為，單位質(zhì)量流體從泵所獲得的外加功為We，從截面1-流到截面2-的所有能量損失為Σhf。則根據(jù)能量守恒定律（1-7）式中g(shù)z1、、——分別為流體在截面1-上的位能、動(dòng)能、靜壓能，J/kg；gz2、、——分別為流體在截面2-上的位能、動(dòng)能、靜壓能，J/kg；式（1-7）稱為實(shí)際流體的柏努利方程，是以單位質(zhì)量流體為計(jì)算基準(zhǔn)，式中各項(xiàng)單位均為J/kg。它反映了流體流動(dòng)過程中各種能量的轉(zhuǎn)化和守恒規(guī)律，在流體輸送中具有重要意義。通常將無粘性、無壓縮性，流動(dòng)時(shí)無流動(dòng)阻力的流體稱為抱負(fù)流體。當(dāng)流動(dòng)系統(tǒng)中無外功加入時(shí)（即We=0），則（1-8）上式為抱負(fù)流體的柏努利方程，說明抱負(fù)流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，各截面上所具有的總機(jī)械能相等，總機(jī)械能為一常數(shù)，但每一種形式的機(jī)械能不一定相等，各種形式的機(jī)械能可以互相轉(zhuǎn)換。將單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)的柏努利方程中的各項(xiàng)除以g，則可得令則（1-9）式中z、、——分別稱為位壓頭、動(dòng)壓頭、靜壓頭，單位重量（1N）流體所具有的機(jī)械能，m；He——有效壓頭，單位重量流體在截面1-與截面2-間所獲得的外加功，m；Hf——壓頭損失，單位重量流體從截面1-流到截面2-的能量損失，m。上式為以單位重量流體為計(jì)算基準(zhǔn)的柏努利方程，式中各項(xiàng)均表達(dá)單位重量流體所具有的能量，單位為J/N（m）。m的物理意義是：?jiǎn)挝恢亓苛黧w所具有的機(jī)械能，把自身從基準(zhǔn)水平面升舉的高度。合用于穩(wěn)定、連續(xù)的不可壓縮系統(tǒng)。在流動(dòng)過程中兩截面間流量不變，滿足連續(xù)性方程。例1-2附圖【例1-2】如附圖所示，有一用水吸取混合氣中氨的常壓逆流吸取塔，水由水池用離心泵送至塔頂經(jīng)噴頭噴出。泵入口管為φ108×4mm無縫鋼管，管中流體的流量為40m3/h，出口管為φ89×3.5mm的無縫鋼管。池內(nèi)水深為2m，池底至塔頂噴頭入口處的垂直距離為20m。管路的總阻力損失為40J/kg，噴頭入口處的壓力為120kPa（表壓）。試求泵所需的有效功率為多少k例1-2附圖解取水池液面為截面1-，噴頭入口處為截面2-，并取截面1-為基準(zhǔn)水平面。在截面1-和截面2-間列柏努利方程，即其中z1=0；z2=20–2=18m；u1≈0；d1=108－2×4=100mm；d2=89-2×3.5=82mm；∑hf=40J/kg；p1=0(表壓)，p2=120kPa(表壓)；代入柏努利方程得==338.75J/kg質(zhì)量流量qm=A2u2ρ==0.785×(0.082)2×2.11×1000=11.14kg/s有效功率Pe=We·qm=338.75×11.14=3774w＝3.77kw活動(dòng)建議柏努利方程式的應(yīng)用可結(jié)合校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)有關(guān)流體輸送的案例進(jìn)行教學(xué)，組織學(xué)生討論柏努利方程的其他工程應(yīng)用，加深對(duì)柏努利方程式的理解并純熟應(yīng)用。三、流體的流動(dòng)型態(tài)在化工生產(chǎn)中，流體輸送、傳熱、傳質(zhì)過程及操作等都與流體的流動(dòng)狀態(tài)有密切關(guān)系，因此有必要了解流體的流動(dòng)型態(tài)及在圓管內(nèi)的速度分布。（一）流動(dòng)類型的劃分流體流動(dòng)時(shí)，依不同的流動(dòng)條件可以出現(xiàn)兩種截然不同的流動(dòng)型態(tài)，即層流和湍流。見表1-4。表1-4雷諾實(shí)驗(yàn)和兩種流動(dòng)型態(tài)流動(dòng)型態(tài)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)速度分布舉例層流實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-13，設(shè)貯水槽中液位保持恒定，當(dāng)管內(nèi)水的流速較小時(shí)，著色水在管內(nèi)沿軸線方向成一條清楚的細(xì)直線，如圖1-14a流體質(zhì)點(diǎn)沿管軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，分層流動(dòng)，又稱滯流層流時(shí)其速度分布曲線呈拋物線形。如圖1-15所示。管壁處速度為零，管中心處速度最大。平均流速u＝0.5umax管內(nèi)流體的低速流動(dòng)、高粘度液體的流動(dòng)、毛細(xì)管和多孔介質(zhì)中的流體流動(dòng)等。過渡狀態(tài)開大調(diào)節(jié)閥，水流速度逐漸增至某一定值時(shí)，可以觀測(cè)到著色細(xì)線開始呈現(xiàn)波浪形，但仍保持較清楚的輪廓，如圖1-14b所示過渡狀態(tài)不是一種獨(dú)立的流動(dòng)型態(tài)，介于層流與湍流之間。可以當(dāng)作是不完全的湍流，或不穩(wěn)定的層流，或者是兩者交替出現(xiàn)，隨外界條件而定，受流體流動(dòng)干擾的控制。湍流再繼續(xù)開大閥門，可以觀測(cè)到著色細(xì)流與水流混合，當(dāng)水的流速再增大到某值以后，著色水一進(jìn)入玻璃管即與水完全混合，如圖1-14c流體質(zhì)點(diǎn)除沿軸線方向作主體流動(dòng)外，還在各個(gè)方向有劇烈的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，又稱紊流湍流時(shí)其速度分布曲線呈不嚴(yán)格拋物線形。管中心附近速度分布較均勻，如圖1-16所示，平均流速u＝0.82umax工程上碰到的管內(nèi)流體的流動(dòng)大多為湍流。圖1-13雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖圖1-14雷諾實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較圖1-15層流時(shí)圓管內(nèi)的速度分布圖1-16湍流時(shí)圓管內(nèi)的速度分布（二）流體流動(dòng)型態(tài)的鑒定1．雷諾準(zhǔn)數(shù)為了擬定流體的流動(dòng)型態(tài)，雷諾通過改變實(shí)驗(yàn)介質(zhì)、管材及管徑、流速等實(shí)驗(yàn)條件，做了大量的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了歸納總結(jié)。流體的流動(dòng)型態(tài)重要與流體的密度ρ、粘度μ、流速u和管內(nèi)徑d等因素有關(guān)，并可以用這些物理量組成一個(gè)數(shù)群，稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re），用來鑒定流動(dòng)型態(tài)。（1-10）雷諾準(zhǔn)數(shù)，無單位。Re大小反映了流體的湍動(dòng)限度，Re越大，流體流動(dòng)湍動(dòng)性越強(qiáng)。計(jì)算時(shí)只要采用同一單位制下的單位，計(jì)算結(jié)果都相同。2.判據(jù)一般情況下，流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若Re<2023時(shí)，流體的流動(dòng)型態(tài)為層流；若Re>4000時(shí)，流動(dòng)為湍流；而Re在2023～4000范圍內(nèi)，為一種過渡狀態(tài)。也許是層流也也許是湍流。在過渡區(qū)域，流動(dòng)型態(tài)受外界條件的干擾而變化，如管道形狀的變化、外來的輕微震動(dòng)等都易促成湍流的發(fā)生，在一般工程計(jì)算中，Re>2023可作湍流解決?！纠?-3】在20℃條件下，油的密度為830kg/m3，粘度為3cp，在圓形直管內(nèi)流動(dòng)，其流量為10m3/h，管子規(guī)格為解已知ρ=830kg/m3，μ=3cp=3×10-3Pad=89－2×3.5=82mm=則m/sRe由于Re>4000，所以該流動(dòng)型態(tài)為湍流。查一查非圓形管道的雷諾準(zhǔn)數(shù)如何擬定，流動(dòng)形態(tài)如何判斷？（三）湍流流體中的層流內(nèi)層當(dāng)管內(nèi)流體做湍流流動(dòng)時(shí)，管壁處的流速也為零，靠近管壁處的流體薄層速度很低，仍然保持層流流動(dòng)，這個(gè)薄層稱為層流內(nèi)層。層流內(nèi)層的厚度隨雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的增大而減薄，但不會(huì)消失。層流內(nèi)層的存在，對(duì)傳熱與傳質(zhì)過程都有很大的影響。湍流時(shí)，自層流內(nèi)層向管中心推移，速度漸增，存在一個(gè)流動(dòng)型態(tài)即非層流亦非湍流區(qū)域，這個(gè)區(qū)域稱為過渡層或緩沖層。再往管中心推移才是湍流主體?？梢?，流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，橫截面上沿徑向分為層流內(nèi)層、過渡層和湍流主體三部分。四、流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力分為直管阻力和局部阻力兩種。直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。局部阻力是流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及截面的忽然擴(kuò)大和忽然縮小等局部地方所引起的阻力。總阻力等于直管阻力和局部阻力的總和。（一）流體的粘度多觀測(cè)（1）氣體和液體的流動(dòng)性哪個(gè)更好？同溫度下水和油的流動(dòng)性那個(gè)好？（2）觀測(cè)河水的流動(dòng)，為什么河中心處水的流速比河岸處水的流速大？1．粘性流體流動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)間存在互相吸引力，流通截面上各點(diǎn)的流速并不相等，即其內(nèi)部存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)某質(zhì)點(diǎn)以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，與之相鄰的質(zhì)點(diǎn)則會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一個(gè)約束力阻礙其運(yùn)動(dòng)，將這種流體質(zhì)點(diǎn)間的互相約束力稱為內(nèi)摩擦力。流體流動(dòng)時(shí)為克服這種內(nèi)摩擦力需消耗能量。流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)稱為流體的粘性。粘性大的流體流動(dòng)性差，粘性小的流體流動(dòng)性好。粘性是流體的固有屬性，流體無論是靜止還是流動(dòng)，都具有粘性。圖1-17所示，有上下兩塊平行放置且面積很大而相距很近的平板，板間充滿某種液體。若將下板固定，而對(duì)上板施加一個(gè)恒定的外力F，上板就以恒定速度u沿x方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，兩板間的液體就會(huì)提成無數(shù)平行的薄層而運(yùn)動(dòng)，粘附在上板底面的一薄層液體也以速度u隨上板運(yùn)動(dòng)，其下各層液體的速度依次減少，粘附在下板表面的液層速度為零，流體相鄰層間的內(nèi)摩擦力即為F。實(shí)驗(yàn)證明，F(xiàn)與上下兩板間沿y方向的速度變化率Δu/Δy成正比，與接觸面積A成正比。流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，u與y的關(guān)系是曲線關(guān)系，上述變化率應(yīng)寫成du／dy，稱為速度梯度，即圖1-17平板間液體速度變化圖1-17平板間液體速度變化若單位流層面積上的內(nèi)摩擦力稱為剪應(yīng)力，則（1-11）上式稱為牛頓粘性定律，即流體層間的剪應(yīng)力與速度梯度成正比。式中比例系數(shù)，稱為動(dòng)力粘度或絕對(duì)粘度，簡(jiǎn)稱粘度。查一查涂料及泥漿的流動(dòng)是否服從牛頓粘性定律？試了解此類流體的規(guī)律。2．粘度粘度是表征流體粘性大小的物理量，是流體的重要物理性質(zhì)之一，流體的粘性越大，值越大。其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。流體的粘度隨流體的種類及狀態(tài)而變化，液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度隨溫度升高而增大。壓力變化時(shí)，液體的粘度基本不變，氣體的粘度隨壓力增長(zhǎng)而增長(zhǎng)得很少，一般工程計(jì)算中可以忽略。某些常用流體的粘度，可以從有關(guān)手冊(cè)和本書附錄中查得。粘度的法定計(jì)量單位是Pa·s；但在工程手冊(cè)中粘度的單位常用物理單位制，泊（P）或厘泊（cP）表達(dá)。它們之間的關(guān)系是1Pa·s=10P=1000cP流體的粘性還可用粘度與密度的比值來表達(dá)，稱為運(yùn)動(dòng)粘度，以表達(dá)（1-12）運(yùn)動(dòng)粘度的法定計(jì)量單位為m2/s；在物理單位制中，運(yùn)動(dòng)粘度的單位為cm2/s，稱為沲（St）。（二）直管阻力1．范寧公式直管阻力，也叫沿程阻力。直管阻力通常由范寧公式計(jì)算，其表達(dá)式為（1-13）式中hf——直管阻力，J/kg；——摩擦系數(shù)，也稱摩擦因數(shù)，無量綱；l——直管的長(zhǎng)度，m；d——直管的內(nèi)徑，m；u——流體在管內(nèi)的流速，m/s。范寧公式中的摩擦因數(shù)是擬定直管阻力損失的重要參數(shù)。的值與反映流體湍動(dòng)限度的Re及管內(nèi)壁粗糙限度的ε大小有關(guān)。2．管壁粗糙限度工業(yè)生產(chǎn)上所使用的管道，按其材料的性質(zhì)和加工情況，大體可分為光滑管與粗糙管。通常把玻璃管、銅管和塑料管等列為光滑管，把鋼管和鑄鐵管等列為粗糙管。事實(shí)上，即使是同一種材質(zhì)的管子，由于使用時(shí)間的長(zhǎng)短與腐蝕結(jié)垢的限度不同，管壁的粗糙度也會(huì)發(fā)生很大的變化。①絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度是指管壁突出部分的平均高度，以ε表達(dá)，如圖1-18所示。表1-5中列出了某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度數(shù)值。圖1-18管壁粗糙限度對(duì)流體流動(dòng)的影響表1-5某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度管道類別絕對(duì)粗糙度ε/mm無縫黃銅管、銅管及鋁管新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無縫鋼管具有重度腐蝕的無縫鋼管舊的鑄鐵管干凈玻璃管很好整平的水泥管0.01～0.050.1～0.20.30.2～0.30.5以上0.85以上0.0015～0.010.33②相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度是指絕對(duì)粗糙度與管道內(nèi)徑的比值，即ε/d。管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響限度與管徑的大小有關(guān)，所以在流動(dòng)阻力的計(jì)算中，要考慮相對(duì)粗糙度的大小。3．摩擦系數(shù)（1）層流時(shí)摩擦系數(shù)流體作層流流動(dòng)時(shí)，管壁上凹凸不平的地方都被有規(guī)則的流體層所覆蓋，與ε/d無關(guān)，摩擦系數(shù)只是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)（1-14）將代入范寧公式，則（1-15）上式為哈根-伯稷葉方程，是流體在圓直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算式。（2）湍流時(shí)摩擦系數(shù)由于湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜，目前還不能完全用理論分析方法求算湍流時(shí)摩擦系數(shù)的公式，而是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，獲得經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算式。各種經(jīng)驗(yàn)公式，均有一定的合用范圍，可參閱有關(guān)資料。為了計(jì)算方便，通常將摩擦系數(shù)對(duì)Re與ε/d的關(guān)系曲線標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，如圖1-19所示，該圖稱為莫狄（Moody）圖。這樣就可以方便地根據(jù)Re與ε/d值從圖中查得各種情況下的λ值。根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)的不同，可在圖中分出四個(gè)不同的區(qū)域：a層流區(qū)當(dāng)Re<2023時(shí)，與Re為一直線關(guān)系，與相對(duì)粗糙度無關(guān)。b過渡區(qū)當(dāng)Re=2023～4000時(shí)，管內(nèi)流動(dòng)類型隨外界條件影響而變化，也隨之波動(dòng)。工程上一般按湍流解決，可從相應(yīng)的湍流時(shí)的曲線延伸查取。c湍流區(qū)當(dāng)Re>4000且在圖中虛線以下區(qū)域時(shí)，=f（Re，ε/d）。對(duì)于一定的ε/d，隨Re數(shù)值的增大而減小。d完全湍流區(qū)即圖中虛線以上的區(qū)域，與Re的數(shù)值無關(guān)，只取決于ε/d。-Re曲線幾乎成水平線，當(dāng)管子的ε/d一定期，為定值。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，阻力損失與u2成正比，故又稱為阻力平方區(qū)。由圖可見，ε/d值越大，達(dá)成阻力平方區(qū)的Re值越低?！纠?-4】20℃的水，以1m/s速度在鋼管中流動(dòng)，鋼管規(guī)格為φ60×3.5mm，試求水通過解從本書附錄中查得水在20℃時(shí)的ρ=998.2kg/m3，μ=1.005×10－3d=60－3.5×2=53mm，=100m，u=1m/s取鋼管的管壁絕對(duì)粗糙度ε=0.2mm，則據(jù)Re與ε/d值，可以從圖1-19上查出摩擦系數(shù)λ=0.03則J/㎏圖1-19λ與Re、ε/d的關(guān)系（三）局部阻力局部阻力是流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及截面的忽然擴(kuò)大和忽然縮小等局部地方所產(chǎn)生的阻力。流體在管路的進(jìn)口、出口、彎頭、閥門、忽然擴(kuò)大、忽然縮小或流量計(jì)等局部流過時(shí)，必然發(fā)生流體的流速和流動(dòng)方向的忽然變化，流動(dòng)受到干擾、沖擊，產(chǎn)生旋渦并加劇湍動(dòng)，使流動(dòng)阻力顯著增長(zhǎng)，如圖1-20。局部阻力一般有兩種計(jì)算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長(zhǎng)度法。圖1-20不同情況下的流動(dòng)干擾1．當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度法是將流體通過局部障礙時(shí)的局部阻力計(jì)算轉(zhuǎn)化為直管阻力損失的計(jì)算方法。所謂當(dāng)量長(zhǎng)度是與某局部障礙具有相同能量損失的同直徑直管長(zhǎng)度，用le表達(dá)，單位為m，可按下式計(jì)算（1-16）式中u——管內(nèi)流體的平均流速，m/s。le——當(dāng)量長(zhǎng)度，m，當(dāng)局部流通截面發(fā)生變化時(shí)，u應(yīng)當(dāng)采用較小截面處的流體流速。le數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在湍流情況下，某些管件與閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度也可以從圖1-21查得。2．阻力系數(shù)法將局部阻力表達(dá)為動(dòng)能的一個(gè)倍數(shù)，則（1-17）式中ζ——局部阻力系數(shù)，無單位，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常見的局部阻力系數(shù)見表1-6。（四）總阻力管路系統(tǒng)的總阻力等于通過所有直管的阻力和所有局部阻力之和。1.當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算局部阻力時(shí)，其總阻力計(jì)算式為（1-18）式中Σle——管路所有管件與閥門等的當(dāng)量長(zhǎng)度之和，m。2.阻力系數(shù)法當(dāng)用阻力系數(shù)法計(jì)算局部阻力時(shí)，其總阻力計(jì)算式為（1-19）式中Σζ——管路所有的局部阻力系數(shù)之和。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時(shí)，管路的總能量損失應(yīng)分段計(jì)算，然后再求和?？傋枇Φ谋磉_(dá)方法除了以能量形式表達(dá)外，還可以用壓頭損失Hf（1N流體的流動(dòng)阻力，m）及壓力降Δpf（1m3hf=Hfg（1-20）Δpf=ρhf=ρHfg（1-21）【例1-5】20℃的水以16m3/h的流量流過某一管路，管子規(guī)格為φ57×3.5mm。管路上裝有90°的標(biāo)準(zhǔn)彎頭兩個(gè)、閘閥（1/2解查得20℃下水的密度為998.2kg/m3，粘度為1.005mPa·s管子內(nèi)徑為d=57－2×3.5=50mm=0.05m水在管內(nèi)的流速為m/s流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的雷諾準(zhǔn)數(shù)為查表取管壁的絕對(duì)粗糙度ε=0.2mm，則ε/d=0.2/50=0.004，由Re值及ε/d值查圖得λ=0.0285。⑴用阻力系數(shù)法計(jì)算查表得：90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，ζ=0.75；閘閥（1/2開度），ζ=4.5。所以J/kg⑵用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算查表得：90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，l/d=30；閘閥（1/2開度），l/d=200。J/kg從以上計(jì)算可以看出，用兩種局部阻力計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果差別不大，在工程計(jì)算中是允許的。圖1-21管件與閥件的當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖表1-6常見局部障礙的阻力系數(shù)活動(dòng)建議分析產(chǎn)生流動(dòng)阻力的因素，明確計(jì)算流動(dòng)阻力的必要性，取一實(shí)際輸水管路，進(jìn)行阻力計(jì)算。第三節(jié)管子的選用與管路安裝擬定輸送管路的直徑，合理布置和安裝管路，對(duì)保證生產(chǎn)正常進(jìn)行、減少設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，具有十分重要的意義。一、管子的選用管道的內(nèi)徑計(jì)算式為（1-22）式中d——管道的內(nèi)徑，m；u——適宜流速，m/s，通過經(jīng)濟(jì)衡算，選擇合理的流速。流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，所以關(guān)鍵在于選擇合適的流速。若流速選擇過大，管徑雖然可以減小，但流體流過管道的阻力增大，動(dòng)力消耗高，操作費(fèi)用隨之增長(zhǎng)。反之，流速選擇過小，操作費(fèi)用可以相應(yīng)減小，但管徑增大，管路的設(shè)備費(fèi)用隨之增長(zhǎng)。所以需根據(jù)具體情況通過經(jīng)濟(jì)權(quán)衡來擬定適宜的流速。某些流體在管路中的常用流速范圍列于表1-7中。表1-7某些流體在管道中的常用流速范圍流體的類別及情況流速范圍/m/s水及低粘度液體（0.1~1.0MPa）工業(yè)供水（0.8MPa以下）鍋爐供水（0.8MPa以下）飽和蒸汽一般氣體（常壓）離心泵排出管（水一類液體）液體自流速度（冷凝水等）真空操作下氣體流速1.5~3.01.5~3.0>3.020~4010~202.5~3.00.5<10應(yīng)用式（1-22）算出管徑后，還需根據(jù)管子規(guī)格選用標(biāo)準(zhǔn)管徑。選用標(biāo)準(zhǔn)管徑后，再核算流體在管內(nèi)的實(shí)際流速?！纠?-6】某廠精餾塔進(jìn)料量為36000kg/h，該料液的性質(zhì)與水相近，其密度為960kg/m解：m3/s因料液的性質(zhì)與水相近，參考表1-7，選取u=1.8m得m根據(jù)本書附錄的管子規(guī)格表，選用φ89×3.5mmd=89－3.5×2=82則實(shí)際流速為m/s流體在管內(nèi)的實(shí)際流速為1.97二、管路的布置與安裝原則工業(yè)上的管路布置既要考慮到工藝規(guī)定，又要考慮到經(jīng)濟(jì)規(guī)定，還要考慮到操作方便與安全，在也許的情況下還要盡也許美觀。因此，布置管路時(shí)應(yīng)遵守以下原則。1.在工藝條件允許的前提下，應(yīng)使管路盡也許短，管件和閥門應(yīng)盡也許少，以減少投資，使流體阻力減到最低。2.應(yīng)合理安排管路，使管路與墻壁、柱子或其它管路之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，以便于安裝、操作、巡查與檢修。如管路最突出的部分距墻壁或柱邊的凈空不小于100mm，距管架支柱也不應(yīng)小于100mm，兩管路的最突出部分間距凈空，中壓約保持40mm～60mm，高壓約保持70mm～90mm，并排管路上安裝手輪操作閥門時(shí)，手輪間距約100mm。3.管路排列時(shí)，通常使熱的在上，冷的在下；無腐蝕的在上，有腐蝕的在下；輸氣的在上，輸液的在下；不經(jīng)常檢修的在上，經(jīng)常檢修的在下；高壓的在上，低壓的在下；保溫的在上，不保溫的在下；金屬的在上，非金屬的在下；在水平方向上，通常使常溫管路、大管路、振動(dòng)大的管路及不經(jīng)常檢修的管路靠近墻或柱子。4.管子、管件與閥門應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，以便于安裝與維修。5.對(duì)于溫度變化較大的管路須采用熱補(bǔ)償措施，有凝液的管路要安排凝液排出裝置，有氣體積聚的管路要設(shè)立氣體排放裝置。6.管路通過人行道時(shí)高度不得低于2m，通過公路時(shí)不得小于4.5m，與鐵軌不得小于6m，通過工廠重要交通干線一般為5m。7.一般情況下，管路采用明線安裝，但上下水管及廢水管采用埋地鋪設(shè)，埋地安裝深度應(yīng)當(dāng)在本地冰凍線以下。在布置管路時(shí)，應(yīng)參閱有關(guān)資料，依據(jù)上述原則制訂方案，保證管路的布置科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理、安全。技能訓(xùn)練一管路拆裝訓(xùn)練●訓(xùn)練目的熟悉可拆式組裝管路的安裝過程，并掌握其安裝技術(shù)。●訓(xùn)練準(zhǔn)備1．管路的布置是由設(shè)備的布置而擬定，要對(duì)的的布置和安裝管路，必須明確生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和操作條件的規(guī)定，遵循管路布置和安裝的原則，繪制出配管圖。2．管子的連接方式重要有四種：螺紋連接、法蘭連接、承插式連接及焊接等。3．管路的組裝方式大體可分為兩類：一類是可拆式，即用法蘭、絲扣、填料等方法連接；另一類是不可拆式，重要是采用焊接方法連接。此處重點(diǎn)介紹可拆式?？刹鹗浇M裝要點(diǎn)：先將管路按現(xiàn)場(chǎng)位置提成若干段組裝。然后從管路一端向另一端固定接口逐次組合；也可以從管路兩端接口向中間逐次組合。在組合過程中，必須經(jīng)常檢查管路中心線的偏差，盡量避免因偏離過大而導(dǎo)致最后合攏的接口處錯(cuò)口太大的毛病。管路的安裝工作涉及：管路安裝、法蘭和螺紋接合、閥門安裝和試壓。（1）管路安裝管路的安裝應(yīng)得保證橫平豎直，水平管其偏差不大于15mm／10m，但其全長(zhǎng)不能大于50mm，垂直管偏差不能大于10mm。（2）法蘭與螺紋接合法蘭安裝要做到對(duì)得正、不反口、不錯(cuò)口、不張口。緊固法蘭時(shí)要做到：未加墊片前，將法蘭密封面清理干凈，其表面不得有溝紋；墊片的位置要放正，不能加入雙層墊片；在緊螺栓時(shí)要按對(duì)稱位置的秩序擰緊，緊好之后螺栓兩頭應(yīng)露出2～4扣；管道安裝時(shí)，每對(duì)法蘭的平行度、同心度應(yīng)符合規(guī)定。螺紋接合時(shí)管路端部應(yīng)加工外螺紋，運(yùn)用螺紋與管箍、管件和活管接頭配合固定。其密封則重要依靠錐管螺紋的咬合和在螺紋之間加敷的密封材料來達(dá)成。常用的密封材料是白漆加麻絲或四氟膜，纏繞在螺紋表面，然后將螺紋配合擰緊。（3）閥門安裝閥門安裝時(shí)應(yīng)把閥門清理干凈，關(guān)閉好再進(jìn)行安裝，單向閥、截止閥及調(diào)節(jié)閥安裝時(shí)應(yīng)注意介質(zhì)流向，閥的手輪便于操作。（4）水壓實(shí)驗(yàn)管路安裝完畢后，應(yīng)作強(qiáng)度與嚴(yán)密度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是否有漏氣或漏液現(xiàn)象。管路的操作壓力不同，輸送的物料不同，實(shí)驗(yàn)的規(guī)定也不同。當(dāng)管路系統(tǒng)是進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)壓力(表壓)為294kPa，在實(shí)驗(yàn)壓力下維持5min，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，則水壓實(shí)驗(yàn)為合格?！裼?xùn)練環(huán)節(jié)（要領(lǐng)）(1)對(duì)實(shí)際裝置的管路尺寸進(jìn)行測(cè)繪并畫出安裝配管圖。(2)在教師指導(dǎo)和配合下，學(xué)生親自動(dòng)手安裝，規(guī)定掌握管子、閥門、管件等安裝的基本技術(shù)。(3)安裝中要注意安全。第四節(jié)液體輸送機(jī)械一般來說流體輸送機(jī)械可分為液體輸送機(jī)械（通稱為泵）和氣體輸送機(jī)械（如風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等）。按照工作原理不同又可分為離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。其中以離心式最為常見。一、離心泵的結(jié)構(gòu)類型離心泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，性能穩(wěn)定，檢修方便，操作容易和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。1．離心泵的結(jié)構(gòu) 圖1-22所示的為安裝于管路中的一臺(tái)臥式單級(jí)單吸離心泵。圖中(a)為其基本結(jié)構(gòu)，(b)為其在管路中的示意圖。(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)在管路中的示意圖圖1-22單級(jí)單吸離心泵的結(jié)構(gòu)l-泵體；2-葉輪；3-密封環(huán)；4-軸套；5-泵蓋；6-泵軸；7-托架；8-聯(lián)軸器；9-軸承；10-軸封裝置；11-吸入口；12-蝸形泵殼；13-葉片；14-吸入管；15-底閥；16-濾網(wǎng)；17-調(diào)節(jié)閥；18-排出管（1）葉輪葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增長(zhǎng)液體的靜壓能和動(dòng)能（重要增長(zhǎng)靜壓能）。葉輪一般有6~12片后彎葉片。葉輪有開式、半閉式和閉式三種，如圖1-23所示。圖1-23離心泵的葉輪圖1-24離心泵的吸液方式開式葉輪在葉片兩側(cè)無蓋板，制造簡(jiǎn)樸、清洗方便，合用于輸送具有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，合用于輸送易沉淀或具有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，合用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。后蓋板上的平衡孔以消除軸向推力。離開葉輪周邊的液體壓力已經(jīng)較高，有一部分會(huì)滲到葉輪后蓋板后側(cè)，而葉輪前側(cè)液體入口處為低壓，因而產(chǎn)生了將葉輪推向泵入口一側(cè)的軸向推力。這容易引起葉輪與泵殼接觸處的磨損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。平衡孔使一部分高壓液體泄露到低壓區(qū)，減小葉輪前后的壓力差。但由此也會(huì)引起泵效率的減少。葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式。如圖1-24所示。（2）泵殼作用是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸減少流速，使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時(shí)又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。為使泵內(nèi)液體能量轉(zhuǎn)換效率增高，葉輪外周安裝導(dǎo)輪。導(dǎo)輪是位于葉輪外周固定的帶葉片的環(huán)。這些葉片的彎曲方向與葉輪葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼通道內(nèi)平穩(wěn)地改變方向，將使能量損耗減至最小，提高動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能的效率。（3）軸封裝置作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。常用軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩。機(jī)械密封重要的是靠裝在軸上的動(dòng)環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而達(dá)成密封的目的。2．離心泵的類型離心泵種類繁多，相應(yīng)的分類方法也多種多樣，例如，按液體的性質(zhì)可分為水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵、屏蔽泵、液下泵和低溫泵等。各種類型的離心泵按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各自成為一個(gè)系列，并以一個(gè)或幾個(gè)漢語拼音字母作為系列代號(hào)，在每一系列中，由于有各種不同的規(guī)格，因而附以不同的字母和數(shù)字來區(qū)別。以下僅對(duì)化工廠中常用離心泵的類型作一簡(jiǎn)樸說明，見表1-8。表1-8離心泵的類型類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用途清水泵IS型單級(jí)單吸式。泵體和泵蓋都是用鑄鐵制成。特點(diǎn)是泵體和泵蓋為后開門結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)點(diǎn)是檢修方便，不用拆卸泵體、管路和電機(jī)是應(yīng)用最廣的離心泵，用來輸送清水以及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的清潔液體。D型多級(jí)泵，可達(dá)成較高的壓頭，如圖1-25所示規(guī)定的壓頭較高而流量并不太大的場(chǎng)合sh型雙吸式離心泵，葉輪有兩個(gè)入口，故輸送液體流量較大，如圖1-26所示輸送液體的流量較大而所需的壓頭不高的場(chǎng)合耐腐蝕泵（F型）特點(diǎn)是與液體接觸的部件用耐腐蝕材料制成，密封規(guī)定高，常采用機(jī)械密封裝置FH型（灰口鑄鐵）FG型（高硅鑄鐵）FB型（鉻鎳合金鋼）FM型（鉻鎳鉬鈦合金鋼）Fs型（聚三氟氯乙烯塑料）輸送酸、堿等腐蝕性液體油泵(Y型)有良好的密封性能。熱油泵的軸密封裝置和軸承都裝有冷卻水夾套輸送石油產(chǎn)品雜質(zhì)泵（P型）葉輪流道寬，葉片數(shù)目少，常采用半敞式或敞式葉輪。有些泵殼內(nèi)襯以耐磨的鑄鋼護(hù)板。不易堵塞，容易拆卸，耐磨PW型（污水泵）PS型（砂泵）PN（泥漿泵）輸送懸浮液及粘稠的漿液等屏蔽泵無泄漏泵，葉輪和電機(jī)聯(lián)為一個(gè)整體并密封在同一泵殼內(nèi)，不需要軸封裝置。缺陷是效率較低，約為26～50％。常輸送易燃、易爆、劇毒及具有放射性的液體液下泵(EY型)液下泵經(jīng)常安裝在液體貯槽內(nèi)，對(duì)軸封規(guī)定不高，既節(jié)省了空間又改善了操作環(huán)境。其缺陷是效率不高。合用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體和高凝固點(diǎn)液體。圖1-25多級(jí)泵示意圖圖1-26雙吸泵示意圖二、離心泵的工作原理離心泵的葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固在泵軸上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)。液體經(jīng)底閥和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)。由壓出管排出。在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)合。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出。小資料氣縛現(xiàn)象假如離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。為防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵啟動(dòng)前要用液體將泵殼內(nèi)空間灌滿。這一步操作稱為灌泵。為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；假如泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)前無需灌泵，只要將出口閥打開，液體便自動(dòng)流入泵內(nèi)。三、離心泵的重要性能參數(shù)和特性曲線1．離心泵的重要性能參數(shù)離心泵的性能參數(shù)是用以描述離心泵性能的物理量。見表1-9。表1-9離心泵的重要性能參數(shù)性能參數(shù)單位定義影響因素流量Qm3/hm3/s離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排入到管路系統(tǒng)內(nèi)液體的體積泵的結(jié)構(gòu)尺寸（如葉輪的直徑與葉片的寬度）和葉輪的轉(zhuǎn)速。離心泵的實(shí)際流量還與管路特性有關(guān)。揚(yáng)程Hm離心泵向單位重量液體提供的機(jī)械能離心泵的揚(yáng)程取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等）、葉輪的轉(zhuǎn)速和離心泵的流量。在指定的轉(zhuǎn)速下，壓頭與流量之間具有一擬定的關(guān)系。其值是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。軸功率PWkW指泵軸所需的功率×100％隨設(shè)備的尺寸、流體的粘度、流量等的增大而增大效率無量綱指離心泵的有效功率與軸功率之比，反映離心泵能量損失的大小離心泵的效率與泵的大小、類型、制造精密限度和所輸送液體的性質(zhì)、流量有關(guān)，一般小型泵的效率為50%～70%，大型泵可達(dá)成90%左右，此值是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。圖1-27離心泵特性曲線的測(cè)定裝置1-壓力表；2-真空表；3-流量計(jì)；4-泵5-貯槽【例1-7】采用圖1-27的實(shí)驗(yàn)裝置來測(cè)定離心泵的性能。泵的吸入管與排出管具有相同的直徑，兩測(cè)壓口間垂直距離為0.5m。泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min。以20℃清水為介質(zhì)測(cè)得以下數(shù)據(jù)：流量為54m圖1-27離心泵特性曲線的測(cè)定裝置1-壓力表；2-真空表；3-流量計(jì)；4-泵5-貯槽解：(1)泵的揚(yáng)程在真空表和壓力表所處位置的截面分別以1-1’和2-2其中m,kPa(表壓)，kPa（表壓），因兩測(cè)口的管路很短，其間流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)，即，所以(2)泵的軸功率功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的消耗功率，由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為100%，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。因電動(dòng)機(jī)自身消耗部分功率，其效率為93%，于是電動(dòng)機(jī)輸出功率為電動(dòng)機(jī)消耗功率電動(dòng)機(jī)效率=6.20.93=5.77kw，泵的軸功率為P=5.77kw(3)泵的效率2．離心泵的特性曲線理論及實(shí)驗(yàn)均表白，離心泵的揚(yáng)程、功率及效率等重要性能均與流量有關(guān)。為了便于使用者更好地了解和運(yùn)用離心泵的性能，常把它們與流量之間的關(guān)系用圖表達(dá)出來，就是離心泵的特性曲線。圖1-28離心泵性能曲線示意圖離心泵的特性曲線一般由離心泵的生產(chǎn)廠家提供，標(biāo)繪于泵的產(chǎn)品說明書中，其測(cè)定條件一般是20℃圖1-28離心泵性能曲線示意圖（1）H-Q曲線表達(dá)泵的揚(yáng)程與流量的關(guān)系。離心泵的揚(yáng)程隨流量的增大而下降（在流量極小時(shí)有例外）。（2）P-Q曲線表達(dá)泵的軸功率與流量的關(guān)系。離心泵的軸功率隨流量的增大而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。故離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門，使電機(jī)的啟動(dòng)電流減少，以保護(hù)電機(jī)。（3）-Q曲線表達(dá)泵的效率與流量的關(guān)系。當(dāng)Q=0時(shí)η=0；隨著流量的增大，效率隨之而上升達(dá)成一個(gè)最大值；而后隨流量再增大時(shí)效率便下降。說明離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。泵在與最高效率相相應(yīng)的流量及揚(yáng)程下工作最為經(jīng)濟(jì)，所以與最高效率點(diǎn)相應(yīng)的Q、H、N值成為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)就是指該泵在最高效率點(diǎn)運(yùn)營(yíng)時(shí)的工況參數(shù)。根據(jù)輸送條件的規(guī)定，離心泵往往不也許正好在最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此一般只能規(guī)定一個(gè)工作范圍，稱為泵的高效率區(qū)，通常為最高效率的92%左右。選用離心泵時(shí)，應(yīng)盡也許使泵在此范圍內(nèi)工作?；顒?dòng)建議通過實(shí)際操作，組織學(xué)生討論離心泵特性的影響因素。四、離心泵的選用離心泵的選用，通?？砂聪铝性瓌t進(jìn)行：1．?dāng)M定離心泵的類型根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件擬定離心泵的類型，如液體的溫度、壓力，粘度、腐蝕性、固體粒子含量以及是否易燃易爆等都是選用離心泵類型的重要依據(jù)。2．?dāng)M定輸送系統(tǒng)的流量和揚(yáng)程輸送液體的流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定，假如流量是變化的，應(yīng)按最大流量考慮。根據(jù)管路條件及柏努利方程，擬定最大流量下所需要的壓頭。3．?dāng)M定離心泵的型號(hào)根據(jù)管路規(guī)定的流量Q和揚(yáng)程H來選定合適的離心泵型號(hào)。在選用時(shí)，應(yīng)考慮到操作條件的變化并留有一定的余量。選用時(shí)要使所選泵的流量與揚(yáng)程比任務(wù)需要的稍大一些。假如用系列特性曲線來選，要使（Q，H）點(diǎn)落在泵的Q～H線以下，并處在高效區(qū)。若有幾種型號(hào)的泵同時(shí)滿足管路的具體規(guī)定，則應(yīng)選效率較高的，同時(shí)也要考慮泵的價(jià)格。4．校核軸功率當(dāng)液體密度大于水的密度時(shí)，必須校核軸功率。5．列出泵在設(shè)計(jì)點(diǎn)處的性能，供使用時(shí)參考。五、離心泵的安裝1．離心泵的汽蝕現(xiàn)象（1）離心泵的汽蝕現(xiàn)象0101圖1-29離心泵的允許安裝高度～Hg離心泵的吸液是靠吸入液面與吸入口間的壓差完畢的。吸入管路越高，吸上高度越大，則吸入口處的壓力將越小。當(dāng)吸入口處壓力小于操作條件下被輸送液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將會(huì)氣化產(chǎn)氣憤泡，具有氣泡的液體進(jìn)入泵體后，在旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下，進(jìn)入高壓區(qū)，氣泡在高壓的作用下，又會(huì)凝結(jié)為液體，由于原氣泡位置的空出導(dǎo)致局部真空，0101圖1-29離心泵的允許安裝高度～Hg（2）氣蝕的危害氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪音和引起振動(dòng)，流量、揚(yáng)程及效率均會(huì)迅速下降，嚴(yán)重時(shí)不能吸液。工程上規(guī)定，當(dāng)泵的揚(yáng)程下降3％時(shí)，進(jìn)入了氣蝕狀態(tài)。2．離心泵的安裝高度工程上從主線上避免氣蝕現(xiàn)象的方法是限制泵的安裝高度。避免離心泵氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的最大安裝高度，稱為離心泵的允許安裝高度,也叫允許吸上高度。是指泵的吸入口1-1’與吸入貯槽液面0-0’間可允許達(dá)成的最大垂直距離，以符號(hào)Hg表達(dá)，如圖1-29。假定泵在可允許的最高位置上操作，以液面為基準(zhǔn)面，列貯槽液面0-0’（1-23）式中Hg——允許安裝高度，m；p0——吸入液面壓力，Pa；p1——吸入口允許的最低壓力，Pa；u1——吸入口處的流速，m/s；——被輸送液體的密度，kg/m3；——流體流經(jīng)吸入管的阻力，m。想一想離心泵的安裝高度的影響因素有哪些？3．離心泵的安裝高度計(jì)算工業(yè)生產(chǎn)中，計(jì)算離心泵的允許安裝高度常用允許氣蝕余量法。離心泵的抗氣蝕性能參數(shù)也用允許氣蝕余量來表達(dá)。允許氣蝕余量是指離心泵在保證不發(fā)氣憤蝕的前提下，泵吸入口處動(dòng)壓頭與靜壓頭之和比被輸送液體的飽和蒸汽壓頭高出的最小值，用表達(dá)，即（1-24）將上式代入（1-23）得（1-25）式中——允許氣蝕余量，m，由泵的性能表查得；——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓，Pa。隨流量增大而增大，因此，在擬定允許安裝高度時(shí)應(yīng)取最大流量下的。當(dāng)允許安裝高度為負(fù)值時(shí)，離心泵的吸入口低于貯槽液面。為安全起見，泵的實(shí)際安裝高度通常能比允許安裝高度低（0.5～1）m?！纠?-8】型號(hào)為IS65-40-200的離心泵，轉(zhuǎn)速為2900r/min，流量為25m3／h，揚(yáng)程為50m，（NPSH）r為2.0m，此泵用來將敞口水池中50℃的水送出。已知吸入管路的總阻力損失為2m水柱，本地大氣壓強(qiáng)為l解：查附錄得50℃水的飽和蒸氣壓為12.34kPa，水的密度為998.lkg／m3，已知=l00kPa，=2.0m，因此，泵的安裝高度不應(yīng)高于5.04m六、各種類型泵的比較各種類型泵的比較見表1-10。表1-10各種泵的比較類型離心泵往復(fù)泵旋轉(zhuǎn)泵旋渦泵流體作用泵流量1.均勻2.量大3.流量隨管路情況而變化1.不均勻2.量不大3.流量恒定，幾乎不因壓頭變化而變化1.比較均勻2.量小3.流量恒定，與往復(fù)泵同1.均勻2.量小3.流量隨管路情況變化而變化1.量小2.間斷排送揚(yáng)程1.一般不高2.對(duì)一定的流量只有一定的揚(yáng)程1.較高2.對(duì)一定的流量可有不同的揚(yáng)程，由管路系統(tǒng)擬定1.較高2.對(duì)一定的流量可有不同的揚(yáng)程，由管路系統(tǒng)擬定1.較高2.對(duì)一定的流量只有一定的揚(yáng)程揚(yáng)程不宜高，愈高效率愈低效率1.最高為70%左右2.在設(shè)計(jì)點(diǎn)最高，偏離愈遠(yuǎn)，效率愈低1.在80%左右2.對(duì)于不同的揚(yáng)程，效率仍保持較大值1在60%~90%2.揚(yáng)程高時(shí)泄漏大使效率減少在25%~50%一般僅15%~20%結(jié)構(gòu)1.簡(jiǎn)易、價(jià)廉、安裝容易2.高速旋轉(zhuǎn)，可直接與電動(dòng)機(jī)相連3.同一流量體積小4.軸封裝置規(guī)定高，不能漏氣1.零件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜2.震動(dòng)甚大，不可快速，安裝較難3.體積大占地多4.需吸入排出活門5.輸送腐蝕性液體時(shí)，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜1.沒有活門2.可與電動(dòng)機(jī)直接連接3.零件較少，但制造精度規(guī)定較高1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，緊湊，具有較高的吸入高度2.高速旋轉(zhuǎn)，可直接與電動(dòng)機(jī)相連3.葉輪和泵殼之間規(guī)定間隙很小4.軸封裝置規(guī)定高，不漏氣1.無活動(dòng)部分2.簡(jiǎn)樸操作1.有氣縛現(xiàn)象開車前要充液，運(yùn)轉(zhuǎn)中不能漏氣2.維護(hù)、操作方便3.可用閥很方便地調(diào)節(jié)流量4.不因管路堵塞而發(fā)生損壞現(xiàn)象1.零件多，易出故障，檢修麻煩2.不能用出口閥而只能用支路閥調(diào)節(jié)流量3.揚(yáng)程流量改變時(shí)能保持高效率1.檢修比離心泵復(fù)雜，比往復(fù)泵容易2.調(diào)節(jié)流量不能用出口閥，而只能用支路閥調(diào)節(jié)1.功率隨流量的減小而增大，開車時(shí)應(yīng)將出口閥打開2.只能用支路閥調(diào)節(jié)流量1.有的是間歇操作2.流量難調(diào)節(jié)合用范圍輸送腐蝕性或懸浮液，對(duì)粘度大的流體不合用，一般流量大而揚(yáng)程小高揚(yáng)程、小流量的清潔液體高揚(yáng)程、小流量，特別適于輸送油類等粘性液體特別合用與流量小而揚(yáng)程較高的液體，但不能輸送污穢的液體間歇地輸送腐蝕性液體七、離心泵的操作1．流量調(diào)節(jié)在泵的葉輪轉(zhuǎn)速一定期，一臺(tái)泵在具體操作條件下所提供的液體流量和揚(yáng)程可用H~Q特性曲線上的一點(diǎn)來表達(dá)。至于這一點(diǎn)的具體位置，應(yīng)視泵前后的管路情況而定。討論泵的工作情況，不應(yīng)脫離管路的具體情況。泵的工作特性由泵自身的特性和管路的特性共同決定。（1）管路特性曲線由柏努利方程導(dǎo)出外加壓頭計(jì)算式(1-26)Q越大，則越大，則流動(dòng)系統(tǒng)所需要的外加壓頭He越大。將通過某一特定管路的流量與其所需外加壓頭之間的關(guān)系，稱為管路的特性。上式中的壓頭損失：(1-27)若忽略上、下游截面的動(dòng)壓頭差，則QAHQAHeBQ2Q~He圖1-30管路特性曲線令，若把當(dāng)作常數(shù)，則(1-29)圖1-31離心泵的工作點(diǎn)Qe～HeQ～HH圖1-31離心泵的工作點(diǎn)Qe～HeQ～HHM=H=HeQM=Q=QeMQMHM管路特性曲線反映了特定管路在給定操作條件下流量與壓頭的關(guān)系。此曲線的形狀只與管路的鋪設(shè)情況及操作條件有關(guān)，而與泵的特性無關(guān)。（2）離心泵的工作點(diǎn)將泵的H～Q曲線與管路的H～Q曲線繪在同一坐標(biāo)系中，兩曲線的交點(diǎn)M點(diǎn)稱為泵的工作點(diǎn)。如圖1-31所示。圖1-32改變閥門的開度①泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定，可通過聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；圖1-32改變閥門的開度②安裝在管路中的泵，其輸液量即為管路的流量；在該流量下泵提供的揚(yáng)程也就是管路所需要的外加壓頭。因此，泵的工作點(diǎn)相應(yīng)的泵壓頭既是泵提供的，也是管路需要的；③指定泵安裝在特定管路中，只能有一個(gè)穩(wěn)定的工作點(diǎn)M。（3）離心泵的流量調(diào)節(jié)由于生產(chǎn)任務(wù)的變化，管路需要的流量有時(shí)是需要改變的，這事實(shí)上就是要改變泵的工作點(diǎn)。由于泵的工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定，因此改變泵的特性和管路特性均能改變工作點(diǎn)，從而達(dá)成調(diào)節(jié)流量的目的。①改變出口閥的開度由式（1-29）可知，改變管路系統(tǒng)中的閥門開度可以改變K值，從而改變管路特性曲線的位置，使工作點(diǎn)也隨之改變，如圖1-32。生產(chǎn)中重要采用改變泵出口閥門的開度的調(diào)節(jié)方法。由于用閥門調(diào)節(jié)簡(jiǎn)樸方便，且流量可連續(xù)變化，因此工業(yè)生產(chǎn)中重要采用此方法。小資料離心泵流量調(diào)節(jié)的其他方法1．改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速葉輪轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)，流量和壓頭均能增長(zhǎng)。這種調(diào)節(jié)流量的方法合理、經(jīng)濟(jì)，但曾被認(rèn)為是操作不方便，并且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。但隨著的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無級(jí)變速設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用克服了上述缺陷。是該種調(diào)節(jié)方法可以使泵在高效區(qū)工作，這對(duì)大型泵的節(jié)能尤為重要。2．車削葉輪直徑這種調(diào)節(jié)方法實(shí)行起來不方便，且調(diào)節(jié)范圍也不大?！纠?-9】擬定泵是否滿足輸送規(guī)定。將濃度為95%的硝酸自常壓罐輸送至常壓設(shè)備中去，規(guī)定輸送量為36m3/h,

液體的升揚(yáng)高度為7m。輸送管路由內(nèi)徑為80Q(L/s)03691215H(m)19.51917.916.514.412(%)01730424644已知：酸液在輸送溫度下粘度為1.1510－3Pas；密度為1545kg/m3。摩擦系數(shù)可取為0.015解：（1）對(duì)于本題，管路所需要壓頭通過在貯槽液面1-1’和常壓設(shè)備液面2-2式中管內(nèi)流速：管路壓頭損失：管路所需要的壓頭：以（L/s）計(jì)的管路所需流量：例1-9附圖由附表可以看出，該泵在流量為12L/s時(shí)所提供的壓頭即達(dá)成了14.4m，當(dāng)流量為管路所需要的10L/s例1-9附圖由附表可以看出，該泵的最高效率為46%；流量為10L/s（2）實(shí)際的輸送量、功率消耗和效率取決于泵的工作點(diǎn)，而工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定。由柏努利方程可得管路的特性方程為： （其中流量單位為L(zhǎng)/s）據(jù)此可以計(jì)算出各流量下管路所需要的壓頭，如下表所示：Q(L/s)03691215H(m)77.5459.18111.9115.7220.63由上可以作出管路的特性曲線和泵的特性曲線，如本題附圖所示。兩曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)，其相應(yīng)的壓頭為14.8m；流量為11.4L/s；效率452．離心泵的開停車操作（1）開車前的準(zhǔn)備工作①要具體了解被輸送物料的物理化學(xué)性質(zhì)，有無腐蝕性、有無懸浮物、粘度大小、凝固點(diǎn)、汽化溫度及飽和蒸氣壓等。②具體了解被輸送物料的工況：輸送溫度、壓力、流量、輸送高度、吸入高度、負(fù)荷變動(dòng)范圍等。③綜合上述兩方面的因素，參閱離心泵的特性曲線，從而選出最適合生產(chǎn)實(shí)際使用的離心泵。④對(duì)一些規(guī)定較高的離心泵，應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮在進(jìn)口管安裝過濾器，在出口閥后安裝止逆閥，同時(shí)應(yīng)在操作室及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立兩套監(jiān)控裝置，以應(yīng)付突發(fā)事故的發(fā)生。⑤安裝完畢后要進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，在試運(yùn)轉(zhuǎn)中各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)定的泵，才干投入生產(chǎn)。（2）開車程序①開泵前應(yīng)先打開泵的入口閥及密封液閥，檢查泵體內(nèi)是否已充滿液體。②在確認(rèn)泵體內(nèi)已充滿液體且密封液流動(dòng)正常時(shí)，告知接料崗位，啟動(dòng)離心泵。③慢慢打開泵的出門閥，通過流量及壓力指示，將出口閥調(diào)節(jié)至需要流量。（3）停車程序①與接料崗位取得聯(lián)系后，慢慢關(guān)離心泵的出口閥。②按電動(dòng)機(jī)按鈕，停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。③關(guān)閉離心泵進(jìn)口閥及密封液閥。（4）兩泵切換在生產(chǎn)過程中經(jīng)常碰到兩臺(tái)泵切換的操作，應(yīng)先起動(dòng)備用泵，慢慢打開其出口閥，然后緩慢關(guān)閉原運(yùn)營(yíng)泵的出口閥，在這過程中要保持與中央控制室的聯(lián)系，維持離心泵輸出流量的穩(wěn)定，避免因流量波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)停車。3．平常運(yùn)營(yíng)與維護(hù)（1）運(yùn)營(yíng)過程中的檢查①檢查被抽出液罐的液面，防止物料抽空。②檢查泵的出口壓力或流量指示是否穩(wěn)定。③檢查端面密封液的流量是否正常。④檢查泵體有無泄漏。⑤檢查泵體及軸承系統(tǒng)有無異常聲及振動(dòng)。⑥檢查泵軸的潤(rùn)滑油是否充滿完好。（2）離心泵的維護(hù)①檢查泵進(jìn)口閥前的過濾器，看濾網(wǎng)是否破損，如有破損應(yīng)及時(shí)更換，以免焊渣等顆粒進(jìn)入泵體；定期清洗濾網(wǎng)。②泵殼及葉輪進(jìn)行解體、清洗重新組裝。調(diào)整好葉輪與泵殼的間隙。葉輪有損壞及腐蝕情況的應(yīng)分析因素并進(jìn)行及時(shí)解決。③清洗軸封、軸套系統(tǒng)。更換潤(rùn)滑油，以保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。④及時(shí)更換填料密封的填料，并調(diào)節(jié)至合適的松緊度；采用機(jī)械密封的應(yīng)及時(shí)更換動(dòng)環(huán)和密封液。⑤檢查電機(jī)。長(zhǎng)期停車后，再開車前應(yīng)將電機(jī)進(jìn)行干燥解決。⑥檢查現(xiàn)場(chǎng)及遙控的一、二次儀表的指示是否對(duì)的及靈活好用，對(duì)失靈的儀表及部件進(jìn)行維修或更換。⑦檢查泵的進(jìn)、出口閥的閥體，是否有因磨損而發(fā)生內(nèi)漏等情況，如有內(nèi)漏應(yīng)及時(shí)更換閥門。4．事故解決見表1-11、1-12。表1-11離心泵設(shè)備故障及解決措施設(shè)備故障因素分析解決措施打壞葉輪離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，液體劇烈的沖擊葉片和轉(zhuǎn)軸，導(dǎo)致整個(gè)泵體顫動(dòng)，毀壞葉輪檢修后沒有很好地清理現(xiàn)場(chǎng)，致使雜物進(jìn)入泵體，啟動(dòng)后打壞葉輪片修改吸入管路的尺寸，使安裝高度等合理，泵入口處有足夠的有效汽蝕余量嚴(yán)格管理制度，保證檢修后清理工作的質(zhì)量，必要時(shí)在入口閥前加裝過濾器燒壞電機(jī)泵殼與葉輪之間間隙過小并有異物填料壓得太緊，開泵前未進(jìn)行盤車調(diào)整間隙，清除異物調(diào)整填料松緊度，盤車檢查電機(jī)線路安裝熔斷器，保護(hù)電機(jī)進(jìn)出口閥門芯子脫落閥門的制造質(zhì)量問題操作不妥，用力過猛更新新閥門更換新閥門燒壞填料函或機(jī)械密封動(dòng)環(huán)填料函壓得過緊，致使摩擦生熱而燒壞填料，導(dǎo)致泄露機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)接觸面過緊，不平行更換新填料，并調(diào)節(jié)至合適的松緊度更換動(dòng)環(huán)，調(diào)節(jié)接觸面找正找平調(diào)節(jié)好密封液5．轉(zhuǎn)軸顫動(dòng)安裝時(shí)不對(duì)中，找平未達(dá)標(biāo)潤(rùn)滑狀況不好，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸磨損重新安裝，嚴(yán)格檢核對(duì)中及找平補(bǔ)充油脂或更換新油脂表1-12離心泵操作事故及防范措施操作事故因素分析防止措施啟動(dòng)后不上料開泵前泵體內(nèi)未充滿液體開泵時(shí)出口閥全開，致使壓頭下降而低于輸送高度壓力表失靈，指示為零，誤認(rèn)為打不上料點(diǎn)機(jī)相線接反葉輪和泵殼之間的間隙過大停泵，排氣充液后重新啟動(dòng)關(guān)閉出口閥，重新啟動(dòng)泵更換壓力泵重接電機(jī)相線，使電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)整葉輪和泵殼之間的間隙至符合規(guī)定貯液罐抽空開泵運(yùn)轉(zhuǎn)后未及時(shí)檢查液面使貯液罐抽空，泵體內(nèi)進(jìn)空氣，使泵打不上料停泵，充液并排盡空氣，待泵體充滿液體時(shí)重新啟動(dòng)離心泵軸封泄露填料未壓緊或填料發(fā)硬失去彈性機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)接觸面安裝時(shí)找平未達(dá)標(biāo)調(diào)節(jié)填料松緊度或更換新填料更換動(dòng)環(huán)，重新安裝，嚴(yán)格找平燒壞填料及動(dòng)環(huán)填料壓得太緊，開泵前未進(jìn)行盤車密封液閥未開或量太小更換填料，進(jìn)行盤車，調(diào)節(jié)填料松緊度調(diào)節(jié)好密封液高位槽滿料上下崗位之間聯(lián)系不夠，開車前未及時(shí)告知后續(xù)崗位高位槽溢流管太細(xì)或泵的出口流量開得太大開停泵時(shí)要加強(qiáng)崗位間的聯(lián)系更換溢流管至合適的管徑泵的出口閥應(yīng)慢慢啟動(dòng)，勿過快過大技能訓(xùn)練二離心泵操作訓(xùn)練●訓(xùn)練目的1．了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會(huì)離心泵的操作。2．測(cè)定恒定轉(zhuǎn)速條件下離心泵的有效揚(yáng)程H、軸功率N、以及總效率η與有效流量Q之間的曲線關(guān)系?！裼?xùn)練準(zhǔn)備1．了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性及基本原理。2．了解離心泵定恒定轉(zhuǎn)速條件下的特性曲線。3．了解離心泵流量調(diào)節(jié)的工作原理和使用方法。4．流程如圖1-33?！裼?xùn)練環(huán)節(jié)（要領(lǐng)）1．對(duì)水泵進(jìn)行灌水；灌好水后關(guān)閉泵的出口閥與灌水閥門。2．啟動(dòng)離心泵，啟動(dòng)離心泵后把出水閥開到最大，開始進(jìn)行離心泵實(shí)驗(yàn)。3．流量調(diào)節(jié)：（1）手動(dòng)調(diào)節(jié)：通過泵出口閥調(diào)節(jié)流量；（2）自動(dòng)調(diào)節(jié)：通過流量自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表來調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以實(shí)現(xiàn)流量的手自動(dòng)控制：①儀表手動(dòng)調(diào)節(jié)；②儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖1-33離心泵裝置圖4．手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)方法：調(diào)節(jié)出口閘閥開度，使閥門全開。等流量穩(wěn)定期，在馬達(dá)天平上添加砝碼使平衡臂與準(zhǔn)星對(duì)準(zhǔn)讀取砝碼重量p。在儀表臺(tái)上讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速n，流量Q，水溫t，真空表讀數(shù)p1和出口壓力表讀數(shù)p2并記錄；關(guān)小閥門減小流量，反復(fù)以上操作，測(cè)得另一流量下相應(yīng)的各個(gè)數(shù)據(jù)，一般反復(fù)8～9個(gè)點(diǎn)為宜。自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)做法：關(guān)閉流量手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，打開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥前面的閥門，打開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電；流量自動(dòng)調(diào)節(jié)儀的使用：①儀表手動(dòng)調(diào)節(jié)：在儀表手動(dòng)狀態(tài)下按向上鍵（∧）增大輸出到最大，使調(diào)節(jié)閥開到最大。然后等流量穩(wěn)定期，把扭矩傳感器的掛鉤掛在電機(jī)力臂上，旋轉(zhuǎn)下面的圓盤，使平衡臂對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)星。等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，按下軟件的“數(shù)據(jù)采集”按鈕采集數(shù)據(jù)。采集完數(shù)據(jù)，把扭矩傳感器的掛鉤御下。用向下鍵（∨）減小流量，在不同流量下分別按下“數(shù)據(jù)采集”按鈕采集數(shù)據(jù)；②儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)：在軟件界面中單擊“手動(dòng)調(diào)節(jié)中”按鈕，則進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)（“自動(dòng)調(diào)節(jié)中”），單擊“設(shè)立輸出”按鈕，輸入100，把調(diào)節(jié)閥開到最大。等流量穩(wěn)定后，把扭矩傳感器的掛鉤掛在電機(jī)平衡臂上，旋轉(zhuǎn)下面的圓盤，使平衡臂對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)星。等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，按下軟件的“數(shù)據(jù)采集”按鈕采集數(shù)據(jù)。采集完數(shù)據(jù)，把扭矩傳感器的掛鉤取下。改變?cè)O(shè)立輸出的大小，改變不同的流量，采集不同流量下的數(shù)據(jù)。5．關(guān)閉以前打開的所有設(shè)備電源?！袼伎寂c分析1．啟動(dòng)離心泵之前為什么要引水灌泵？假如灌泵后仍然啟動(dòng)不起來，你認(rèn)為也許的因素是什么？2．為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺陷？3．泵啟動(dòng)后，出口閥假如打不開，壓力表讀數(shù)是否會(huì)逐漸上升？為什么？4．正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管路上安裝閥門是否合理？為什么？5．試分析，用清水泵輸送密度為１２００kｇ／ｍ的鹽水（忽略粘度的影響），在相同流量下你認(rèn)為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？技能訓(xùn)練三離心泵操作仿真訓(xùn)練●訓(xùn)練目的1．了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會(huì)離心泵的操作。2．掌握離心泵操作中故障的分析、判斷及排除?！裼?xùn)練準(zhǔn)備1．了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性及基本原理。2．掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本操作?！裼?xùn)練環(huán)節(jié)（要領(lǐng)）1．工藝流程簡(jiǎn)介：離心泵是化工生產(chǎn)過程中輸送液體的常用設(shè)備之一，其工作原理是靠離心泵內(nèi)外壓差不斷的吸入液體，靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)使液體獲得動(dòng)能，靠擴(kuò)壓管或?qū)~將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而達(dá)成輸送液體的目的。來自某一設(shè)備約40℃的帶壓液體經(jīng)調(diào)節(jié)閥LV101進(jìn)入帶壓罐V101，罐液位由液位控制器LIC101通過調(diào)節(jié)V101的進(jìn)料量來控制；罐內(nèi)壓力由PIC101分程控制，PV101A、PV101B分別調(diào)節(jié)進(jìn)入V101和出V101的氮?dú)饬?從而保持罐壓恒定在5.0atm(表)。罐內(nèi)液體由泵P101A/B抽出,泵出口流量在流量調(diào)節(jié)器FIC1012．工藝流程（參考流程仿真界面）如圖1-34。圖1-34工藝流程圖3．培訓(xùn)方案（見表