1、化工原理，第二章液體輸送機械，第一節(jié)的概要，第一，液體輸送機械的作用在化工生產(chǎn)過程中，總是把液體材料從一個設備需要輸送到另一個設備的位置輸送到另一個位置。 液體從低能量位輸送到高能量位時，必須使用液體輸送機械，對材料施加外部能量，克服沿途的運動阻力，為輸送過程提供必要的能量。 為了輸送資材而供給能量的機械裝置叫做輸送機械，輸送液體的機械叫做泵。 水泵是通用的機器，在國民經(jīng)濟各部門，廣泛使用各種類型的水泵。 二、液體輸送機械的分類，輸送液體的性質(zhì)，如粘性、腐蝕性、懸濁液的粒子等有很大差異，溫度、壓力、流量也有很大差異，因此需要各種類型的泵。 根據(jù)給液體提供機械能的手段和工作原理，如表2-1所示，

2、大致分為四個類別。 第一節(jié)概述，表2-1的液體輸送機械分類中離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單、流量大、均一、操作方便等優(yōu)點，在化工生產(chǎn)中被最廣泛地使用。 本章以離心泵、往復泵為重點，對其他類型的泵進行一般介紹。 第二節(jié)離心泵，一、離心泵的工作原理和結(jié)構(gòu)1 .離心泵的工作原理圖2-1是安裝在管路上的離心泵裝置的示意圖，主要部件是葉輪1，葉輪上有6-8片向后彎曲的葉片，葉輪與泵殼體2內(nèi)的泵軸3連結(jié)，泵的吸液體通過底閥6和吸入管5進入泵內(nèi)。 泵殼的液體排出口8與排出管9連接，泵軸3由馬達或其他動力裝置動作。 圖2-1離心泵裝置的示意圖1-葉輪2-泵殼3-泵軸4-吸入口5-吸入管6-底閥7-過濾器8-排出口9-排出

3、管10-調(diào)節(jié)閥、第二節(jié)離心泵、泵起動前，首先充滿輸送到泵內(nèi)的液體，該同時關(guān)閉排出管路的流量調(diào)節(jié)閥，打開出口閥直到馬達工作。 離心泵工作后，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使葉輪間的液體高速旋轉(zhuǎn)，通過離心力，液體從葉輪的中心被扔向葉輪周邊，得到機械能，同時流速也增大，一般達到1525m/s，動能也提高了。 液體離開葉片進入泵殼體內(nèi)時，泵殼體的流路擴大，液體的流速逐漸降低，壓力逐漸增大，最終以高壓力沿著泵殼體的切線從泵的排出口進入排出管排出，輸送到必要的地方，泵的排液過程完成。 第二節(jié)離心泵在泵內(nèi)的液體從葉輪的中心向葉輪的外緣投下時，在葉輪的中心形成低壓區(qū)域，引起吸入管貯槽的液面和葉輪的中心的壓力差，液體在該靜差的

4、作用下，沿著吸入管不斷地進入葉輪的中心，補充排出的液體只要葉輪不停止，液體就會不斷被吸入排出。 如果在泵起動前輸送的液體未充滿，則泵內(nèi)存在空氣，空氣密度比液體的密度小得多，泵內(nèi)產(chǎn)生的離心力小，因此在吸入口的真空度小，貯槽液面和泵入口的靜壓子差小，無法將液體壓入泵內(nèi)表示離心泵沒有自吸能力。 安裝在離心泵吸入管底部的帶吸引過濾器的底閥是為了起動泵而配置的。 第二節(jié)離心泵，2 .離心泵的主要部件離心泵的主要部件是葉輪，泵殼和軸封裝置。 (1)葉輪葉輪是離心泵的重要部件，其作用是將原動機的機械能傳遞給液體，從而提高通過離心泵的液體的靜壓能和動能。 葉輪由68片后彎曲葉片構(gòu)成。 根據(jù)其機械結(jié)構(gòu)，如圖2-

5、2所示，分為以下三種。開放葉輪只有葉片和輪轂，兩側(cè)沒有蓋，制造簡單，清洗簡單，如圖2-2(a )所示半閉式葉輪，沒有前蓋，有后蓋的葉輪，如圖2-2(b )所示，在閉式葉輪的兩側(cè)分別有前、后蓋第二節(jié)離心泵多采用(a) (b) (c )圖2-2離心泵的葉輪(a )開式(b )半閉式(c )閉式，第二節(jié)離心泵，一般離心泵多采用閉式葉輪。 開放型和半封閉型葉輪，因為流路沒有堵塞，所以適合漿液、粘度高的液體，或者含有固體粒子的浮游物液體的輸送。 但是，由于沒有開放或半封閉型葉輪或單側(cè)有蓋，所以葉輪的外周端部沒有很好地緊貼，一部分液體逆流到葉輪中心的吸液區(qū)域，效率低。 開式或半閉環(huán)型葉輪在運轉(zhuǎn)時，部分高壓

6、液體泄漏到葉輪后面，使施加在葉輪后蓋板上的壓力比吸入口側(cè)高，使葉輪產(chǎn)生推力。 推力使葉輪與泵殼接觸產(chǎn)生摩擦，嚴重時引起泵的振動。 為了減小推力，在后板上開了一個小孔，稱為平衡孔，使高壓液體的一部分泄漏到低壓區(qū)域，減小葉輪兩側(cè)的壓力差。 平衡孔可以有效地減小推力，但是泵的效率也降低。 第二節(jié)離心泵、葉輪根據(jù)其吸液方式，分為單吸式和二吸式。 單吸引式葉輪的構(gòu)造簡單，從葉輪側(cè)吸入液體的雙吸引式葉輪能夠從葉輪的兩側(cè)同時對稱地吸入液體。 顯然，雙吸葉輪具有很大的吸液能力，能很好地消除推力。 所以在大流量的情況下經(jīng)常使用。 (2)泵殼體泵殼體，如圖2-5所示，截面擴大的蝸牛的殼體那樣的通路被稱為蝸牛的殼體

7、。 葉輪在殼體內(nèi)向渦旋狀通路擴大的方向旋轉(zhuǎn)，越靠近液體出口，通路截面積越大。 因此，液體從葉輪的外緣高速放出后，沿著泵殼體的蝸牛形通路向排出口流動，流速逐漸降低，能量損失減少，大部分的動能有效地轉(zhuǎn)換成靜壓能。 泵殼不僅是收集液體并導出的通路，其本身也是旋轉(zhuǎn)能裝置。 第二節(jié)離心泵包括： (a )單吸引式(b )雙吸引式圖2-4泵殼和導輪圖2-3吸引式1-葉輪2-導輪3-泵殼1-平衡孔2-背蓋板、第二節(jié)離心泵、(2)泵殼的泵殼葉輪在殼體內(nèi)向渦旋狀通路擴大的方向旋轉(zhuǎn)，越靠近液體出口，通路截面積越大。 因此，液體從葉輪的外緣高速放出后，沿著泵殼體的蝸牛形通路向排出口流動，流速逐漸下降，能量損失減少，大

8、部分的動能有效地轉(zhuǎn)換成靜壓能。 泵殼不僅是收集液體導出的通路，其本身也是旋轉(zhuǎn)能裝置。圖2-5的流體在泵內(nèi)流動的狀況、第二節(jié)離心泵、大泵中，在葉輪和泵殼體之間安裝有固定的導向輪，如圖2-4的2所示，其目的是降低液體直接進入渦旋殼體時的沖擊。 導向輪逐漸轉(zhuǎn)向的通路很多，所以使高速液體的流動均勻，使動能變成靜壓能，減少了能量損失。 (3)軸封裝置的泵軸和泵殼之間的密封成為軸封。 高壓液體從泵殼體內(nèi)沿著軸的周圍泄漏，或向泵殼體內(nèi)的低壓區(qū)域反向泄漏外部氣體的作用。 常用的軸封裝置有密封件和機械密封件兩種，如圖2-6和圖2-7所示。 一般的離心泵采用的軸封裝置是將泵軸通過泵殼的環(huán)間隙作為密封環(huán)，在其中填充

9、軟的填充劑(例如，含油或涂有石墨的石棉帶)，將泵殼的內(nèi)外隔離，泵軸可以自由旋轉(zhuǎn)。 為了輸送酸、堿、易燃燒、易爆炸、有毒的液體，密封要求很高，也不允許空氣泄漏，努力不滲出液體。近年來，制藥生產(chǎn)中離心泵的軸封裝置廣泛采用機械密封。 如圖2-7所示，由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的可動環(huán)和固定在泵殼體上的固定環(huán)構(gòu)成，兩環(huán)的端面通過彈簧力相互緊貼而相對運動，發(fā)揮密封作用。 第二節(jié)離心泵，圖2-6填充密封裝置1-填充密封殼2-軟填料； 3-液密封件4-密封件壓板5-內(nèi)襯套，圖2-7機械密封裝置1-螺釘2-變速器3-彈簧4椎環(huán)5-動環(huán)密封件6-動環(huán)7-靜環(huán)8-靜環(huán)密封件9-防止轉(zhuǎn)售，第二節(jié)離心泵，第二， 離心泵的性能參

10、數(shù)和特性曲線1 .性能參數(shù)表示離心泵的主要性能參數(shù)為流量、揚程、軸向力和效率，這些參數(shù)均顯示在離心泵的銘牌上，是評價離心泵性能、正確選擇離心泵的主要依據(jù)。 (1)流量(送液能力)是指單位時間內(nèi)泵向管路系統(tǒng)排出的液體的體積，用符號表示，其單位為m/h或m/s，其大小主要取決于泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速等。 第二節(jié)離心泵，(2)揚程(泵的壓子)是指泵給予單位重量(1N )的液體的有效能量。 用符號表示，其單位是m液柱。 離心泵的壓子取決于泵的結(jié)構(gòu)(葉輪的直徑、葉片的彎曲情況)的轉(zhuǎn)速和流量，也與液體的密度有關(guān)。 關(guān)于一定的泵，與指定的轉(zhuǎn)速之間有一定的關(guān)系，因為泵內(nèi)的液體流動很復雜，所以和的關(guān)系只能通過實驗

11、測定。 (3)功率泵的有效功率是指單位時間內(nèi)從泵的葉輪獲得液體的有效能量，用符號表示，單位為w或kW。 由于離心泵排出的液體的質(zhì)量流量為，所以泵的有效功率為(2-1)，第二節(jié)離心泵，泵的軸動力是泵軸所需要的電力，馬達向泵軸傳遞的功率，用符號表示，單位為w或kW，(2-2)離心泵的軸動力的單位為kW 泵的實際流量、m3/s 液體密度、kg/m3； 泵的有效壓頭，即每重量的液體從泵獲得的能量，m； 重力加速度，m/s2。 請注意，第二節(jié)離心泵、泵銘牌上記載的軸動力以常溫20的清水為試驗液體，其密度以1000kg/m進行計算。 泵輸送液體的密度大時，請看是否適用帶原馬達。 需要自主發(fā)電機時，為了防止

12、電機過載，經(jīng)常以實際工作的最大流量計算軸動力，作為電機選定的依據(jù)。 (4)效率是指在液體運輸中泵軸旋轉(zhuǎn)的功能不能全部由液體獲得，必然有能量損失，包括容積損失、水力損失和機械損失。 以上三個損失，即離心泵的總效率用(2-3)表示，第二節(jié)離心泵、離心泵效率與泵的尺寸、類型、結(jié)構(gòu)、加工精度、液體流量和所輸送的液體的性質(zhì)有關(guān)，一般的小型泵效率可達到50%70%，大型泵可達到90%左右。 2 .特性曲線將離心泵的有效壓子、軸力、效率和流量的關(guān)系曲線稱為離心泵的特性曲線，如圖2-8所示，其中揚程和流量的關(guān)系最重要。 因為泵的特性曲線根據(jù)泵的轉(zhuǎn)速而變化，所以其數(shù)值通常是在額定轉(zhuǎn)速和標準試驗條件(大氣壓101

13、.325kPa、20清水)下測定的。 通常，泵目錄中附有泵的主要性能參數(shù)和特性曲線，供泵的選定和操作參考。 第二節(jié)離心泵，圖2-8離心泵的特性曲線，第二節(jié)離心泵， -曲線表示泵的揚程和流量的關(guān)系。 曲線表明離心泵的揚程隨著流量的增大而下降。 -曲線表示泵的軸力和流量的關(guān)系。 曲線表示離心泵的軸動力隨著流量的增大而上升，在流量為零時軸動力最小，因此，在離心泵啟動時，為了減小起動功率，必須使流量為零，關(guān)閉出口閥，保護馬達。 馬達旋轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速后，慢慢打開出口閥。 -曲線表示泵的效率和流量的關(guān)系。曲線表示離心泵的效率隨流量的增大而增大，流量增大到一定值時，效率隨流量的增大而降低，曲線上效率最高的點是

14、設計點。 與這一點對應的各性能參數(shù)和記載在被稱為最佳情況參數(shù)的離心泵銘牌上的性能參數(shù)。 根據(jù)生產(chǎn)任務選定離心泵時，必須盡可能在最高效率點附近工作。、第二節(jié)離心泵，3 .影響離心泵特性曲線的因素廠家提供的離心泵的特性曲線都是對特定型號的泵，以一定的轉(zhuǎn)速和常壓對常溫水進行工程測定。 實際生產(chǎn)中輸送的液體多種多樣，工作情況也有很大差異，需要考慮密度、泵的轉(zhuǎn)速和葉輪的直徑等和實驗條件的差異對泵的影響。 根據(jù)使用情況，重新?lián)Q算制造商提供的特性曲線。 密度的影響離心泵的流量、壓頭與液體的密度無關(guān)，效率也不隨密度變化，輸送的液體的密度變化時，-曲線和-曲線幾乎不變化。 但是，泵的軸動力與液體的密度成比例，在

15、這種情況下，不再使用原產(chǎn)品說明書的-曲線，泵的軸動力需要用(2-2)式重新計算。 第二節(jié)離心泵、粘度的影響輸送液體的粘度大于常溫水的粘度時，泵內(nèi)液體的能量損失增大，泵的流量、壓子減少，效率降低，但軸力增加，泵的特性曲線變化。 如果離心泵的轉(zhuǎn)速的影響在同一離心泵的葉輪的尺寸上沒有變化，則只有轉(zhuǎn)速變化，其特性曲線也變化。 在轉(zhuǎn)速變化不足20%的情況下，流量、揚程及軸力與轉(zhuǎn)速的近似關(guān)系也可以按比例法則計算(2-4)式中，轉(zhuǎn)速為時泵的流量、揚程、軸力；轉(zhuǎn)速為時泵的流量、揚程、軸力。 第二節(jié)離心泵，葉輪徑的影響為了擴大泵的制造商和用戶的使用范圍，除了配備原型的葉輪之外，常備外徑稍小的葉輪，這就叫做離心泵

16、葉輪的切割。 在轉(zhuǎn)速不變的情況下，如果對同一類型的泵更換直徑小的葉輪，離心泵的流量、揚程以及軸力與葉輪直徑的近似關(guān)系被稱為切斷規(guī)律。 (2-5)式中，葉輪直徑為時泵的流量、揚程、軸動力、葉輪直徑為時泵的流量、揚程、軸力3354元葉輪的外徑和變化后的外徑。 第二節(jié)離心泵，第三.離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)1 .管路的特性曲線各型號的離心泵在一定的轉(zhuǎn)速下具有固有的特性曲線。 但是，在特定的管路系統(tǒng)上設置離心泵操作時，實際的工作壓子和流量不僅遵循泵特性曲線上兩者的對應關(guān)系，也受到管路特性的制約。 管道特性曲線表示流體通過特定管道所需的壓子和流量的關(guān)系。 如果假設用一臺離心泵將池塘的水汲取到水塔中，則如圖2-10所示，在水從吸水池向上池流動的過程中，如果兩液面維持一定，則流體在管路中流動所需的壓子為第二節(jié)離心泵，對于特定的管路，以一定值，與管路中的流體流量無關(guān)，為管徑對于特定的管路，在式中是固定的，閥的開度一定，流動完全是湍流時，也可以看作是常數(shù)。 將式(2-6)描繪在圖2-11中的管路特性曲線。 管路特性曲線的形狀與離心泵的性能無關(guān)，由管路布局和流量等條件決定。、第二節(jié)離心泵，2 .將工作點泵的特性曲線和管路的特性曲線繪制在同圖上，如圖2-11所示，兩曲線的交點p被稱為離心泵管路上的工作點。 與這