【化工原理 课件】2.2离心泵

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1、2.2 离 心 泵2.2.1 离 心 泵 的 主 要 部 件 和 工 作 原 理2.2.2 离 心 泵 的 性 能 参 数 与 特 性 曲 线2.2.3 离 心 泵 的 工 作 点 和 流 量 调 节2.2.4 离 心 泵 的 安 装 高 度2.2.5 离 心 泵 的 类 型 、 选 用 、 安 装 与 操 作 离 心 泵 的 外 观2.2.1 离 心 泵 的 主 要 部 件 和 工 作 原 理 1. 叶 轮 叶 片 （ +盖 板 ）4-8个 叶 片 （ 前 弯 、 后 弯 ， 径 向 ） 液 体 通 道 。前 盖 板 、 后 盖 板 ， 无 盖 板闭 式 叶 轮 半 开 式 开 式 液 体

2、入 口 中 心 ； 出 口 切 线2. 泵 壳 泵 体 的 外 壳 ， 包 围 叶 轮截 面 积 逐 渐 扩 大 的 蜗 牛 壳 形 通 道 3. 泵 轴 垂 直 叶 轮 面 ， 叶 轮 中 心 一 、 离 心 泵 主 要 部 件 离 心 泵 装 置 简 图 二 、 离 心 泵 的 工 作 原 理 1. 原 动 机 轴 叶 轮 ， 旋 转离 心 力 叶 片 间 液 体 中 心 外 围液 体 被 做 功 动 能 高 速 离 开 叶 轮 2. 泵 壳 ： 液 体 的 汇 集 与 能 量 的 转 换 （ 动 静 ） 3. 吸 上 原 理 与 气 缚 现 象叶 轮 中 心 低 压 的 形 成p 泵 内

3、 有 气 ， 则 泵 入 口 压 力 液 体 不 能 吸 上 气 缚启 动 前 灌 泵 液 体 高 速 离 开 4. 轴 封 的 作 用 5. 平 衡 孔 的 作 用 消 除 轴 向 推 力机 械 密 封 与 填 料 密 封 6. 导 轮 的 作 用 减 少 能 量 损 失 2.2.2 离 心 泵 的 性 能 参 数 与 特 性 曲 线一 、 离 心 泵 的 理 论 压 头叶 片 数 液 体 无 环 流理 想 流 体 无 能 量 损 失 gcuctgbgQrgH 2222 cos21 离 心 泵 基 本 方 程r叶 轮 半 径 ； 叶 轮 旋 转 角 速 度 ； Q泵 的 体 积 流量 ； b

4、叶 片 宽 度 ； 叶 片 装 置 角 。假 定 *（ 1） 根 据 动 量 矩 定 理 ， 作 用 在 泵 轴 上 的 扭 矩 等 于流 体 流 经 流 道 时 动 量 矩 的 改 变 量 。 设 单 位 时 间 内 有1kg流 体 流 过 。 111222 coscos rcrcT （ 2） 设 计 时 ， 一 般 将 1设 计 成 90度 角 ， 则 ctgbgQwgwrg uctgcu gucgwrcgWH wrcTwWrcT 2sin coscos cos,cos 2222 222222 222222 说 明 ：（ 1） 装 置 角 ： 90o 前 弯 叶 片 0 b、 r、 , 则

5、 H Q ， 则 H （ 线 性 规 律 ） （ 3） 理 论 压 头 H 与 流 体 的 性 质 无 关（ 4） H 与 H 的 差 距 叶 片 间 环 流 ； 阻 力 损 失 ； 冲 击损 失 二 、 离 心 泵 的 主 要 性 能 参 数1. (叶 轮 )转 速 n： 10003000rpm； 2900rpm常 见 2. (体 积 )流 量 Q: m3h-1， 与 叶 轮 结 构 、 尺 寸 和 转 速 有 关 3. 压 头 （ 扬 程 ） H ： 1N流 体 通 过 泵 获 得 的 机 械 能 。JN-1=m与 Q、 叶 轮 结 构 、 尺 寸 和 n有 关 。 H z4. 轴 功 率

6、 N： 单 位 时 间 原 动 机 输 入 泵 轴 的 能 量有 效 功 率 N e： 单 位 时 间 液 体 获 得 的 能 量gHQN e 5. 效 率 ： = Ne/N100%容 积 损 失 （ 0.85-0.95） ， 水 力 损 失（ 0.8-0.9） ， 机 械 损 失 （ 0.96-0.99）三 、 离 心 泵 的 性 能 曲 线H Q NQ Q厂 家 实 验 测 定 产 品 说 明 书20C清 水 -13 hm, Q mH , NQN QH Q 离心泵特性曲线n一 定 说 明 ： H Q曲 线 ， Q， H 。 Q 很 小 时 可 能 例 外 NQ曲 线 ： Q， N。 大 流

7、 量 大 电 机关 闭 出 口 阀 启 动 泵 ， 启 动 电 流 最 小 Q曲 线 ： 小 Q， ； 大 Q， 。 max泵 的 铭 牌 与 max对 应 的 性 能 参 数选 型 时 max 四 、 离 心 泵 特 性 的 影 响 因 素 1. 流 体 的 性 质 （ 转 速 不 变 ） ：密 度 ： , (NQ、 NeQ)（ H Q， Q） 与 无 关 ；黏 度 ： ， （ H Q， Q） ； N Q运 动 黏 度 小 于 2 10-5m2s-1时 ， 如 汽 油 ， 煤 油 ， 轻 柴油 等 ， 则 黏 度 对 特 性 曲 线 的 影 响 可 以 忽 略 。工 作 流 体 20 水 差

8、 别 大 参 数 和 曲 线 变 化 2. 转 速 比 例 定 律 （ 速 度 三 角 形 相 似 、 效 率 相 同 ） 1212 nnQQ 21212 nnHH 31212 nnNN n 20%以 内 3. 叶 轮 直 径 切 割 定 律 1212 DDQQ 21212 DDHH 31212 DDNND - 5%以 内假 设 ： （ 1） 液 体 离 开 叶 轮 的 速 度 三 角 形 相 似 ； （ 2） 叶 轮 出 口 截 面 积 不 变 ； （ 3） 离 心 泵 的 效 率 相 同 【 例 2-1】 离 心 泵 特 性 曲 线 的 测 定 ， 图 为 测 定 离心 泵 特 性 曲 线

9、 的 实 验 装 置 。 实 验 介 质 为 20oC的 水 。实 验 中 已 测 出 如 下 一 组 数 据 ： 流 量 ： 16Ls-1； 泵 轴的 扭 矩 ： 20Nm； 转 速 ： 2900r min-1； 泵 出 口 处 表压 ： 2.5 105Pa； 泵 入 口 处 真 空 度 ： 2.7 104Pa； 吸入 管 内 径 ： 100mm； 排 出 管 内 径 ： 90mm ； 两 测 压点 间 的 垂 直 距 离 ： 100mm。 试 计 算 在 此 输 送 条 件 下泵 的 压 头 、 轴 功 率 和 效 率 。 离 心 泵 性 能 测 定 装 置 21,22221121 22

10、fHgpzguHgpzgu m1.012 zz Pa1070.2 41 pPa1050.2 52 p m1.01 d m09.02 d12 3211 sm03.21.0101644/ dQu 12 3222 sm51.209.0 101644/ dQu 021, fH 解 ： 在 截 面 1-1和 2-2之 间 列 柏 努 利 方 程 式其 中 （ 表 压 ） （ 表 压 ） 两 测 压 点 间 的 管 路 很 短 ， 可 认 为 m4.2881.92 03.251.281.91000 1070.21050.21.0 2245 H MN mN20 M 1srad6.3036029002602

11、nW60726.30320 N %4.736072 81.9100010164.28 3 N gHQNNe 故 泵 的 压 头 H 为泵 的 轴 功 率为其 中故 泵 的 效 率 外 加 压 头 f22 HgugpzH Q ， H f ， H H Q 管 路 特 性 (方 程 )管 路 流 量 所 需 外 加 压 头管 路 压 头 损 失 25 e22e 82 Qd llggudllH f 一 、 管 路 特 性 曲 线2.2.3 离 心 泵 的 工 作 点 和 流 量 调 节问 题 ： 工 作 时 ， Q, H , N, =? 于 是 )(0 QfHH 管 路 特 性 方 程 (曲 线 )说

12、 明 ： gpzH 0 曲 线 在 H 轴 上 截 距 ； 管 路 所 需 最 小 外 加 压 头 阻 力 平 方 区 ， 与 Q无 关 ， 并 忽 略 动 能 差 20 kQHH 其 中 5 e28 d llgk 高 阻 管 路 ， 曲 线 较 陡 ； 低 阻 管 路 曲 线 较 平 缓 。 管 路 特 性 系 数 管 路 &流 体 一 定 Q令 25e22 82)( Qd llgguQf gpzH 0 二 、 离 心 泵 的 工 作 点泵 的 H Q与 管 路 的 H Q曲 线 的 交 点 说 明 工 作 点 泵 的 特 性 & 管 路 的 特 性工 作 点 确 定 ： 联 解 两 特 性

13、 方 程作 图 ， 两 曲 线 交 点 泵 装 于 管 路 工 作 点 （ H ,Q)Q=泵 供 流 量 =管 的 流 量H =泵 供 压 头 =流 体 得 到 的 压 头 工 作 点 （ Q,H ,N,） 泵 的 实 际 工 作 状 态 三 、 离 心 泵 的 流 量 调 节 改 变 流 量 改 变 泵 的 特 性改 变 工 作 点 改 变 管 路 特 性1. 改 变 出 口 阀 开 度 管 路 特 性关 小 出 口 阀 le H ， Q 管 特 线 变 陡 工 作 点 左 上 移开 大 出 口 阀 le H ， Q 管 特 线 变 缓 工 作 点 右 下 移便 于 操 作 ， 但 人 为

14、增 加 管 路 阻 力 来 适 应 泵 的 特 性 ，使 泵 在 低 效 率 点 工 作 。 n泵 H Q曲 线 上 移 工 作 点 右 上 移 ， H ， Q3. 车 削 叶 轮 直 径 叶 轮 直 径 只 能 减 小 不 能 增 加 ， 此 调 节 方 法 不 方便 ， 调 节 范 围 有 限 。2. 改 变 叶 轮 转 速 改 变 泵 的 特 性该 方 法 合 理 ， 经 济 ， 节 能 ， 能 使 泵 在 高 效 区 工 作 。 【 例 2-2】 将 浓 度 为 95%的 硝 酸 自 常 压 罐 输 送 至 常 压 设 备中 去 ， 要 求 输 送 量 为 36m3h-1, 液 体 的

15、 扬 升 高 度 为 7m。 输 送管 路 由 内 径 为 80mm的 钢 化 玻 璃 管 构 成 ， 总 长 为 160m（ 包括 所 有 局 部 阻 力 的 当 量 长 度 ） 。 现 采 用 某 种 型 号 的 耐 酸 泵 ，其 性 能 列 于 本 题 附 表 中 。 问 ： (1)该 泵 是 否 合 用 ？ (2)实 际 的输 送 量 、 压 头 、 效 率 及 功 率 消 耗 各 为 多 少 ？ Q(L/s) 0 3 6 9 12 15H (m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12(%) 0 17 30 42 46 44已 知 ： 酸 液 在 输 送 温 度 下 粘

16、度 为 1.1510 -3Pas； 密 度 为1545kgm-3。 摩 擦 系 数 可 取 为 0.015。 fHgpzguHgpzgu 22221121 22 0)(0,7,0 212121 u，uppmzz 表 压 122 sm99.1080.0785.03600 364 dQu m06.681.92 99.108.0160015.02 22 gud llH ef m06.1306.67 11 fHzzH 解 ： （ 1） 对 于 本 题 ， 管 路 所 需 要 压 头 通 过 在 储槽 液 面 （ 1-1） 和 常 压 设 备 液 面 （ 2-2） 之 间 列 柏努 利 方 程 求 得

17、：式 中管 内 流 速 ：管 路 压 头 损 失 ： 管 路 所 需 要 的 压 头 ： 206058.07 QHe （ 2） 实 际 的 输 送 量 、 功 率 消 耗 和 效 率 取 决 于 泵 的 工作 点 ， 而 工 作 点 由 管 路 物 特 性 和 泵 的 特 性 共 同 决 定 。由 柏 努 利 方 程 可 得 管 路 的 特 性 方 程 为 ： （ 其 中 流 量 单 位 为 Ls-1）据 此 可 以 计 算 出 各 流 量 下 管 路 所 需 要 的 压 头 ， 如 下表 所 示 ：Q(Ls-1) 0 3 6 9 12 15H(m) 7 7.545 9.181 11.91 1

18、5.72 20.63 0 2 4 6 8 10 12 14 1668 101214 161820 22 Q, L/sH , m 010 2030 4050两 曲 线 的 交 点 为 工 作 点 ， 其 对 应 的 压 头 为 14.8m；流 量 为 11.4Ls-1； 效 率 0.45； 轴 功 率 可 计 算 如 下 ： kW68.545.0 8.910545.1104.118.14 33 gHQN 2.2.4 离 心 泵 的 组 合 操 作一 、 串 联 离 心 泵 的 特 性 曲 线 二 、 并 联 离 心 泵 的 特 性 曲 线 图 2-19 离 心 泵 的 并 联 操 作 三 、 组

19、 合 方 式 的 选 择1、 压 头 不 够 ， 单 台 泵 的 扬 程 小 于 采 用串 联 操 作2、 压 头 合 格 ， 流 量 不 够 根 据 管 路 特 性 来 决 定 高 阻 管 路 ， 串 联 低 阻 管 路 ， 并 联3、 泵 处 于 高 效 区 工 作gpz 2.2.5 离 心 泵 的 安 装 高 度一 、 安 装 高度 : 问 题 ： 液 面 到 泵 入 口 处 的 垂 直 距 离 (H g)安 装 高 度 有 无 限 制 ？ 0-01-1， B.E. f211g0 2 HgugpHgp H g， 则 p1当 p1pv， 叶 轮 中 心 汽 化 汽 泡 被 抛 向 外 围

20、凝 结 局 部 真 空 压 力 升 高周 围 液 体 高 速 冲 向 汽 泡 中 心 撞 击 叶 片 (水 锤 )伴 随 现 象 : 泵 体 振 动 并 发 出 噪 音 H , Q, 严 重 时 不 送 液 ； 安 装 高 度 汽 蚀问 题 ： 如 何 确 定 H g的 上 限 允 许 安 装 高 度 1. 汽 蚀 余 量 ： 二 、 汽 蚀 余 量 与 允 许 安 装 高 度 汽 蚀 余 量 NPSH : (Net Positive Suction H ead)泵 入 口 处 ： 动 压 头 +静 压 头 -饱 和 蒸 汽 压 (液 柱 ) gpgugpNPSH v211 2 时 间 长 久

21、 ， 水 锤 冲 击 和 化 学 腐 蚀 ， 损 坏 叶 片 NPSH 的 物 理 意 义 ： NPSH ， p1 汽 蚀 最 小 汽 蚀 余 量 （ 临 界 汽 蚀 余 量 ） :发 生 汽 蚀 时 的 汽 蚀 余 量汽 蚀 时 ， 1处 ： 动 压 头 +静 压 头 = min211 2 gugp gpgugpNPSH c vmin211 2 由 实 验 测 定 允 许 汽 蚀 余 量比 最 小 汽 蚀 余 量 大 0.3米 3.0c NPSHNPSH允 2. 由 NPSH 计 算 允 许 安 装 高 度 H gmax maxfv0 fv0 f vv2110 f2110g 22 gHHgp

22、NPSHgp HgpNPSHgp Hg pgpgugpgp HgugpgpH 允 3. 允 许 汽 蚀 余 量 的 校 正 NPSH 允 20C清 水 ， 条 件 不 同 时 要 校 正 ， 校 正 曲 线 说 明 书三 、 讨 论 1. 汽 蚀 现 象 产 生 的 原 因 ： 安 装 高 度 太 高 ； 被 输 送 流 体 的 温 度 太 高 ， 液 体 蒸 汽 压 过 高 ； 吸 入 管 路 阻 力 或 压 头 损 失 太 高 （ 适 当 提 高 吸 入 管直 径 ， 泵 尽 可 能 靠 近 液 面 ， 少 拐 弯 ， 调 节 阀 应 安 装在 排 出 管 路 上 ） 。 fv0 HgpH

23、gpNPSH g 3. H gmax大 小 与 Q有 关 ： 4. 安 装 泵 时 为 保 险 ， H g比 H gmax还 要 小 0.5至 1米 。 用 可 能 的 最 大 Q计 算 H gmax 2. 计 算 出 的 H gmax0, 低 于 贮 槽 液 面 安 装 fv0gmax HgpNPSHgpH 允Q， 则 H gmax， 保 险 。 【 例 2-3】 有 人 提 议 用 泵 把 10,000kgh-1甲 苯 从 绝对 压 和 温 度 分 别 为 1.1atm和 114oC的 一 个 精 馏 塔 的再 沸 器 输 送 到 另 一 个 精 馏 塔 。 甲 苯 在 进 入 泵 之 前

24、没 有 被 冷 却 。 假 如 再 沸 器 和 泵 入 口 之 间 的 管 路 摩擦 损 失 是 7kNm-2， 甲 苯 的 密 度 是 866kgm-3， 再沸 器 的 液 面 必 须 高 出 泵 入 口 处 多 少 米 才 能 使 气 蚀余 量 等 于 2.5m？ )10(0 fvg HgpNPSHgpH mNPSH 5.2atmpp v 1.10 m824.081.98667000)10( gpH ff m324.3824.05.2 )10(0 fvg HgpNPSHgpH 允允 许本 题 给 的 允 许 气 蚀 余 量 ， 再 沸 器 处于 沸 腾 状 态 ， 故依 题 意 ，再 沸

25、器 的 液 面 必 须 高 于 泵 吸 入 口 3.324m以 上 。 解 ： 计 算 泵 的 允 许 安 装 高 度 ： 2.2.6 离 心 泵 的 类 型 、 选 用 、 安 装 与 操 作一 、 离 心 泵 的 类 型按 输 送 液 体 的 性 质 不 同1. 清 水 泵 ： 输 送 清 水 或 相 近 、 无 腐 蚀 性 、 杂 质 较 少的 液 体 。 结 构 简 单 ， 造 价 低 。 IS（ 单 级 单 吸 ） 2. 耐 腐 蚀 泵 ： 输 送 腐 蚀 性 的 液 体 ， 用 耐 腐 蚀 材料 制 成 ， 要 求 密 封 可 靠 。 F3. 油 泵 ： 输 送 石 油 产 品 ，

26、 要 求 有 良 好 密 封 性 。 Y 4. 杂 质 泵 ： 输 送 含 固 体 颗 粒 的 液 体 、 稠 厚 的 浆 液 ， 叶轮 流 道 宽 ， 叶 片 数 少 。 P单 吸 泵 ； 双 吸 泵 单 级 泵 ； 多 级 泵 二 、 离 心 泵 的 选 用（ 1） 根 据 液 体 的 性 质 确 定 类 型（ 2） 确 定 管 路 流 量 和 所 需 外 加 压 头 Q生 产 任 务 ， H 管 路 的 特 性 方 程 （ 3） 根 据 所 需 Q和 H 确 定 泵 的 型 号 查 性 能 表 或 曲 线 ， 要 求 泵 的 H 和 Q与 管 路 所 需 相 适应 。 若 需 Q有 变

27、， 以 最 大 Q为 准 ， H 应 以 最 大 Q值 查 找 。 若 泵 的 H 和 Q与 管 路 所 需 不 符 ， 在 邻 型 号 中 找 H 和 Q都 稍 大 一 点 的 。 若 液 体 性 质 与 清 水 相 差 大 ， 则 应 对 所 选 泵 的 特 性 曲线 和 参 数 进 行 校 正 ， 看 是 否 能 满 足 要 求 。 若 几 个 型 号 都 行 ， 应 选 在 操 作 条 件 下 最 高 者 为 保 险 ， 所 选 泵 可 稍 大 ； 但 若 太 大 ， 能 量 利 用 程 度低 。 三 、 离 心 泵 的 安 装 与 操 作 安 装 安 装 高 度 应 小 于 允 许 安 装 高 度 尽 量 减 少 吸 入 管 路 阻 力 ， 短 、 直 、 粗 、 管 件 少 ； 调 节 阀 应 装 于 出 口 管 路 。 操 作 启 动 前 应 灌 泵 ， 并 排 气 。 应 在 出 口 阀 关 闭 的 情 况 下 启 动 泵 停 泵 前 先 关 闭 出 口 阀 ， 以 免 损 坏 叶 轮 经 常 检 查 轴 封 情 况 作 业 ： 2-2（ 0.2kgf cm-2)， 2-8