流体输送设备(通用机械): 液体输送设备—泵; 气体输送设备—通风机、鼓风机、压缩机或真空泵; 作用:向系统输入能量,补充所需机械能;用于流体的输送或加压。 根据泵的工作原理和结构分类: 离心泵外形: 工作原理: (a)排出阶段:叶轮旋转(产生离心力,使液体获得能量)→流体流入涡壳(动能→静压能)→流向输出管路。 (b)吸入阶段:液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内。 气缚现象:泵内未充满液体,气体密度低,产生离心力小,在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。 说明:离心泵无自吸能力,启动前必须将泵体内充满液体。 (c)主要部件作用: 泵壳:动能→静压能,提高液体压力,能量转换装置。 叶轮:把原动机(电机)的机械能,传递给液体,提高液体的动能和静压能。 叶轮形式:叶轮由6~12片叶片组成。 按叶片两侧有无盖板:敞式、半蔽式、蔽式。 蔽式叶轮:适用于输送清洁液体。 敞式和半蔽式叶轮:流道不易堵塞,适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液,效率低。 按吸液方式:单吸式、双吸式。 单吸式:结构简单,液体从叶轮一侧被吸入。 双吸式:吸液能力大,基本上消除轴向推力。 离心泵的性能参数: 离心泵的特性曲线: (1)离心泵的特性曲线: 说明: (a)由厂家提供标准测定条件:常压、20℃清水为工质; (b)曲线与叶轮转数有关,故图中应标明转数。 (c)H-qV曲线,选泵时常用,qV↑,H↓; (d)P-qV曲线: 封闭启动 (关出口阀启动)。 目的:防止电机过载,烧坏。 (e)η-qV曲线 设计点:最高效率点,对应的参数值称为最佳工况参数;高效区范围: 选用离心泵,尽可能在高效区内工作。 (2)离心泵性能曲线实验测定: ③ 绘制特性曲线。 (3)液体物性对离心泵特性曲线的影响 ① 密度对泵特性曲线的影响 (4)叶轮直径对特性曲线的影响 切削法:同一型号的泵,可通过切削叶轮直径,而维持其余尺寸(包括叶轮出口截面积)不变的方法来改变泵的特性曲线的方法。在叶轮直径变化不大(不超过10~20%),近似认为叶轮出口的速度三角形及泵的效率基本不变的前提下: 切削定律: 适用:叶轮切削量小于10%-20%。 (5)叶轮转数对特性曲线的影响 同一台离心泵,转速改变,特性曲线也发生变化。 若转速改变后,叶轮出口速度三角形、泵的效率近似 保持不变,则有: 比例定律: 适用:叶轮转数变化不超过20%。 离心泵的汽蚀现象和安装高度: (1) 离心泵的汽蚀现象 ① 汽蚀现象(空蚀) 吸入管段:无外加机械能,液体靠势能差,吸入离心泵。 至泵内压力最低点K处,若 ② 泵汽蚀时的特征:泵体振动、噪声大;泵流量、压头、效率都显著下降。 ③ 主要危害:造成叶片损坏,离心泵不能正常操作。 ④ 汽蚀发生的位置:叶轮内压力最低处 (叶轮内缘, 叶片背面 K处)。 ⑤ 衡量泵抗汽蚀能力的参数:汽蚀余量、吸上真空高度。 (2) 离心泵的汽蚀余量 ① 汽蚀余量,列1-1(泵入口)及K-K间的机械能衡算式: 关于NPSH(Net Positive Suction Head) 泵抗汽蚀能力的参数 NPSH↓,则泵抗汽蚀能力↑。 NPSH=f(泵结构、流体种类、流量) 流量↑,则NPSH↑,泵抗汽蚀能力↓ 由泵样本提供,工程上常用。 (a) 必须汽蚀余量 (NPSHr)厂家提供,泵样本中给出。实验条件:常压,20℃的清水校正: (b) 装置汽蚀余量(NPSHa) 指:根据装置实际情况计算的汽蚀余量,列0-0及K-K间机械能衡算式: (e) 其它汽蚀参数 吸上真空度 Hs,换算: 汽蚀比转数,吸入比转数; (3) 离心泵的安装高度 安装高度:泵入口与吸入液面间的垂直距离。 ① 最大安装高度zmax 在0-0,k-k 截面间列机械能衡算方程: 说明:为保证泵不发生汽蚀; 离心泵在管路中的工况 (1)管路特性与泵的工作点 管路特性:流体流经管路系统时,需要的压头和流量之间的关系,反映管路对泵的要求。 离心泵的工作点: 泵工作时的 qV、H、P、η。 说明:泵工作点受到泵性能、管路特性制约。 离心泵的流量调节,实质:对工作点的调整; 方法:改变泵或管路特性曲线。 ① 节流调节(阀门调节); 方法:改变泵出口阀门开度。 实质:改变管路特性曲线 (阀门上阻力损失变化),泵特性曲线不变。节流,多消耗在阀门上能量: 优点:迅速方便,连续调节;代价:阀门阻力损失↑; 适用:流量调节幅度不大,须经常调节的地方。 泵出口阀:两套(手动阀和自动阀)。 ② 调节离心泵转速或改变叶轮直径 实质:改变泵特性曲线,管路特性不变。 优点:不因调节流量而损失能量。 适用:流量变化幅度大的场合。 离心泵的组合运转工况分析: 组合方式:并联和串联。 目的:提高泵输出的流量或压头。 (1) 并联操作 泵型号相同,吸入管路相同,出口阀开度相同。 ① 泵合成特性曲线改变:在相同压头下,流量加倍。 (3) 两种组合方式的比较及选择: ① 截距A > He单max 应采用串联操作,原因:并联泵压头不够大。 ② 串、并联都满足时,应根据管路特性选择,对于低阻管路(B较小),宜采用并联操作;对于高阻管路(B较大),宜采用串联操作; (4) 组合泵的流量调节 方法:同单泵;注意:确定组合泵的工作点时,应使用泵的合成特性曲线和管路特性曲线。 离心泵的类型与选用: (1) 离心泵的类型:按输送液体的性质或泵结构分类,用英语或汉语拼音为系列代号。 ① 清水泵 B型:单级单吸式,系列扬程范围 8~ 98m,流量范围:4.5~360m3/h,属常用型。 D型:多级离心泵(一般2~9级)。 系列扬程范围:14~351m,流量范围:10.8~850m3/h,适用:压头高,而流量不大的场合。 S 型:双吸式离心泵。系列扬程范围:9~140m; 流量范围:120~1250m3/h; 适用:压头要求不高,流量较大的场合。 ② 油泵:Y型 要求密封性能好,一般具有冷却措施。 流量:6.5~500 m3/h,压头:60~603m。 ③ 其它类型泵:耐腐蚀泵(F型):密封性能好(常用机械密封),杂质泵(P型):不易堵,耐磨,叶轮:敞式或半闭式。 屏蔽泵:机泵一体,用于输送易燃、易爆液体。 液下泵(EY型):无泄漏问题,化工常用泵。 (2) 离心泵的选用: 原则:①确定泵的类型;依据: a)输送流体的性质→清水泵、油泵、耐腐蚀泵等; b)现场安装条件→卧式泵、立式泵等; c)流量大小→单吸泵、双吸泵等; d)扬程大小→单级泵、多级泵等。 ② 选择泵的具体型号 a)由管路所需压头、流量,确定泵压头、流量。 工程观点:选择时,有一定生产裕度。 b)抗汽蚀性能好 c)经济性好:泵的操作点应处于高效区内。 ③ 校核和最终选型: 效率高、汽蚀余量小、重量轻、价格低。 容积式泵(正位移泵): 往复泵: (1) 结构和工作原理 ① 结构:泵缸、活塞、阀门。 冲程:活塞在两端点间移动的距离。 冲程容积:活塞往复一次的容积排量。 ② 工作原理:活塞右移时,排出阀关闭, 吸液阀开启,开始吸液,当活塞移至右端点时,吸液行程结束; 活塞由右端点向左移时,吸液阀关闭,排出阀开启,开始排液,当活塞移至左端点时,排液行程结束。 ③ 往复泵的输液量 单缸单作用泵: 双动泵: b)压头与流量无关,取决于管路需要理论上,往复泵压头可按系统需要无限增大。 实际上,受泵体强度及泵原动机限制。 注意:这一点不同于离心泵。 (2) 往复泵的流量调节: ① 改变活塞冲程; ② 改变活塞往复次数; ④ 旁(支)路调节,不能封闭启动。 (3) 往复泵的安装: ① 有自吸能力,不需灌泵。 ② 有允许安装高度限制。 影响安装高度的因素:液面上方压力、流体饱和蒸汽压、吸入管路情况。 (4)适用场合 适用于:流量小,扬程高,粘度大的流体。 不适用:腐蚀性介质或含有固体颗粒的流体。 离心泵、往复泵、转子泵比较: 各类泵的比较与选择: (1)原则:应考虑各种泵的不同特性和适宜的使用范围,根据生产要求具体分析,选择适当种类和类型的泵。 离心泵是应首先考虑采用的一种泵。 往复泵易于获得高压头而难以获得大流量。 转子泵只适用于流量小,而压头较高的场合,对高粘度料液尤其适宜。 (2)参考步骤:泵类型的选择框图: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵: 属于气体输送设备。 (1) 分类: 按出口压力分类: 通风机:终压不大于1.471×104Pa (表压),压缩比<1.15; 鼓风机:终压不大于1.471~29.2×104Pa (表压) ,压缩比<4; 压缩机:终压> 29.2×104Pa (表压) ,压缩比> 4; 真空泵:终压接近于0,压缩比由真空度决定;从设备中抽出气体,使设备中产生负压。 说明: 风机主要用于:气体输送; 压缩机主要用于:压缩气体。 (3)气、液体输送设备区别: ① 能量衡算基准不同 ② 气体压缩时,产生热效应,需设冷却装置。 离心式通风机 型式:离心式—多用于气体输送; 轴流式—一般用于通风换气。 (1) 离心式通风机结构及工作原理 ① 结构: 主要部件:叶轮、蜗壳; 叶片形式:低压风机—叶片平直;中、高压风机— 叶片弯曲。 ② 工作原理 :同离心泵 (2) 离心通风机的性能参数与特性曲线 ① 风量qV:以进气口体积流量计,m3/s、m3/h; ② 全风压HT:单位体积的气体流过风机时所获得的能量,Pa; 风机内压力变化小,气体可视为不可压缩流体,对风机进、出口截面作能量衡算: 鼓风机: 类型:离心式、罗茨式; (1)离心式鼓风机(透平鼓风机) 主要结构和工作原理与离心通风机类似,为产生较高的风压,采用多级。出口表压力一般不超过294×103Pa。 (2)罗茨鼓风机 ① 结构: ② 工作原理:同齿轮泵 说明: ①为正位移型,风量与转速成正比,而与出口压力无关; ② 流量采用旁路调节; ③ 出口阀不能完全关闭; ④ 操作温度不超过85℃。 压缩机 类型:离心式、往复式 (1) 离心式压缩机(透平压缩机) 作用原理与离心鼓风机相同,为达到较高的出口压力,采用多级数,大叶轮直径,高转数 (一般在5000rpm以上)。 说明:压缩比高,温升过高,故压缩机分为几段。段间设冷却器,各段温度大致相等。叶轮直径逐段减小,叶轮宽度逐级略有减小。 优点:与往复压缩机相比,离心压缩机具有机体体积较小,流量大,供气均匀,运动平稳,易损部件少和维修较方便等。 缺点:离心式压缩机的制造精度要求极高,否则,在高转速情况下将会产生很大的噪音和振动。 注意:当离心式压缩机进气量减小到允许的最小值,压缩机会发生喘振。因此,压缩机必须在比喘振流量大5%~10%的范围内操作。 多级压缩:一般地,压缩比> 8时,应采用多级压缩。 原因:存在压缩极限;温度过高;机械结构不合理。 增加气缸—减小压缩比,减少余隙的影响; 中间冷却器—降低气体温度,降低压缩机功耗。 (a)多级压缩与单级压缩所需轴功的比较 分三级绝热压缩所需的轴功<一级绝热压缩所需轴功。 常用的级数:2 ~ 6级。 压缩机的分类和构造: 分类方法: (a) 吸、排气体方式:单动、复动; (b) 压缩级数:单级(压缩比2~8); 两级(压缩比8~50); 多级(压缩比100~1000)。 (c) 终压 :低压(10.133×105Pa); 中压(10.133~101.33×105Pa); 高压(101.33~1013.3×105Pa)。 (d) 生产能力:小型(10m3/min以下); 中型(10~30m3/min); 大型(30m3/min以上)。 (e)压缩气体的种类:空气压缩机、氨气压缩机、石油气压缩机等; (f)气缸在空间的位置:立式(气缸垂直放置); 卧式(气缸水平放置); 角式(气缸互相配置成V型、W型、L型)。 ⑦ 选用与操作 a)选定压缩机的种类,依据:所处理的气体 b)选定结构形式,依据:操作环境 c)定出压缩机的规格 依据:生产中所要求的排气量与排气压力。 真空泵:将气体由大气压以下的低压气体经过压缩而排向大气的设备,实际上,也是一种压缩机。 (1)与一般压缩机的区别: ① 进气压力与排气压力之差最多也只是1.0133×105Pa,但随着进气压力逐渐趋于真空,压缩比将要变得很高。 ② 随着真空度的提高,设备中的液体及其蒸气也将越来越容易地与气体同时被抽吸进来,其结果是使可以达到的真空度下降。 ③ 因为所处理的气体的密度很小,所以气缸容积和功率对比就要大一些。在一般的多级压缩中,是越到高压级气缸直径就越小,但在多级真空泵中,则通常是做成同一尺寸的气缸。 (2)真空泵的主要性能参数 ① 极限真空度或残余压力:真空泵所能达到的最高真空度; ② 抽气速率:单位时间内真空泵在残余压力和温度条件下所能吸入的气体体积,即真空泵的生产能力,以m3/h或l/s计量。 (3)真空泵的型式 化工厂中常用的几种有:往复真空泵、旋转真空泵、喷射泵。 ① 往复真空泵 构造和作用原理虽与往复压缩机的基本相同; 吸入和排出阀门必须更加轻巧而灵活; 气缸左右两端之间设有平衡气道。 ② 旋转真空泵 (a)液环真空泵:常用的有水环真空泵、纳西泵。 特点:属于湿式真空泵,最高真空度可达85%; 结构简单、紧凑、没有活门、经久耐用;为了维护泵内液封以及冷却泵体,运转时常需要不断向泵内充水。 液环真空泵的特点: 抽出的气体不与泵壳直接接触,因此,在抽吸腐蚀性气体时只要叶轮采用耐腐蚀材料制造即可。 泵内所注入的液体必须不与气体起化学反应。 (b)滑片真空泵 ③ 喷射泵 原理:利用流体流动时,静压能与动压能相互转换的原理来吸送流体的。它可用于吸送气体,也可吸送液体。 工作流体:蒸气(蒸气喷射泵)、水(水喷射泵)或其它流体。 优点:构造简单,制造容易,可用各种耐腐材料制成,不需传动设备。 缺点:产生的压头小,效率低而外,其所输送的流体还与工作流体混合,从而使其应用范围受到限制。 用途:一般多用作抽真空,而不作输送用。蒸气喷射泵也常用于小型锅炉的注水操作。 本文来源于互联网,暖通南社整理编辑。 |
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