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《化工单元操作》
项目一 流体流动及输送
任务三 熟悉流体输送机械（1）
一、液体输送机械
（一）离心泵
1、离心泵的结构
（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
液体入口——中心
（2）泵体
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。
出口——切线
泵轴：垂直叶轮面 叶轮中心。
（3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类
轴封装置
填料密封：
机械密封：
（端面密封）
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。
主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上的静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。
2、离心泵的工作原理
离心泵装置简图：
叶轮、泵壳、泵轴、吸入口、吸入管、排出口、排出管、底阀、出口阀
（1）排液：灌液→启动（高速旋转的叶轮带动叶片间的液体作旋转运动）→抛出（从叶轮中心至边缘，获得机械能，静压能、动能增加）→蜗牛形通道流道加宽，流速降低，静压能增加）→离心泵出口
（2）吸液：
（3）泵壳：
液体的汇集与能量的转换
（动 静）
（4）平衡孔的作用
——消除轴向推力
（5）导轮的作用
——动 静、减少能量损失
抛出（从叶轮中心至边缘）→形成真空叶轮中心）→压强差（吸入管贮槽液面与叶轮中心）→吸入
离心泵的工作原理
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开、停车和调节流量。
作业
思考题：P67页5、6
3、离心泵的主要性能参数
离心泵铭牌
⑴流量：指单位时间内泵能排出的液体量，即体积流量(Q)，单位m3/h，泵流量的大小与结构有关，与叶轮的直径、转速成正比。
⑵扬程（外加压头）：泵给予1N液体的有效能量(H),单位m
A．扬程不等于升扬高度，升扬高度为两截面间的垂直距离。
B．扬程与叶轮的直径、转速成正比，受流量的影响。
C．实验测定流量和扬程：
设p表为压力表读数（即表压）、p真为真空表读数
（即真空度、负表压）；在1-1和2-2间列柏努利方程：
（能量损失∑hf可忽略）
⑶功率和效率：
每秒钟泵对输出液体所作的功，称为有效功率
（即Ne），单位为W。
泵的轴功率即泵轴从电机获得的功率（N）。由
于泵运转时，泵内高压液体部分回流到泵入口，甚至
漏到泵外；液体在泵内流动时，要克服摩擦阻力和
局部阻力；泵轴转动时，有机械摩擦。使N大于Ne，
有一效率：
泵的效率主要与制造质量和流量有关，一般为50℅～70℅，大型泵达90℅。
出厂的新泵一般都有电机。若需自配电机，应按实际工作的最大流量计算轴功率N，取(1.1～1.2)N作为选电机的依据。
泵铭牌上注明的性能，是以常温清水为试验液体，其密度为1000Kg/m3。如输送液体的密度较大，应重新核算电机功率，看是否满足。
⑸ 汽蚀余量
是一个便于用户计算安装高度的参数，其意义将在以后介绍。
4、离心泵性能的影响因素
(1)液体密度的影响
离心泵的扬程、流量、机械效率均与液体的密度无关。但泵的轴功率与输送液体的密度有关，随液体密度而改变。因此，当被输送液体的密度与水的不同时，原离心泵特性曲线中的N-Q曲线不再适用，此时泵的轴功率可按式（1-33）重新计算。
（2） 黏度的影响　
若被输送液体的黏度大于常温下清水的黏度，则泵体内部液体的能量损失增大，因此泵的扬程、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大。
(3)转速对离心泵特性的影响
(4)叶轮直径的影响
作业
计算题：P68页10
5、离心泵的特性曲线与流量调节
（1）特性曲线
H～Q
N～ Q
～ Q
厂家实验测定 产品说明书
20 C清水
离心泵特性曲线
说明：
①H~Q曲线：Q ，H 。
Q很小时可能例外
②N~Q曲线： Q ，N 。
大流量 大电机
关闭出口阀启动泵，启动电流最小
③ ~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
例：以20℃的水为介质，在泵的转速为2900r/min
时，测定某台离心泵性能时，某次实验的数据如下：
流量12m3/h,泵出口处压强表的读数为0.37MPa，泵入
口处真空表读数为0.027MPa，轴功率为2.3KW。若压
强表和真空表两测压口间垂直距离为0.4m，且泵的吸
入管路和排出管路直径相同。
求：这次实验中泵的扬程和效率。
解：（1）泵的压头以真空表和压强表所在的截面为1
－1’和2－2’，列出以单位重量为衡算基准的柏努利
方程，即
其中 ，p1=-2.7×104Pa（表
压）， p2=3.7×105Pa（表压）
因测压口之间距离较短，流动阻力可忽略，即
∑Hf，1-2≈0；故泵的扬程为：
（2）泵的效率
分析说明：在本实验中，若改变出口阀的开度，
测出不同流量下的若干组有关数据，可按上述方法计
算出相应的H及η值，并将H-Q、N-Q、η-Q关系标绘在
坐标纸上，即可得到该泵在n＝2900r/min下的特性曲
线。
（2）工作点
a.管路特性曲线
流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。
——管路的特性 方程
在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量Q的平方而变 。
b.工作点
离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点M，就是离心泵在管路中的工作点。
M点所对应的流量Qe和压头He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。
(3)离心泵的流量调节
a.改变管路特性曲线 ——改变出口阀开度
阀门关小时：
管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；
阀门开大时：
管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。
优点：调节迅速方便，流量可连续变化；
缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
b.改变泵的特性曲线——改变泵的转速
若把泵的转速提高到n1：则H~Q线上移，工作点由M移至M1 ，流量由QM 加大到QM1；
若把泵的转速降至n2：则H~Q线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2
优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；
缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。
6、离心泵的联用
（1）串联组合泵的特性曲线
两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提供的压头是单台泵的两倍 。
（2）并联组合泵的特性曲线
两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。
7. 离心泵的选用
（1）离心泵的类型
按输送液体的性质可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵和杂质泵等；按叶轮吸入方式可分为单吸泵和双吸泵；按叶轮数目又可分为单级泵和多级泵。
（1）清水泵
清水泵是化工生产最常用的泵型，适宜输送清水或粘度与水相近、无腐蚀以及无固体颗粒的液体。
IS 50—32—200型泵，IS表示单级单吸离心泵的型式；50代表吸入口径，mm；32代表排出口径，mm；200为叶轮的直径，mm。
IS泵的结构
多级泵 D12—25×3型：D表示多级离心泵；12表示公称流量（公称流量是指最高效率时流量的整数值）；25表示该泵在效率最高时的单级扬程，m ；3表示级数，即该泵在效率最高时的总扬程为75m。
双吸泵 100Sh90型：100表示吸入口的直径，mm；Sh表示泵的类型为双吸式离心泵；90表示最高效率时的扬程，m。
（2）耐腐蚀泵（F型、IH型泵）
25FB—16A：25代表吸入口的直径，mm；F代表耐腐蚀泵；B代表所用材料；16代表泵在最高效率时的扬程，m；A为叶轮切割序号，表示该泵装配的是比标准直径小一号的叶轮。
（3）油泵
50Y60A：其中50表示泵的吸入口直径为50mm；Y表示离心式油泵；60表示公称扬程，m，即在最高效率时扬程的整数值；A为叶轮切割序号，表示该泵装配的是比标准直径小一号的叶轮。
（4）液下泵
它的泵体通常置于贮槽液面以下，实际上是一种将泵轴伸长并竖直安置的离心泵。缺点是泵的效率不高。
（5）磁力泵
用于输送液体时能保证一滴不漏。
驱动装置采用主动磁铁联轴器直接装在电机轴上。泵室完全封闭。通过磁力偶合间接驱动泵轴上带磁铁的叶轮旋转。
① 由于传动轴不需穿入泵壳，因此从根本上消除了轴封的泄漏通道，实现了完全密封。
② 传递动力时有过载保护作用。
③ 受到材料及磁性传动的限制，国内一般只用于输送100℃以下、1.6MPa以下的介质。由于隔离套材料的耐磨性一般较差，因此磁力泵一般输送不含固体颗粒的介质。
④ 磁力泵的效率比普通离心泵低；磁力泵的维护和检修工作量小。
（6）屏蔽泵
屏蔽泵属于离心式无密封泵，泵和驱动电机都被封闭在一个被泵送介质充满的压力容器内，此压力容器只有静密封。这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，能做到完全无泄漏。
（7）杂质泵
杂质泵（P型泵）用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又细分为污水泵PW、砂泵PS、泥浆泵PN等。对这类泵的要求是：不易被杂质堵塞、耐磨、容易拆洗。所以它的特点是叶轮流道宽，叶片数目少，常采用半闭式或开式叶轮。
（2）离心泵的选用
① 确定泵的类型 根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型。
② 选择泵的型号 首先应确定输送系统的流量与扬程，然后按已确定的流量和外加压头从泵的样本或产品目录中选出合适的型号。在选择泵的型号规格时，要考虑到操作条件的变化并备有一定的余量，应处在泵的最高效率范围内。
③ 核算泵的轴功率 若输送液体的密度大于水的密度时，应核算泵的轴功率，以指导合理选用电机。
自学[例1-17]
作业
思考题：P68页10、11

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