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第二章 液体输送
第一节 液体输送的主要任务
在化工生产中，为了满足工艺需要，将液体物料沿着管路从一个车间输送到另一个车间，或从一个设备输送到另一个设备，是经常要进行的操作。当液体从高处向低处输送时，可利用其位能以实现自流。若是需要将液体由低处送至高处，由低压设备送至高压设备，或者克服管道阻力进行远距离的水平输送时，必须对液体做功，以提高液体的能量，完成输送任务。
为输送物料提供能量的机械装置称为输送机械，输送液体的机械，通称为泵。泵就是把外加压头加给液体的机械设备。
由于输送任务不同，被输送的液体是多种多样的。在操作条件如温度、压力和流量等方面也是复杂的。为适应这些情况，液体输送机械也是多种多样的，化工常用泵按照工作原理可分为四大类：
1.离心式：利用在泵体内作高速旋转叶轮的离心惯性力进行工作。
2.往复泵 利用在泵缸内作往复运动的活塞进行工作。
3.旋转式：利用在泵体内旋转的转子进行工作。
4.流体作用泵：利用另一流体进行工作。
第二节 离心泵操作技术
一、离心泵的工作原理和构造
1．离心泵的工作原理
主要部件：叶轮，泵壳
叶轮：轮上有6-8片向后弯曲的叶片组成。
泵壳：截面逐渐扩大的状似蜗牛壳形的通道。
在心泵启动前，首先向泵内灌满被输送的流体即灌泵，
同时关闭排出管路上的流量调节阀，待电机启动后，再打开出口阀。
离心泵的工作原理
离心泵的排液过程：液体在离心力作用下，从叶轮中心抛向叶轮外围，以15～25m/s速度流入泵壳，经过能量转换（部分动能转变为静压能），达到较高压力，从排出口进入排出管路。
离心泵的吸液过程： 叶轮内的液体被抛出以后，叶轮中心处形成一定的真空低压区，液体在吸入液面与叶轮中心处的压强差的作用下，便沿着吸入管连续不断地进入泵内，以填充被排出的液体位置。
由以上分析可知：离心泵之所以能够输送液体，主要靠离心力作用，而离心力大小与叶轮的转速、直径及液体的密度有关。转速↑直径↑ 密度↑ 则离心力↑
若离心泵启动前未充满被输送液体，则泵内存有空气，由于空气密度比液体的密度小得多，泵内产生离心力很小，因而在吸入口处的真空度很小，贮槽液面和泵入口处的压差很小，不能将液体压入泵内，启动泵后而不能输送液体的现象称为气缚现象。即离心泵无自吸能力，启动前必须灌泵。
2．离心泵的主要部件
离心泵主要由两部分构成：
叶轮和泵轴（旋转部件）
泵壳和轴封（静止部件
（1）叶轮
离心泵最重要的部件。是使液体接受外加能量的部分。6-12叶片组成，后弯
叶轮的分类
开式叶轮： 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。
闭式叶轮：叶片的两侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。
根据结构
半闭式叶轮：只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。
按吸液方式方式
双吸式叶轮：液体可以从两侧吸入具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力
单吸式叶轮：液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。
轴封装置
（2）泵壳
泵壳的作用：汇集和导出液体 转能（动能转换为静压能）
导轮的作用：均匀而缓和地将动能转变为静压能，减少能量损失。
（3）轴封装置
泵轴与泵壳之间的密封成为轴封。
①轴封的作用——防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出,或者外界空气以相反方向漏入泵壳内的低压区。
②轴封的分类
填料密封：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。
机械密封：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。
二、离心泵的性能参数与特性曲线
1.离心泵的主要性能参数
（1）离心泵的流量（送液能力）——单位时间内泵排到管路系统中的液体体积。
符号： ，单位： m /s或 m /h 。
其大小主要取决于泵的结构、尺寸和转速等。
（2）离心泵的扬程（泵的压头） ——泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。
符号： ，单位：m液柱。
扬程的确定：
实验测定：如图所示
泵出、入口截面间垂直距离为
泵吸入口处真空表的读数
泵出口处压力表的读数
在此两截面1与2间列柏努利方程得
式中 为两截面间管路中的压头损失，由于两表所在截面间的管路很短，因而 值很小，可忽略不计。故上式可简化为
离心泵的扬程取决于泵的结构（叶轮直径、叶片弯曲情况）转速和流量。
（3）离心泵的功率（有效功率）——指单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。
符号： ，单位：W或kW。
有效功率为：
泵的轴功率——指泵轴所需的功率即电动机传给泵轴的功率。
符号： ，单位：W或kW，
（4）离心泵的效率 ——有效功率和泵的轴功率之比。
符号：
一般小型泵效率为50%—70%，大型泵可达到90%左右。
【例题2-1】
2.特性曲线
离心泵的有效压头 、轴功率 、效率 与流量 之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线。如图2-8所示。
（1）特性曲线的测定及绘制
①关闭出口阀（qv=0）
p有= 0；
p轴 用功率表测定
②逐渐增大流量， 同理得
H ，
p轴 及
③将压头
、轴功率
、效率
与流量
之间的变化关系绘制在同一坐标系下
【例题2-1】离心泵特性曲线测定
（2）特性曲线分析及讨论
①-曲线 表示泵的扬程和流量的关系。
曲线表明离心泵的扬程随流量的增大而下降。
②-曲线 表示泵的轴功率和流量的关系。
曲线表明离心泵的轴功率随流量的增大而上升，当流量为零时轴功率最小。
所以离心泵启动时，为了减小启动功率应使流量为零即将出口阀门关闭，以保护电机。待电机运转到额定转速后，再逐渐打开出口阀门。
③-曲线 表示泵的效率和流量的关系。
曲线表明离心泵的效率随流量的增大而增大，当流量增大到一定值后，效率随流量的增大而下降。
曲线存在一最高效率点即为设计点。对应于该点的各性能参数、和称为最佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。
由于泵的特性曲线随泵转速而改变，故其数值通常是在额定转速和标准试验条件（大气压101.325kPa,20℃清水）下测得。
3.影响离心泵性能的因素
①密度的影响：离心泵的流量、压头均与液体的密度无关，效率也不随密度而改变，当被输送液体的密度发生改变时，-曲线和-曲线基本不变。但泵的轴功率与液体的密度成正比，此时泵的轴功率需重新计算。
②黏度的影响：当输送液体的黏度大于常温水的黏度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、压头减小、效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。
③离心泵转速的影响：在转速变化小于20%时，流量、扬程及轴功率与转速间的近似关系也可用比例定律进行计算 即 ：
④叶轮直径的影响：当转速不变,若对同一型号的泵换用直径不小于原直径的90%时,离心泵的流量、扬程及轴功率与叶轮直径之间的近似关系称为切割定律
三、离心泵的安装高度与汽蚀现象
1.安装高度的限度
泵吸入液体的作用是靠贮槽液面与泵入口处的压力差。
当液面压力为定值时，推动液体流动的压力差就有一个限度，
不大于液面压力。所以，吸上高度有一个限度。
2.汽蚀现象
泵的吸液过程是依靠贮槽的液面0-0/和泵入口截面1-1/之
间的压差将液体吸入泵内。
当 一定时, 若 越小，吸液的推动力越大，向上吸液高度越高。
当叶轮入口处压强低于被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压 时，液体将会发生部分汽化，产生“汽蚀”现象。故泵的安装高度有限度。
汽蚀发生时，大量的气泡破坏液流的连续性，阻塞流道，致使泵的流量、扬程和效率的急剧下降，运行的可靠性降低，汽蚀严重时，泵会中断工作。
为避免汽蚀现象的发生,泵的安装高度不能太高，我国离心泵标准中，常采用允许汽蚀余量对泵的汽蚀现象加以控制。
离心泵的汽蚀余量-离心泵入口处的静压头与动压头之和与被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压头之差。用 表示为：
4.离心泵的安装高度
离心泵的安装高度：泵的吸入口与贮槽液面的垂直高度,用
如图2-10所示,在贮槽液面0-0/和泵入口1-1/截面间的柏努利方程
表示。
式中 = ， ≈0
∴
影响安装高度的因素：
①泵入口压力
↓，
↑；当
②泵入口管的流速
时，发生汽蚀。
③泵入口管路的阻力
↑， ↓。
④海拔高度
海拔高度↑，
↓，
在海拔高度为零的地方输送20℃水时，安装高度理论最大值为：
↓。
⑤输送物料的温度
∵
∴
t ↑, ↑， ↓。
最大安装高度
：
能保证不发生汽蚀的
值，称为允许汽蚀余最小量
离心泵允许汽蚀余量亦为泵的性能，列于离心泵规格表中，其值由实验测得。
为了保证泵的安全操作不发生汽蚀，泵的实际安装高度
必须低于或等于
,否则在操作时,将有发生汽蚀的危险。安装泵时为保险，
比
还要小0.5至1米。
。
对于一定的离心泵,
一定,若吸入管路阻力愈大,
液体的蒸气压愈高或外界
大气压强愈低,则泵的最大安装高度愈低。
为减少管路的阻力，泵的入口处
应尽量选用
直径稍大的吸入管，缩短管子的长度和减少不必要的管件。
当使用条件允许时，
尽量将泵直接安装在贮液槽液面以下，液体利用位差即可自动灌入泵内。
【例题2-2】
四、离心泵的工作点与流量调节
1．管路的特性曲线
每种型号的离心泵在一定转速下，都有其自身固有的特性曲线。
但当离心泵安装
在特定管路系统操作时，
实际的工作压头和流量不仅遵循特性曲线上二者的对应关系，
而且还受管路特性所制约。
管路特性曲线： 表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。
如图所示，若两液面皆维持恒定，则流体流过管路所
需要的压头为:
因为
对于固定的管路和一定的操作条件，
为固定值，与管路中的流体流量无关。
管径不变,
=
/2g=0,
令
所以上式可写成
即管路特性曲线方程。
讨论
①
曲线在H轴上截距；管路所需最小外加压头；
②高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。
③管路特性曲线的形状由管路布局和流量等
条件来确定，而与离心泵的性能无关。
2.离心泵的工作点
若将泵的特性曲线和管路的特性曲线绘在同一图中,
（2-12所示）
两曲线交点P称为泵在该管路上的工作点。
工作点对应的
（ qv，H，P轴， ）
即泵的实际工作状态
若泵在该点所对应的效率是在最高效率区,即为系统的理想工作点。
3.离心泵的流量调节（改变泵的工作点）
流量调节的方法有两种，一是改变管路的特性，二是改变泵的特性。
（1）改变管路特性：改变泵出口阀的开度。
阀门开度减小时, 流量减小，泵的扬程升高，
工作点由P移到P1,管路特性曲线变陡；
阀门开度增大时，流量增大，
泵的扬程降低，
工作点由P移至P2,管路特性曲线变缓。
通过调节阀门开度可使流量在设置的最大和最小值之间变动。
当阀门开度减小时,因局部阻力增加,
需额外消耗部分能量，
此外在流量调节幅度较大时离心泵往往工作在低效区，因此这种方法的经济性差。
但这种调节方法快速简便、灵活，可以连续调节，故应用很广。
（2）改变泵的特性：改变泵的转速和叶轮的直径可使泵的特性曲线发生改变，
从而使工作点移动，
这种方法不会额外增加管路阻力,
并在一定范围内仍可使泵处在高效率区工作。
n1 < n < n2 ；
D1 < D < D2
一般来说，改变叶轮直径显然不如改变转速简便，
且当叶轮直径变小，泵和电机的效率也会降低，
况且调节幅度也有限。所以常用改变转速来调节流量。
当转速n减小到n1时，工作点由P移到P1，流量就相应地减小；
当转速n增大到n2时，工作点由P移到P2，流量就相应地增大。
五、离心泵的操作、运转及维护
1.离心泵的并联和串联操作（两台相同型号的离心泵）
（1）并联操作
在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。即H并=H`单；qv并=2qv单`。
两泵并联以后，流量和压头均有提高，总流量小于原单泵输送量的两倍。
即H并（2）离心泵的串联
在相同的流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍。
两泵串联以后，流量和压头均有提高，
总压头小于原单泵压头的两倍。
2. 离心泵的运转及维护
（1）泵启动前盘车，检查是否灵活，有无卡阻现象。
（2）泵启动前要灌泵，操作时必须使泵内灌满液体，
直至泵壳顶部排气孔冒液为止。
（3）启动前应关闭出口阀，使其在流量为零的情况下启动。
（4）启动后待电机运转正常后，再逐渐打开出口阀调节所需流量。
（5）离心泵在运转中要经常检查轴承是否过热，润滑油情况
是否良好，填料或机械密封是否泄漏、发热。
（6）停泵时，首先要关闭出口阀再停电机，以防止出口管路中的液体因压
差而使泵叶轮倒转，使叶轮受到冲击而被损坏。
（7）无论短期、长期停车，在严寒季节必须将泵内液体排放干净，防止冻
结涨坏泵壳或叶轮。
3．离心泵常见故障及排除方法
见教材表2-3离心泵常见故障及排除方法
六、离心泵的类型与选用
1．离心泵的类型
离心泵种类按叶轮数目分为单级泵和多级泵；
按叶轮吸液方式可分为单吸泵和双吸泵；
按输送液体性质和使用条件的不同分为清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵等。
2．离心泵的选用
离心泵的选择原则上可按下述步骤进行：
（1）根据输送液体的性质和操作条件，确定离心泵的类型。
（2）确定输送系统的流量和压头。 一般液体的输送量由生产任务决定，若流量在一定
范围内变化，应根据最大流量选泵，并根据输送系统管路的安排，利用伯努利方程
计算最大流量下的管路所需的压头。
（3）选择泵的型号。根据输送液量和管路所要求的压头，从泵的样本或产品目录中选出
合适的型号。在确定泵的型号时，所选泵所能提供的流量
和压头
应留有余地，
即稍大于管路需要的的流量和压头，并使泵在高效范围内工作。泵的型号选出后，
列出该泵的各种性能参数。
（4）核算泵的轴功率。 若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率，
以选择合适的电机。
第三节 正位移泵操作技术
一、往复泵
往复泵是一种容积式泵，属正位移泵。
它是利用往复运动的活塞或活柱将机械能以静压能的形式直接传给液体。
1．往复泵的结构及工作原理
图2-18往复泵示意图
1-泵缸；2-活塞；3-活塞杆；
4-吸入阀；5—排出阀
往复泵的结构如图所示。
工作原理：利用活塞的往复运动，由此改变泵缸
的容积和压强，将能量传递给液体以
达到吸入和排出液体的目的。
与离心泵不同，往复泵吸液是靠工作室容积扩大造成低压吸入的，所以往复泵启动时不需灌泵（即有自吸能力）。
依靠泵内运动部件的位移，引起泵内工作容积的变化吸入并排出液体，运动部件直接通过位移挤压液体作功，这类泵均称为容积泵。
2．往复泵的类型
往复泵按照作用方式的不同可分为： （1）单动往复泵；（2）双动往复泵；（3）三联泵；
3．往复泵的主要性能
（1）流量： （往复泵的理论流量 ）单位时间内活塞在泵缸中扫过的体积。
它与活塞面积、往复频率、行程及泵缸数有关。
单缸、单动往复泵 ：
单缸、双动往复泵：
正位移泵-流量与运动部件单位时间内的平均位移量成正比。
（a）单缸单动泵 （b）单缸双动泵
（c）三缸单动泵
（2）往复泵的扬程和特性曲线
往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关，实际上往复泵的流量随压头升高而略微减小
,如图所示 。这是由于容积损失增大造成的。
由于往复泵的操作与往复速度均有限，故主要用
于小流量、高扬程的场合，尤其适合于输送高粘度
液体，但不适于腐蚀性液体和含颗粒混悬液的输送。
（3）往复泵的功率与效率
往复泵功率与效率的计算与离心泵相同。
往复泵效率通常在0.72~0.93之间。
二、旋转泵
旋转泵是靠泵内一个或多个转子的旋转吸人和排出液体，又称转子泵，属容积泵类，是正位移泵的另一种类型。旋转泵的形式很多，操作原理却是大同小异，是依靠转子转动造成工作室容积改变对液体做功。最常用的有齿轮泵和螺杆泵。
图2-23齿轮泵
单螺杆泵 （b）双螺杆泵
图2-24螺杆泵
三、旋涡泵
旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，如图2-25所示。
图2-25旋涡泵
是由泵壳和叶轮组成,其工作原理和离心泵相同。
旋涡泵的扬程和功率随流量的下降增大较快，
流量为零时，轴功率最大，
这是与普通离心泵不同的，
因此在启动时，应先打开出口阀，
图2-26旋涡泵特性曲线
启动前仍须灌泵，
避免发生气缚现象。
此泵流量调节应采用旁路调节法。
四、正位移泵的操作、运转及维护
上述各种往复泵和旋转泵都是容积式泵或统称为正位移泵。
往复泵的流量调节 :
（1）旁路调节
一般容积式泵都可采用这种流量调节方式，如图2-27所示 。
图2–27旁路调节流量
1-进口阀；2-出口阀；
3-旁路阀；4-安全阀
（2）改变曲柄转速和活塞行程 。
1.正位移泵的操作及运转
（1）泵启动前应严格检查进、出口管路、阀门等，
给泵体内加入清洁的润滑油，使泵各运动部件保持润湿。
（2）正位移泵有自吸能力，但在启动泵前，最好
还是先灌满泵体，排出泵内存留的空气，缩短启动时间，避免干摩擦。
（3）在启动正位移泵时，首先全打开出口管路上的出口阀门，再全打开进
口管路上的进口阀门和旁路管路上的旁路阀门，最后启动电动机。当电动机的转
速恒定后，缓慢的关闭旁路阀门，阀门关闭程度按生产工艺要求的流量调节。
（4）在停泵时，先全打开旁路阀门，关闭进口阀门和电动机，最后关闭出口阀门。
（5）泵运转中经常检查有无碰撞声，必要时立即停车，找出原因进行调整或维修。
2．正位移泵的维护
经常清除润滑系统的油污积垢。擦拭泵体上的尘土赃物。检查出口压力和流
量是否正常和填料的泄露情况，并及时调整。泵不能在抽空、超压以及超负荷的
情况下运行。在输送易结晶、易凝固的介质时，停车后应排出泵体内工作介质。
长期停用时，应注意防锈。
第四节 常见流体输送方式
高位槽输送、加压输送、真空输送、压缩空气输送是化工生产中常用的输送方法。
一、压缩空气送料
采用压缩空气输送是化工生产中常用的方法。
图2-28酸蛋
它是利用压缩空气的压力来输送液体，
外形如蛋，俗称酸蛋。
图2-28是流体作用泵中一种常见的型式，
二、真空输送
图2-29真空输送
1．真空输送操作
2．喷射泵
图2-30水喷射真空泵
三、高位槽送料
四、液体输送机械送料

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