化工原理第二章

p1 u12 p2 u22 Z1 H Z2 H f 12 g 2 g g 2 g
p2 p1 u22 u12 H ( Z 2 Z1 ) g 2g
由 Q、d (已知 ) 计算 由真空表、压力表读取 可测量
讨论： (1)H~qv线: qv↑,H↓ qv=0→H定值 (2)P~qv线: qv↑, P↑
例：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。 贮罐内液面恒定,其上方绝压为6.65kgf/cm2。泵在 贮罐液面下1.5m处,吸入管路的压头损失为l.6m。 异丁烷在输送条件下密度为530kg/m3,饱和蒸气压 为6.5kgf/cm2。已知输送流量下泵的允许气蚀余 量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。 解： H g
2 2 P2 P1 u2 u1 H Z 2 Z1 H f 1 2 g 2g
升扬高度
(3)有效功率(Pe):单位时间内液体从泵中叶轮 获得的有效能量，We
Pe qv gH
(4)轴功率(P):泵轴所需的功率，离心泵一般用电动 机驱动，轴功率就是电动机传给泵轴的功率。W
(2)扬程或压头(H):是指单位重量（1N）液体流经 泵所获得的能量，单位：m 。H与泵的结构、转速 和流量有关。 泵的H与流量qv之间的关系可用 实验方法测定。
扬程与升扬高度的区别：
2 2 P1 u1 P2 u2 Z1 H Z2 H f 1 2 g 2 g g 2 g
低压 低处 近处 高压 高处 远处
流体物性不同
操作条件各异
对于这些情况，都必须通过向流体提供机械 能的方法来实现。向流体提供机械能的设备称为 流体输送机械。
一般管路系统对流体输送机械的要求： 应满足工艺对流量及能量（压头、风压或压缩比） 的要求； 结构简单，质量轻，设备费低；
操作效率高，日常操作费用低； 能适应物料特性（如黏度、腐蚀性、易燃易爆、 含固体等）要求。
当p p k v
气化
气泡
叶轮中部 操作温度下,液 (低压区)
体的饱和蒸汽压
叶轮外缘 (高压区)
气泡 冲击 破裂 叶轮 泵损害
在0-0’和k-k’列柏努利方程：
2 2 p0 u0 pk uk Hg H f 0 k g 2 g g 2 g
2 pk p0 uk Hg H f 0 k g g 2g
u2 2g
2
2'
8 l le 2 4 5 g d d
2 qv

1 1'
令
8 l le k 2 4 5 g d d
2 v
H H 0 kq
(管路特性方程)
表示管路中液体流量qv与要求泵提供的压头H之间 的关系。
(1)调节阀门—改变管路特性曲线
H H 0 kq
①阀门关小：M 开大：M
2 v
H或He
M1 M2
H～qv
②可连续调节流量；
③阀门关小,流阻增大，
操作费高。 当改变管路特性曲线时， 工作点沿泵的特性曲线移动。
qM1 qM qM2
qv
(2)调节泵的特性曲线
① 改变转速 转速增大：M M1
H或He
（2）由h计算允许安装高度Hgmax
（3）允许汽蚀余量的校正
h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书
3．讨论
（1）汽蚀现象产生的原因：
①安装高度太高；
②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；
③吸入管路阻力或压头损失太高。
（2）计算出的Hg允许<0, 低于贮槽液面安装
（3）安装泵时为保险， Hg比Hg允许还要小0.5至1米。
5.离心泵的串联操作：
合成特性曲线
合成特性曲线 串联后的实际工作点a点
H H串 2 H
a
管路曲线越平缓，扬程 增加得越小
6.离心泵的串并联：
‫٭‬低阻管路 —宜用并联 增加流量 ‫٭‬高阻管路 —宜用串联 增加扬程
B’ A B
A’
六、离心泵的汽蚀现象与安装高度
1.离心泵的汽蚀现象
正常运转的泵 ha h hr 0.3
p0 p1 u12 Hg Hf g g 2g p0 p1 u12 pv pv Hf g g 2g g g p0 pv ha Hf g g p p H g max 0 v hr H f g g p0 pv H g允 h H f g g
↑ ↓
qv1 n1 qv2 n2
qv1 D1 qv2 D2
↓
H1 n ( 1 )2 H2 n2
H 1 D1 D H2 2
2
↓
↑
P n1 1 P2 n2
3
泵
P D1 1 P2 D2
3
五、离心泵的工作点与流量调节
4、轴封： 未装导轮 ‫٭‬作用—防止漏液 ‫٭‬类型—软填料或机械密封
装导轮
三、离心泵的主要性能参数
2B31型离心泵铭牌上标注的参数
型号2B31 转速 2900r/min 流量20m3/h 效率64％ 扬程30.8m 轴功率2.6kW 允许吸上真空度7.2m 重量363N
(1)流量(qv):单位时间内泵所输送的液体体积。m3/s 常用单位为L/s或m3/h qv与泵的结构、尺寸、转速等有关 ，实际流量还与 管路特性有关。
p贮槽
pv h H f ,01 g g
不能正常操作
(6.65 6.5) 9.81 104 Hg 3.5 1.6 2.27m 530 9.81
七、离心泵的类型与选用
1.离心泵的类型 杂质泵 水泵 输液性质— 耐腐蚀泵 油泵 单吸泵 吸液方式— 双吸泵 离心泵—— 叶轮数目— 单级泵 多级泵 低压泵(H<20m水柱) 压头高低— 中压泵 (H=20~50m水柱) 高压泵(H>50m水柱)
P Pe
P
Pe
(5)效率(η):
Pe 100% P
能量损失： ‫٭‬容积损失 ‫٭‬机械损失 ‫٭‬水力损失 漏液； 机械摩擦； 液体摩擦及局部阻力；
小型泵的效率一般为50-70％，大型泵的效率可达90％左右
四、离心泵的特性曲线
泵性能实验装置示意图
流量qv —— 流量计 扬程H
4qv 4 15 103 u1 1.91m/s 2 d12 3.14 0.1 4qv u2 2.98 m/s H f ,1 2 0 2 π d2
2.55 105 2.67 104 2.982 1.912 H 0.5 1000 9.81 2 9.81 29.5 m
2、离心泵的工作原理
3.离心泵的工作过程
液体排出
排液过程
灌泵
吸液过程
叶轮高 离心作用 叶轮 流道扩大 泵壳 外缘 速旋转 静压能和动能 动能 静压能
叶轮中部低压
液体吸入
4.气缚现象
若泵内存留空气→离心作用小→无自吸能力→不能启动
气缚现象 ↓ 启动时泵内需灌满液体 ↑ 装设底阀 （单向阀）（止逆阀）
（1）水泵—性质与水相似的液体 ‫٭‬B型(IS型)——单级单吸悬臂式
流体输送设备分类：
按流体类型
输送液体—泵(pumps) 输送气体—通风机、鼓风机、压缩机 及真空泵
按工作原理
离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式
第一节 离心泵
一、基本结构及工作原理
离心泵(centrifugal pump)
1.基本结构
旋转的叶轮(impeller) 固定的泵壳（Volute）
H～Q
减小：M
② 改变叶轮直径
M2
H e～ Qe QM2 QM QM1
当改变泵的特性曲线时， 工作点沿管路特性曲线移动。
Q或Qe
4.离心泵的并联操作：
合成特性曲线
相同的管路特性曲线 单台泵的特性曲线相同 合成特性曲线 并联后的实际工作点a点
Q Q并 2Q
a
管路曲线越陡，流量 增加得越小ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(2)求P P= P输入电机传 =6.20.93=5.77kW (3)求η
qv H g 15 103 29.5 1000 9.81 75.2% P 5.77 1000
影响因素
流量(qv)
扬程(H)
效率(η)
轴功率(N)
物 性
密度 ↑ 粘度 ↑ 转速 Δ<20% 叶轮直径 Δ<20%
He-泵所在管路所要求压头
H~qv
qv q (m3/h)
工作点 –需要与可能的结合
3.离心泵的流量调节：
离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法 有二： 改变管路特性曲线：即改变离心泵出口管路 上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便， 耗能大； 改变泵的特性曲线：改变泵转速或叶轮直径 实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。
1.管路特性曲线
p1 u p2 u2 Z1 H Z 2 H f ,12 g 2 g 2
2 1 2
2 2'
0 p u H Z H f ,12 g 2g
2
H0 H H 0 H f ,12
1
1'
H f ,1 2
l le d
p u H Z p u H Z g 2 g g 2 g
1 2 1 2 2 2 1 2
f ,1 2
p2 p1 u22 u12 H Z 2 Z1 H f 12 g 2g
∵Z2-Z1=0.5m, p1 d1=0.1m，d2=0.08m， =-2.67104Pa(表)，p =2.55105Pa(表), 2