流体输送机械

食品工程原理之流体输送机械思维导图，讲述了流体输送机械的概述、流体输送机械的离心泵、流体输送机械的往复泵。

流体输送机械

• 1. 概述
  • 在食品的生产加工中，常常需要将流体从低处输送到高处;从低压送至高压;沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。 为流体提供能量的机械称为流体输送机械。
  • 常用的流体输送机械
    • 泵
      • 输送液体
    • • 风机
      • 压缩机
      • 真空泵
      • 输送气体
  • 泵的分类
    • 按工作原理分
      • 叶片式泵
        • 有高速旋转的叶 泵、轴流泵、涡流泵。
      • 往复泵
        • 靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。
      • 旋转式泵
        • 靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。
    • 按用途分
      • 清水泵
        • 适用于粘度与水相近的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如离心泵。
      • 油泵
        • 输送石油产品等黏度高的流体。如齿轮泵、旋转泵等。
      • 耐腐蚀泵
        • 输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性的液体
      • 杂质泵
        • 用于输送悬浮液或稠厚的液体，如污水、泥浆等
• 2. 离心泵
  • 1. 离心泵的特点
    • 结构简单;流量大而且均匀;操作方便。
  • 2. 离心泵的工作原理
    • 在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘，动能也随之增加。当液体进入泵壳后，由于蜗壳形泵壳中的流道逐渐扩大，液体流速逐渐降低。一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。
    • 1、启动前，前段机壳须灌满被输送的液体，以防止气缚。 2、启动后，叶轮旋转，产生离心力，并带动液体旋转。 3、液体在离心力的作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增大;并以很高的速度流入泵壳，在壳内减速，使大部分动能转化为静压能，然后从排出口进入排出管路。 4、由于液体被抛出，在泵的吸入口处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高。在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间 5、叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。
  • 3. 气缚现象
    • 离心泵启动时，如果泵内存有空气，由于空气密度相对于输送液体很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为离心泵的气缚现象。
  • 4. 离心泵的主要工作部件
    • 叶轮
    • 泵壳:蜗牛壳形通道。
      • 有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能;有利于减少能耗
    • 轴封装置
      • 填料密封、机械密封
  • 5. 离心泵的主要性能参数
    • 1、流量Q，L/s或m/h
      • 泵的流量(又称送液能力)是指单位时间内泵所输送的液体体积。
    • 2、扬程H，米液柱
      • 泵的扬程(又称泵的压头)是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。 离心泵压头的大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等)、转速及流量。
    • 3、效率
      • ①容积损失η1②水力损失η2③机械损失η3
    • 4、功率
      • 泵的有效功率 Ne:流体所获得的实际功率。
    • 5、轴功率N
  • 6. 离心泵的特性曲线
    • • (1)H-Q曲线压头一般随流量的增大而下降 (2)N-O曲线:离心泵的轴功率随流量增大而上升流量为零时轴功率最小。 (3)n-Q曲线随着流量增大泵的效率随之而上升并达到一最大值此后流量再增大时效率便下降。说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，通常称为设计点。
      • 泵的高效率区通常为最高效率的92%左右，选用离心泵时应尽可能使泵在此范围内工作。
    • 离心泵性能的影响因素
      • 1、离心泵的转速对特性曲线的影响
        • 当液体粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变
        • 比例定律
      • 2、叶轮直径对特性曲线的影响
        • 切割定律只有在叶轮直径的变化不大于5%D2时才适用
        • 切割定律
      • 物理性质对特性曲线的影响
        • 粘度的影响
          • 所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。结果泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大，所以特性曲线改变。
        • 密度的影响
          • 离心泵的压头与密度无关。(定性分析) 泵的轴功率随液体密度而改变。 注:当被输送液体的密度与水不同时，不能使用该泵所提供的N-Q曲线，而应按(2-4a)及(2-5)重新计算。
        • 溶质的影响
          • 如果输送的液体是水溶液，浓度的改变必然影响液体的粘度和密度。浓度越高，与清水差别越大。浓度对离心泵特性曲线的影响，同样反映在粘度和密度上。
  • 7. 离心泵的安装高度和气蚀现象
    • 气蚀现象
      • 影响因素
        • 泵的安装高度泵送液体温度泵吸入管路的局部阻力离心泵的相应数等
      • 危害
        • 1离心泵的性能下降泵的流量、压头和效率均降低。若生成大量的气泡，则可能出现气缚现象，且使离心泵停止工作。 2产生噪声和振动影响离心泵的正常运行和工作环境。 3泵壳和叶轮的材料遭受损坏,降低了泵的使用寿命。
      • 气蚀余量
        • 定义式
    • 安装高度
      • 允许吸上真空高度法
      • 气蚀余量法
  • 8. 离心泵的工作点
    • 管路特性方程
    • 管路特性曲线
      • 管路特性方程
      • 泵的特性方程
        • H=f（Q）
      • 联立管路特性方程和泵的特性方程可得
  • 9. 流量调节
    • 几种流量调节方法的比较
      • 改变阀门开度调节流量
        • 方法简便，应用广泛。但关小阀门会使阻力加大，因而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，该法是不经济的。
      • 改变转速调节流量
        • 可保持管路特性曲线不变，流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，因节能效果显著，但需要变速装置难以做到流量连续调节。
      • 改变叶轮直径
        • 可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率。
      • 在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑使用调速的方法。
  • 10. 并联与串联操作
    • 并联操作
      • Q并<2Q
        • 在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍
    • 串联操作
      • H串<2H
        • 两台相同型号的泵串联工作时，每台泵的压头和流量也是相同的。在同样的流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。
  • 11. 离心泵的选择
    • 选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。
    • 选择步骤
      • (1)确定输送系统的流量与压头 a流量一般为生产任务所规定。 b根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。 (2)选择泵的类型与型号 a根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型； b按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号； c如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的型号; d如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定; e按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。 (3)校核泵的特性参数 如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵的流量与压头及轴功率。
• 3. 往复泵
  • a. 往复泵是利用活塞的往复运动，将能量传递给液体，以完成液体输送任务。
  • b. 往复泵的特点
    • 往复泵输送流体的流量只与活塞的位移有关，而与管路情况无关; 往复泵的压头只与管路情况有关。 上述特性称为正位移特性，具有这种特性的泵称为正位移泵。