第二章流体输送机械思维导图

化工原理第五版第二章流体输送机械，在化工生产过程中，流体输送是最常见的，甚至是不可缺少的单元操作。流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置，因此流体输送机械后即可获得能量，以用于克服流体输送沿程中的机械能损失，提高位能以及提高液体压强（或减压等）。

第二章：流体输送机械

• 管路特性方程
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  • 曲线
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• 液体输送设备
  • 离心泵
    • 工作原理
      • 排液：叶轮旋转→蜗壳（动能→静压能）→下游管道
      • 吸液：液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，叶轮中心形成低压，液体在外界压力和叶轮中心的压力差作用下吸入叶轮
    • 主要的性能参数
      • 流量（qv）：单位时间内离心泵输送到管路系统的液体体积
      • 扬程（H）：也称压头，泵对单位重量流体所做的功；单位重量流体流经离心泵后获得的机械能
      • 在一定转速下，二者呈线性关系
      • 有效功率（Pe）：泵在单位时间内对泵做的功
      • 轴功率（P）：原动机通过泵轴供给泵的输入功率
      • 效率（η）：η=Pe/P（小型泵50%~70%，大型泵90%）
    • 叶片的形状
      • 后向（弯）叶片：β2<90°，H∞<u²/g
      • 径向叶片：β2=90°,H∞=u²/g
      • 前向（弯）叶片：β2>90°,H∞>u²/g
      • 前弯叶片理论压头最高，动能较大；后弯利用率最高，动能较小
    • 特性曲线
      • 注意
        • 防止电机过载，启动时出口阀全关
        • 与转速有关，一定要标明转速
        • 最高点为设计点，此时最经济
        • 高效区：不低于高效率92%的范围
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    • 特性曲线的矫正
      • 流体密度
      • 流体粘度
        • 当流体粘度<20×10^-6m²/s时，曲线变化不大，可以不校正
        • 当流体粘度>20×10^-6m²/s时，用公式法逐点校正
      • 叶轮转速
      • 叶轮直径
    • 工作点：管路特性曲线与扬程曲线的交点M点
    • 流量调节
      • 改变管路特性
        • 节流调节：在泵出口安装阀门调节流量（阀门关小，流量减小，局部阻力增大，管路特性曲线变陡峭）
          • 优点：迅速方便，连续调节
          • 缺点：阀门阻力损失增大
          • 适用：流量调节幅度不大，但需经常调节
      • 改变泵特性
        • 调节转速：转速减小，泵特性曲线向左下方移动
          • 优点：无多余能量损失，但需安装调速装置
          • 适用：流量变化幅度大，大中型泵流量调节适用
        • 更换或切削叶轮：叶轮直径减小，泵特性曲线向右下方移动
          • 优点：无多余能量损失
          • 适用：流量变化幅度不大
      • 串联/并联组合操作
        • 串联操作：两台型号相同的离心泵串联时，若各自的吸入管路完全相同，则两台泵的流量和压头必各自相同，且同一流量下，两台泵串联操作时的压头为单台泵的两倍
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        • 并联操作：两台型号相同的离心泵并联时，若各自的吸入管路完全相同，则两台泵的流量和压头必各自相同，且同一压头下，两台泵并联操作时的流量为单台泵的两倍
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    • 气缚、气蚀
      • 气缚
        • 定义：离心泵启动时，若泵内存有空气，那么由于空气密度低，旋转产生离心力小，因此叶轮中心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
        • 预防：启动前灌满液体，进行灌泵操作
      • 气蚀
        • 定义：离心泵安装高度提高时，泵内压力降低，到达叶轮中心低压区的液体，有一部分将沸腾汽化，产生气泡。当气泡随周围液体流至高压区，压力升高，气泡凝聚，液体质点会冲击叶片
        • 预防：离心泵内的最低压力>被输送液体的饱和蒸汽压（Pk>Ps）
          • 提高储槽上方的压力
          • 减小泵的安装高度
          • 减小泵进口管路的阻力
          • 减小汽蚀余量
    • 最大安装高度
      • 公式
      • 汽蚀余量（NPSH）：与泵的结构有关，是泵的特性参数之一
      • 必需汽蚀余量（NPSHr）：用20℃清水为介质对NSPH测定
      • 为保证不发生气蚀安装高度不得大于允许安装高度
    • 类型
      • 根据被输送液体的性质
        • 水泵，耐腐蚀泵，油泵，杂质泵
    • 离心泵的选用
      • 根据被输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型
      • 根据具体管路对泵提出的流量和压头要求，确定泵的型号
  • 往复泵
    • 分类
      • 单动泵（单作用泵）：泵内只有一个泵缸，只在活塞一侧安装阀门
      • 双动泵（双作用泵）：泵内只有一个泵缸，在活塞两侧安装阀门
    • 工作原理
      • 吸液过程
      • 排液过程
    • 流量曲线：不同泵缸流量曲线不同
    • 特性曲线
    • 流量调节
      • 改变泵的特性：改变冲程大小，改变活塞往复频率
      • 改变管路调节：旁路调节
    • 自吸作用和安装高度：启动前不需要灌泵
• 气体输送设备
  • 通风机（排气压≤15KPa）
  • 鼓风机（排气压力15~300KPa，压缩比<4）
  • 压缩机（排气压力>300KPa，压缩比>4）
  • 真空泵（排气压力为大气压，压缩比范围很大）
    • 水环式真空泵
  • 压缩比=排气压力/进口压力