《制药工程原理与设备》2流体输送设备.ppt

1,第二章 流体输送设备,讲授人：史益强,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,2,概述,2.分类,输送液体泵,1.作用,低压 高压,低处 高处,近处 远处,按流体类型,按作用原理：,离心式、往复式、旋转式,流体物性不同,操作条件各异,输送气体通风机、鼓风机、压缩机及真空泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,3,1.基本结构,固定的泵壳,旋转的叶轮,第一节 离心泵centrifugal pump 一、离心泵的工作原理,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,4,第一节 离心泵一、离心泵的工作原理,2.工作原理,叶轮中部低压,液体吸入,灌泵,叶轮高速旋转,离心作用,静压能和动能,叶轮外缘,流道扩大,动能,静压能,液体排出,排液过程,吸液过程,泵壳,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,5,3.气缚现象air binding,装设底阀(单向止逆阀),第一节 离心泵centrifugal pump 一、离心泵的工作原理,预防气缚现象方法：(1)在泵壳和吸入管内充满液体排除气体;(2)将泵安装在液面下方。,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,6,第一节 离心泵二、离心泵的主要部件,1.叶轮,作用传递能量,结构前弯叶片、后弯叶片、径向叶片,类型,开式、半闭式和闭式,单吸式和双吸式,吸入方式,化工原理课件第二章 流体输送设备,7,第一节 离心泵二、离心泵的主要部件,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,8,双吸式：,吸液量大,无轴向推力,第一节 离心泵二、离心泵的主要部件,双吸,单吸,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,9,2.泵壳 汇集液体，转能装置,4.轴封,作用防止漏液,类型填料或机械(高)密封,3.导轮,未装导轮,装导轮,第一节 离心泵二、离心泵的主要部件,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,10,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,1.主要性能参数,2B31型离心泵铭牌上标注的参数,(1)流量Q:单位时间由泵排入管路的液体体积，m3/s,Q与泵的结构、尺寸、转速等有关,实际流量还与管路特性有关。,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,11,(2)扬程或压头H:供给1N液体的有效机械能，m,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,H与泵的结构、转速和流量有关。,扬程与升扬高度的区别：,升扬高度,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,12,(4)轴功率N:泵轴从电机上得到的功率。W,(3)有效功率Ne:单位时间液体从泵获得到的能量，W,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,13,能量损失：,容积损失 漏液；,机械损失 机械摩擦；,水力损失 液体摩擦及局部阻力；,(5)效率:,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,=.,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,14,(1)HQ线:Q,H,(3)Q线:Q,先后,(2)NQ线:Q,N,Q=0N=Nmin 0,Q=0H0,最高点 设计点,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,2.离心泵的特性曲线characteristic curves,实验测定,design point,泵的高效率区：最高效率的2左右。,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,15,例：吸入管内径100mm,排出管内径80mm,两测压口间垂直距离为0.5m。转速2900r/min,以20oC清水为介质测得流量为15L/s;泵出口表压为2.55105Pa,入口真空度为2.67104Pa;电动机输入功率6.2kW,泵由电动机直接带动,电动机效率93%。求泵的压头,轴功率和效率。,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,解：,(1)求H,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,16,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,17,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,Z2-Z1=0.5m,p1=-2.67104Pa(表)，,d1=0.1m，d2=0.08m，,p2=2.55105Pa(表),制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,18,(2)求N,N=N输入电机传,(3)求,第一节 离心泵三、离心泵的主要性能参数与特性曲线,=6.20.93100%=5.77kW,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,19,第一节 离心泵四、离心泵性能的改变与换算,物性,密度,粘度,泵,转速变化20%,叶轮直径变化20%,proportion law,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,20,操作温度下,液体的饱和蒸汽压,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,气化,气泡,叶轮中部(低压区),叶轮外缘(高压区),气泡破裂,冲击叶轮,泵损害,1.离心泵的气蚀现象cavitation,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,21,2.泵的允许安装高度 installing high,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,实际安装高度Z 允许安装高度Hg，则泵发生气蚀现象，属于不正常操作。Hg越大越安全。,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,22,(1)允许吸上真空度：若,允许吸上真空度,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,10m,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,23,Hs 越大，泵抗“气蚀”性越好，Hg越高。为提高泵的允许安装高度，应选用直径稍大的吸入管路。应尽可能缩短吸入管路的长度，并减少不必要的管件和阀门。,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,24,由于泵的使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，因而有不同的 和 值，故制造商一般不能给出泵的 值。使用单位应根据泵的具体使用条件和吸入管路的布置情况，由计算确定泵 的值。,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,25,Hs与泵结构，流量，物性，大气压有关。,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,26,海拔高度越高，大气压力就越低，泵的允许吸上真空度就越小。液体的饱和蒸气压与温度有关。被输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸气压就越高，泵的允许吸上真空度就越小，泵容易发生汽蚀现象。水 20 80 泵HS 5.7 1.14m,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,27,(2)气蚀余量,敞口贮槽，由,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,Hs,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,28,与泵的结构和尺寸有关。,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,越高，泵抗“气蚀”的性能越差，Hg越低,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,29,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,2)若,则用 替代；,3)一般,注意：1),制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,30,1),(3)防止气蚀的措施,2)泵安装在液面以下,3)对易汽化的液体，提高，降低温度。,第一节 离心泵五、离心泵的气蚀现象与允许安装高度,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,31,1.管路特性曲线,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,32,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,(管路特性方程),制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,33,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,HeQe,与管路布局有关,与泵性能无关,HQ,泵的特性曲线,说明:,HeQe,HQ,管路的特性曲线,duty point,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,34,例:将20的清水从敞口水池输送到高位槽，两液面间的垂直距离为15m，吸入管和排出管的管径均为140 4.5mm，管总长200m(包括所有阻力的当量长度)。摩擦系数0.02。若高位槽液面上方的压强分别为常压和4.5 104Pa(表压)时，分别写出两种情况下的管路特性方程。,解:,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,35,常压:,p2=4.5104Pa,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,36,工作点,2.工作点,H-泵在Q下所能提供的压头,He-在Qe下，管路系统要求泵提供的压头,工作点 需要与可能的结合,Q=Qe,H=He,说明供求一致,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,管路特性曲线,泵的特性曲线,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,37,3.离心泵的流量调节：,(1)调节阀门改变管路特性曲线,阀门关小：M M1,开大：M M2,可连续调节流量；,阀门关小,流阻增大，操作费高。,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,HeQe,当改变管路特性曲线时，工作点沿泵的特性曲线移动。,关小,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,38,转速增大：M M1,减小：M M2,改变叶轮直径,(2)调节泵的特性曲线,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,HQ,改变转速,当改变泵的特性曲线时，工作点沿管路特性曲线移动。,增大,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,39,(1)并联：,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,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,合成特性曲线,并联后的实际工作点a点,a,管路曲线越陡，流量 增加得越小,4.离心泵的组合操作,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,40,(2)串联：,合成特性曲线,M,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,合成特性曲线,串联后的实际工作点a点,管路曲线越坡，扬程 增加得越小,a,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,41,(3)串并联的选择：,须用串联,若,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,HeQe,HQ,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,42,低阻管路,宜用并联,高阻管路,宜用串联,第一节 离心泵六、离心泵的工作点与调节,A,B,A,B,串联,并联,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,43,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,离心泵,输液性质,水泵,耐腐蚀泵,油泵,杂质泵,吸液方式,单吸泵,双吸泵,叶轮数目,单级泵,多级泵,压头高低,低压泵,中压泵,高压泵,(H20m水柱),(H50m水柱),1.离心泵的类型,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,44,（1）清水泵输送与水性质相似的液体,B型(IS型)单级单吸悬臂式,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,45,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,H：5-125m，Q：6.3-400,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,46,D型多级泵,压头较高,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,H：14-351m，Q：10.8-850,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,47,流量较大,S型(原Sh型)双吸泵,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,H：9-140m，Q：120-12500,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,48,(2)耐腐蚀泵(F型)酸、碱液等,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,与被输送流体接触的材料全是耐腐蚀材料密封要求高，一般采用机械密封。,H灰口铸铁浓硫酸,B铬镍合金钢弱腐蚀性液体,M铬镍钼钛合金钢浓硝酸,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,49,(3)油泵(Y型)石油产品,轴封严格、冷却良好,100Y-1202,吸入口直径,mm,单吸油泵,单级扬程,级数,YS双吸油泵,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,(4)杂质泵(P型)悬浮液和稠浆液,叶片少、流道宽(开式或半闭式),制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,50,液下泵,轴封要求不高,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,51,磁力驱动泵,特点:无泄漏 低噪音 节能环保 成本高,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,52,2.离心泵的选择,(1)液体性质,泵的类型；,如输送清水时可选用清水泵，并确定是IS型(B型)，还是D型或Sh型(S型)；输送腐蚀性液体时可选用相应的耐腐蚀泵；输送油类液体时可选用油泵等。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,53,(2)确定流量(Qe)和压头(He),液体的输送量一般为生产任务所规定，选泵时应以生产过程中可能出现的最大流量作为Qe的值。而He可根据管路系统的具体布置情况，由柏努利方程式确定。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,54,根据泵的类型、流量Qe和压头He，从泵样本或产品目录中选择适宜的型号。为确保泵能安全可靠地运行，所选泵在要求的流量下提供的扬程应稍大一些，但在该条件下所对应的泵效率应比较高，即点(Qe，He)的坐标位置应靠在泵的高效率范围所对应的HQ线下方。,(3)确定泵的型号，列出主要性能参数,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,55,附录21 IS型单级单吸离心泵规格(摘录)p451,56,57,(4)核算轴功率,若被输送液体的密度大于常温下清水的密度，校核泵的轴功率是否够用。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,58,例：若某输水管路系统所要求的流量为50m3h-1，压头为28m，试选择一台适宜的离心泵，并确定该泵在实际运行时所需的轴功率及因用阀门调节流量而多消耗的轴功率。已知水的密度为1000kgm-3。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,59,解：(1)确定泵的类型 由于被输送液体为清水，故选用清水泵。由IS型、D型及Sh型水泵的流量范围和扬程范围可知，IS型和D型水泵都可满足所要求的流量和压头，但D型水泵的结构比较复杂，价格也较高，所以选用IS型水泵。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,60,(2)确定泵的型号 根据Qe=50m3h-1及He=28m，由附录21查得IS80-65-160型水泵较为适宜，该泵的转速为2900rmin-1，在最高效率点下的主要性能参数为:Q=50 m3h-1，H=32m，N=5.97kW，=73%，=2.5m,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,61,(3)该泵实际运行时所需的轴功率 该泵实际运行时所需的轴功率实际上是泵工作点所对应的轴功率。当该泵在Q=50m3h-1下运行时，所需的轴功率为5.97kW。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,62,(4)因用阀门调节流量而多消耗的功率 由该泵的主要性能参数可知，当Q=50m3h-1时，H=32m及=73%。而管路系统要求的流量为Qe=50m3h-1，压头为He=28m。为保证达到要求的输水量，应改变管路特性曲线，即用泵出口阀来调节流量。操作时，可关小出口阀，增加管路的压头损失，使管路系统所需的压头也为32m。,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,63,阀门调节流量而多消耗的压头为H=32-28=5m多消耗的轴功率为,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,64,安装高度Hg 防气蚀；,启动前灌液防气缚；,启动前关闭出口阀N=Nmin；,停泵前关闭出口阀防倒冲；,冬天停泵应排尽液体防冻裂。,泵的安装和操作,第一节 离心泵七、离心泵的类型与选择,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,65,1.往复泵reciprocating pump,(1)单动泵：,结构,第二节 其他类型泵,原理,吸液,排液,排液量不均匀,活塞,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,66,(2)双动泵：,(3)三联泵,排液较均匀,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,67,排液能力：,流量,活塞截面积,活塞往复次数,活塞冲程m,(),位移,(4)特点：positive displacement pump,单动泵,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,68,活塞杆的截面积,双动泵,活塞杆的直径,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,69,压头：,吸上高度有限制,取决于,原动机功率,装置机械强度,有自吸能力(无需灌液),第二节 其他类型泵,往复泵的安装高度为45m，转速为80200rpm。,理论上，输送系统需要多大的压头，往复泵就能提供多大的压头，而与泵的流量无关。,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,70,流量调节：,改变往复速率或冲程；,回(旁)路调节,能量损失大。,不可关闭出口阀启动电机,适用于小流量、高压头、高粘度流体。,不适于腐蚀性流体和悬浮液。,第二节 其他类型泵,=72%93%,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,71,二、计量泵(比例泵)：,精确调控流量,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,72,柱塞式计量泵,米顿罗计量泵,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,73,三、旋转泵(转子泵)：正位移泵,齿轮泵gear pump,螺杆泵,高压头、高粘度,均为正位移泵流量调节同往复泵,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,74,四、旋涡泵vortex pump：,小流量、高压头,低粘度,依靠离心力,启动前需灌泵,启动时全开出口阀,第二节 其他类型泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,75,气体输送设备分类：(1)通风机fan p2 表 300kPa，4；(4)真空泵vacuum pump 用于减压，终压为当时当地的大气压，压缩比由真空度决定。气体输送设备分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式等。,第三节 气体输送设备,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,76,一、离心式通风机结构和工作原理 离心式通风机的结构和工作原理均与离心泵的相似，气体流通截面有方形(压强低)和圆形(压强高)两种。性能参数与特性曲线 1.性能参数通风机的性能参数有风量、风压、轴功率和效率。风量(流量)Q:单位时间内由风机排出的气体体积(以风机进口处的气体状态计)。,第三节 气体输送设备,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,77,第三节 气体输送设备,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,78,风压HT:单位体积的气体流过风机时所获得的总机械能，Pa。轴功率与效率 离心式通风机的轴功率计算式,第三节 气体输送设备,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,79,离心式鼓风机、压缩机 二、旋转式鼓风机、旋转式压缩机 旋转式风机出口应安装稳压气柜和安全阀，并采用回路装置调节流量，起动时，其出口阀不能完全关闭。,第三节 气体输送设备简介,罗茨鼓风机,水环泵,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,80,三、液环式真空泵适用于抽吸含有液体的气体，尤其在抽吸有腐蚀性或爆炸性气体时更为适宜。往复式真空泵应避免所抽吸气体中含有液体，否则可能会造成严重的设备事故。往复式真空泵排气量不均匀，且结构复杂、维修费用高。,第三节 气体输送设备,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,81,旋片式真空泵,水环真空泵,第三节 气体输送设备,制药工程原理与设备第二章 流体输送设备,