文档介绍：第三章物料输送过程与设备
在生物加工工业中,存在着大量固体和流体物料的输送问题,为了提高劳动生产率和减轻劳动强度,需要采用各种各样的输送设备来完成物料的输送任务。
在生物加工工厂的生产线中,输送设备按生产工艺的要求将物料从一个工作单元传送到另一个工作单元,有时在传送过程中对物料进行工艺操作。
按所输送的物料可分为固体物料的输送和流体物料的输送。输送固体物料采用各种类型的输送机和气力输送装置;输送流体物料则采用各种形式的泵和空气压缩机。
第一节液体输送设备
在生产过程中,由于工艺上的要求,常需要把液体从一个设备通过管道输送到另一个设备中去,这就需要装置液体输送机械。被输送的液体,性质各异,有的粘稠,有的稀薄,有的有挥发性,有的对金属有腐蚀性。而且在输送过程中,根据工艺条件要求,各种液体的压头与流量又都各不相同,因此生产上就需要采用各种不同结构、不同材质的液体输送机械。
液体输送机械中,主要是各种类型的泵。根据其作用原理,大致可分为离心泵、往复泵、旋转泵等类型。
一、离心泵
(一)离心泵装置及其结构
离心泵是应用最广泛的一种液体输送机械。图3-1为离心泵装置简图。它由泵、吸入系统和排出系统三部分组成。吸入系统有吸入贮槽、吸入管、底阀、滤网。排出系统有排出贮槽、排出管、逆止阀、调节阀等。
吸入系统中的底阀为逆止阀,其作用是防止泵内的液体由吸入管倒流入吸入贮槽。滤网的作用是防止吸入贮槽内杂物进入吸入管和泵内,以免造成堵塞。排出系统的逆止阀是用来防止泵停转时排出贮槽和排出管内的液体倒灌入泵内,以免造成事故。调节阀是用来调节泵的流量。
(二)工作原理
离心泵在开动之前要先灌满所输送的液体。开动后,叶轮旋转产生离心力。在离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向叶轮外周,压力增高;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压力能,然后从排出口进入排出管路。
与此同时,由于叶轮内液体被抛出,叶轮中心形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通,另一端则浸没在输送的液体内,在液面压力(或大气压)和泵内压力(负压)的压差作用下,液体便经吸入管路进入泵内,填补了被排出液体的位置。这样,叶轮在旋转过程中,一面不断吸入液体,一面又不断给吸入的液体以一定能量并送入排出管。
(三)离心泵的主要性能参数
表示离心泵工作性能的参数叫泵的性能参数,包括:流量、压头(扬程)、效率、转速、功率、气蚀余量(吸上真空度)等。主要性能参数有压头、流量、效率等。
单位质量液体流过泵后能量的增值称为压头,一般以符号H表示,单位为m。如图3-2所示,H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程:
(3-1)
由于两截面间的管长很短,其阻力损失通常可以忽略,两截面间的动压头之差也可以忽略,于是上式可简化为:
(3-2)
流量又称排量或扬水量,是指泵在单位时间内由泵的排液口排出的液体量,通常以体积流量来表示,单位习惯上用m3/h表示。理论流量是指单位时间内流入离心泵作功部件里的液体体积容量。由于泵在工作时不免有内部和外部泄漏,因此,泵的理论流量与流量之间有如下关系:
,m3/h (3-3)
式中——单位时间内泵的泄漏量;它既包括所有不经过排液管而漏到泵体外部泄漏,也包括从泵作功部件出来后仍漏回泵吸液处的内部泄漏,m3/s
、有效功率和效率
根据泵的压头H和流量Q算出的功率是泵所输出的有效功率,以Ne表示:
(3-4)
而实际测得的轴功率N要大于有效功率Ne,这是因为泵轴输入的功率有一部分要被消耗。泵的效率就是反映泵的轴功率的利用程度,用来表示。一般小型水泵的效率为50~70%,大型泵效率可达90%。而油泵、耐腐蚀泵的效率比水泵低,杂质泵的效率更低。
离心泵的轴功率可直接利用效率计算:
(3-5)
式中——泵的轴功率,;
——泵的压头,;
——泵的流量,m3/h;
——液体密度,kg/m3;
——效率。
(四)离心泵特征曲线
离心泵的主要性能参数——压头H,轴功率N和效率与流量Q之间是有一定联系并有内部规律的。通常把表示泵的主要性能参数间的内部规律的曲线称为离心泵的特征曲线,由泵的生产部门提出,以便于设计、使用部门选择和操作时参考。
图3-3为某一型号的离心泵的特征曲线图,它由以下曲线组成:
(1)H-Q曲线,表示压头与流量的关系;
(2)N-Q曲线,表示轴功率与流量的关系;
(3)-Q曲线,表示效率与流量的关系。
η
各种型号的离心泵各有其特征曲线,形状基本上相似,其共同点为:
(1)压头随流量的改变而改变的规律,流量增大,压头下降,这是离心泵的一个重要特征;
(2)功率随流量的增大而上升,故离心泵在启动前应关闭出口阀,使流量为零而功率最小,以减小电动