模块1 流体输送操作_教案

项目3 拆装离心泵【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。

【教学目标】1．通过离心泵拆装实训，学会熟练地拆装离心泵。

2．掌握离心泵的结构和工作原理。

3．学会离心泵故障的判断及处理。

【教学重点、难点】重点：离心泵的结构和工作原理难点：离心泵故障的判断及处理【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。

根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。

【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。

然后，在学生预习的基础上学习流体输送的相关知识。

【教学过程】一、导入离心泵具有结构简单，性能稳定，检修方便，操作容易和适应性强等特点，是化工生产中应用最广泛的流体输送设备。

二、教师讲授及演示实训步骤1．布置实训任务：认识流体输送装置。

2．引导学生先大致了解流体输送装置，简述其用途，提高学生学习兴趣。

图1-25 离心水泵三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。

拆卸泵壳、叶轮——拆卸密封系统——分析结构——安装泵体——试车四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。

五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。

一、离心泵的结构与工作原理学生自学、讨论内容1．根据实物图片说明，离心泵的结构是怎样的？各部件起什么作用？图1-26离心泵结构图2．叶轮有开式、半闭式和闭式三种，其特点和使用场合有什么不同？（a）开式（b）半闭式（c）闭式图1-27 离心泵的叶轮3．泵壳为什么又称蜗壳？它是怎样完成能量转换的？4．轴封装置有填料密封和机械密封两种，它们的密封原理有什么不同？教师讲授内容2．离心泵的工作原理图1-28 离心泵工作原理图灌泵——启动后，叶片间的液体随着叶轮高速转动，被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳——在蜗壳中，液体流道逐渐扩大而减速，部分动能转变为静压能，液体以较高的压力流入排出管道，送至需要场所——叶轮中心形成真空，液体被连续压入叶轮中——叶轮不断地转动，液体不断地被吸入和排出。

二、离心泵的特性1．离心泵的主要性能参数表1-6 离心泵的主要性能参数2．离心泵的特性曲线图1-29 IS100-80-125型离心泵的特性曲线（1）H －V q 线 离心泵的扬程随流量的增大而下降。

（2）P －V q 线 轴功率随流量的增大而提高，流量为零时轴功率最小。

（3）η－V q 线 当V q ＝0时，η＝0；随着流量的增大，效率随之上升达到一个最大值；而后随流量增大，效率下降。

离心泵特性曲线上的效率最高点称为设计点，泵在该点对应的压头和流量下工作最为经济。

离心泵铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。

泵的特性曲线均在一定转速下测定，故特性曲线图上注出转速n 值。

【例1-6】 采用附图所示的装置，用清水测定一台离心泵的主要性能参数。

测得流量为10m 3/h ，泵出口处压力表的读数为0.17MPa （表压），入口处真空表的读数为－0.021MPa ，轴功率为1.07kW ，电动机的转速为2900r/min ，真空表测压点与压力表测压点的垂直距离为0.5m 。

试求该泵在此实验点下的扬程、有效功率和效率。

例1-6附图1—真空表；2—压力表；3—流量计；4—泵；5—贮槽解：（1）泵的扬程分别取真空表和压力表所处位置的截面为截面1-1'和2-2'，列柏努利方程f 2222e 121122H gp gu Z H gp gu Z +++=+++ρρ其中 Z 2－Z 1＝0.5m ，p 1＝－2.1×104Pa （表压），p 2＝1.7×105Pa （表压），ρ＝1000kg/m 3因u 1＝u 2，且两测压点的管路很短，其间流动阻力可忽略不计，即H f ＝0，故2121gp p H Z Z ρ-=-+＝81.91000)101.2(107.15.045⨯⨯--⨯+＝20 m（2）泵的有效功率Vq ＝10m 3/h ＝0.00278 m 3/sP e ＝V q H ρg ＝0.00278×20×1000×9.81＝545W （3）泵的效率o o100e P Pη=⨯＝o o5451001070⨯＝51%3．影响离心泵性能的主要因素（1）输送液体的黏度当输送液体的黏度大于实验条件下水的黏度时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、扬程减小，效率下降，轴功率增大。

（2）输送液体的密度离心泵的体积流量及扬程与液体密度无关，功率则随密度增大而增大。

（3）离心泵的转速 比例定律：2121n n q q V V =22121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n H H 32121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n P P（1-22） （3）叶轮直径 切割定律：2121d d q q V V =22121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d H H 32121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d P P（1-23） 三、离心泵的类型 学生自学、讨论内容 1．离心泵怎样进行分类？2．根据实物或泵图片，说明各种离心泵的特点及应用场合。

清水泵（IS 型、SH 型、D 型）、耐腐蚀泵、油泵、液下泵。

图1-30 单级双吸式离心泵 图1-31多级离心泵图1-32耐腐蚀泵 图1-33油泵图1-34液下泵3．根据实物或泵图片，说明各种泵的特点及应用场合，并对作出综合评价。

往复泵、计量泵、齿轮泵、螺杆泵、旋涡泵、屏蔽泵、喷射泵图1-35 往复泵图1-36 柱塞式计量泵图1-37 隔膜式计量泵图1-38 齿轮泵图1-39 螺杆泵图1-40 旋涡泵图1-41屏蔽泵图1-42 水力喷射泵图1-43蒸气喷射泵【作业】复习题8．分析并比较下列各组概念的联系与区别。

有效功率升扬高度单吸式单级开式叶轮填料密封轴功率扬程双吸式多级闭式叶轮机械密封电机功率习题项目4 离心泵操作【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。

【教学目标】1．通过本项目学习，学会离心泵的启动、运转和停车操作。

2．学会选择和安装离心泵。

3．学会离心泵特性曲线的测定方法，掌握实验数据的处理和作图方法。

【教学重点、难点】重点：离心泵的启动、运转和停车操作难点：离心泵特性曲线的测定【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。

根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。

【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。

然后，在学生预习的基础上学习流体输送的相关知识。

【教学过程】一、导入在化工生产中，离心泵的操作是非常常见的，其操作方法也较简单，但需要注意一些方面。

二、教师讲授及演示实训步骤1．布置实训任务：离心泵操作。

2．说明离心泵的的性能曲线的测定需记录的数据。

图1-44 流体输送实训装置三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。

检查准备——灌泵——启动——正常运转——测定数据——停泵——绘制曲线四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。

五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。

一、离心泵的安装高度安装高度（吸上高度）：是指泵入口中心处与吸入液面间的垂直距离。

1．离心泵的汽蚀现象当吸入液面上的压力一定时，吸上高度越高，则泵入口压力越小。

当吸入口处压力小于操作条件下被输送液体的饱和蒸气压时，在泵进口处，液体就会沸腾，大量汽化，产生的大量气泡随液体进入高压区时，又被周围的液体压碎，而重新凝结为液体。

在气泡凝结时，气泡处形成真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡中心。

这种极大的冲击力可使叶轮和泵壳表面的金属脱落，形成斑点和小裂缝，称为汽蚀。

汽蚀现象发生时，泵体因受冲击而发生振动，并发出噪音；因产生大量气泡，使流量、扬程下降，严重时不能工作。

2．泵的允许吸上高度，H g10， f 2110g 2----=H g u g p p H ρ （1-24）式中：p 0——吸入液面压力，Pa ；p 1——吸入口压力，Pa ；u 1——吸入口处的流速，m/s ；H f ，0-1——液体流经吸入管的压头损失，m 。

3．允许汽蚀余量——表示离心泵的抗汽蚀性能。

g p g u g p h ρρs2112-+=∆ （1-25）式中：p s ——操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa ；4．泵的最大安装高度的计算10， f 0g --∆--=H h g p g p H s ρρ （1-26）从安全角度考虑，泵的实际安装高度值一般应比计算值再低0.5～1m 。

【例1-7】 用油泵从密闭容器里送出30℃的丁烷。

容器内丁烷液面上的绝对压力为3.45×105Pa 。

液面降到最低时，在泵入口中心线以下2.8m 。

丁烷在30℃时密度为580kg/m 3，饱和蒸气压为3.05×105Pa 。

泵吸入管路的压头损失为1.5m 。

所选用的泵汽蚀余量为3m 。

试问这个泵能否正常工作？解：按所给条件考虑这个泵能否正常操作，就必须计算出它的安装高度，再与题中所给数值相比较，看它是否会发生汽蚀。

已知p 0＝3.45×105 Pa ，p s ＝3.05×105Pa ，Δh ＝3m ，ρ＝580kg/m 3，H f ，0－1＝1.5m ，则10， f 0g --∆--=H h g p g p H s ρρ＝5.1381.958010)05.345.3(5--⨯⨯-＝2.53m题中指出，容器内液面降到最低时，实际安装高度为2.8m ，而泵的允许安装高度为2.53m ，说明泵安装位置太高，不能保证整个输送过程中不发生汽蚀现象。

为了保证泵正常操作，应使泵入口中心线不高于最低液面2.53m ，即从原来的安装位置降低0.27m 。

二、离心泵的选用、安装与操作 学生自学、讨论内容1．离心泵的选用步骤。

2．离心泵的安装和运转要求。

3．离心泵的常见操作故障及处理方法。

三、离心泵的操作1．管路特性曲线——压头与流量的关系曲线2V Bq A H += （1-27）图1-46 管路特性曲线 图1-47 离心泵的工作点2．离心泵的工作点当泵安装在一定管路系统中时，泵的特性曲线与管路特性曲线的交点即为泵的工作点，如图1-47所示。