化工原理电子教案

课题 教 学 目 标 重点 离心泵 知识与技能：1.了解离心泵的主要构造及各部分作用 2.掌握离心泵工作原理 情感态度与价值观：通过资料、图片，了解离心泵工业生产中的作用，激发学生的学习兴趣；学生通过探究性学习和展示，让学生掌握知识及运用知识。 1、离心泵工作原理 2、离心泵的特性曲线 难点 1、离心泵的流量调节 2、离心泵的安装高度 教学方法 讲授，启发 教师活动 [复习提问]离心泵的主要构造及各部分作用 提示：叶轮-------转能 泵壳-------转能 轴封装置 [导入]：引导思考：前几节课我们一起学习了解了离心泵的主要构造及其作用，那它们是怎样实现各自的功能发挥作用的呢？在发挥作用的时候，又有怎样的因素影响了离心泵的工作状态呢？-----------这些内容即为本节课要讲述的知识。请同学们打开课本，阅读离心泵的工作原理及其相关知识。 分组讨论。 学生活动 学生复习回顾上节课所学知识点 5分钟预习课本相关知识 阅读教材、讨论、小组交流、学生归纳总结 设计意图 帮助学生及时总结复习 培养学生综合分析问题的能力、学生的交流、沟通能力，学生归纳、语言表达能力 培养阅读和分析能力 板书设计 一、离心泵的工作原理 （1）离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳 （2）离心泵的理论压头HT 假设：①叶片的数目无限多，叶片的厚度无限薄，从而可以认为液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象；②液体是理想流体，无摩擦阻力损失。在叶轮的进、出口截面到机械能衡算式，从而导出离心泵理论压头HT为 HT（3）流量对理论压头的影响 2uuctg222 （2-18） HqTVggA2A2rb222 u2c2cos2 （2-15） gc2rbcsin qA v22r2222=（4）叶片形状对理论压头的影响 当泵转速n、叶轮直径D2、叶轮出口处叶片宽度b2、流量qv一定时，H① 径向叶片，2=90，ctg2=0，HT随叶片形状2而变。 u22Tg与qv无关。 2u2② 后弯叶片，  90,ctg0,H22Tg2u2③ 前弯叶片， 90,ctg0,H22Tg由此可见，前弯叶片产生的HT最大，似乎前弯叶片最有利，实际情况是否果真如此呢？我们分析如下： u2pHT=位头（z）+静压头（）+动压头（） 2gg而290的前弯叶片流体出口的绝对速度c2很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片（ oo25~30）。 2（5）液体密度对理论压头的影响 从式（2-15）或（2-18）均可看出H不变。可以这样解释： T与无关，也就是说被输送液体变，在其他条件不变时HTFp2c Fmr,p,H与无关.cTAg2气缚现象（前一节已解释） 二、离心泵的特性曲线 （1）泵的有效功率Pe和效率 液体从泵中实际得到的功率称为有效功率Pe PqHgeve电动机给予泵轴的功率称为轴功率Pa。泵在运转过程中由于存在种种原因导致机械能损失，使得PePa，Pe与Pa之比称为泵的效率 Pe PaPqHgqHeVeVe轴功率 P （W）=（KW）a102解题指南及大多数教材轴功率Pa用N、有效功率Pe用Ne表示，解题指南P174或式（11-2）及下方一段内容，考虑各种损失后实际压头He与实际流量qv的关系见图1。Heqv关系影响因素众多，只能靠实验测定。 （2）离心泵的特性曲线 由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系HQ 、NQ、Q只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。 实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号（如4B20）及转速n，说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。 由图可见： ① 一般离心泵扬程H随流量Q的增大而下降（Q很小时可能例外）。当Q=0时，由图可知H也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性； ② 轴功率N随流量Q增大而增加，当Q0时，N最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损； ③ Q曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高，能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92%max。 （3）液体密度对特性曲线的影响 理论q与无关，实际qDbcsinv2222v与也无关，但qq与有关理论mvu2c2cos2与无关，实际He也与无关。 gqHve P P392泵性能表上列出轴功率指输送20C清水时的Pa，所选泵用于输（KW）a102送比水大的液体应先核算PaPa，若Pa表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会HT烧坏。 （4）液体粘度对特性曲线的影响 fve，H，qH，，P（的幅度超过qH的幅度，Pavea。泵厂家提供的特）性曲线是用清水测定的，若实际输送液体比清水大得较多。特性曲线将有所变化，应校正后再用，其他书有介绍校正方法。 （5）转速n对特性曲线的影响 泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化<20%，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变,泵的效率不变(等效率)，则 23 ， ， qcunHucnPqHnv22e22avenPan22 ， ， qvn1HenPna11 上式称为离心泵的比例定律，n变化<20%，相等时成立。 （6）叶轮直径D2对特性曲线的影响 qvn2He23泵的特性曲线是针对某一型号的泵（D2一定），一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使直径变小，可以减低qv和He而节省Pa。若D2变化5%，可认为2不变，不变，则 D2 qcuD(ur,r)v222222223HucDqH~De222 ，Pave2 得 DDDH2P3qva2,e(2),(2) qDDPDv2He2a2上式称为离心泵的切割定律，D2变化5%，相等时成立。 三、离心泵的流量调节和组合操作 （1）离心泵的工作点 管路特性曲线方程 Hf(q)BKqvv 2泵特性曲线方程 H (q)CDqevv泵的工作点即为两条曲线的交点。 四、离心泵的安装高度 2（1）汽蚀现象 液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。泵内压强最低处是叶轮中心进口处KK面。在00面与KK面之间到机械能衡算式并以00面为基准水平面，得 2pp0KuK HHgf(0K)gg2gHf(0K)一定）,p若液面压强p0，吸入管路流量及管路一定（即uK、。安装高度H，当pKgK至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即P，液体将发生沸腾部分汽化，所生成的Kpv）大量蒸汽压泡在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出,H,噪音，泵的q，严重时甚至吸不上液体。汽蚀现象是有害的，必须加以避免。从上面的分ve析可知，泵的安装高度Hg不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压pv。我国的离心泵规格中采用下述两种指标来表示泵的吸上性能，下面简述其意义，并说明如何利用该指标来确定泵的Hg不致与发生汽蚀现象。 （2）最大安装高度Hg,max、最大允许安装高度Hg与实际要安装的高度Hg pkpv时发生汽蚀现象，此时的安装高度最大 2ppu0vK HHHg,maxf(01)f(1K)gg2guK2Hf(1K) (NPSH)C=2g(NPSH)C由泵的厂家提供，故Hg,max可以计算。为安全起见，通常是将Hg,max减去一定量作为安装高度的上限，称为最大允许安装高度Hg p0pv HH(NPSH)0.5gf(01)rgg>(N(NPSH)r称为必需汽蚀余量，(NPSH)0.5PSH)C，rHg