1、四位一體多功能流體輸送培訓裝置操作手冊天津大學過程工業技術與裝備研究所天津市睿智天成科技發展天津職業大學一、實訓目的2二、生產工藝過程 2一流體流動基本原理 2二帶有控制點的工藝及設備流程圖 9三、安全生產技術 11一生產事故及處理預案 11二工業衛生和勞動保護 11四、實訓操作步驟 12一開車前的準備工作 12二流體阻力測定 13三離心泵性能測定 14四流體輸送14五文丘里流量計標定 15五、附錄水的物理性質 16流體輸送實訓裝置操作手冊一、實訓目的化工生產涉及的物料大部分是流體，涉及的過程絕大部分是在流動條件下進行 的。流體流動的規律是化工原理的重要基礎。二、生產工藝過程液體和氣體統稱為流

2、體。流體的特征是具有流動性，即其抗剪和抗張的能力很 小；無固定形狀，隨容器的形狀而變化；在外力作用下其內部發生相對運動。化工生產中所處理的原料及產品，大多都是流體。制造產品時，往往按照生產 工藝的要求把原料依次輸送到各種設備內，進行化學反應或物理變化；制成的產品 又常需要輸送到貯罐內貯存。在化工生產中，以下兩個方面經常要應用流體流動的基本原理及其流動規律：1流體的輸送 通常設備之間是用管道連接的，欲想把流體按照規定的條件, 從一個設備送到另一個設備，就需要選用適宜的流動速度，以確定輸送管路的直徑 在流體的輸送過程中，常常要采用輸送設備，因此就需要計算流體在流動過程中應 加入的外功，為選用輸送設

3、備提供依據。2壓強、流速和流量的測量 為了了解和控制生產過程，需要對管路或設 備內的壓強、流速及流量等一系列參數進行測定，以便合理地選用和安裝測量儀表, 而這些儀表的操作原理又多以流體的靜止或流動規律為依據。一流體流動基本原理流體流動阻力連續性假定 流體包括液體和氣體。流體是由大量的彼此之間有一定間隙的單 個分子所組成的，而且各單個分子作著隨機的、混亂的運動。如果以單個分子作為考察對象，那么，流體將是一種不連續的介質，所需處理的運動是一種隨機的運動, 問題將是非常復雜的。但是，在流動規律的研究中，人們感興趣的不是單個分子的微觀運動，而是流 體宏觀的機械運動。因此，可以取流體質點或微團而不是單個

4、分子作為最小的 考察對象。所謂質點指的是一個含有大量分子的流體微團，其尺寸遠小于設備尺寸,但比起分子自由程卻要大的多。 這樣，可以假定流體是由大量質點組成的、彼此問 沒有間隙、完全充滿所占空間的連續介質。流體的物理性質及運動參數在空間作連 續分布，從而可以使用連續函數的數學工具加以描述。實踐證明，這樣的連續性假定在絕大多數情況下是適合的，然而，在高真空稀 薄氣體的情況下，這樣的假定將不復成立。如果運動空間各點的狀態不隨時間而變化，則該流動稱為定態流動。顯然，對 定態流動，指定點的速度以及壓強等均為與時間無關的常數。假設取流體中任一微小平面，作用于其上的外表力可分為垂直于外表的力和平 行于外表的

5、力。前者稱為壓力，后者稱為剪力或切力圖1剪應力與速度梯度設有間距甚小的兩平行平板，其間充滿流 體如右圖。下板固定，上板施加一平行于平 板的切向力F,使此平板以速度u做勻速運動。 緊貼于運動板下方的流體層以同一速度u流動，而緊貼于固定板上方的流體層則靜止不動。兩板間各層流體的速度不同，其大小如圖中箭頭所示。單位面積的切向力 F/A 即為流體的剪應力 岱對于大多數流體，剪應力 p服從以下牛頓黏性定律：du1 dydu式中 一法向速度梯度，1/sdy2流體的黏度，N s/ m ,即Pa st男應力，Pa牛頓黏性定律指出，剪應力與法向速度梯度成正比，與法向壓力無關。流體的 這一規律與固體外表的摩擦力的

6、規律截然不同。固體的剪應正比于剪切變形，流體 在剪切力的作用下其變形是無止境的，只要作用力存在，變形與運動將一直維持下去，只能在應力與變形的快慢即變形速率之間建立關系。流體在管道內流動時，由于流體的黏性作用和渦流的影響會產生阻力。直管的摩擦系數是雷諾數和管的相對粗糙度/d的函數，即 =Re, /d ,因止匕, 相對粗糙度一定，入與Re有一定的關系。根據流體力學的基本理論，摩擦系數與阻 力損失之間存在如下關系：2hf i2d 2式中 hf阻力損失，J/kgl 管段長度，md管徑，mu流速，m/s入摩擦系數管路的摩擦系數是根據這一理論關系來測定的。對已知長度、管徑的直管，在 一定流速范圍內，測出阻

7、力損失，然后按2式求出摩擦系數。根據能量守恒方 程：22p1 Zig 1- w -p2 z2g 2- hf13在一條等直徑的水平管上選取兩個截面，測定Re的關系，則這兩截面問管段的阻力損失便簡化為hf J2 上4兩截面間管段的壓力差 A P可以用壓差傳感器測量，故可計算出 hf 0用渦輪流量計測定流體通過已知管段的流量，在已知 d的情況下流速可以通過 式V d2u計算，由流體的溫度可查得流體的密度、黏度，因此，對于每一組測 得的數據可分別計算出對應的 人和Re。流體流量的測定在生產或實驗研究中，為控制一個連續過程必須測量流量。各種反應器、攪拌 器、燃燒爐中流速分布的測量，更是改良操作性能、開發

8、新型化工設備的重要途徑。 迄今，已成功地研制出多種流場顯示和測量的方法，如熱線測速儀、激光多普勒測 速儀以及攝像儀等。節流式流量計是利用流體流經節流裝置時產生壓力差而實現流量測量的。它通 常是由能將被測流量轉換成壓力信號的節流元件如孔板、噴嘴等和測量壓力差 的壓差計組成。以下圖式節流式流量計的一種一一文丘里流量計。它采用了漸縮和 漸擴管，防止了突然的縮小和突然的擴大，與其它節流元件相比，大大地降低了阻 力損失。為了防止流量計長度過大，收縮角可取得大一些，通常為15。25。；擴大角仍需取得小些，一般為5°7°。圖2文丘里流量計流量米用下式計算:式中 VsCAoAPP被測流體的

9、體積流量，m3/s流量系數，無因次流量計節流孔截面積，m2流量計上、下游兩取壓口之間的壓差，Pa被測流體白密度，kg/ m3文丘里流量計的流量系數 C約為0.980.99,阻力損失J/kg為hfO.luo6式中，U0為喉孔流速，m/s。它的能量損失為各種節流裝置中最小的，流體流過文 丘里管后壓力基本能恢復。但制造加工復雜，成本高。轉子流量計應用廣泛，具結構如右圖所示。圖中轉子流量計的主體是一微帶錐 形的玻管，錐角約在4°左右，下端截面積略小于上端。管內有一直徑略小于玻璃管內徑的轉子或稱浮子，形成一個截面積較小的環隙。轉子可由不同材料并制成不同形狀，但其密度大于被測流體的密度。管中無流

10、體通過時, 當被測流體以一定的流量通過轉子流量計時，流體在環隙中 的速度較大，壓強減小，于是在轉子的上、下端面形成一個 壓差，轉子將“浮起”。隨轉子的上浮，環隙面積逐漸增大， 環隙中流速將減小，轉子兩端的壓差隨之降低。當轉子上浮 至某一高度，轉子上、下端壓差造成的升力恰等于轉子的重 量時，轉子不再上升，懸浮于該高度上。當流量增大，轉子兩端的壓差也隨之增大，轉子在原來 位置的力平衡被破壞，轉子將上升至另一高度，到達新的力 平衡，由此可見，轉子的懸浮高度隨流量而變，轉子的位置一 般是上端平面指示流量的大小。轉子流量計的體積流量為 ；轉子將沉于管底部。液厚出口就厚人口圖3轉子流量計1-錐形硬玻璃管；

11、2-刻度3-突緣填函蓋板；4-轉子2Vf f g qv CrA。A-式中 qv 被測流體的體積流量，m3/sCr 流量校正系數，無因次Ao 玻璃管環隙截面積，m2Af 轉子截面積，m2Vf 轉子的體積，m3轉子的密度，kg/ m3P 被測流體的密度，kg/ m3轉子流量計的特點一一恒流速、恒壓差。渦輪流量計為速度式流量計，是在動量矩守恒原理的基礎上設計的。渦輪葉片 因流動流體沖擊而旋轉，旋轉速度隨流量的變化而改變。通過適當的裝置，將渦輪 轉速轉換成電脈沖信號。通過測量脈沖頻率，或用適當的裝置將電脈沖轉換成電壓 或電流輸出，最終測取流量。渦輪流量計的優點為：測量精度高。精度可以到達0.5級以上，

12、在狹小范圍內甚至可達0.1%。故可 作為校驗1.52.5級普通流量計的標準計量儀表；對被測信號的變化，反應快。被測介質為水時，渦輪流量計的時間常數一般 只有幾毫秒到幾十毫秒。故別適用于對脈動流量的測量離心泵為了將流體由低能位向高能位輸送，必須使用各種流體輸送機械。用以輸送液 體的機械通稱為泵，用以輸送氣體的機械則按不同的情況分別稱為通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵等。離心泵的主要構件一一葉輪和渦殼離心泵的種類很多，但因工作原理相同，構造大同小異，其主要工作部件是旋轉葉輪和固定的泵殼。葉輪是離心泵直接對液 體做功的部件，其上有假設干后彎葉片，一般為48片。離心泵在工作時，葉輪由電機驅動做高速旋轉運

13、動，迫使葉片間的液體做近于等角速度的旋轉運動，同時 因離心力的作用，使液體由葉輪中心向外緣做徑向運動。 在葉輪中心處吸入低勢能、 低動能的液體，液體在流經葉輪的運動過程中獲得能量， 在葉輪外緣可獲得高勢能、 高動能的液體。液體進入渦殼后，由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉化 為勢能，最后沿切向流入壓出管道。在液體受迫由葉輪中心流向外緣的同時，在葉 輪中心形成低壓。液體在吸液口和葉輪中心處的勢能差的作用下源源不斷地吸入葉 輪。圖5液體在泵內的流動圖4離心泵裝置簡圖1-葉輪；2-泵殼；3-泵軸4-吸入管；5-底閥；6-壓出管H、離心泵是最常見的液體輸送設備。在一定的型號和轉速下，離心泵的揚程

14、 軸功率N及效率“均隨流量Q而改變。通常通過實驗測出H-Q、N-Q及qQ關系, 并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重 要依據。泵特性曲線的具體測定方法如下:在泵的吸入口和排出口之間列伯努力方程22Z入+ 縣+3+H = Z出 +且+ 曳+Hf入一出8g 2gg 2gH= （2出-2 人） + + +Hf入出 9 g 2g上式中Hf入一出是泵的吸入口和壓出口之間管路內的流體流動阻力不包括泵體 內部的流動阻力所引起的壓頭損失，當所選的兩截面很接近泵體時，與伯努力方 程中其它項比較，Hf入一出值很小，故可忽略。于是9式變為：H= （Z 出一Z 入）+ &

15、一. + u 出一入10 g 2g將測得的2出一2入和P出一P入的值以及計算所得的u入，u出代入上式即 可求得H的值。功率表測得的功率為電動機的輸入功率。由于泵由電動機直接帶動，傳動效率 可視為1.0,所以電動機的輸出功率等于泵的軸功率。即：泵的軸功率N =電機的輸出功率， KW 11電機的輸出功率=電機 的輸入功率 電機的效率 12泵的功率=功率表的讀 數 電機效率，KW133.”的測定:Ne +4- - HQ g HQ=e,其中 Ne -Q- -Q-KW 14N1000102式中 Y 泵的效率N 泵的軸功率，KWNe 泵的有效功率，KWH 泵的壓頭，mQ 泵的流量，m3/hP 被測流體的密

16、度，kg/ m3當離心泵安裝在特定的管路系統中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心 泵本身的性能有關，還與管路特性有關，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路 二者是相互制約的。管路特性曲線是指流體流經管路系統的流量與所需壓頭之間的關系。假設將泵 的特性曲線與管路特性曲線繪在同一坐標圖上，兩曲線交點即為泵在該管路的工作 點。因此，如同通過改變閥門開度來改變管路特性曲線，求出泵的特性曲線一樣， 可通過改變泵轉速來改變泵的特性曲線， 從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計算 同上。二帶有控制點的工藝及設備流程圖放空截止閥HXJ-人孔球閥n調節閥過濾器安全閥減壓閥反應釜壓縮空氣水罐4X離心泵2渦輪流量計

17、二L粗糙管文丘里流量計PI %離心泵1圖6流體輸送裝置流程圖學習文檔僅供參考三、安全生產技術一生產事故及處理預案離心泵氣蝕現象：離心泵在運行過程中，泵體振動并發生噪聲，流量、揚程和 效率都明顯下降，嚴重時甚至吸不上液體。1檢查泵體的固定螺栓是否緊固。如果螺栓松動，將其上緊。管路排氣閥，看其是否處于關閉狀態。二工業衛生和勞動保護按規定穿戴勞防用品：進入化工單元實訓基地必須穿戴勞防用品，在指定區域 正確戴上安全帽，穿上安全鞋，在進入任何作業過程中佩戴安全防護眼鏡，在任何 作業過程中佩戴合適的防護手套。無關人員未得允許不得進入實訓基地。1.1 檢查柱塞計量泵潤滑油油位是否正常。1.2 檢查冷卻水系統

18、是否正常。1.3 確認工藝管線，工藝條件正常。1.4 啟動電機前先盤車，正常才能通電。通電時立即查看電機是否啟動；假設 啟動異常，應立即斷電。防止電機燒毀。1.5 啟動電機后看其工藝參數是否正常。1.6 觀察有無過大噪聲，振動及松動的螺栓。1.7 觀察有無泄露。1.8 電機運轉時不允許接觸轉動件。2.1 操作及取樣過程中注意防止靜電產生。2.2 裝置內的塔、罐、儲槽在需清理或檢修時應按安全作業規定進行。2.3 容器應嚴格按規定的裝料系數裝料。進行實訓之前必須了解室內總電源開關與分電源開關的位置，以便出現用電事 故時及時切斷電源；在啟動儀表柜電源前，必須清楚每個開關的作用。設備配有溫度、液位等測

19、量儀表，對相關設備的工作進行集中監視，出現異常時應及時處理不能使用有缺陷的梯子，登梯前必須確保梯子支撐穩固，面向梯子上下并雙手 扶梯，一人登梯時要有同伴護穩梯子。4.1 噪聲對人體的危害：噪聲對人體的危害是多方面的，噪聲可以使人耳聾， 引起高血壓、心臟病、神經官能癥等疾病。還污染環境，影響人們的正常生活降低 勞動生產率。4.2 工業企業噪聲的衛生標準：工業企業生產車間和作業場所的工作點的噪聲標準為85分貝。現有工業企業經努力暫時達不到標準時，可適當放寬，但不能超過90分貝4.3 噪聲的防擴：噪聲的防擴方法很多，而且不斷改良，主要有三個方面，即控制聲源、控制噪 聲傳播、加強個人防護。當然，降低噪

20、聲的根本途徑是對聲源采取隔聲、減震和消 除噪聲的措施。5.1 不準吸煙5.2 保持實訓環境的整潔5.5.4 不準隨意坐在滅火器箱、地板和教室外的凳子上5.5 非緊急情況下不得隨意使用消防器材訓練除外5.6 不得依靠在實訓裝置上5.7 在實訓基地、教室里不得打罵和嬉鬧5.8 使用好的清潔用具按規定放置整齊四、實訓操作步驟一開車前的準備工作1 .了解流體輸送的基本原理；2 .熟悉流體輸送實訓工藝流程，實訓裝置及主要設備;3 .檢查公用工程是否處于正常供給狀態；4檢查流程中各閥門是否處于正常開車狀態：5 .設備上電，檢查各儀表狀態是否正常，動設備試車;6 .了解本實訓所用水和壓縮空氣的來源；7 .按

21、照要求制定操作方案。發現異常情況，必須及時報告指導教師進行處理。二流體阻力測定y”練目標 學習直管摩擦阻力 p直管摩擦系數 入的測定方法，掌握直管 摩擦系數人與雷諾數Re和相對粗糙度之間關系的測定方法及變化規律，學習壓差 的幾種測量方法。啾作要求離心泵1入口管線的相應閥門。1,全開離心泵1出口閥門。3 .在大流量下進行管路排氣。光滑管路的相應閥門或粗糙管路的相應閥門。5 .將渦輪流量計設定到某一數值，待流動穩定后記錄下流量FI01與摩擦壓降PI01的讀數。6 .切換到另一條管路進行實驗。7 .關閉離心泵，將各閥門恢復至開車前的狀態。數據記錄表2實驗記錄測量管規格22 x 3mm,長1.6mm序號流里壓降摩擦系數12345678910離心泵性能測定離心泵1入口管線相應閥門，啟動離心泵。2 .泵出口調節閥全開，將渦輪流量計設定到某一數值，待流動穩定后同時讀取 流量FI01、泵出口處的壓強PI04、泵進口處的真空度PI03、功率等數據。3 .關小流量調節閥，從大流量到小流量依次測取10