食品工程原理 第二章流體輸送機(jī)械

1、第二章第二章2.1 2.1 液體輸送機(jī)械液體輸送機(jī)械 2.2 2.2 氣體輸送與壓縮機(jī)械氣體輸送與壓縮機(jī)械 2.1 2.1 液體輸送機(jī)械液體輸送機(jī)械 液體輸送在食品工廠各生產(chǎn)過(guò)程起著十分重要的作用，由于食品生產(chǎn)中被輸送的液體性質(zhì)各異，要求輸入設(shè)備必須符合食品生產(chǎn)要求，于是，出現(xiàn)了各種材質(zhì)的液體輸送設(shè)備，如耐腐蝕、耐氧化等材料制成的液體輸送設(shè)備等。 輸送液體的機(jī)械統(tǒng)稱為泵。食品工廠所用泵以離心泵最多，旋轉(zhuǎn)泵其次，往復(fù)泵較少，故本節(jié)將重點(diǎn)介紹離心泵。2.1.1 2.1.1 離心泵離心泵 1離心離心泵泵的的構(gòu)構(gòu)造、工作原理造、工作原理 （1）離心泵的構(gòu)造 如圖2-1是離心泵裝置簡(jiǎn)圖。其基本工作部件是

2、葉輪和泵殼。葉輪是由若干個(gè)彎曲的葉片組成，葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并固定在泵軸上，泵的吸入口與吸入管相連，泵殼側(cè)邊的排出口與排出管（或稱壓出管）連接。吸入管路的末端裝有底閥及濾網(wǎng)。底閥也稱止逆閥，是用來(lái)防止停車(chē)時(shí)泵內(nèi)液體倒流回到貯槽，它還可以保證第一次開(kāi)泵時(shí)，使泵內(nèi)容易充滿液體；濾網(wǎng)可以防止液體中的固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)堵塞管道及泵殼。排出管上裝有調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)泵的流量。 圖2-1 離心泵裝置簡(jiǎn)圖 1葉輪 2泵殼 3泵軸 4吸入口 5吸入管 離心泵的主要構(gòu)件為葉輪，泵殼和軸封裝置。 葉葉輪輪。葉輪是離心泵的核心構(gòu)件，葉輪內(nèi)有彎曲的葉片，葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向可逆，其作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)葉輪傳給

3、液體轉(zhuǎn)變成液體的動(dòng)能和靜壓能。離心泵的葉輪主要有三種形式，即閉式、半開(kāi)式和開(kāi)式。如圖2-2所示。圖中(a)為閉式葉輪，葉片兩側(cè)均有前蓋板和后蓋板，液體從葉輪中央入口進(jìn)入后，在兩蓋扳和葉片間的流道中流動(dòng)，閉式葉輪效率較高，但由于其不便于清洗，容易堵塞，故食品生產(chǎn)中常采用葉片少的閉式葉輪離心泵，所輸送的液體是不含雜質(zhì)的清潔液體；圖中（b）為半開(kāi)式葉輪，葉片只有后蓋板而無(wú)前蓋板，這種葉輪工作效率較低，適于輸送含固體顆粒的懸浮液；圖中（c）為開(kāi)式葉輪。葉片沒(méi)有前蓋板和后蓋板，因其葉輪流道不容易堵塞，且清洗方便，故常用于輸送漿液或含有固體懸浮物的液體，但由于沒(méi)有蓋板，液體在葉片間流動(dòng)時(shí)容易發(fā)生倒流，故效

4、率較低，很少采用。 圖 2-2離心泵的葉輪 泵殼泵殼。如圖2-3所示，離心泵的泵殼內(nèi)壁與葉輪邊緣之間形成了一條截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道，故將泵殼又稱為蝸殼。葉輪帶動(dòng)液體在殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)，從葉輪外緣甩出的高速液體沿蝸輪流道流動(dòng)，并逐漸減速，將減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成靜壓能。因此泵殼即是匯集液體裝置，又是將液體部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置。蝸殼用于單級(jí)泵（只有一個(gè)葉輪的泵）和多級(jí)泵（幾個(gè)葉輪同裝在一個(gè)軸上，使泵內(nèi)液體順次通過(guò)葉輪，最后獲得較高的壓頭）的最后一級(jí)。此外為了減少液體由葉輪進(jìn)入泵殼時(shí)因碰撞產(chǎn)生的機(jī)械能損失，在葉輪和泵殼之間常安裝一個(gè)固定不動(dòng)而帶有葉片的圓盤(pán)稱為導(dǎo)輪，

5、導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但效率較高。 圖2-3 泵殼 1泵殼 2葉輪 軸軸封裝置。封裝置。由于泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)而泵殼固定不動(dòng)，因此泵軸和泵殼之間必然有縫隙，這種縫隙如果與泵內(nèi)高壓液體相通，則液體將從泵殼沿軸的四周漏出；如果縫隙和泵的吸入口相通，則因吸入口為低壓區(qū)，外界空氣就會(huì)沿軸進(jìn)入泵殼內(nèi)，會(huì)影響泵的正常工作，造成物料的浪費(fèi)甚至有毒液體的污染導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，需將泵軸和泵殼之間的縫隙加以密封，稱為軸封。 常用的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封。填料密封又稱填料函，選用浸油或滲涂石墨的石棉繩作為填料，由于填料密封裝置在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必須保持濕潤(rùn)狀態(tài)，否則會(huì)因填料與泵軸干摩擦產(chǎn)生高溫而被燒毀，或軟填料變硬而不能密封，因

6、此，填料密封已不能滿足生產(chǎn)需要。對(duì)于輸送食品或酸、堿、油等液體的離心泵，一般采用密封性能較好的機(jī)械密封裝置。它是由一個(gè)裝在軸上的動(dòng)環(huán)和另一個(gè)固定在泵殼上的靜環(huán)所組成，動(dòng)環(huán)由硬質(zhì)金屬材料制成，靜環(huán)由浸漬石墨等非金屬材料制成，兩者在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，始終保持貼緊狀態(tài)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，起到密封作用。 （2）離心泵的工作原理 啟動(dòng)離心泵之前，泵內(nèi)要先灌滿所輸送的液體。啟動(dòng)后，電機(jī)帶動(dòng)泵軸及葉輪旋轉(zhuǎn)，充滿在葉片間的液體，在離心力的作用下，從葉輪中心被拋向葉輪的邊緣，并以很大的速度進(jìn)入蝸形泵殼，在蝸形泵殼中，由于流道逐漸擴(kuò)大，液體流速逐漸降低，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的靜壓能進(jìn)一步提高，最終在較高壓強(qiáng)下，

7、液體沿切線方向由泵的排出口進(jìn)入排出管道，輸送到所需要的地方，實(shí)現(xiàn)輸送液體的目的。 當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向葉輪邊緣時(shí)，葉輪中心處形成低壓區(qū)，于是在貯槽液面壓力（通常為大氣壓）與葉輪中心處（負(fù)壓）之間所產(chǎn)生的壓強(qiáng)差的作用下，液體經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)和底閥沿吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，此為離心泵的吸液原理。這樣葉輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便不斷地吸入和排出，完成輸送液體的任務(wù)。 必須注意，離心泵在啟動(dòng)前，必須將泵殼和吸入管路充滿被輸送的液體，否則泵殼內(nèi)將存有空氣，而空氣的密度遠(yuǎn)小于液體密度，葉輪帶動(dòng)含有空氣的液體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力較小，不足以達(dá)到吸上液體所需要的負(fù)壓，致使離心泵不能工作，這種現(xiàn)象稱為“氣縛”。 2離心離心泵泵的

8、主要性能的主要性能 （1）離心泵的主要性能參數(shù) 要正確選擇和使用離心泵，必須了解其工作性能參數(shù)，離心泵泵體銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)主要有流量、揚(yáng)程、軸功率和效率等。 流量流量。離心泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)，泵所排出的液體的體積，也稱為泵的輸液能力，用符號(hào)qv表示，單位為 m3/s 或m3/h,離心泵的流量與泵葉輪直徑、葉片寬度以及葉輪轉(zhuǎn)速有關(guān)。 揚(yáng)揚(yáng)程程。在液體輸送中離心泵給予單位重量（1N）液體的能量，稱為泵的揚(yáng)程，又稱泵的壓頭，用符號(hào)H表示，單位m，泵的揚(yáng)程由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，泵的揚(yáng)程取決于泵的結(jié)構(gòu)（葉輪直徑，葉片的彎曲情況）、轉(zhuǎn)速和流量。 軸軸功率和效率。功率和效率。離心泵的軸功率是電動(dòng)機(jī)傳給泵軸的功

9、率，用P表示，單位W。單位時(shí)間內(nèi)液體從泵實(shí)際獲得的能量，稱為有功功率，用P有表示，單位W。 P有=qv Hg (2-1)式中 P有離心泵的有功功率，W； qv 離心泵的流量，m3/s； H離心泵的揚(yáng)程，m ； 離心泵所輸送液體的密度，kg/m3。 由于泵在輸送液體時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種能量損失，所以原動(dòng)機(jī)傳給泵軸的能量不可能全部傳給液體成為有效功率，即有功功率P有總是小于軸功率P，二者之比稱為泵的效率，用符號(hào)表示 = (2-2)由于P有 P ，所以 pv，故安裝高度Hg將受到限制。我國(guó)的離心泵規(guī)格中，采用兩種指標(biāo)對(duì)Hg加以限制，即允許吸上真空度和允許汽蝕余量。 （1）允許吸上真空度 指泵入口處允許達(dá)到的

10、最大真空度，以壓頭形式表示，故也稱為允許吸上真空高度，用符號(hào)H允表示，單位m。其定義式為： H允 = （2-6）式中H允 從泵性能表上所查得的該泵的允許吸上真空度,m； p0、 p1貯槽液面和泵入口處的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa； 液體密度,kg/m3。01ppg將式（2-6）代入式（2-5），得泵的安裝高度 Hg=H允 - - h損 （2-7） 式（2-7）中的H允 由泵的生產(chǎn)廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，H允 測(cè)定的實(shí)驗(yàn)條件是大氣壓為10mH2O柱，293K清水為工質(zhì)進(jìn)行的。如泵使用條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，則H允應(yīng)換算成操作條件下的H允值，換算關(guān)系式如下：212ug 輸送與實(shí)驗(yàn)條件不同的清水時(shí)，換算式為： H允= H允

11、+（Ha -10）-( Hv -0.24) (2-8)式中H允從泵性能表上所查得的該泵的允許吸上真空度,m； Ha泵工作地區(qū)的大氣壓，mH2O,此值與當(dāng)?shù)睾０胃?度有關(guān)； Hv操作條件下水的飽和蒸氣壓，mH2O； 10實(shí)驗(yàn)條件下的大氣壓力，mH2O； 0.24實(shí)驗(yàn)溫度（293K）下水的飽和蒸汽壓，mH2O。 輸送與實(shí)驗(yàn)條件不同的液體時(shí)，先按式（2-8）求得H允值，再用下式計(jì)算允許吸上真空度H允 H允 = H允 （2-9） 式中 H2O操作溫度下水的密度，kg/m3； 操作溫度下被輸送液體的密度，kg/m3 。2H O （2）允許汽蝕余量 指為防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵入口處液體的靜壓頭 與動(dòng)壓頭

12、 之和必須超出操作溫度下液體的飽和蒸氣壓頭 的某一指定最小值，用符號(hào)h表示，單位m h=（ + ）- （2-10）1pg212ugvpg1pg212ugvpg將式（2-10）代入式（2-5）得 Hg= - -h- h損 （2-11）式中 p0貯槽液面處的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa； pv操作溫度下液體的飽和蒸氣壓強(qiáng)，Pa； h允許汽蝕余量，m；h也是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，使用時(shí)也應(yīng)根據(jù)操作條件進(jìn)行校正。 由式（2-7）和式（2-11）計(jì)算求得的Hg值均為泵允許安裝高度的最大值，為安全起見(jiàn)，泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比Hg 值小0.51.0m。vpg0pg 例2-2 用3B55型泵從敞口容器中將水送到它處，其輸送流量范圍為

13、4555 m3/h，在最大流量下吸入管路的壓頭損失為1m，液體在吸入管路中的動(dòng)壓頭可忽略。試計(jì)算： （1）輸送20水時(shí)，泵的安裝高度； （2）若改為輸送60的水時(shí)，泵的安裝高度。已知3B55泵的性能數(shù)據(jù)如下：（泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為10mH2O柱）解 （1）輸送20水時(shí)，根據(jù)式2-7， Hg=H允 - - h損因h損=1m ， =0 ，泵的安裝高度應(yīng)以能保證安全運(yùn)轉(zhuǎn)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的H允為準(zhǔn)，取最大流量時(shí)所對(duì)應(yīng)的H允=3.0m，泵使用條件（溫度20、壓強(qiáng)為10mH2O柱）與測(cè)定H允時(shí)條件相符，所以Hg=H允 - - h損 =3.0-0-1=2m , 為安全起見(jiàn)，泵的安裝高度應(yīng)為2-0.5=1.5

14、m,即泵應(yīng)安裝在水槽液面上方1.5m以下。212ug212ug212ug (2) 輸送60的水時(shí) 由于表中所列H允是水溫20時(shí)測(cè)定的，現(xiàn)水溫為60，所以需按式2-8進(jìn)行換算，即H允= H允+（Ha -10）-( Hv -0.24)式中 H允=3m Ha= =10mH2O，apg60時(shí)水的飽和蒸汽壓及密度為 pv=1.99104 Pa ,=983.2kg/m3 Hv= = =2.06m所以 H允=3+（10-10）-(2.06-0.24)=1.18m根據(jù)式2-7計(jì)算泵的安裝高度 Hg=1.18-0-1=0.18m 為安全起見(jiàn)，泵的安裝高度應(yīng)為0.18-0.5=-0.32m,即泵應(yīng)安裝在水槽液面下

15、方0.32m以下。vpg41.99 10983.2 9.81 4. 離心離心泵泵的工作點(diǎn)及工作點(diǎn)的的工作點(diǎn)及工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 液體輸送系統(tǒng)是由離心泵和管路系統(tǒng)組成，安裝在某一管路系統(tǒng)中的離心泵其工作流量、揚(yáng)程等參數(shù)值不僅要符合泵本身的性能，還要滿足管路系統(tǒng)要求，既泵的實(shí)際工作點(diǎn)是由泵的特性曲線和管路特性曲線共同決定的。 （1）管路特性曲線 管路特性曲線是指某特性管路所需要的外加壓頭與流量之間的關(guān)系，其關(guān)系式為 H=Z+ + + h損pg22ug對(duì)于一定的管路系統(tǒng)，貯液槽與受液槽的截面都很大，則 0，且Z+ 為定值 ，令A(yù)=Z+因 h損 =令B= ， 則h損 =B qv2 所以 H=A+ Bqv

16、2 （2-12） 22ugpgpg2222244()8()()()22vvqlulldqdgdgdgd248()ldgd 式（2-12）即為管路特性曲線方程，將式（2-12）在壓頭、流量坐標(biāo)圖上進(jìn)行標(biāo)繪，即得圖2-6（曲線I）的H-qv線，稱為管路特性曲線，該曲線由管路鋪設(shè)情況及操作條件確定，與離心泵的性能無(wú)關(guān)。圖2-6（曲線II）為安裝在管路上的離心泵的特性曲線（H-qv線）。 圖2-6 離心泵的工作點(diǎn) （2）離心泵的工作點(diǎn) 離心泵工作時(shí)泵所提供的壓頭和流量必須與管路所需的壓頭和流量相等，所以將泵的性能曲線H- qv線（曲線II）與其所在的管路特性曲線H- qv線（曲線I）用同樣的比例尺標(biāo)繪

17、在同一張坐標(biāo)圖上，兩線交點(diǎn)M所對(duì)應(yīng)的流量和揚(yáng)程，即能滿足管路系統(tǒng)的要求又是離心泵所提供的，M點(diǎn)就是泵在此管路中的工作點(diǎn)，它表示泵安裝在此管路中實(shí)際輸送液體的流量和所提供的壓頭。 （3）離心泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié) 離心泵在一定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)工作點(diǎn)偏離高效區(qū)或生產(chǎn)任務(wù)變化等情況，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)流量，即改變離心泵的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)流量。因離心泵的工作點(diǎn)是由泵特性曲線和管路特性曲線決定的，所以流量調(diào)節(jié)可采用改變兩曲線之一方法實(shí)現(xiàn)。 改改變變管路特性曲管路特性曲線線。常用的改變管路特性曲線的方法是調(diào)節(jié)離心泵出口處管路閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)增加或減少流量，如圖2-7所示，離心泵的原工作點(diǎn)為M，加大閥門(mén)開(kāi)度可使流量由原q

18、v增加到qv2 ，泵的工作點(diǎn)由M移至M2；相反，減小閥門(mén)開(kāi)度可使流量由qv減少到qv1，泵的工作點(diǎn)由M移至M1 。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)便、靈活，應(yīng)用范圍廣。缺點(diǎn)是局部阻力損失大，易導(dǎo)致泵效率降低，經(jīng)濟(jì)上不合理。 圖2-7 離心泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié) 1 改變管路特性曲線 2改變泵的特性曲線 改改變泵變泵的特性曲的特性曲線線。前已述及與泵性能參數(shù)有關(guān)的因素除被輸送液體的物理性質(zhì)外，還有構(gòu)成泵的葉輪的直徑及葉輪的轉(zhuǎn)速，因此改變泵的轉(zhuǎn)速或切削葉輪均可以改變泵的特性曲線。同理，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)數(shù)由n增加到n1(或泵的葉輪的直徑由D增加到D1)時(shí)，流量qv由增加到qv1 ，工作點(diǎn)由M移至M1。此方法適于生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)幅

19、度較大且調(diào)節(jié)后穩(wěn)定周期較長(zhǎng)情況。 5離心離心泵泵的的類類型和型和選選用用 （1）離心泵的類型 離心泵因其應(yīng)用范圍廣，所以其類型多種多樣。按所輸送的液體性質(zhì)不同，將其分為水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵等；按葉輪的吸入方式不同，將其分為單吸泵和雙吸泵；按葉輪的數(shù)目不同，將其分為單級(jí)泵和多級(jí)泵?，F(xiàn)就生產(chǎn)中常用的各類型離心泵的特點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹。 水水泵泵。凡輸送清水以及物理、化學(xué)性質(zhì)與水接近的清潔液體，都可選用水泵。水泵分為B型、D型、Sh型三種。B型: 單級(jí)單吸懸臂式離心清水泵，系列代號(hào)為“B”，又稱B型水泵，應(yīng)用范圍廣泛。D型： 多級(jí)泵，系列帶號(hào)為“D”，適用于輸送液體所需壓頭高而流量小情況。Sh型：

20、 雙吸泵，系列代號(hào)“Sh”，適用于輸送液體所需流量大而所需壓頭低的情況。 耐腐耐腐蝕泵蝕泵（F型）型）。輸送酸、堿等不含顆粒的腐蝕性液體。 油油泵泵（Y型）型）。輸送石油產(chǎn)品，為防止易燃、易爆物的泄露，密封性要好。 雜質(zhì)泵雜質(zhì)泵（P型）型）。輸送含有固體顆粒的懸浮液及稠厚的漿液。 （2）離心泵的選用 選用離心泵時(shí)，既要考慮生產(chǎn)任務(wù)要求又要了解泵制造廠所供應(yīng)的泵的類型、規(guī)格、性能、材質(zhì)和價(jià)格等。在滿足工藝要求的前提下，力求做到經(jīng)濟(jì)合理。通常按下列步驟進(jìn)行選泵： 根據(jù)所輸送的液體的性質(zhì)確定泵的類型。 確定輸送系統(tǒng)的流量和所需外力壓頭。流體的流量（輸送量）由生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定，根據(jù)輸送系統(tǒng)的管路安排，用管

21、路特性方程計(jì)算出此流量下管路所需外加壓頭； 確定確定泵泵的型的型號(hào)號(hào)。按規(guī)定的流量和計(jì)算的外加壓頭，從泵產(chǎn)品目錄中選出合適的泵，確定泵的型號(hào)時(shí)要注意以下幾項(xiàng)： a.查泵的性能表或性能曲線時(shí)，要使泵的揚(yáng)程、流量與管路需求相適應(yīng)； b. 在泵的流量適用范圍內(nèi)，與滿足要求的流量相對(duì)應(yīng)的泵的揚(yáng)程應(yīng)等于或稍大于外加壓頭，以保證泵工作安全； c. 若滿足生產(chǎn)要求的泵有幾個(gè)，應(yīng)選擇操作條件下效率最高的泵； d. 確定泵的型號(hào)后，要查出泵的性能參數(shù)； 核算核算泵泵的的軸軸功率。功率。若輸送液體的密度與水的密度相差較大時(shí)，應(yīng)對(duì)泵的軸功率進(jìn)行校正，校正式為 P= （/ ）P （2-13） 如圖2-8所示為離心泵生

22、產(chǎn)廠家提供的B型水泵系列特性曲線圖，曲線上黑點(diǎn)指該泵效率最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泵的性能，圖中扇形面上方弧線代表泵的基本型，下方弧線表示泵的變型如A型、B型等。 圖2-8 B型水泵系列特性曲線圖 現(xiàn)以4B91A-2900-40為例，說(shuō)明泵型號(hào)的含義： 式中 4泵的吸入口直徑為4英寸，即425=100mm； B單級(jí)單吸懸臂式離心水泵； 91泵的揚(yáng)程，m； A泵的葉輪直徑比基本型號(hào)（4B91）小一級(jí)，即 葉輪外緣經(jīng)過(guò)了一次切割； 2900泵軸轉(zhuǎn)速，r/min； 40電機(jī)功率，KW。 例2-3 用泵將水從江中打入一蓄水池。水由池底進(jìn)入，池中水面高出江面20m，所用管路為內(nèi)徑100mm的鋼管，管路總長(zhǎng)（包括局部阻

23、力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為50m，水在管內(nèi)流速為1.5m/s。管路的摩擦因數(shù)取0.02。試選出適合的離心泵。解 輸送液體為水，應(yīng)選水泵。（1）根據(jù)已知條件計(jì)算所需外加壓頭根據(jù)柏努利方程式22212121()2ppuuHZZhgg損已知 Z2- Z1 = 20m , p2- p1 =0 , u=1.5m/s, d =100mm=0.1m , =0.02 , , h損=h直 +h局=則 H=20+0+0+1.1=21.1m50llm當(dāng)22501.50.021.120.12 9.81llumdg當(dāng) （2）計(jì)算流量 1.1810-2m3/s=42.4m3/h查離心水泵性能表得，3B33A符合要求。 3B33A泵

24、在最高效率時(shí)的性能如下：流量45 m3/h，揚(yáng)程22.5m，軸功率3.87 kW，效率71.2%，允許吸上真空度 5.0 mH2O 。223.140.11.544vqd u2.1.2 2.1.2 其他類型泵其他類型泵 1往往復(fù)泵復(fù)泵 （1）往復(fù)泵的結(jié)構(gòu) 如圖2-9所示為往復(fù)泵裝置簡(jiǎn)圖。往復(fù)泵主要部件是泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥?；钊ㄟ^(guò)活塞桿與傳動(dòng)機(jī)械連接，并在泵缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞與吸入閥和排出閥之間的容積稱為工作室，吸入閥和排出閥均為單向閥。 圖2-9 往復(fù)泵裝置簡(jiǎn)圖 1泵缸 2活塞 3活塞桿 4吸入閥 5排出閥 （2）往復(fù)泵的工作原理 往復(fù)泵是依靠作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞進(jìn)行工作，當(dāng)活塞

25、由連桿帶動(dòng)由左向右移動(dòng)時(shí)，工作室的容積逐漸增大，泵缸內(nèi)形成低壓，貯槽內(nèi)液體受液面上壓強(qiáng)與泵缸內(nèi)壓強(qiáng)差的作用，由吸入閥進(jìn)入泵缸，此時(shí)排氣閥因受排出管內(nèi)液體壓力作用而處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)活塞移動(dòng)到泵缸右端點(diǎn)時(shí)，工作室容積最大，吸入液體最多，吸液過(guò)程結(jié)束。此后，活塞便開(kāi)始由右向左移動(dòng)，工作室容積逐漸減小，泵缸內(nèi)液體的壓力逐漸加大，吸入閥受壓而關(guān)閉，排出閥被高壓液體推開(kāi)，液體進(jìn)入排出管，活塞移至左端點(diǎn)時(shí)排液過(guò)程結(jié)束。至此，活塞泵完成一個(gè)工作循環(huán)，此后，活塞又重復(fù)以上移動(dòng)過(guò)程，完成吸液、排液過(guò)程。因此隨著活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將液體不斷地交替吸入和排出。 （3）往復(fù)泵的種類 往復(fù)泵按照活塞的構(gòu)造不同分為：活塞泵、柱

26、塞泵和隔膜泵；按照吸液和排液是否連續(xù)可分為單動(dòng)泵和雙動(dòng)泵，單動(dòng)泵吸液和排液是間斷的，雙動(dòng)泵吸液和排液是連續(xù)的。 （4）往復(fù)泵的應(yīng)用范圍 往復(fù)泵適用于壓頭高且流量大的液體輸送，可用于輸送黏度很大的液體，也可用于輸送固定流量的液體（計(jì)量泵），其工作效率為（7090）%。 2旋旋轉(zhuǎn)泵轉(zhuǎn)泵 旋轉(zhuǎn)泵依靠泵內(nèi)一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來(lái)吸入和排出液體，又稱為轉(zhuǎn)子泵。旋轉(zhuǎn)泵的形式很多，現(xiàn)就食品廠常用的齒輪泵和螺桿泵介紹如下： （1）齒輪泵 齒輪泵齒輪泵的的構(gòu)構(gòu)造造。按齒輪嚙合方式不同，將齒輪泵分為外嚙合泵和內(nèi)嚙合泵兩種，食品工廠中主要用外嚙合泵，如圖2-10所示，它主要由主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、泵體和泵蓋組成，泵體、

27、泵蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽形成密封的工作室。 圖2-10外嚙合齒輪泵 1吸入腔 2主動(dòng)齒輪 3排出腔 4從動(dòng)齒輪 5泵外殼體 齒輪泵齒輪泵的工作原理。的工作原理。齒輪泵互相嚙合的兩個(gè)齒輪，其中一個(gè)是主動(dòng)齒輪，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；另一個(gè)從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪相嚙合著以相反的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩齒輪的齒互相撥開(kāi)，工作室的容積逐漸增大，形成了低壓而將液體經(jīng)吸入管吸入，吸入的液體沿泵體壁被齒輪擠壓推入排出管。主動(dòng)、從動(dòng)齒輪不斷旋轉(zhuǎn)，泵便不斷地吸入和排出液體。 齒輪泵齒輪泵的適用范的適用范圍圍。齒輪泵的揚(yáng)程較高而流量小，適于輸送黏度較大而不含固體顆粒的液體。 （2）螺桿泵 螺桿螺桿泵泵的的構(gòu)構(gòu)造造。螺桿泵由泵殼和一根或

28、幾根螺桿構(gòu)成。螺桿泵有單螺桿、雙螺桿和多螺桿等幾種。按螺桿軸向安裝裝置，可分為臥式和立式兩種。食品廠多用單螺桿臥式泵。如圖2-11所示。 單單螺桿螺桿泵泵的工作原理的工作原理。單螺桿泵是一種內(nèi)嚙合的密閉式泵。 螺桿在有內(nèi)螺旋的殼內(nèi)偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，改變泵內(nèi)工作空間，靠擠壓作用將料液吸入并沿軸向推進(jìn)擠壓到排出口。單螺桿泵能均勻連續(xù)地輸送液體。 單單螺桿螺桿泵泵的適用范的適用范圍圍。單螺桿泵可用于高黏度液體及帶有固體物料的醬液的輸送，如番茄醬生產(chǎn)線上常用這種泵。 圖2-11 單螺桿臥式泵 1螺桿 2螺腔 3填料函 4平行銷連桿 5套軸 6軸承 7機(jī)座 2.2 2.2 氣體輸送與壓縮機(jī)械氣體輸送與壓縮機(jī)械

29、氣體輸送與壓縮機(jī)械在食品生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，主要用于以下幾方面： 通通風(fēng)風(fēng)。多用于車(chē)間通風(fēng)換氣或某些設(shè)備的通風(fēng)制冷等，常用的設(shè)備是通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)； 產(chǎn)產(chǎn)生高生高壓氣壓氣體體。用于噴霧干燥中的氣流霧化和蒸汽壓縮式制冷、固體物料輸送等，所用設(shè)備為壓縮機(jī)； 產(chǎn)產(chǎn)生生真真空空。某些蒸餾、蒸發(fā)、干燥、物料輸送等有時(shí)要在減壓下進(jìn)行，所用設(shè)備是真空泵。 氣體輸送與壓縮機(jī)械按其終壓（出口壓力）或壓縮比（氣體加壓后與加壓前的壓力比）分成四類： 通通風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)。終壓p2不大于15kPa（表壓），壓縮比在11.15之間； 鼓鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)。終壓p2在15300kPa（表壓）之間，壓縮比小于4； 壓縮壓縮機(jī)機(jī)。終壓p2大于30

30、0kPa（表壓），壓縮比大于4； 真真空空泵泵。終壓p2為當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?壓縮比范圍很大，根據(jù)所需的真空度而定；2.2.1 2.2.1 風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī) 1.通通風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī) 食品工業(yè)中常用的通風(fēng)機(jī)主要是離心式通風(fēng)機(jī)。 （1）離心式通風(fēng)機(jī)的分類 離心式通風(fēng)機(jī)按所產(chǎn)生的風(fēng)壓不同，分為： 低低壓壓離心通離心通風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)。出口風(fēng)壓不大于1kPa（表壓）； 中中壓壓離心通離心通風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)。出口風(fēng)壓為13kPa（表壓）； 高高壓壓離心通離心通風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)。出口風(fēng)壓為315kPa（表壓）。 中、低壓離心通風(fēng)機(jī)主要作為車(chē)間通風(fēng)換氣用，高壓離心通風(fēng)機(jī)主要用于氣體輸送。 （2）離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 離心式通風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與離心泵

31、相似，主要由蝸殼形的機(jī)殼和葉輪構(gòu)成。與離心泵相比，構(gòu)成離心通風(fēng)機(jī)的葉輪上葉片數(shù)目較多且比較短，葉片是徑向的風(fēng)機(jī)是低壓通風(fēng)機(jī)；葉片向后彎或向前彎的風(fēng)機(jī)是高壓或中壓通風(fēng)機(jī)。如圖2-12所示為低壓通風(fēng)機(jī)。 圖2-12 低壓離心通風(fēng)機(jī)1機(jī)殼 2葉輪 3吸入口 4排出口 （3）離心式通風(fēng)機(jī)的工作原理 離心式通風(fēng)機(jī)依靠機(jī)殼內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪帶動(dòng)氣體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力來(lái)提高氣體的壓強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)氣體輸送目的。 （4）離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù) 風(fēng)風(fēng)量量。單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)風(fēng)機(jī)的氣體體積（以吸入狀態(tài)計(jì)）,用符號(hào)qv表示,單位m3/s或 m3/h ； 風(fēng)壓風(fēng)壓(也也稱稱全全風(fēng)壓風(fēng)壓)。單位體積氣體流過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)所獲得的能量，

32、用符號(hào)p表示，單位 Pa。 軸軸功率和效率功率和效率 P= (2-14)式中 P離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率，W； p離心式通風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓，Pa； qv離心式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/s； 離心式通風(fēng)機(jī)的的效率。 vpq （5）離心式通風(fēng)機(jī)的選用 根據(jù)任務(wù)要求的風(fēng)量、風(fēng)壓從產(chǎn)品目錄中查得風(fēng)機(jī)類型，由于離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，因此，如果操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，需將實(shí)際操作條件下的風(fēng)壓p 換算成出廠前風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)條件下風(fēng)壓p ，換算式為 p = p （2-15）式中 氣體在實(shí)際操作條件下的密度 ，kg /m3 ； 1.2實(shí)驗(yàn)條件下空氣的密度, kg /m3 。1.2 2鼓鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī) 常用的鼓風(fēng)機(jī)有離心

33、鼓風(fēng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)兩種。 （1）離心鼓風(fēng)機(jī) 離心鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)葉輪的個(gè)數(shù)不同分為單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)和多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)。單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)的出口表壓力不超過(guò)30kPa，多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)出口表壓力可達(dá)300kPa；離心鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、選用方法及適用場(chǎng)合與離心通風(fēng)機(jī)相似。 （2）旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓不超過(guò)80kPa（表壓），常用的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)是羅茨鼓風(fēng)機(jī)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)是由機(jī)殼和兩個(gè)漸開(kāi)擺線形的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。其依靠?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)，使機(jī)殼內(nèi)形成兩個(gè)空間，即低壓區(qū)和高壓區(qū)，氣體由低壓區(qū)進(jìn)入，從高壓區(qū)排出。羅茨鼓風(fēng)機(jī)主要用在風(fēng)壓恒定，需調(diào)節(jié)風(fēng)量的場(chǎng)合。2.2.2 2.2.2 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 食品生產(chǎn)中經(jīng)常用到壓

34、縮空氣或其他壓縮氣體。如奶粉、奶油粉、蛋粉等產(chǎn)品的生產(chǎn)要采用氣流霧化方法進(jìn)行噴霧干燥、食品冷凍制冷等均需要壓縮機(jī)。壓縮機(jī)主要有往復(fù)式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)，其中離心式壓縮機(jī)構(gòu)造及工作原理與離心式鼓風(fēng)機(jī)相似，只是葉輪個(gè)數(shù)增多，氣體終壓較高。螺桿式壓縮機(jī)構(gòu)造與螺桿泵相似，是一種新型的制冷壓縮機(jī)。目前食品廠所用壓縮機(jī)多為活塞式（往復(fù)式）壓縮機(jī)，其原因是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、操作穩(wěn)定、維護(hù)方便。下面主要對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)予以介紹。 1往往復(fù)復(fù)式式壓縮壓縮機(jī)的機(jī)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 往復(fù)式壓縮機(jī)的基本構(gòu)造及工作原理與往復(fù)泵相似，其主要工作部件也是氣缸、活塞、吸氣閥和排出閥。與往復(fù)泵不同的是往復(fù)壓縮機(jī)在氣缸

35、外壁裝有冷卻裝置以降低氣體的溫度；在壓出階段結(jié)束時(shí)，必須控制活塞與氣缸端蓋之間的間隙容積以防止活塞與氣缸端蓋碰撞。 2往往復(fù)復(fù)式式壓縮壓縮機(jī)的工作原理機(jī)的工作原理 往復(fù)式壓縮機(jī)依靠作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，使氣缸的工作容積增大或減小，因而氣缸即交替地吸進(jìn)低壓氣體和排出高壓氣體，達(dá)到氣體壓縮目的。 如圖2-13是單動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)工作循環(huán)曲線，該曲線表示氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p與容積V之間的關(guān)系，故稱為壓容圖。 往復(fù)式壓縮機(jī)每一個(gè)工作循環(huán)包括四個(gè)階段，即吸氣階段、壓縮階段、排氣階段和膨脹階段?，F(xiàn)以單動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)為例加以討論。首先，為防止活塞在排氣終了時(shí)碰撞氣缸蓋，活塞的極限位置與缸蓋間必須留有余隙，即氣缸的余

36、隙體積，用V3表示。 圖2-13 單動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)工作循環(huán)曲線 （1）壓縮過(guò)程 圖2-13中12過(guò)程。吸氣結(jié)束后，活塞位于右死點(diǎn)（端點(diǎn)），氣缸中氣體體積為V1（稱為氣缸的工作容積），壓強(qiáng)為p1，氣缸內(nèi)氣體相應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)為點(diǎn)1（V1， p1）；當(dāng)活塞從右死點(diǎn)向左移動(dòng)時(shí)，吸入閥關(guān)閉，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，壓強(qiáng)逐漸升高，直至缸內(nèi)氣體體積減為V2，壓強(qiáng)增至等于排出管中的壓強(qiáng)p2為止，氣缸內(nèi)氣體相應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)為點(diǎn)2（V2， p2）； （2）排氣過(guò)程 圖2-13中23過(guò)程。壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)已達(dá)p2，活塞再繼續(xù)向左移動(dòng)，氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)將大于p2，故排氣閥打開(kāi)進(jìn)行恒壓排氣，至活塞到達(dá)左死點(diǎn)為止。此時(shí)氣缸內(nèi)氣

37、體的體積為V3，壓強(qiáng)為p2，氣體相應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)為點(diǎn)3（V3，p2）； （3）膨脹過(guò)程 圖2-13中34過(guò)程。排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)氣體達(dá)到左死點(diǎn)狀態(tài)為點(diǎn)3，活塞由左死點(diǎn)右移，排出閥自動(dòng)關(guān)閉，因氣缸余隙容積中氣體的壓強(qiáng)大于吸入管內(nèi)的壓強(qiáng)，吸入閥仍處于關(guān)閥狀態(tài)。余隙容積中的氣體隨活塞向右移動(dòng)而逐漸膨脹至V4，同時(shí)壓強(qiáng)降低至p1，氣缸內(nèi)氣體對(duì)應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)為點(diǎn)4（V4，p1）； （4）吸氣過(guò)程 圖2-13中41過(guò)程?；钊蔂顟B(tài)4點(diǎn)繼續(xù)右移，氣體體積增大，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)略低于吸入管中的壓強(qiáng)p1時(shí)吸入閥自動(dòng)開(kāi)啟，氣體在恒壓p1下進(jìn)入氣缸，至活塞到達(dá)氣缸右死點(diǎn)為止，氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)點(diǎn)為點(diǎn)1（V1，p1）。 綜上

38、所述，活塞往復(fù)一次，完成了一個(gè)實(shí)際工作循環(huán)，每一個(gè)工作循環(huán)均由吸氣、壓縮、排氣和余隙氣體膨脹四個(gè)過(guò)程組成，其工作過(guò)程在p-V圖上可以封閉曲線1-2-3-4-1表示。 3往往復(fù)壓縮復(fù)壓縮機(jī)的主要性能機(jī)的主要性能參數(shù)參數(shù)（以（以單動(dòng)單動(dòng)往往復(fù)壓縮復(fù)壓縮機(jī)機(jī)為為例）例） （1）排氣量 指壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體體積，其數(shù)值按吸入狀態(tài)計(jì)算。又稱為壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力。用符號(hào)qv 表示，單位m3/s或 m3/h ； qv = （2-16）式中 qv單動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)排氣量 （m3/s)； D活塞直徑，m； S活塞沖程，m； n活塞往復(fù)次數(shù)，1/s； Z壓縮機(jī)氣缸數(shù)； 送氣系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得或取自經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。一

39、般數(shù) 值為0.70.9。24D SnZ （2）軸功率和效率 以絕熱過(guò)程為例，往復(fù)式壓縮機(jī)的理論功率為 P理= （2-17）壓縮機(jī)的軸功率為 P= P理/ （2-18）式中 P理按絕熱壓縮計(jì)的壓縮機(jī)的理論功率，W； p1壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓強(qiáng)，Pa； qv壓縮機(jī)的排氣量, m3/s； 絕熱指數(shù)，是氣體的定壓比熱與定容比熱之比。單原子氣體 =5/3，雙原子氣體 =7/5，三原子氣體 =9/7； P壓縮機(jī)的軸功率, W； 絕熱總效率, =0.70.9。1211()11vpp qp 例2-4 某單級(jí)單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)，其活塞直徑為200mm，沖程為150mm，活塞往復(fù)次數(shù)為240次/分，送氣系數(shù)為0.7，求其生

40、產(chǎn)能力(m3/h)。若其進(jìn)氣壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)1at，排氣壓強(qiáng)為4.5at（表壓），絕熱總效率為0.8，求此壓縮機(jī)的軸功率。解 (1) 由式2-16， qv =已知 =0.7 ，D=200mm =0.2m , S=150mm=0.15m ,n=240次/分=4Hz， Z=1 , =0.8則qv = = =0.0132 m3/s =47.52 m3/h24D SnZ24D SnZ23.140.7 0.20.15 4 14 (2)由式2-17及式2-18進(jìn)行計(jì)算， P理=已知 =0.8 , p1=1at=98.07103 Pa , p2=5.5at , qv=0.0132 m3/s 則P理= =5.2

41、kW軸功率 P=P理/=6.5kW1211()11vpp qp0.80.8 130.85.598.07 100.0132()10.8 11 4往往復(fù)復(fù)式式壓縮壓縮機(jī)的機(jī)的類類型和型和選選用用 （1）往復(fù)式壓縮機(jī)的類型 往復(fù)式壓縮機(jī)的分類方法,通常有以下幾種: 按按壓縮壓縮機(jī)吸、排機(jī)吸、排氣氣方式分方式分類類。單動(dòng)式(壓縮機(jī)只有活塞一側(cè)吸排氣),雙動(dòng)式(壓縮機(jī)在活塞兩側(cè)均吸排氣)往復(fù)式壓縮機(jī)； 按按氣氣體被體被壓縮壓縮的次的次數(shù)數(shù)分分類類。單級(jí)、雙級(jí)和多級(jí)往復(fù)壓縮機(jī)； 按按壓縮氣壓縮氣體的體的終壓終壓分分類類。低壓（980kPa以下）、中壓（9809800kPa）、高壓（980098000kPa）和超高壓（98000kPa以上）往復(fù)壓縮機(jī)； 按按壓縮壓縮機(jī)的生機(jī)的生產(chǎn)產(chǎn)能力分能力分類類。小型（10 m3/min以下）、中型（1030m3/min）和大型（30m3/min以上）往復(fù)式壓縮機(jī)； 按按壓縮氣壓縮氣體體種類種類分分類類。空氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、氟利昂壓縮機(jī)等； 按按氣氣缸的放置方式分缸的放置方式分類類。立式、臥式、