食品工程原理課件-第二章流體輸送機(jī)械

1、2022-3-51工作介質(zhì)：液體工作介質(zhì)：液體泵泵 氣體氣體風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)工作原理：工作原理：動(dòng)力式動(dòng)力式( (葉輪式葉輪式) )：離心式、軸流式等；：離心式、軸流式等；容積式（正位移式）：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等；容積式（正位移式）：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等；流體作用式：噴射式。流體作用式：噴射式。分類：分類： 第二章第二章 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械2022-3-52一、一、 離心泵的工作原理離心泵的工作原理葉輪葉輪泵殼泵殼吸入管路吸入管路排出管路排出管路泵軸泵軸底閥底閥第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵1-1-葉輪；葉輪；2-2-泵殼，泵殼，3-3-泵軸；泵軸；4-4-吸入管；吸入管；5-5-底閥；底閥

2、；6-6-壓出管壓出管離心泵裝置簡圖離心泵裝置簡圖2022-3-53 由于泵內(nèi)存有空氣，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體由于泵內(nèi)存有空氣，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵，也不能輸送液體，這種內(nèi)，此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵，也不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象。 表明離心泵無自吸能力表明離心泵無自吸能力充液（灌泵）充液（灌泵）排液排液: 出口切線方向出口切線方向吸液：葉輪中心吸液：葉輪中心2022-3-54二、離心泵的主要部件

3、二、離心泵的主要部件（1） 葉輪葉輪 作用作用 ：將原動(dòng)機(jī)的能量傳給液體，使液體靜壓能：將原動(dòng)機(jī)的能量傳給液體，使液體靜壓能 及動(dòng)能都有所提高及動(dòng)能都有所提高給能裝置給能裝置 半開（閉）式半開（閉）式閉式閉式開式開式按結(jié)構(gòu)分為：按結(jié)構(gòu)分為：2022-3-55（2） 泵殼泵殼作用：匯集葉輪甩出的液體；作用：匯集葉輪甩出的液體； 實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到靜壓能的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到靜壓能的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)能裝置轉(zhuǎn)能裝置； 減少能量損失。減少能量損失。（3） 軸封裝置軸封裝置作用作用：防止高壓液體沿軸漏出；防止高壓液體沿軸漏出； 防止外界氣體進(jìn)入泵殼內(nèi)。防止外界氣體進(jìn)入泵殼內(nèi)。2022-3-56三、離心泵的主要性能參數(shù)三、離心泵

4、的主要性能參數(shù) 流量流量 qV單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送液體的體積，單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送液體的體積，m3/s或或 m3/h。 壓頭或揚(yáng)程壓頭或揚(yáng)程 H 單位重量單位重量的液體經(jīng)泵后所的液體經(jīng)泵后所獲得獲得的能量，的能量，J/N或或m液柱。液柱。 效率效率 容積損失；水力損失；機(jī)械損失容積損失；水力損失；機(jī)械損失 一般，小型泵，效率為一般，小型泵，效率為6085%，大型泵效率可，大型泵效率可達(dá)達(dá)90%。2022-3-57 軸功率軸功率P軸功率軸功率P，有效功率有效功率Pe WeVPq Hg 而而%100 PPe 9.81kW1000102VVeq Hq HP 或或kW102Vq HP 2022-3-58四

5、、離心泵的特性曲線四、離心泵的特性曲線HqV 、PqV 、 qV：廠家實(shí)驗(yàn)測定廠家實(shí)驗(yàn)測定一定轉(zhuǎn)速、常壓、一定轉(zhuǎn)速、常壓、20清水清水（一）離心泵的特性曲線（一）離心泵的特性曲線2022-3-59離心泵特性曲線VqH Vq VPqn一定一定HP Vq2022-3-510HqV曲線：較大范圍內(nèi)，曲線：較大范圍內(nèi)，qV H PqV曲線：曲線：qVPqV=0時(shí)時(shí)，PPmin 離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥門關(guān)閉出口閥門2022-3-511 qV曲線：曲線：離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn) 離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)離心泵離心泵銘牌銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)均為

6、上標(biāo)注的性能參數(shù)均為最高效率點(diǎn)下之值。最高效率點(diǎn)下之值。離心泵的高效工作區(qū)：離心泵的高效工作區(qū)：max%92 2022-3-512（二）（二）離心泵性能的改變與換算離心泵性能的改變與換算（1） 密度的影響密度的影響qV不變不變， H不變，不變，基本不變，基本不變，P隨隨 變化。變化。（2） 粘度的影響粘度的影響H，qV,，而，而 P2022-3-513（3） 離心泵轉(zhuǎn)速的影響離心泵轉(zhuǎn)速的影響 當(dāng)液體的粘度不大，轉(zhuǎn)速變化小于當(dāng)液體的粘度不大，轉(zhuǎn)速變化小于20%時(shí)，認(rèn)時(shí)，認(rèn)為效率不變，有：為效率不變，有：23222222111111()()VVqnHnPnqnHnPn比例定律比例定律2022-3-

7、514（一）管路特性曲線（一）管路特性曲線五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 在截面在截面1-1 與與2-2 間列柏間列柏努利方程，有：努利方程，有：22fpuHzHgg 特定的管路系統(tǒng)：特定的管路系統(tǒng)： 一一定定p 、z 、dlle 一定一定操作條件一定：操作條件一定：022 gu其中其中：2022-3-515258ellkgd 令令0pHzg 令令22222512248eeVfeVllllquHdgdgdllqgd 而而認(rèn)為流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，認(rèn)為流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)， 變化較小變化較小 。為一常數(shù)為一常數(shù)亦為一常數(shù)亦為一常數(shù)2022-3-516則則20VHHk

8、q 管路特性方程管路特性方程管路特性曲線管路特性曲線HqVgpz 管路特性曲線反映了被輸送液體對輸送機(jī)械的管路特性曲線反映了被輸送液體對輸送機(jī)械的能量要求能量要求泵特性曲線泵特性曲線工作點(diǎn)工作點(diǎn)2022-3-517（二）工作點(diǎn)（二）工作點(diǎn)解析法：解析法：管路特性方程管路特性方程泵特性方程泵特性方程()VHf q ()VHq 工作點(diǎn)：工作點(diǎn)：管路特性曲線與泵特性曲線交點(diǎn)。管路特性曲線與泵特性曲線交點(diǎn)。 （三）（三） 流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)改變管路特性：調(diào)出口閥門；改變管路特性：調(diào)出口閥門；改變泵特性：改變泵特性： 調(diào)轉(zhuǎn)速。調(diào)轉(zhuǎn)速。2022-3-518qVqVM2qVMqVM1M1M2MH(1) 改變出

9、口閥門開度改變出口閥門開度適用：調(diào)節(jié)幅度不大，而經(jīng)常需要改變的場合。適用：調(diào)節(jié)幅度不大，而經(jīng)常需要改變的場合。關(guān)小出口閥關(guān)小出口閥 le qV , ,H 管特線變陡管特線變陡 工作點(diǎn)左上移工作點(diǎn)左上移特點(diǎn)：方便、快捷，流量連續(xù)變化；特點(diǎn)：方便、快捷，流量連續(xù)變化； 閥門消耗阻力，不經(jīng)濟(jì)。閥門消耗阻力，不經(jīng)濟(jì)。2022-3-519(2) 改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的轉(zhuǎn)速qVM1qVMqVqVM2(D1DD2)n1nn2n2(D2)n ( D )n1(D1)M2MM1H適用：調(diào)節(jié)幅度大，時(shí)間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)。適用：調(diào)節(jié)幅度大，時(shí)間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)。n泵泵HqV曲線上移曲線上移工作點(diǎn)右上移，工作點(diǎn)右上移，

10、H ， qV 特點(diǎn)：泵在高效率下工作，特點(diǎn)：泵在高效率下工作， 能量利用經(jīng)濟(jì)能量利用經(jīng)濟(jì); 需變速裝置或切削葉輪。需變速裝置或切削葉輪。2022-3-520（3）離心泵的組合操作離心泵的組合操作 并聯(lián)操作并聯(lián)操作H并H單HqV單qV并qVBAqV并并 H單單 2022-3-521 串聯(lián)操作串聯(lián)操作H單H串HqV單qV串qVBAqV串串 qV單單 H串串 hr , pk pv時(shí)，時(shí)， 不汽蝕不汽蝕 ha hr , pk pv時(shí)，開始發(fā)生汽蝕時(shí)，開始發(fā)生汽蝕 ha hr , pk qV需需, H泵泵 H需需 （4） 核算泵的功率。核算泵的功率。2022-3-529第二節(jié)第二節(jié) 其其他他類型化工用泵

11、類型化工用泵一、一、 往復(fù)泵往復(fù)泵（一）（一） 構(gòu)造與工作原理構(gòu)造與工作原理主要部件：泵缸、活塞主要部件：泵缸、活塞 和單向活門。和單向活門。2022-3-530工作原理：工作原理：活塞對流體直接做功，提供靜壓能活塞對流體直接做功，提供靜壓能單動(dòng)往復(fù)泵單動(dòng)往復(fù)泵流量不均勻流量不均勻2022-3-531雙動(dòng)往復(fù)泵：雙動(dòng)往復(fù)泵：2022-3-532（二）（二）往復(fù)泵的性能參數(shù)往復(fù)泵的性能參數(shù) 流量流量單動(dòng)泵：理論流量單動(dòng)泵：理論流量VqASn 理理實(shí)際流量實(shí)際流量VVVqq 理理 V泵的容積效率，在泵的容積效率，在0.90.97之間之間。流量由泵特性決定，而與管路特性無關(guān)流量由泵特性決定，而與管路

12、特性無關(guān)。2022-3-533流量調(diào)節(jié)方法：流量調(diào)節(jié)方法：1. 改變活塞的往復(fù)次數(shù)或沖程；改變活塞的往復(fù)次數(shù)或沖程；2. 旁路旁路調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。2022-3-534 壓頭（壓頭（ 揚(yáng)程）揚(yáng)程）在電機(jī)功率范圍內(nèi)，由管路特性決定。在電機(jī)功率范圍內(nèi)，由管路特性決定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV正位移特性正位移特性 流量只與泵特性有關(guān)，流量只與泵特性有關(guān)，而壓頭只與管路特性有關(guān)而壓頭只與管路特性有關(guān)qVqV理理2022-3-535 功率與效率功率與效率Vq HgP 往復(fù)泵的總效率，一般為往復(fù)泵的總效率，一般為0.650.85。 適用壓頭高、流量小的液體，但不能輸送腐適用壓頭高、流量小的液體，

13、但不能輸送腐蝕性大及有固體的懸浮液。蝕性大及有固體的懸浮液。2022-3-536二、二、 齒輪泵齒輪泵具有正位移特性。具有正位移特性。2022-3-537三、旋渦泵三、旋渦泵（一）結(jié)構(gòu)（一）結(jié)構(gòu)一種特殊的離心泵。一種特殊的離心泵。2022-3-538（二）特點(diǎn)（二）特點(diǎn)1. 啟動(dòng)泵時(shí)，要打開出口閥門，改變流量時(shí)，旁啟動(dòng)泵時(shí)，要打開出口閥門，改變流量時(shí)，旁路調(diào)節(jié)比安裝調(diào)節(jié)閥更經(jīng)濟(jì)；路調(diào)節(jié)比安裝調(diào)節(jié)閥更經(jīng)濟(jì)；2. 能量損失大，效率低能量損失大，效率低（20%40%），不適合輸，不適合輸送高粘度液體；送高粘度液體；3. 壓頭比離心泵高壓頭比離心泵高24倍，適用于高壓頭、小流量、倍，適用于高壓頭、小流

14、量、低粘度清潔液體。低粘度清潔液體。2022-3-539分類：分類：按出口壓力或壓縮比分為按出口壓力或壓縮比分為： 通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī) p出出(表表) 15kPa =1=11.151.15 鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī) p出出(表表)=15300kPa 4 300kPa 44 真空泵真空泵 p出出(表）表）=0 壓縮比由真空度決定壓縮比由真空度決定第三節(jié)第三節(jié) 氣體輸送機(jī)械氣體輸送機(jī)械2022-3-540（一）工作原理與結(jié)構(gòu)（一）工作原理與結(jié)構(gòu)一、離心式通風(fēng)機(jī)一、離心式通風(fēng)機(jī)2022-3-541（二）性能參數(shù)與特性曲線（二）性能參數(shù)與特性曲線1. 性能參數(shù)性能參數(shù)（1）風(fēng)量）風(fēng)量qV單位時(shí)間從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積

15、，單位時(shí)間從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積， m3/h或或 m3/s。注意：注意： qV應(yīng)以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)。應(yīng)以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)。2022-3-542（2）全風(fēng)壓）全風(fēng)壓pt與靜風(fēng)壓與靜風(fēng)壓ps全風(fēng)壓全風(fēng)壓：單位體積的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)后所獲得的能量，：單位體積的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)后所獲得的能量，Pa或或mmH2O221211221122efppz guWz guh 22212121()()()2tefpWzzgppuuh 以單位質(zhì)量的氣體為基準(zhǔn)以單位質(zhì)量的氣體為基準(zhǔn) 以單位體積的氣體為基準(zhǔn)以單位體積的氣體為基準(zhǔn) 2022-3-54322122)(upppt 動(dòng)風(fēng)壓動(dòng)風(fēng)壓 222dpu 靜風(fēng)壓靜風(fēng)壓 12ppps全風(fēng)壓

16、全風(fēng)壓tsdppp0)(12 gzz 0fh 01 u2022-3-544（3）軸功率與效率軸功率與效率W WVtq pP 2. 特性曲線特性曲線 用用20、101.3kPa的的空氣空氣（ =1.2kg/m3）測測定。定。 風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓與氣體的密度成正比氣體的密度成正比。qVPqVqVptqVpSqVn一定一定2022-3-545( (三三) ) 離心通風(fēng)機(jī)的選用離心通風(fēng)機(jī)的選用 1. 計(jì)算輸送系統(tǒng)所需的全風(fēng)壓，再換算成標(biāo)定狀計(jì)算輸送系統(tǒng)所需的全風(fēng)壓，再換算成標(biāo)定狀態(tài)下的全風(fēng)壓；態(tài)下的全風(fēng)壓；tttppp 2 . 100 3. 根據(jù)根據(jù)qV、pt0 選風(fēng)機(jī)的型號。選風(fēng)機(jī)的型號。

17、qV qV需需 ， pt0 pt0需需2. 根據(jù)氣體的性質(zhì)及風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)的類型；根據(jù)氣體的性質(zhì)及風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)的類型；2022-3-546二、鼓風(fēng)機(jī)二、鼓風(fēng)機(jī)（一）離心鼓風(fēng)機(jī)（一）離心鼓風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：外形外形 離心泵離心泵外殼直徑與厚度之比較大外殼直徑與厚度之比較大葉片數(shù)目較多葉片數(shù)目較多轉(zhuǎn)速較高轉(zhuǎn)速較高 單級出口表壓多在單級出口表壓多在30kPa30kPa以內(nèi)；以內(nèi)；多級可達(dá)多級可達(dá)0.3MPa 0.3MPa 2022-3-547（二）羅茨鼓風(fēng)機(jī)（二）羅茨鼓風(fēng)機(jī)2022-3-548 流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)旁路調(diào)節(jié)或調(diào)轉(zhuǎn)速；旁路調(diào)節(jié)或調(diào)轉(zhuǎn)速； 開機(jī)時(shí)打開出口閥門；開機(jī)時(shí)打開出口閥門； 操

18、作溫度操作溫度 5000rpm）2022-3-550（二）往復(fù)式壓縮機(jī)（二）往復(fù)式壓縮機(jī)2022-3-5511.工作過程工作過程假設(shè)假設(shè) 理想氣體；理想氣體； 氣體流經(jīng)吸氣、排氣閥時(shí)流動(dòng)阻力忽略不計(jì)；氣體流經(jīng)吸氣、排氣閥時(shí)流動(dòng)阻力忽略不計(jì)； 壓縮機(jī)無泄漏。壓縮機(jī)無泄漏。 2022-3-552（1）理想壓縮循環(huán)）理想壓縮循環(huán)壓縮過程（壓縮過程（1 2）恒壓排氣過程（恒壓排氣過程（2 3）恒壓吸氣過程（恒壓吸氣過程（4 1）理想壓縮循環(huán)功：理想壓縮循環(huán)功：123421SVdpWpp等溫等溫絕熱絕熱2022-3-55311221221112111.11kkkkkkkp Vp VpVConstpTTppkWp Vkp 等溫壓縮等溫壓縮122212112211lnln.ppVpppVpWConstpVVpVp 絕熱壓縮絕熱壓縮2022-3-554（2）實(shí)際壓縮循環(huán)）實(shí)際壓縮循環(huán)余隙：排氣終了時(shí)，活塞與氣缸之間的空隙。余隙：排氣終了時(shí)，活塞與氣缸之間的空隙。1 2 壓縮過程壓縮過程2 3 排氣過程排氣過程4 1 吸氣過程吸氣過程3 4 膨脹過程膨脹過程余隙氣體膨脹余隙氣體膨脹吸氣吸氣壓縮壓縮排氣排氣2022-3-555（3）余隙系數(shù)與容積系數(shù)）余隙系數(shù)與容積系數(shù)