化工原理第02章課件-

1、2.1 概述目的：給流體加入機(jī)械能2.1.1 管路特性流體對輸送機(jī)械的能量要求從1至2截面 第2章 流體輸送機(jī)械高度湍流，K與流量無關(guān)2.1.2 管路特性的影響因素阻力部分：管徑d管長l、le或勢能增加部分：位差z壓差p密度= 過程分析法及其在泵流管路問題上的應(yīng)用過程分解法 當(dāng)一個過程由若干個子過程綜合而成，各個過程之間無交互影響或影響微弱而可忽略，則對子過程分別研究解決，然后通過一定的原則或方法加以綜合，可使整個過程得到簡化并解決。泵流管路問題的解決方案 應(yīng)用過程分解法，將整個問題分解為泵特性和管路特性，分別加以研究，然后通過供需平衡的原則加以解決。 2.1.3 流體輸送機(jī)械分類按作用原理分

2、： 動力式(葉輪式)：離心式，軸流式； 容積式(正位移式)：往復(fù)式，旋轉(zhuǎn)式； 其它類型：噴射式，流體作用式等。按流體可壓縮性分： 液體輸送機(jī)械：統(tǒng)稱為泵； 氣體輸送機(jī)械：通風(fēng)機(jī) 鼓風(fēng)機(jī) 壓縮機(jī) 真空泵 流體輸送機(jī)械的主要技術(shù)指標(biāo)壓頭H揚(yáng)程，即提供給單位重量流體的能 量，單位m 風(fēng)壓，即提供給單位體積流體的能 量，單位Pa流量qv規(guī)定的輸送量，單位m3/h， m3/s。效率選擇輸送機(jī)械必須考慮的指標(biāo)。 （本章的主線）2.2 離心泵2.2.1 離心泵的工作原理2.2.1.1 主要構(gòu)件(錄像)葉輪：迫使液體高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場中心加入低勢能、低動能液體外緣輸出高勢能、高動能液體蝸殼：流道逐漸擴(kuò)大，

3、將動能部分轉(zhuǎn)化成勢能 2.2.1.2 等角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的流體能量關(guān)系假定：理想流體，定態(tài)流動 葉片無限薄，無限多 , , 得或 2.2.1.3 理論壓頭以靜止系考察：勢能 ，動能 c絕對速度總機(jī)械能變化通常，泵設(shè)計(jì)點(diǎn)(額定流量下)1=90流量 或 2.2.1.4 理論壓頭的影響因素 (1)葉片彎角2和流量qV(2)葉輪轉(zhuǎn)速n u2=nD2 如果qVn，那么HTn2 (3)液體密度不出現(xiàn) pgHT , 氣縛現(xiàn)象(錄像) 灌泵吸入管裝單向閥， 泵啟動前:灌泵排氣當(dāng)H一定，則 當(dāng)泵啟動時，泵內(nèi)充滿空氣，造成泵吸入口的真空度太小無法吸入液體。這種現(xiàn)象稱為“氣縛”現(xiàn)象。2.2.2 離心泵的特性曲線（1）

4、泵的有效壓頭泵內(nèi)損失：容積損失:部分流體漏回入口處水力損失:0,葉片數(shù)目有限機(jī)械損失:軸承、軸封的摩擦（2）泵的有效功率 Pe=gqVHe Pa基本上隨流量qV單調(diào)上升 泵啟動時關(guān)出口閥（3）泵的效率容積損失：根據(jù)需要可選用不同類型的葉輪 水力損失：流體的粘性而產(chǎn)生的阻力損失（主要部分）機(jī)械損失：軸與軸封，葉輪與流體間磨擦。 泵的特性曲線測定(錄像)d吸=38mm,d出=25mm,測得水流量qV=510-4m3/s,p壓=0.2MPa,p真=27kPa。求：He=? 解：由泵進(jìn)、出口列方程（4）特性曲線的影響因素密度: 對HeqV,qV無影響;對PaqV有影響?zhàn)ざ? 對HeqV,qV，PaqV

5、都有影響轉(zhuǎn)速: 當(dāng)n變化20%時，比例定律：如果則有 液體黏度對特性曲線的影響 泵廠是用20度清水標(biāo)定泵的。 如液體黏度發(fā)生變化，特性曲線也將發(fā)生變化。 從右圖可見，黏度上升 揚(yáng)程（壓頭）下降； 效率下降； 所需功率上升。 所以在選泵的時候要對特性曲線進(jìn)行修正。 具體方法可查有關(guān)手冊。2.2.3 離心泵的流量調(diào)節(jié)和組合操作2.2.3.1 工作點(diǎn)工程處理方法：過程分解法2.2.3.2 流量調(diào)節(jié)(1)出口閥開度優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)簡便、靈活缺點(diǎn)：能耗(2)改變轉(zhuǎn)速n節(jié)能，但不方便 新老泵特性曲線關(guān)系 時， (等效率點(diǎn)) 例1 已知：充分湍流，=常數(shù)，現(xiàn)將離心水泵由輸水改為輸送CCl4, =1630kg/m3

6、求：當(dāng)p1=p2時,qV ,H , ,p出 ,Pe ;當(dāng)p1p2時，qV ,H , ,p出 ,Pe 。解：管路特性不變,工作點(diǎn)不變, qV不變, H不變, 不變。由點(diǎn)3至2排能量方程 管路特性曲線下移，因 ，圖解思維qV，H，不定 例2 圖示管路輸送液體,泵轉(zhuǎn)速n=2900r/min時，泵特性曲線為He=40-0.1qV2(He單位為m,qV單位為m3/h)流量為10m3/h, 現(xiàn)欲采用降低轉(zhuǎn)速的辦法使流量減少30% (流動處于阻力平方區(qū)) 。求：轉(zhuǎn)速n應(yīng)降至多少？解：管路H=12+KqV2原工作點(diǎn)A: qV=10m3/hH=(40-0.1)102=30m代入管路方程 新工作點(diǎn)B: qV=7m

7、3/h; H=12+0.1872=20.82m將 ,同時代入泵特性方程H=40-0.1qV2得新泵特性方程 將B點(diǎn)qV=7m3/h; H=20.82m代入得 n=0.80182900=2325 r/min 易犯錯誤：解： =2030r/min對工作點(diǎn)的含義毫無認(rèn)識。2.2.3.3 組合操作(1)串聯(lián)組合同樣流量下，兩泵壓頭相加 H單=(qV)， H串=2(qV) 例如： H單=20-2qV2 H串=40-4qV2 工作點(diǎn) H 2H(2)并聯(lián)組合同樣壓頭下，兩泵流量相加 H單=(qV)，例如： H單=20-2qV2 H并=20-0.5qV2 工作點(diǎn) qV2qV如圖： 串聯(lián) 并聯(lián)可見串聯(lián)后壓頭并不

8、是原來的兩倍；同樣并聯(lián)后流量也不是原來的兩倍；并且串并聯(lián)的數(shù)量越多，增幅越小。(3)組合方式的選擇當(dāng) 時，必須串聯(lián) 本次講課習(xí)題：第二章 1, 2, 3，4，5離心泵 返回氣縛現(xiàn)象 返回泵的測定 返回2.2.4 離心泵的安裝高度2.2.4.1 汽蝕現(xiàn)象(錄像)葉輪入口K處壓強(qiáng)最低，Hg太大時，pKpV,液體汽化，形成汽泡，受壓縮后潰滅。后果：葉輪受沖擊而出現(xiàn)剝落； 泵軸振動強(qiáng)烈，甚至振斷。 在研究中，曾測得汽蝕時水擊的頻率達(dá)每秒25000次，局部壓強(qiáng)30MPa。在連續(xù)壓力波的作用下，葉輪金屬表面出現(xiàn)一個個凹坑，產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。泵的零件在這樣大的周期性作用力下，將引起泵的振動。汽蝕的主要危害是：

9、1）泵的性能突然下降。泵發(fā)生汽蝕時，葉輪與液體間 的能量傳遞受到干擾，流道受氣泡堵塞，流動損失增 大，揚(yáng)程突然下降，嚴(yán)重時泵中流動中斷，泵不能工作；2）泵產(chǎn)生嚴(yán)重的振動和噪音；3）泵的過流部件的表面受到機(jī)械性質(zhì)的破壞（主要 的），及化 學(xué)性質(zhì)的破壞（次要的）。2.2.4.2 汽蝕余量NPSH由1至K：pK=pV, 發(fā)生汽蝕, 這時p1最小, 定義臨界汽蝕余量(NPSH)c由0至K：pK=pV時 規(guī)定必需汽蝕余量 (NPSH)r=(NPSH)c+,進(jìn)泵樣本，與流量有關(guān)實(shí)際汽蝕余量須比(NPSH)r大0.5m以上，最大允許安裝高度Hg為實(shí)際安裝高度HgHg=3m兩槽液面之間列管路方程 H=Z+Hf

10、=20+1+6=27m0.3MPa(表) 真空泵：生成負(fù)壓，進(jìn)口0.1MPa, 出口0.1MPa2.5.3 通風(fēng)機(jī)2.5.3.1 常用類型 軸流式通風(fēng)機(jī) 離心式通風(fēng)機(jī)2.5.3.2 離心式通風(fēng)機(jī)(錄像)原理與離心泵相同，不同之處：(1)風(fēng)壓 pT(2)動能在總機(jī)械能中所占比重明顯2.5.3.3 特性曲線 參數(shù)：風(fēng)量qV, 風(fēng)壓pT,pS, 功率P, 效率出廠標(biāo)準(zhǔn)：0.1MPa,20空氣, =1.2kg/m3以入口狀態(tài)為基準(zhǔn)： qV pT使用中注意換算例1 某離心風(fēng)機(jī)銘牌給出全壓1.8103Pa, 現(xiàn)用于輸送=1.5kg/m3的氣體。求：PT=?解： 2.5.4 鼓風(fēng)機(jī) 羅茨風(fēng)機(jī)(錄像)注意：正

11、位移特性 溫度過高會使轉(zhuǎn)子卡住2.5.5 壓縮機(jī) 往復(fù)式壓縮機(jī)(錄像) 原理與往復(fù)泵相同。余隙容積：當(dāng)壓縮比 達(dá)到上限時,VB=VC ,撞缸,流量為零主要指標(biāo)：生產(chǎn)能力qV , 以吸入常溫常壓空氣測定 排出壓強(qiáng)p2 , 注意：空氣的1.4（ ( -1)/ =0.286），石油氣的=1.2 （ ( -1)/ =0.167） 。設(shè)計(jì)時壓縮機(jī)輸送石油氣，但空氣試車或用氮?dú)庵脫Q是壓縮機(jī)可能超溫。壓縮機(jī)的兩個問題：1）從上式可見，壓縮比大，溫升也大，使工作環(huán)境惡化；2）壓縮比大，余隙的影響也大，使效率降低。解決方法：采用多級壓縮，中級冷卻。離心壓縮機(jī)：工作原理與離心鼓風(fēng)機(jī)同，也稱透平壓縮機(jī)。與往復(fù)式壓縮

12、機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是，體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、調(diào)節(jié)容易、維修方便、流量大而均勻、壓縮氣無油污染。出口壓強(qiáng)一般在2530MPa。由于轉(zhuǎn)速高，一般在10000/min左右，制造要求特別高，另流量偏離額定值效率降低。2.5.6 真空泵目的：獲得和維持負(fù)壓主要性能參數(shù)：(1) 極限真空：能達(dá)到的穩(wěn)定的最低壓強(qiáng)， 用絕對壓強(qiáng)表示(2) 抽氣速率：以吸入口狀態(tài)為基準(zhǔn)，m3/h真空泵抽的是什么？ 真空泵抽漏入系統(tǒng)的空氣；系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的不凝性氣體；部分物料(占有一定的分壓)。選真空泵時注意：抽氣速率要大于漏氣速率;被帶走的物料量的多少。真空泵種類 實(shí)際前面講的氣體輸送機(jī)械只要把進(jìn)氣口接在需要負(fù)壓的設(shè)備上，進(jìn)行排氣

13、即可。對于幾十Pa到上千Pa的真空度，普通通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)就可；絕對壓20kPa以下的，需要專用的真空泵；0.1Pa以下的超高真空需應(yīng)用擴(kuò)散、吸附原理的專用設(shè)備。1）往復(fù)式真空泵 原理：同往復(fù)式壓縮機(jī)，但壓縮比很大。吸入排出活門更加輕巧。2）水環(huán)真空泵 原理：偏心的葉輪在轉(zhuǎn)動時，使葉片間的容積發(fā)生變化進(jìn)行抽氣。 吸氣中允許有液體，是濕式真空泵。水起密封作用，也起冷卻作用，因此要不斷補(bǔ)水。水環(huán)真空泵可作鼓風(fēng)機(jī)用，出口表壓0.1MPa。3）液環(huán)真空泵 原理：外殼橢圓型，爪型葉輪，有兩個工作腔，也是利用爪型葉片間的容積變化吸氣。也可用作壓縮機(jī)，出 口表壓0.50.6MPa。 由于液體被甩向內(nèi)壁， 輸送氣體與內(nèi)壁不接 觸，使制造輸送腐蝕 氣體的液環(huán)真空泵成本下降。 4）旋片真空泵 原理：偏心轉(zhuǎn)子的旋片緊貼內(nèi)壁，轉(zhuǎn)動時使 容積發(fā)生變化吸氣?？蛇_(dá)到較高的真空度，絕 對壓為0.67Pa。旋片真空泵的主要部件浸沒在 真空油中，為密封各部件的間隙，充填余隙和 潤滑部件。屬于干式真空泵。5）噴射真空泵原理：利用壓強(qiáng)能與速度能的轉(zhuǎn)換造成真空。工作流體為蒸汽或水。單級蒸汽噴射真空泵僅能達(dá)到90%的真空度，工業(yè)上最多的五級蒸汽噴射泵，可達(dá)到絕對壓1.3Pa。優(yōu)點(diǎn)：工作壓強(qiáng)范圍光、抽氣量大、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)（可抽含顆粒、腐蝕性、易燃易爆氣體）。缺點(diǎn)：效率低，1025，不能用于輸送。