化工原理-CH2流體輸送機(jī)械

1、?化工原理?電子教案/目錄1 目錄第二章 流體輸送機(jī)械 第一節(jié) 離心泵 一、離心泵的構(gòu)造和工作原理 二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能 三、離心泵的主要性能參數(shù) 四、離心泵的特性曲線 五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 習(xí)題課 六、離心泵的安裝高度 七、離心泵的類型、選用、安裝與操作?化工原理?電子教案/目錄2 目錄第二節(jié) 其它類型泵 一、其它速度式泵 二、容積式泵 三、各類泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 第三節(jié) 通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵 一、離心通風(fēng)機(jī) 二、往復(fù)壓縮機(jī)3/61 ?化工原理?電子教案/第二章第二章 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械4/61 ?化工原理?電子教案/第二章第二章 流體輸送機(jī)械按泵的工作原

2、理分: 特點(diǎn)：依靠旋轉(zhuǎn)的葉片向液體傳送機(jī)械能 特點(diǎn)：機(jī)械內(nèi)部的工作容積不斷發(fā)生變化。5/61 ?化工原理?電子教案/第二章第一節(jié) 離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理1、離心泵的構(gòu)造： 思考： 為什么葉片彎曲？ 泵殼呈蝸殼狀？ 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 答案見后面的內(nèi)容6/61 ?化工原理?電子教案/第二章一、離心泵的構(gòu)造和工作原理2、離心泵的工作原理請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 思考： 流體在泵內(nèi)都獲得了哪幾種能量？ 其中哪種能量占主導(dǎo)地位？ 思考：泵啟動(dòng)前為什么要灌滿液體 氣縛現(xiàn)象答案：動(dòng)能和靜壓能，其中靜壓能占主導(dǎo)7/61 ?化工原理?電子教案/第二章二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能1葉輪 閉式葉輪的內(nèi)

3、漏最小，故效率最高，敞式葉輪的內(nèi)漏最大。 但敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 思考：三種葉輪中哪一種效率高？ 葉輪是離心泵的心臟部件，有2 至6 片彎曲的葉片。 8/61 ?化工原理?電子教案/第二章二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能思考：泵殼的主要作用是什么？2泵殼聚集液體，并導(dǎo)出液體；能量轉(zhuǎn)換裝置動(dòng)能變靜壓能呈蝸牛殼狀 思考：為什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反？3導(dǎo)輪請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 答案見后面的內(nèi)容固定不動(dòng) 9/61 ?化工原理?電子教案/第二章二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能4. 軸封裝置填料如浸油或滲涂石墨的石棉帶、碳纖維、氟纖維和膨脹石墨等， 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 -減少泵內(nèi)

4、高壓液體外流，或防止空氣侵入泵內(nèi)。由兩個(gè)光滑而密切貼合的金屬環(huán)形面構(gòu)成，動(dòng)環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)裝在泵殼上固定不動(dòng)，二者在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持緊貼狀態(tài)以防止?jié)B漏。 填料不能壓得過緊，也不能壓得過松，應(yīng)以壓蓋調(diào)節(jié)到有液體成滴狀向外滲透。請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 對(duì)于輸送酸、堿的離心泵，密封要求比較嚴(yán)，多用機(jī)械密封。10/61 ?化工原理?電子教案/第二章三離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù)銘牌11/61 ?化工原理?電子教案/第二章三離心泵的主要性能參數(shù)轉(zhuǎn)速H，又稱揚(yáng)程，泵對(duì)單位重量流體提供的有效能量，m?？捎萌鐖D裝置測(cè)量。Q，泵單位時(shí)間實(shí)際輸出的液體量，m3/s或m3/h?？蓽y(cè)量。n，單位或在泵進(jìn)口b 、泵出口

5、 c 間列機(jī)械能衡算式：流量壓頭12/61 ?化工原理?電子教案/第二章三離心泵的主要性能參數(shù)理論壓頭-理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為 理論壓頭，用H 表示。 泵的壓頭H與影響因素的關(guān)系式只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，但理想情況下的關(guān)系式那么可理論推導(dǎo)得到。 思考：由1、2可以得出什么結(jié)果？ 13/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 在1與2之間列伯努利方程式，得：理論壓頭H 產(chǎn)生的原因：原因一：離心力作功 1 kg液體受到的離心力為： 14/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 在1與2之間列伯努利方程式，得：理論壓頭H 原因二：液體由1流到2時(shí)，由于流動(dòng)通道逐漸擴(kuò)大， w逐漸變

6、小，這局部能量將轉(zhuǎn)化為靜壓能。15/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 液體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中的運(yùn)動(dòng)分為2種:周向運(yùn)動(dòng)：沿葉片外表的運(yùn)動(dòng)：處處與葉片相切，速度wu2 u1 w1 w2 思考：u1、u2孰大？ w1 、w2孰大？根據(jù)余弦定理可知：16/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 1 2 u2 2 u1 w1 w2 理論壓頭H 離心泵設(shè)計(jì)中，一般都使設(shè)計(jì)流量下的1=90 那么cos1=0。于是 r2b2c2uc2c2rc2uc2r17/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 1 2 u2 2 u1 w1 w2 理論壓頭H r2b2c2uc2c2rc2uc2r思考：

7、與H有關(guān)的因素有哪些？分別是怎樣的關(guān)系？ 討論： 1 H與流量Q、葉輪轉(zhuǎn)速、葉輪的尺寸和構(gòu)造r2、b2、2有關(guān)；2葉輪直徑越大、轉(zhuǎn)速越大，那么H越大；18/61 ?化工原理?電子教案/第二章葉片后彎，20， 即H隨流量增大而減小； 葉片徑向，2=90，ctg2=0， 即H不隨流量而變化；葉片前彎，290，ctg290 19/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 似乎泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取前彎葉片，因其H 為最高。但實(shí)際上泵的設(shè)計(jì)都采用后彎葉片。Why？c2w2u2后彎葉片c2w2u2徑向葉片c2w2u2前彎葉片c2小，泵內(nèi)流動(dòng)阻力損失小回憶： 思考： 為什么葉片彎曲？ 泵殼呈蝸殼狀？ 思考： 為

8、什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反？20/61 ?化工原理?電子教案/第二章理論壓頭H 4理論壓頭H與液體密度無關(guān)。 這就是說，同一臺(tái)泵無論輸送何種密度的液體，對(duì)單位重量流體所能提供的能量是相同的。21/61 ?化工原理?電子教案/第二章實(shí)際壓頭H實(shí)際壓頭比理論壓頭要小。具體原因如下： 此損失只與葉片數(shù)、液體黏度等有關(guān)，與流量幾乎無關(guān)。 1葉片間的環(huán)流運(yùn)動(dòng) 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 考慮這一因素后，圖中理論壓頭線a變?yōu)橹本€b 。 b22/61 ?化工原理?電子教案/第二章實(shí)際壓頭H2阻力損失 考慮到這項(xiàng)損失后，壓頭線變?yōu)榍€c 。 此損失可近似視為與流速的平方呈正比。bc23/61 ?化工原理?電子教

9、案/第二章實(shí)際壓頭H3沖擊損失 在設(shè)計(jì)流量下，此項(xiàng)損失最小。流量假設(shè)偏離設(shè)計(jì)量越遠(yuǎn)，那么沖擊損失越大。 設(shè)計(jì)流量bcd 考慮到這項(xiàng)損失后，壓頭線應(yīng)為曲線d。 24/61 ?化工原理?電子教案/第二章三離心泵的主要性能參數(shù)軸功率和效率軸功率， 用N表示，單位W 或kW效率，無量綱 有效功率Ne=mweQgH，單位W 或kW 三者關(guān)系如圖：25/61 ?化工原理?電子教案/第二章三離心泵的主要性能參數(shù)軸功率和效率NNe機(jī)械損失容積損失水力損失小型水泵：一般為5070% 大型泵：可達(dá)90%以上1容積損失： 2水力損失3機(jī)械損失內(nèi)漏與效率有關(guān)的各種能量損失：環(huán)流損失、阻力損失和沖擊損失 泵軸與軸承、密

10、封圈等機(jī)械部件之間的摩擦 26/61 ?化工原理?電子教案/第二章三離心泵的主要性能參數(shù)允許汽蝕余量將在后面介紹。27/61 ?化工原理?電子教案/第二章四離心泵的特性曲線NQ曲線 Q曲線 測(cè)定條件： 固定轉(zhuǎn)速， 20C清水 上述這些主要性能參數(shù)間的關(guān)系無法理論推得，一般由廠家測(cè)定，并用曲線表示出來，稱為離心泵特性曲線。常用的共有三條線，如圖。HQ曲線28/61 ?化工原理?電子教案/第二章四離心泵的特性曲線設(shè)計(jì)點(diǎn)最高效率58區(qū)域?yàn)楸酶咝^(qū)由圖可見： Q，H ，N，有最大值設(shè)計(jì)點(diǎn)。思考： 離心泵啟動(dòng)時(shí)出口閥門應(yīng)關(guān)閉還是翻開，why？ 為什么Q0時(shí)，N0？29/61 ?化工原理?電子教案/第二章

11、離心泵特性曲線的影響因素液體性質(zhì) 密度:黏度:Why？當(dāng)比20清水的大時(shí)，H，N， 實(shí)驗(yàn)說明，當(dāng)20倍清水的黏度 20 時(shí)，對(duì)特性曲線的影響很小，可忽略不計(jì)。對(duì)HQ曲線、Q曲線無影響，但故，NQ曲線上移。30/61 ?化工原理?電子教案/第二章離心泵特性曲線的影響因素 葉輪轉(zhuǎn)速 當(dāng)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)小于20%，利用出口速度三角形相似的近似假定，可推知：假設(shè)不變，那么比例定律思考：假設(shè)泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程為H=A+BQ2，那么新轉(zhuǎn)速n下泵的特性曲線方程表達(dá)式？31/61 ?化工原理?電子教案/第二章離心泵特性曲線的影響因素泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程轉(zhuǎn)速增大32/61 ?化工原理?電子教案/

12、第二章離心泵特性曲線的影響因素 葉輪直徑當(dāng)葉輪直徑因切割而變小時(shí)，假設(shè)變化程度小于20%，那么 假設(shè)不變，那么思考：假設(shè)泵在原葉輪直徑下的特性曲線方程為H=A+BQ2，那么葉輪切割后泵的特性曲線方程表達(dá)式？33/61 ?化工原理?電子教案/第二章五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)泵-供方管路-需方匹配： 1、管路特性曲線 泵提供的流量 = 管路所需的流量 泵提供的壓頭H = 管路所需的壓頭he-管路所需壓頭he與流量關(guān)系曲線對(duì)如下圖的管路列機(jī)械能衡算式：34/61 ?化工原理?電子教案/第二章五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)管路特性方程完全湍流時(shí)，與流量無關(guān)與流量有關(guān)35/61 ?化工原理?電子教案/第

13、二章五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)2、流量調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)閥門改變曲線中的B改變n、切割葉輪 閥門開大 閥門關(guān)小 工作點(diǎn) 兩種方法缺點(diǎn)：多耗動(dòng)力，并可能使泵低效率區(qū)工作 優(yōu)點(diǎn)：迅速、方便，可在某一最大流量與零之間隨意變動(dòng)。 不經(jīng)常改變流量時(shí)用，大中型泵的流量調(diào)節(jié)傾向于首先考慮采用這一技術(shù) 36/61 ?化工原理?電子教案/第二章習(xí)題課-根據(jù)流量、壓頭選泵 將流量、壓頭裕量控制在10%左右。37/61 ?化工原理?電子教案/第二章設(shè)計(jì)型問題計(jì)算舉例【例】 要用泵將水送到15 m高之處，最大流量為80 m3h-1。此流量下管路的壓頭損失為3 m。試在IS 型泵中，選定合用的一個(gè)。【解】題中已給出最大流量為

14、： Q=80 m3h-1取he的1.051.1倍那么為18.919.8m。查圖2-18得：IS100-80-125，n2900 rmin-1 另：IS125-100-250，n1450 rmin-1泵雖同樣合用，但泵體較大，一般情況下都選前者。 38/61 ?化工原理?電子教案/第二章操作型問題計(jì)算舉例【例】某離心泵工作轉(zhuǎn)速為n=2900r.p.m.轉(zhuǎn)/min，其特性曲線方程為H=300.01V2 。當(dāng)泵的出口閥全開時(shí)，管路特性曲線方程為he=100.04V2，式中V的單位為m3/h，H及he的單位均為m。求： 1閥全開時(shí)，泵的輸水量為多少？ 2要求所需供水量為上述供水量的75%時(shí)： a假設(shè)采

15、用出口閥調(diào)節(jié)，那么多損失的壓頭為多少m水柱？ b假設(shè)采用變速調(diào)節(jié)，那么泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少.？ 【解】 139/61 ?化工原理?電子教案/第二章2015H he (2)多損失的壓頭為多少m水柱？ a. 采用調(diào)節(jié)出口閥門的方法多損失的泵特性曲線方程管路特性曲線方程40/61 ?化工原理?電子教案/第二章泵特性曲線方程管路特性曲線方程b. 采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，那么泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少.？ 2015注意：以下解法錯(cuò)誤!新轉(zhuǎn)速下泵的特性曲線方程為： 因?yàn)楸壤芍贿m用于泵，而不能用于由泵和管路特性曲線共同決定的工作點(diǎn)管路特性曲線過坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)除外。he 41/61 ?化工原理?電子教案/第二章作業(yè)：42/61

16、 ?化工原理?電子教案/第二章六、離心泵的安裝高度ZS 1、什么是安裝高度？ 泵軸與吸液方液面間的垂直高度，稱為安裝高度，用ZS表示?？烧韶?fù)。思考：安裝高度為什么受限制？ 43/61 ?化工原理?電子教案/第二章六、離心泵的安裝高度ZS 思考：安裝高度為什么受限制？ 為防止汽蝕現(xiàn)象，安裝高度必須加以限制，即存在最大安裝高度ZS,max。汽蝕現(xiàn)象： 葉片反面 當(dāng)pkpv 時(shí)，K處發(fā)生局部汽化現(xiàn)象。 葉片外表產(chǎn)生蜂窩狀腐蝕 ； 泵體震動(dòng)，并發(fā)出噪音； 流量、壓頭、效率都明顯下降； 嚴(yán)重時(shí)甚至吸不上液體。 44/61 ?化工原理?電子教案/第二章六、離心泵的安裝高度ZS 2、最大安裝高度ZS,ma

17、x和允許汽蝕余量h允許 剛好發(fā)生汽蝕時(shí)， pkpv， pe到達(dá)最小值pe,min。 在s-s面、e-e面間列機(jī)械能衡算：最小汽蝕余量又稱最小凈正吸上高度 NPSH，Net Positive Suction Head 45/61 ?化工原理?電子教案/第二章六、離心泵的安裝高度ZS 一般規(guī)定，允許汽蝕余量h允許是泵的特性參數(shù)之一，由廠家測(cè)定。 hmin的實(shí)驗(yàn)測(cè)定： 用20清水測(cè)定。以泵的揚(yáng)程較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標(biāo)志，測(cè)定泵剛好發(fā)生汽蝕時(shí)的pe即可。 -最小汽蝕余量實(shí)際的安裝高度還應(yīng)比允許值低0.51m。46/61 ?化工原理?電子教案/第二章六、離心泵的安裝高度ZS 當(dāng)輸送條件與測(cè)定條

18、件不同時(shí)，那么要對(duì)h允許值進(jìn)行校正。求校正系數(shù)的曲線載于泵的說明書中。校正系數(shù)常小于1，故為簡(jiǎn)便計(jì)，也可不校正，而將其視為外加的平安因數(shù)。 h允許的校正：47/61 ?化工原理?電子教案/第二章七、離心泵的類型、選用、安裝與操作類型：不下百種 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 48/61 ?化工原理?電子教案/第二章七、離心泵的類型、選用、安裝與操作高效區(qū)選用原那么： 定類型-根據(jù)流體性質(zhì)及操作條件 定規(guī)格-根據(jù)流量、壓頭大小，高效 返回目錄49/61 ?化工原理?電子教案/第二章第二節(jié) 其它類型泵一、其它速度式泵50/61 ?化工原理?電子教案/第二章第二節(jié) 其它類型泵二、容積式泵1、往復(fù)泵工作原理： 與離心

19、泵比較：結(jié)構(gòu)：泵缸、活塞、閥門、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 利用容積的變化給流體加靜壓能 工作循環(huán)：一次吸液，一次排液 -具有自吸能力，不必灌液 -安裝高度也受限制，但無汽蝕現(xiàn)象啟動(dòng)前是否需要灌液？安裝高度是否有限制？流量Q與壓頭H關(guān)系？-流量與壓頭幾乎無關(guān) 由于受泵的部件機(jī)械強(qiáng)度和原動(dòng)機(jī)功率的限制，泵的揚(yáng)程不可能無限增大。 壓頭越大，漏損越大.請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 51/61 ?化工原理?電子教案/第二章1、往復(fù)泵與離心泵比較： 旁路輸液量均勻性？連續(xù)性？流量調(diào)節(jié)方法？-輸液量不均勻、不連續(xù) -流量調(diào)節(jié)不可用出口閥門調(diào)節(jié)方法。 適用于小流量、高壓頭的情況下輸送高粘度的液體。 效率高，通常為7293%。 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 52/61 ?化工原理?電子教案/第二章2、其他容積式泵：53/61 ?化工原理?電子教案/第二章三、各類泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 離心泵應(yīng)用范圍最廣。特別適用于化工生產(chǎn)的原因是它的流量均勻而易于調(diào)節(jié)，又能輸送有腐蝕性、含懸浮物的液體。 往復(fù)泵往復(fù)泵只宜在壓頭高、流量也較大的情況下使用。 返回目錄54/61 ?化工原理?電子教案/第二章第三節(jié) 通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵終壓p21.15atm，壓縮比 終壓p24atm，壓縮比 終壓為大氣壓，壓縮比近似 55/61 ?化工原理?電子教案/第二章第三節(jié) 通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵工作原理： 結(jié)構(gòu)：主