冶金設(shè)備基礎(chǔ)第1章流體輸送設(shè)備及管路計(jì)算課件

1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒體教學(xué)課程：冶金設(shè)備基礎(chǔ)任課教師：徐瑞東學(xué)習(xí)目的與要求復(fù)習(xí)并掌握流體的基本概念、牛頓流體，柏努利方程，管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)，流體阻力與管路計(jì)算等基本知識(shí)；掌握離心泵、活塞泵、隔膜泵等流體輸送設(shè)備的工作原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)選擇與功力計(jì)算。第1章流體及流體輸送設(shè)備1.1流體流動(dòng)的基本知識(shí)1.流體的流動(dòng)性(宏觀流體模型)2.流體的密度與相對(duì)密度3.流體的壓縮性和膨脹性4.流體的粘性(牛頓型流體)5.流體的流動(dòng)型態(tài)(雷諾準(zhǔn)數(shù))6.邊界層的概念雷諾實(shí)驗(yàn)1.3流體阻力與管路的計(jì)算直管阻力局部阻力流體阻力管路的計(jì)算五條原則:材質(zhì)選擇，連接方式，流速的確定，阻力計(jì)算，布置系統(tǒng)三類問(wèn)題:已知管徑、管長(zhǎng)和流量，求流體通過(guò)管路所需的外能；已知管徑、管長(zhǎng)和允許的外能損耗，求流量；已知管徑、流量和允許的外能損耗，求管徑。減少流動(dòng)阻力的途徑盡量縮小管路長(zhǎng)度，以減少直管阻力；在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應(yīng)盡量減少管件或閥門(mén)的數(shù)量，同時(shí)盡量減少流道的突然變形，如可用漸擴(kuò)或減縮代替突擴(kuò)或突縮，用圓拐彎代替直角拐彎等;適應(yīng)增大直徑，流動(dòng)阻力與管徑的五次方成反比，若管徑增大一倍，即變?yōu)闀r(shí)，則摩擦阻力可減少為原來(lái)的

1/32左右。

流量和流速是流體輸送基本參數(shù)。流體輸送的實(shí)際問(wèn)題中常用流量；在柏努利方程中常用流速。1.4流速的測(cè)定測(cè)速管—測(cè)量局部速度孔板流量計(jì)—測(cè)量流過(guò)某截面的流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)—定壓流量計(jì)激光測(cè)速計(jì)—科研測(cè)定某點(diǎn)的瞬間流速1.5流體輸送設(shè)備液體輸送設(shè)備：離心泵、往復(fù)泵、高油壓泵、旋轉(zhuǎn)泵

氣體輸送設(shè)備：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵1.5.1離心泵離心泵的主要構(gòu)造離心泵的工作原理“氣縛”現(xiàn)象

離心泵若在啟動(dòng)前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小在葉輪中心中能產(chǎn)生很小的低壓，形不成所需要的壓差，雖啟動(dòng)離心泵，但液體仍不能上升到葉輪中心，不能完成輸送液體的目的，該現(xiàn)象稱為“氣縛”現(xiàn)象。離心泵的構(gòu)造裝置圖1-葉輪2–泵殼3–葉片4–吸入導(dǎo)管5-底閥6-壓出導(dǎo)管7-泵軸(3)有效功率和效率軸功率N：由電機(jī)輸入離心泵的功率有效功率Ne：

效率：有效功率與軸功率之比

根據(jù)泵的軸功率，可選用電機(jī)功率。但實(shí)際生產(chǎn)中為了避免電機(jī)燒毀，在選取電機(jī)功率時(shí)，要用求出的軸功率乘上一安全系數(shù)，常取安全系數(shù)如上表所示.泵的軸功率與安全系數(shù)泵的軸功率/kW0.5～3.753.75～37.5>37.5安全系數(shù)1.21.151.1

流量、揚(yáng)程、效率和功率是離心泵的主要性能參數(shù)。工廠生產(chǎn)的泵都有一定的牌號(hào)，其揚(yáng)程、流量、功率、轉(zhuǎn)速都有一定值，且生產(chǎn)廠家已將其產(chǎn)品性能參數(shù)用曲線表示出來(lái)，這就是離心泵的特性曲線。對(duì)于一定轉(zhuǎn)速的泵，存在以下三種關(guān)系曲線，即：

(1)H=f1(Q)，揚(yáng)程與流量的關(guān)系；(2)N=f2(Q)，軸功率與流量的關(guān)系；(3)η=f3(Q)，效率與流量的關(guān)系。

離心泵的特性曲線4B20型離心泵在n=2900r/min下的特性曲線：H-Q曲線：泵的揚(yáng)程隨流量的增大而平穩(wěn)下降；N-Q曲線：表明泵的軸功率隨流量的增加而平穩(wěn)上升；η-Q曲線：最高點(diǎn)為離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)，與此最高效率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的Q，H，N值稱為最佳工況參數(shù)，或叫設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)。管路特性的表達(dá)方式：

離心泵總是安裝在特定的管路中運(yùn)行的，泵在實(shí)際工作中的流量和壓頭等不僅取決于離心泵的特性，而且還與管路特性有關(guān)。兩者必須統(tǒng)一，并使泵在高效下運(yùn)行，完成流體輸送任務(wù)。管路的特性可用管路特性方程(管路中流量(或流速)與壓頭的關(guān)系)和管路特性曲線來(lái)表達(dá)。例如對(duì)標(biāo)準(zhǔn)管路系統(tǒng)，若貯槽和高位槽兩液面維持恒定，則泵對(duì)單位重量液體提供的能量為：

對(duì)一定操作條件下的特定管路，與均與流量無(wú)關(guān)，可用常數(shù)：表示，且，

則上式可寫(xiě)為：

其中：

當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體在葉輪上流動(dòng)的速度和壓力是變化的。通常在葉輪入口處最低，當(dāng)此處壓力等于或低于液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將部分氣化，生成大量的蒸氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入葉輪而流至高壓區(qū)時(shí)，由于氣泡周?chē)撵o壓大于氣泡內(nèi)的蒸氣壓力，而使氣泡急劇凝結(jié)而破裂。氣泡的消失產(chǎn)生了局部真空，使周?chē)囊后w以極高的速度涌向原氣泡中心，產(chǎn)生很大的壓力，造成對(duì)葉輪和泵殼的沖擊，葉輪很快就被沖蝕成蜂窩狀或海綿狀，使其震動(dòng)并發(fā)出噪音。離心泵工作時(shí)的氣蝕現(xiàn)象離心泵按輸送液體的性質(zhì)

單吸泵雙吸泵清水泵泥漿泵耐腐蝕泵油泵低溫泵熱水泵液下泵單級(jí)泵多級(jí)泵按工作的特點(diǎn)按吸入方式按葉輪數(shù)目離心泵的類型離心泵的選用：根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件進(jìn)行選擇；根據(jù)已知管路條件，確定被輸送液體需要的壓頭H，按已知的流量Q和計(jì)算的H，在泵的系列特性曲線上找到該點(diǎn)，確定泵的型號(hào)和轉(zhuǎn)速；被輸送液體的粘度、密度較大時(shí)，須對(duì)所選擇泵的特性曲線換算，對(duì)He、Ne重新校核，并注意工作點(diǎn)是否在高效率區(qū)；根據(jù)實(shí)際需要選配合適的電動(dòng)機(jī)。往復(fù)泵工作示意圖1-泵缸2-活塞3-活塞桿4-吸入活門(mén)5-排出活門(mén)1.5.2往復(fù)式活塞泵工作原理：利用活塞的推力把流體提升，完成液體輸送任務(wù)。適用于高揚(yáng)程、低流量的輸液過(guò)程，尤其是輸送高粘度液體,如重油。雙動(dòng)泵工作示意圖1-吸入管路2-填料函3-活塞4-壓出導(dǎo)管活塞式油壓泥漿泵示意圖1—空氣室2—出料閥3—進(jìn)料閥4—礦漿觀察閥5—液面觀察閥6—油觀察閥7—供油閥8—油箱9—油缸10—活塞1.5.4高壓油泵工作原理：活塞向右移動(dòng)時(shí)，排料活門(mén)緊閉，吸入活門(mén)開(kāi)啟，料漿便進(jìn)人油箱之下半部；當(dāng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)料活門(mén)閉死，出料活門(mén)開(kāi)啟，料漿排出。特點(diǎn)：油箱上半部及活塞缸中充滿礦物油，活塞及缸體不會(huì)磨損，使用壽命長(zhǎng)。由于密度不同，油與泥漿既相混溶，油的消耗少。1.5.5旋轉(zhuǎn)泵(轉(zhuǎn)子泵)

借泵內(nèi)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)作用而吸入和排出液體?？捎糜谳斔驼吵硪后w甚至膏狀物科，但不適于輸送含固體顆粒的懸浮液。齒輪泵示意圖類型離心泵往復(fù)泵旋轉(zhuǎn)泵流量(1)均勻；(2)量大；(3)流量隨管路情況變化。(1)不均勻；(2)量不大；(3)流量恒定，幾乎不因壓頭變化而變化。(1)比較均勻；(2)量??；(3)流量恒定，與往復(fù)泵相同。揚(yáng)程(1)一般不高；(2)對(duì)一定流量只能提供一定的揚(yáng)程(1)較高；(2)對(duì)一定流量可提供不同揚(yáng)程，由管路系統(tǒng)確定。同往復(fù)泵。效率(1)最高為70%左右；(2)在設(shè)計(jì)點(diǎn)最高，偏離愈遠(yuǎn)，效率愈低。(1)為80%左右；(2)供應(yīng)不同揚(yáng)程時(shí)，效率仍保持最大值。(1)介于60~80%左右；(2)在揚(yáng)程高時(shí)容易漏，使效率降低。結(jié)構(gòu)(1)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、安裝容易(2)高速旋轉(zhuǎn)，可直接與電動(dòng)機(jī)相連；(3)輸送同一流量體積??；(4)軸封裝置要求高，不能漏氣。(1)零件多，構(gòu)造復(fù)雜；(2)震動(dòng)甚大，不可快速，安裝較難；(3)體積大，占地多；(4)需吸入，排出活門(mén)；(5)輸送腐蝕性液體時(shí)，構(gòu)造更復(fù)雜。(1)沒(méi)有活門(mén)；(2)可與電動(dòng)機(jī)直接連接；(3)零件較少，但制造精度要求高。幾種液體泵的比較1.通風(fēng)機(jī)

通風(fēng)機(jī)主要有離心式和軸流式兩種類型。軸流通風(fēng)機(jī)由于其所產(chǎn)生的風(fēng)壓很小，一般只作通風(fēng)換氣用。冶金廠應(yīng)用最廣的是離心通風(fēng)機(jī)。離心通風(fēng)機(jī)按其所產(chǎn)生風(fēng)壓大小可分為以下三種：

低壓離心通風(fēng)機(jī)：風(fēng)壓≤1×103(表壓)

中壓離心通風(fēng)機(jī)：風(fēng)壓在1×103~3×103(表壓)

高壓離心通風(fēng)機(jī)：風(fēng)壓在3×103~15×103(表壓)離心式通風(fēng)機(jī)示意圖2.鼓風(fēng)機(jī)

(1)離心鼓風(fēng)機(jī)：轉(zhuǎn)速高，排氣量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但單級(jí)風(fēng)機(jī)由于只有一個(gè)葉輪，不可能產(chǎn)生較大的風(fēng)壓.(2)旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)---羅茨鼓風(fēng)機(jī)：轉(zhuǎn)速高，無(wú)閥門(mén)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，排氣均勻，風(fēng)量變動(dòng)范圍大，可在2~500范圍內(nèi)變動(dòng)，但效率低，其容積效率一般為0.7~0.9。羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1—同步齒輪2—轉(zhuǎn)子3—?dú)飧?—蓋板3.壓縮機(jī)

有往復(fù)壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)兩種。(1)往復(fù)壓縮機(jī)的構(gòu)造及工作原理往復(fù)壓縮機(jī)的構(gòu)造主要由氣缸、活塞、吸氣閥和排氣閥組成。(2)往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程(1)余隙中的氣體膨脹；(2)活門(mén)打開(kāi)，從外界吸氣；(3)活門(mén)關(guān)閉，壓縮氣體；(4)排出活門(mén)打開(kāi)，壓出氣體。立式單動(dòng)雙缸壓縮機(jī)示意圖1-排氣閥2—吸氣閥3—?dú)飧左w4—活塞5—連桿6—曲柄

本章小結(jié)1.1流體流動(dòng)的基本概念流體的流動(dòng)性流體的密度與相對(duì)密度流體的壓縮性和膨脹性流體的粘性(牛頓型流體