化工原理第二章流體輸送機械

第二章流體輸送機械第一節(jié)概述第二節(jié)離心泵第三節(jié)其它類型泵第四節(jié)氣體輸送和壓縮設備當前第1頁\共有93頁\編于星期四\20點流體輸送機械：給流體增加機械能的設備機械能使液體p轉(zhuǎn)換為其它形式u2/2克服磨擦阻力液體→泵輸送對象氣體→壓縮機、鼓風機、通氣機當前第2頁\共有93頁\編于星期四\20點工作原理動力式（葉輪式）－離心式、軸流式容積式（正位移式）－往復式、旋轉(zhuǎn)式其它形式→噴射式掌握要求基本原理主要結(jié)構(gòu)選擇泵、計算功率性能參數(shù)確定安裝位置當前第3頁\共有93頁\編于星期四\20點第二節(jié)離心泵離心泵的外觀當前第4頁\共有93頁\編于星期四\20點一主要部件和工作原理（1）葉輪—葉片（+蓋板）當前第5頁\共有93頁\編于星期四\20點4-8個葉片（前彎、后彎，徑向）液體通道前蓋板、后蓋板，無蓋板閉式葉輪半開式開式（2）泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪截面積逐漸擴大的蝸牛殼形通道液體入口——中心液體出口——切線（3）泵軸：垂直葉輪面葉輪中心。當前第6頁\共有93頁\編于星期四\20點離心泵裝置簡圖當前第7頁\共有93頁\編于星期四\20點2．離心泵的工作原理（1）原動機——軸——葉輪，旋轉(zhuǎn)離心力葉片間液體中心外圍——液體被做功動能高速離開葉輪當前第8頁\共有93頁\編于星期四\20點（2）泵殼：液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換（動靜）（3）吸上原理與氣縛現(xiàn)象葉輪中心低壓的形成——液體高速離開p泵內(nèi)有氣，則泵入口壓力液體不能吸上——氣縛啟動前灌泵（4）軸封的作用（5）平衡孔的作用——消除軸向推力當前第9頁\共有93頁\編于星期四\20點（6）導輪的作用——減少能量損失當前第10頁\共有93頁\編于星期四\20點二離心泵的性能參數(shù)與特性曲線離心泵的理論壓頭r—葉輪半徑；—葉輪旋轉(zhuǎn)角速度；qv—泵的體積流量；b—葉片寬度；—葉片裝置角?！x心泵基本方程葉片無限多，液體完全沿葉片彎曲表面流動＝0，理想液體，無磨擦阻力損失當前第11頁\共有93頁\編于星期四\20點當前第12頁\共有93頁\編于星期四\20點說明：（1）裝置角：>90度—前彎葉片<90度—后彎~流動能量損失小=90度—徑向葉片（2）后彎葉片，ctg>0b、r、,則Hqv

，則H（線性規(guī)律）（3）理論壓頭H與流體的性質(zhì)無關（4）H與H的差距—葉片間環(huán)流；阻力損失；沖擊損失當前第13頁\共有93頁\編于星期四\20點1．離心泵的主要性能參數(shù)（1）(葉輪)轉(zhuǎn)速n：1000~3000rpm；2900rpm常見（2）(體積)流量qvm3/h，葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速（3）壓頭（揚程）H：1N流體通過泵獲得的機械能。J/N,m

，葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和n有關。Hz當前第14頁\共有93頁\編于星期四\20點（4）軸功率P：有效功率Pe泵軸轉(zhuǎn)動功并非全部轉(zhuǎn)換為液體能量①容積損失：回漏，平衡孔0.85~0.95②水力損失：磨擦，邊界層0.8~0.9③機械損失;有效功率/軸功率0.96~0.99

軸功率P：單位時間原動機輸入泵軸的能量有效功率Pe：單位時間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量。Pe=qvρgH當前第15頁\共有93頁\編于星期四\20點（5）效率：=Pe/P<100%容積損失，水力損失，機械損失2．離心泵的性能曲線H~qvP~qv~qv廠家實驗測定產(chǎn)品說明書20C清水當前第16頁\共有93頁\編于星期四\20點離心泵特性曲線當前第17頁\共有93頁\編于星期四\20點說明：①H~qv曲線，qv，H。qv很小時可能例外②P~qv曲線：

qv，P。大流量大電機關閉出口閥啟動泵，啟動電流最?、踾qv曲線

：小qv

，；大qv，

。max泵的銘牌~與max對應的性能參數(shù)選型時max當前第18頁\共有93頁\編于星期四\20點3．離心泵特性的影響因素

（1）流體的性質(zhì)：

密度：,(P、Pe)

（H，qv，）與無關；粘度：，（H，qv，）;P工作流體~20℃水差別大參數(shù)和曲線變化（2）轉(zhuǎn)速——比例定律當前第19頁\共有93頁\編于星期四\20點——n20%以內(nèi)(3)葉輪直徑——切割定律——D-5%以內(nèi)三離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)問題：工作時，qv,H,P,=?1.管路特性曲線當前第20頁\共有93頁\編于星期四\20點外加壓頭qv

，Hf，H

H

~qv——管路特性(方程)管路流量~所需外加壓頭管路壓頭損失管路&流體一定qv令當前第21頁\共有93頁\編于星期四\20點于是——管路特性方程(曲線)說明：①曲線在H軸上截距；管路所需最小外加壓頭②阻力平方區(qū)，

與qv無關，并忽略動能差其中③高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。管路特性系數(shù)當前第22頁\共有93頁\編于星期四\20點2．離心泵的工作點——泵的H~qv與管路的H~qv曲線的交點當前第23頁\共有93頁\編于星期四\20點說明①工作點泵的特性&管路的特性工作點確定：聯(lián)解兩特性方程作圖，兩曲線交點②泵裝于管路工作點~（H,qv)qv=泵供流量=管得流量qv=泵供壓頭=流體得壓頭③工作點~（qv,H,P,

）

~泵的實際工作狀態(tài)當前第24頁\共有93頁\編于星期四\20點例題2-1在內(nèi)徑為150mm，長度為280m的管路系統(tǒng)中，用離心泵輸送清水。已知該管路局部摩擦阻力損失的當量長度為85m，摩擦系數(shù)可取為0.03。離心泵曲線如圖所示。若為20m（水柱），試求離心泵的工作點。當前第25頁\共有93頁\編于星期四\20點3．離心泵的流量調(diào)節(jié)

改變流量改變泵的特性改變工作點改變管路特性（1）改變出口閥開度~管路特性關小出口閥leH，qv管特線變陡工作點左上移開大出口閥leH，qv管特線變緩工作點右下移當前第26頁\共有93頁\編于星期四\20點n泵H~qv曲線上移工作點右上移，H，qv（2）改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速~改變泵的特性當前第27頁\共有93頁\編于星期四\20點例2-2某輸水管路系統(tǒng)中，離心泵在轉(zhuǎn)速為n=2900r/min時的特性曲線方程為H=25-5qv2，管路特性方程為H=10+kqv2，qv的單位為m3/min。試求（1）k=2.5時工作點流量qvA與揚程HA;（2）閥門關小到k‘=5.0時的工作流量qvA與揚程HB；（3）對于流量qvB，因閥門開度由k=2.5關小到k=5.0，管路阻力損失增加了多少？（4）若不用改變閥門開度而用改變轉(zhuǎn)速，使流量從qvA調(diào)到qvB，試求轉(zhuǎn)速應調(diào)到多少？當前第28頁\共有93頁\編于星期四\20點當前第29頁\共有93頁\編于星期四\20點4、離心泵的并聯(lián)操作當流量達不到要求時，可以考慮并聯(lián)操作。5、離心泵的串聯(lián)操作為了使管路的輸液距離增大，流量增多，需要提高泵的揚程，可以考慮兩臺泵的串聯(lián)。當前第30頁\共有93頁\編于星期四\20點例2-3離心泵組合方式的比較用離心泵將水庫中的水運到灌溉渠，兩液面維持恒差16m，管路系統(tǒng)的壓頭損失可表示為Hf=5.2×105qv2庫房里有兩臺規(guī)格相同的離心泵，單臺泵的特性方程為H=38-4.2×105qv2試計算兩臺泵如何組合操作能獲得較大的輸水量。當前第31頁\共有93頁\編于星期四\20點四離心泵的安裝高度安裝高度:問題：液面到泵入口處的垂直距離(Hg)安裝高度有無限制？當前第32頁\共有93頁\編于星期四\20點0-0~1-1，B.E.

Hg，則p1當p1pv，葉輪中心汽化汽泡被拋向外圍凝結(jié)壓力升高周圍液體高速沖向汽泡中心撞擊葉片(水錘)伴隨現(xiàn)象①泵體振動并發(fā)出噪音②H,qv

,嚴重時不送液；③時間長久，水錘沖擊和化學腐蝕，損壞葉片當前第33頁\共有93頁\編于星期四\20點安裝高度，汽蝕問題：如何確定Hg的上限——允許安裝高度（1）三個基本概念：

2．汽蝕余量與允許安裝高度

①(有效)汽蝕余量ha:

泵入口處：動壓頭+靜壓頭-飽和蒸汽壓頭(液柱)當前第34頁\共有93頁\編于星期四\20點ha的物理意義：ha，p1汽蝕②必需汽蝕余量hr:液體從泵入口到葉輪內(nèi)最低壓力點處的全部壓頭損失泵入口處：動壓頭+靜壓頭=——用實驗測定③允許汽蝕余量h比必需汽蝕余量大0.3米

當前第35頁\共有93頁\編于星期四\20點正常運轉(zhuǎn)的泵（2）由h計算最大安裝高度Hgmax和Hg允許當前第36頁\共有93頁\編于星期四\20點（3）允許汽蝕余量的校正

h~20度清水，條件不同時要校正，校正曲線說明書3．討論

（1）汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：①安裝高度太高；②被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；③吸入管路阻力或壓頭損失太高。（2）計算出的Hgmax<0,低于貯槽液面安裝當前第37頁\共有93頁\編于星期四\20點（3）

Hgmax大小~qv。qv，則Hgmax

，保險。（4）安裝泵時為保險，Hg比Hgmax還要小0.5至1米。

(5)允許吸上真空度允許汽蝕余量

Hgmax用可能的最大qv計算Hgmax當前第38頁\共有93頁\編于星期四\20點例2-4某臺離心水泵，從樣本上查得其汽蝕余量Δh=2m（水柱）。現(xiàn)用此泵水送敞口水槽中40℃的清水，若泵吸入口距水面以上4m高度處，吸入管路的壓頭損失為1m（水柱），當?shù)氐拇髿鈮簭姙?.1MPa。試求泵的安裝高度是否合適。當前第39頁\共有93頁\編于星期四\20點例2-5液體密度對離心泵工作點的影響用離心泵向密閉高位槽送料，在特定轉(zhuǎn)速下，泵的特定方程為H=42-7.60×104qv2

當水在管內(nèi)的流量qv=0.01m3/s時，流動進入阻力平方區(qū)?，F(xiàn)改送密度為ρ=1260kg/m3的水溶液（其他性質(zhì)和水相近）時，密閉容器內(nèi)維持表壓118KPa不變，試求輸送液體時的流量和有效功率。當前第40頁\共有93頁\編于星期四\20點例2-6管路兩端面上壓力差變化對離心泵工作點的影響例2-5的管路系統(tǒng)，因工藝條件變化，要求密閉高位槽改變?yōu)槌骸Ｔ嚽蟪合碌墓苈诽匦苑匠碳八芤旱牧髁?。當前?1頁\共有93頁\編于星期四\20點六離心泵的類型、選用、安裝與操作1離心泵的類型：

按輸送液體的性質(zhì)不同（1）清水泵：輸送清水或相近、無腐蝕性、雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡單，造價低?！狪S

（2）耐腐蝕泵：輸送腐蝕性的液體，用耐腐蝕材料制成，要求密封可靠。——F（3）油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性?！猋當前第42頁\共有93頁\編于星期四\20點（4）雜質(zhì)泵：輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪流道寬，葉片數(shù)少。——P單吸泵；雙吸泵當前第43頁\共有93頁\編于星期四\20點單級泵；多級泵串聯(lián)組合；并聯(lián)組合當前第44頁\共有93頁\編于星期四\20點2離心泵的選用（1）根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型（2）確定管路流量和所需外加壓頭。

qv生產(chǎn)任務，H

管路的特性方程。

（3）根據(jù)所需qv和H確定泵的型號

①查性能表或曲線，要求泵的H和qv與管路所需相適應。

②若需qv有變，以最大qv為準，H應以最大qv值查找。③若泵的H和qv與管路所需不符，在鄰型號中找H和qv都稍大一點的。當前第45頁\共有93頁\編于星期四\20點⑤若液體性質(zhì)與清水相差大，則應對所選泵的特性曲線和參數(shù)進行校正，看是否能滿足要求。④若幾個型號都行，應選在操作條件下最高者⑥為保險，所選泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。3離心泵的安裝與操作安裝①安裝高度應小于允許安裝高度

②盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調(diào)節(jié)閥應裝于出口管路。當前第46頁\共有93頁\編于星期四\20點操作

①啟動前應灌泵，并排氣。

②應在出口閥關閉的情況下啟動泵

③停泵前先關閉出口閥，以免損壞葉輪

④經(jīng)常檢查軸封情況

當前第47頁\共有93頁\編于星期四\20點

例2-7離心泵的選型如課本81頁圖，需要安裝一臺泵，將流量45m3/h，溫度20℃的河水水送到高位槽，高位槽水面高出河面10m，管路總長度為15m。任選一臺離心泵，并確定安裝高度。當前第48頁\共有93頁\編于星期四\20點第三節(jié)其它類型泵一往復泵1．結(jié)構(gòu)和工作原理主要部件：泵缸；活塞；活塞桿；吸入閥、排出閥

工作原理：

說明：

①活塞往復運動，直接以靜壓能形式向液體供能

②單動泵，供液不連續(xù)；雙動泵，連續(xù)。③為耐高壓，活塞和連桿用柱塞代替。

當前第49頁\共有93頁\編于星期四\20點單動、雙動和三聯(lián)泵：當前第50頁\共有93頁\編于星期四\20點2．往復泵的流量和壓頭（1）理論平均流量單動雙動（2）實際平均流量=容積效率理論平均流量~與壓頭無關（3）瞬時流量的不均勻性

單動泵，吸、排液不連續(xù)當前第51頁\共有93頁\編于星期四\20點曲柄連桿，活塞運動速度~時間正弦規(guī)律（4）流量的精確性

qv僅~活塞面積、沖程、往復頻率

（5）往復泵的壓頭

擠壓供液，H任意高。~材料強度，密封，電機負載最終取決于管路特性當前第52頁\共有93頁\編于星期四\20點（6）特性曲線qv僅~泵，與管路(和H）無關H僅~管路，與泵(和qv)無關—正位移特性高阻高壓！當前第53頁\共有93頁\編于星期四\20點3．往復泵的操作要點和流量調(diào)節(jié)

（1）適用場合與流體(qv不太大，H較高，非腐蝕和懸浮物)（2）安裝高度有一定的限制（3）有自吸作用，啟動前無需要灌泵

（4）一般不設出口閥，有也必須打開啟動

（5）往復泵的流量調(diào)節(jié)方法：

①用旁路閥調(diào)節(jié)流量

②改變曲柄轉(zhuǎn)速③改變活塞的行程當前第54頁\共有93頁\編于星期四\20點二計量泵1外觀當前第55頁\共有93頁\編于星期四\20點2工作原理往復泵的一種原動機偏心輪轉(zhuǎn)動柱塞的往復運動3流量調(diào)節(jié)調(diào)整偏心度柱塞沖程變化流量調(diào)節(jié)。4應用場合輸送量或配比要求非常精確當前第56頁\共有93頁\編于星期四\20點三隔膜泵1外觀當前第57頁\共有93頁\編于星期四\20點2工作原理往復泵的一種3流量調(diào)節(jié)調(diào)整活柱往復頻率或旁路4應用場合腐蝕性的液體、固體懸浮液當前第58頁\共有93頁\編于星期四\20點四齒輪泵1剖開當前第59頁\共有93頁\編于星期四\20點2工作原理旋轉(zhuǎn)泵的一種3流量調(diào)節(jié)4應用場合轉(zhuǎn)速或旁路高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。固體懸浮液當前第60頁\共有93頁\編于星期四\20點五螺桿泵1外觀當前第61頁\共有93頁\編于星期四\20點2工作原理旋轉(zhuǎn)泵的一種螺紋在旋轉(zhuǎn)時有推進作用單螺桿雙螺桿三螺桿當前第62頁\共有93頁\編于星期四\20點3流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或旁路4應用場合高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。固體懸浮液當前第63頁\共有93頁\編于星期四\20點六旋渦泵

1工作原理特殊類型的離心泵當前第64頁\共有93頁\編于星期四\20點葉輪－開有凹槽的圓盤引水道葉輪旋轉(zhuǎn)，凹槽內(nèi)液體被做功。在引水道和凹槽間往反多次，被多次做功。2流量調(diào)節(jié)qv↓，P↑與正位移泵相同3應用場合qv↓，H↑↑高壓頭，較小流量×固體懸浮液，高粘度流體當前第65頁\共有93頁\編于星期四\20點第四節(jié)氣體輸送機械

一概述1．氣體輸送機械在工業(yè)生產(chǎn)中的應用

①氣體輸送

壓力不高，但量大，動力消耗大②產(chǎn)生高壓氣體：

終到設備壓力高③生產(chǎn)真空：

上游設備負壓操作2．氣體輸送機械的一般特點①動力消耗大

當前第66頁\共有93頁\編于星期四\20點②設備體積龐大

③特殊性——氣體的可壓縮性

3．氣體輸送機械的分類

工作原理——離心式、旋轉(zhuǎn)式、往復式、噴射式等出口壓力（終壓）和壓縮比

①通風機：終壓15kPa，壓縮比1至1.15②鼓風機：終壓15~300kPa，壓縮比小于4。③壓縮機：終壓300kPa以上，壓縮比大于4。④真空泵：造成負壓，終壓p0，壓縮比由真空度決定。當前第67頁\共有93頁\編于星期四\20點二離心式通風機當前第68頁\共有93頁\編于星期四\20點1．離心式通風機的結(jié)構(gòu)特點

①葉輪直徑較大

——適應大風量②葉片數(shù)較多

③葉片有平直、前彎、后彎不求高效率時——前彎④機殼內(nèi)逐漸擴大的通道及出口截面常為矩形

當前第69頁\共有93頁\編于星期四\20點2．性能參數(shù)和特性曲線

（1）風量：按入口狀態(tài)計的單位時間內(nèi)的排氣體積。m3/s，m3/h

（2）全風壓：單位體積氣體通過風機時獲得的能量J/m3，Pa風機進、出口之間寫B(tài).E.忽略忽略能量損失當前第70頁\共有93頁\編于星期四\20點②全風壓、靜風壓與動風壓的關系靜風壓動風壓當前第71頁\共有93頁\編于星期四\20點③全風壓和氣體密度的關系

氣體密度分別為ρ，ρ’時的全風壓pt，pt’的關系為當前第72頁\共有93頁\編于星期四\20點

（3）有效功率和效率

性能表上參數(shù)(1atm、20℃

)pt0當前第73頁\共有93頁\編于星期四\20點~qvp~qvqvpt~qvpst~qvp（4）特性曲線

1atm、20℃用空氣測定

pt~qv，pst~qv，P~qv，~qv當前第74頁\共有93頁\編于星期四\20點3．離心式通風機的選型

（1）根據(jù)氣體種類和風壓范圍，確定風機的類型

（2）確定qv0和pt0生產(chǎn)任務qv（3）根據(jù)qv0和pt0查找合適型號當前第75頁\共有93頁\編于星期四\20點例題2-8已知要求通風機對空氣的最大輸送量為1.6×104m3/h，最大風量下輸送系統(tǒng)所需要的風壓為10.8kPa。設空氣進口溫度為30℃，當?shù)氐拇髿鈮簽?8.7kPa。試選擇一臺合適的離心通風機。當前第76頁\共有93頁\編于星期四\20點三離心式的鼓風機

結(jié)構(gòu)特點外形離心泵蝸殼形通道常為圓形

外殼直徑與厚度之比較大

葉片數(shù)目較多

轉(zhuǎn)速較高

葉輪外周都裝有導輪

單級出口表壓多在30kPa以內(nèi)；多級可達0.3MPa

選型方法與離心通風相同四離心式壓縮機

1．結(jié)構(gòu)——定子與轉(zhuǎn)子當前第77頁\共有93頁\編于星期四\20點轉(zhuǎn)子：主軸、多級葉輪、軸套及平衡元件定子：氣缸和隔板

當前第78頁\共有93頁\編于星期四\20點葉輪當前第79頁\共有93頁\編于星期四\20點當前第80頁\共有93頁\編于星期四\20點2．工作原理

氣體葉輪中心離心力做功高速到達外圍擴壓器降速、增壓彎道，回流器下一級葉輪中心增壓多次，高壓離開3．特性曲線——與離心通風機相似當前第81頁\共有93頁\編于星期四\20點4．特點——與往復壓縮機相比體積和重量都很小而流量很大；

供氣均勻；運