化工原理第二章第一節(jié)(第三版)

為流體提供能量的機(jī)械，用于補(bǔ)償流體的機(jī)械能差和克服管路系統(tǒng)中的阻力損失。

附圖表示了一個(gè)包括輸送系統(tǒng)在內(nèi)的管路系統(tǒng)。為了將流體由低機(jī)械能處向高機(jī)械能處輸送，必須補(bǔ)加能量，即輸送流體所需要的能量。第二章流體輸送機(jī)械*20*氣體具有可壓縮性，在輸送和壓縮過(guò)程中，體積減小溫度上升，故氣體輸送機(jī)械與液體輸送機(jī)械有較大差異。泵：液體輸送機(jī)械。風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)：氣體輸送機(jī)械。因?yàn)榱黧w種類的多樣性，故有不同類型、不同尺寸的氣體和液體輸送機(jī)械。輸送機(jī)械的分類（據(jù)作用原理）離心式往復(fù)式旋轉(zhuǎn)式流體動(dòng)力作用式第一節(jié)離心泵一、離心泵的工作原理三、離心泵的性能參數(shù)1、流量qV2、揚(yáng)程H又稱壓頭，單位重量液體流經(jīng)離心泵后所獲得的能量。m又稱送液能力，單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。L/s或m3/h*3*單位重量揚(yáng)程的測(cè)量：注意：pM——壓力表讀數(shù)，PapV——真空表讀數(shù)，Pa∑Hf一般可忽略。*4*3、功率與效率①軸功率P：泵軸所需的功率，即泵軸從電動(dòng)機(jī)得到的功率，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在著種種損失，使輸入泵的功率（軸功率P）比有效功率高。泵的有效功率Pe計(jì)算公式：其中：Pe----有效功率，WqV----泵的流量，m3/sρ----液體密度，kg/m3H----泵的揚(yáng)程，m能量單位g-----重力加速度，m/s2②有效功率Pe

：?jiǎn)挝粫r(shí)間液體從泵得到的有效能量，*5*副③泵的效率η④泵能量損失的原因a、容積損失由于葉輪做功，葉輪外緣的液體壓力高于中心吸入口，部分液體將由泵體與葉輪之間的縫隙漏回吸入口處，使該部分液體得到的能量損失，且造成泵的流量減少，產(chǎn)生容積損失。泵的效率范圍：一般泵0.6～0.85，大型泵可達(dá)0.9。離心泵有效功率與泵的軸功率的比值定義為泵的（總）效率。體現(xiàn)了離心泵工作過(guò)程中的能量損失。（有三個(gè)）b、水力損失液體在葉片間的通道內(nèi)及泵殼中的流動(dòng)將損耗部分機(jī)械能，使得泵的有效壓頭低于理論壓頭，造成損失。c、機(jī)械損失高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪盤(pán)面與流動(dòng)的液體之間的摩擦以及軸封、軸承之間的機(jī)械摩擦，造成了機(jī)械損失。⑤電動(dòng)機(jī)的功率：

應(yīng)大于泵的軸功率，其值在泵的樣本中有說(shuō)明。四、離心泵的特性曲線特性曲線它揭示了1泵的流量qV、2揚(yáng)程H（即泵的壓頭）、3軸功率P和4效率η之間的關(guān)系。注：曲線是在額定轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（大氣壓101.325kPa、20℃清水）下測(cè)得的。（一）特性曲線紅---效率蘭---揚(yáng)程粉紅---軸功率綠---流量*6*1、H～qV曲線2、P～qV曲線揚(yáng)程隨流量增大而減小。

軸功率隨流量增大而增大。且qV=0時(shí)，P最小。故啟動(dòng)泵前，應(yīng)關(guān)閉出口閥，減小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)功率，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。待啟動(dòng)后，再將流量逐漸增至所需值。*7*③η～qV曲線

隨流量增大，效率先增大后減小。設(shè)計(jì)工況點(diǎn)

即最高效率點(diǎn)，泵在該點(diǎn)下工作最經(jīng)濟(jì)，又稱泵的額定點(diǎn)。該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量稱為額定流量。高效區(qū)：泵的效率≥93%×最高效率的范圍。*8*研究泵特性曲線的目的之所在----高效區(qū)（二）、幾個(gè)影響特性曲線的因素

特性曲線是一定的泵在一定的轉(zhuǎn)速下用101.325kPa、20℃的清水做實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。如不符上述條件，則應(yīng)對(duì)查出的結(jié)果校正。1、轉(zhuǎn)速的影響

——改變泵的特性曲線H-qv

即使是同一臺(tái)離心泵，改變轉(zhuǎn)速，它的特性曲線也要發(fā)生改變。在轉(zhuǎn)速相差不大的情況下，我們可以利用已知的特性曲線，近似的換算求解。比例定律。

同一型號(hào)泵、輸送同一種液體，在效率η不變的情況下，且轉(zhuǎn)速變化小于20%（可認(rèn)為效率基本不變），（2-5）泵的等效方程看例2-3*9**10*2、粘度的影響

粘度增大，則流量、揚(yáng)程和效率減小，軸功率增大。當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度υ＞2×10－5m2/s時(shí)，查出的流量、揚(yáng)程、軸功率和效率須乘以校正系數(shù)校正。生產(chǎn)廠家所提供的特性曲線使用常溫清水作為介質(zhì)進(jìn)行測(cè)定的，所以實(shí)際中，當(dāng)液體粘度較大時(shí)須校正。*11*3、密度的影響

密度變化，流量、揚(yáng)程和效率不變，但軸功率與密度成正比。故H～qV、η～qV曲線不變，但查出的軸功率須校正。*12*五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)（一）、管路特性方程與管路特性曲線式中當(dāng)式中*13*（二）、工作點(diǎn)

管路特性曲線與泵特性曲線的交點(diǎn)。泵安裝在管路中，泵流量就是管路的流量。在這個(gè)流量下，泵提供的揚(yáng)程恰好是管路所需的壓頭。因此，泵的實(shí)際工作情況是由泵的特性和管路特性共同決定的。

泵工作時(shí)，工作點(diǎn)應(yīng)位于高效區(qū)。若其中qV單位改為m3/h，即qV’——m3/h。因1m3/s=3600m3/h，即qV’=3600qV

，代入原式，(式中qV’單位為m3/h)例2-2P73(三)、流量調(diào)節(jié)

改變工作點(diǎn)，即改變離心泵的特性曲線或管路的特性曲線。增加了管路的阻力損失，經(jīng)濟(jì)上不合理。但簡(jiǎn)便、靈活，應(yīng)用十分廣泛。尤其適用于調(diào)節(jié)幅度不大，又需要經(jīng)常調(diào)節(jié)的工作環(huán)境。1、改變出口閥開(kāi)度---

改變管路特性曲線。特性曲線與泵的特性曲線交點(diǎn)移至適當(dāng)位置。

在離心泵出口處安裝調(diào)節(jié)閥門(mén)。通過(guò)閥門(mén)的開(kāi)度即改變管路的阻力可以改變管路特性曲線的位置，使得調(diào)節(jié)后管路*14*2、改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速

注意：無(wú)論哪種方法調(diào)節(jié)流量，都應(yīng)適度，以免泵效率下降太多。

使泵特性曲線改變。從能耗考慮合理，但需變速裝置，投資較大，一般用于大型泵。注意轉(zhuǎn)速應(yīng)低于額定轉(zhuǎn)速，以免葉輪強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)負(fù)荷超過(guò)允許值。*15*3、泵的并聯(lián)

并聯(lián)后流量增加，但并沒(méi)加倍(c--d)，且并聯(lián)臺(tái)數(shù)越多，增大的流量越少，故并聯(lián)臺(tái)數(shù)不宜多。工作特點(diǎn)：兩臺(tái)型號(hào)完全相同的離心泵并聯(lián)工作，吸入管路相同，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺(tái)泵流量的兩倍。在圖中，我們可以看到，只要將單臺(tái)泵曲線的橫坐標(biāo)值加倍，縱坐標(biāo)值保持不變，就可以得到并聯(lián)后的合成曲線。對(duì)低阻力管路（管路特性曲線較平），流量增加更明顯。*16*4、泵的串聯(lián)工作特點(diǎn)：前提仍然是兩臺(tái)型號(hào)完全相同的泵同時(shí)工作，這樣在流量一致的情況下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍。因此將單臺(tái)泵的特性曲線的縱坐標(biāo)值加倍，橫坐標(biāo)值保持不變，就可以求儲(chǔ)量泵串聯(lián)后的合成特性曲線。串聯(lián)后揚(yáng)程增加，但并沒(méi)加倍(c---d)，串聯(lián)臺(tái)數(shù)越多，增大的揚(yáng)程越少。對(duì)高阻力管路（管路特性曲線較陡），流量增加更明顯。*17*

之所以有泵的安裝高度問(wèn)題，主要是在流體輸送中會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度（一）汽蝕現(xiàn)象*18*假設(shè)一個(gè)離心泵的吸液管路。我們可以列出兩個(gè)截面之間的伯努利方程式:由上式可知，當(dāng)p0確定時(shí)，隨著安裝高度的增加，p1隨之減少，一旦壓力降至該液體的飽和蒸汽壓之后，液體會(huì)有部分發(fā)生氣化，與此同時(shí)，溶解于液體中的氣體也會(huì)釋放出來(lái)，生成大量的氣泡，進(jìn)入泵體內(nèi)后，氣泡破裂，周圍液體會(huì)高速?zèng)_向氣泡中心，產(chǎn)生很高的沖擊力，使得離心泵在使用過(guò)程中，產(chǎn)生噪音，使流量、揚(yáng)程和效率下降，時(shí)間長(zhǎng)了還會(huì)使葉輪表面受損。因此，離心泵的安裝高度必須有一個(gè)限制。通常我們使用汽蝕余量對(duì)泵的安裝高度加以限制。（二）(最小)汽蝕余量與允許汽蝕余量正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在泵入口1-1截面和葉輪入口y-y截面列方程：當(dāng)Py

降到液體的飽和蒸汽壓Pv

時(shí)，P1最小定義：*19*當(dāng)流量一定，且進(jìn)入完全平方區(qū)只與泵的幾何尺寸有關(guān)，是泵的一個(gè)抗汽蝕參數(shù)(本書(shū)叫必需氣蝕余量)。為確保離心泵正常工作又定義：允許汽蝕余量=

不發(fā)生汽蝕時(shí)的汽蝕余量的最小值，列于泵性能表中。只要汽蝕余量大于允許汽蝕余量，則不發(fā)生汽蝕。*20*為了避免汽蝕，泵入口處的能量不僅能使液體進(jìn)入葉輪，且要超過(guò)汽化壓強(qiáng)能而有余。這余值即汽蝕余量。（三）最大安裝高度

當(dāng)泵的實(shí)際安裝高度Hg≤Hgmax（泵的最大安裝高度）時(shí)，不發(fā)生汽蝕。由知若式中△h為允許汽蝕余量，則常用離心泵清水泵耐腐蝕泵油泵七、離心泵的類型與選用（一）離心泵的類型1、清水泵應(yīng)用最廣，輸送各種工業(yè)用水以及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體。2、耐腐蝕泵輸送酸、堿和濃氨水等腐蝕性液體。在這種類型的泵中，所有與腐蝕性液體接觸的部件，都需要用耐腐蝕材料。3、油泵輸送石油產(chǎn)品的泵，因油品易燃易爆，因此要求油泵必須有良好的密封性能。輸送高溫油品（200℃以上）還應(yīng)具有良好的冷卻措施，即其軸承和軸封裝置都帶有冷卻水夾套。液下泵

安裝于液體儲(chǔ)槽內(nèi)，對(duì)軸封要求不高。因此，常用于輸送化工過(guò)程中各種腐蝕性液體。這種泵節(jié)省空間，有效的改善了操作環(huán)境。結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖。屏蔽泵

是一種無(wú)泄漏泵，這種泵的葉輪與電機(jī)聯(lián)為一個(gè)整體并密封在同一泵殼內(nèi)，不需要軸封裝置，因此又稱為無(wú)密封泵。在化工生產(chǎn)中主要用于輸送易燃、易爆、劇毒和具有放射性的液體。（二）離心泵的選擇1、確定流量qV和管路所需H。2、確定泵的類型。3、選擇所需型號(hào)。泵在所需流量時(shí)的揚(yáng)程大于至少等于管路所需的壓頭。如同時(shí)有多臺(tái)泵滿足，則應(yīng)從價(jià)格、效率及操作難易等多方面比較。4、校核。如液體粘度或密度與水相差較大時(shí)，則應(yīng)校正泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和效率。

氣體輸送機(jī)械可以按照它所能產(chǎn)生的出入口壓強(qiáng)差或壓縮比進(jìn)行分類：通風(fēng)機(jī)：出口表壓≤15kPa，壓縮比不大于1.15。鼓風(fēng)機(jī)：出口表壓為15～300kPa，壓縮比1.1～

4。壓縮機(jī)：出口表壓＞300kPa，壓縮比＞4。真空泵：用于減壓，出口壓力為1atm，其壓縮比由真空度決定。壓縮比：氣體排出壓力與吸入壓力的比值。注：以上劃分是大致范圍，并不十分嚴(yán)格。通風(fēng)機(jī)可不考慮氣體可壓縮性，而鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)須考慮氣體的可壓縮性。真空泵要視壓縮比的大小而定。第三節(jié)氣體輸送機(jī)械*1*一、離心式通風(fēng)機(jī)工業(yè)上常用的通風(fēng)機(jī)有軸流式和離心式兩類。1、結(jié)構(gòu)和工作原理軸流式通風(fēng)機(jī)排送量大，但所產(chǎn)生的風(fēng)壓甚小，一般只用來(lái)通風(fēng)換氣。2.主要性能參數(shù)①風(fēng)量（流量）qV：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)口的氣體體積，m3/s；②

風(fēng)壓全風(fēng)壓pt：

單位體積氣體流過(guò)風(fēng)機(jī)后獲得的總機(jī)械能，Pa。

（Pa=J/m3）性能表中的風(fēng)量是用空氣在標(biāo)準(zhǔn)條件（20℃，101.3kPa）下測(cè)得的，與實(shí)際風(fēng)量間關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)條件下空氣的密度為1.2kg/m3

。取1m3氣體為基準(zhǔn)，p2u2p1u1全風(fēng)壓當(dāng)空氣直接由大氣進(jìn)入通風(fēng)機(jī)時(shí)，u1可忽略，得動(dòng)風(fēng)壓靜風(fēng)壓如果選風(fēng)機(jī)的出口與入口間列伯努利方程：ps2u2ps1u1出口全壓入口全壓pS

稱為靜壓，pd稱為動(dòng)壓有效功率：Pe=ptqV

軸功率：③功率和效率風(fēng)機(jī)性能表中的風(fēng)壓是在一定轉(zhuǎn)速下用標(biāo)準(zhǔn)條件（20℃、101.325kPa)下空氣（密度ρ0=1.2kg/m3）測(cè)定的，故選用通風(fēng)機(jī)前，先將操作條件下的全風(fēng)壓換算為標(biāo)準(zhǔn)條件下的全風(fēng)壓再選通風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)性能表中的風(fēng)壓是在一定轉(zhuǎn)速下用標(biāo)準(zhǔn)條件（20℃、101.325kPa)下空氣（密度ρ0=1.2kg/m3）測(cè)定的。3、特性曲線特性曲線再按實(shí)際風(fēng)量和校正后的全風(fēng)壓選取。

①選擇風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)先將實(shí)際風(fēng)壓校正為標(biāo)準(zhǔn)條件下的全風(fēng)壓:注意：

②用求軸功率時(shí)，風(fēng)量和風(fēng)壓或同用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的值，或同為實(shí)際條件下的值，不能混用。二、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)（一）氣體壓縮所需外功①絕熱壓縮后溫度式中κ為絕熱指數(shù)，若為多變壓縮，則用多變指數(shù)m代替。②所需外功（對(duì)單位質(zhì)量氣體）等溫壓縮絕熱壓縮由例2-9知等溫壓縮所需功最少。（二）離心式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)離心式鼓風(fēng)機(jī)各級(jí)葉輪直徑大致相等，一般無(wú)冷卻。離心式壓縮機(jī)各級(jí)葉輪漸小，有冷卻。（三）旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)最常用的是羅茨鼓風(fēng)機(jī)，其工作原理與齒輪泵相似，結(jié)構(gòu)如圖所示。

特點(diǎn)：流量與轉(zhuǎn)速成正比，基本不隨出口壓力而變，常用旁路調(diào)節(jié)，操作溫度低于85℃。（四）往復(fù)式壓縮機(jī)1、結(jié)構(gòu)和工作原理由于余隙的存在，循環(huán)一次的吸氣量小于活塞掃過(guò)的體積，余隙體積和壓縮比越大，吸氣量越小，排氣量也必然減少，必須控制余隙體積和壓縮比。

每壓縮一次的壓縮比不能太大，為得到高壓氣體，必須采用多級(jí)壓縮，可以減少每級(jí)壓縮比。等溫壓縮所需功最小。一個(gè)工作循環(huán)包括：2→3，壓縮階段3→4，排氣階段4→1，膨脹階段1→2，吸氣階段2、余隙的影響3、壓縮比的影響當(dāng)壓縮比較大時(shí)，須用多級(jí)壓縮。余隙：排氣結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)的剩余空隙。余隙系數(shù)為0.03～0.10余隙比（余隙系數(shù)）余隙體積活塞掃過(guò)體積所節(jié)省的功由陰影面積表示。壓縮比過(guò)大的危害：