化工裝置基礎(chǔ)理論知識教材設(shè)備0001

1、第四章 設(shè)備知識流體機(jī)械的分類1. 按能量轉(zhuǎn)換分類：a. 原動機(jī)。將流體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，用來輸出功率。b. 工作機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成流體的能量。用來改變流體的狀態(tài)與輸送流體。本課程所指流體 機(jī)械均為工作機(jī)。2. 按流體介質(zhì)分類。a. 泵：用來給液體增壓與輸送液體的機(jī)械b. 壓縮機(jī)：用來給氣體增壓與輸送氣體的機(jī)械。c. 分離機(jī)：用機(jī)械能將混合介質(zhì)分離開來的機(jī)械。3. 按流體機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：a. 往復(fù)式結(jié)構(gòu)的流體機(jī)械；（如往復(fù)式壓縮機(jī)、往復(fù)式泵） 主要運(yùn)動部件是在缸中作往復(fù)運(yùn)動的活塞。b. 旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)的流體機(jī)械。（各種回轉(zhuǎn)式、各種輪式的壓縮機(jī)和泵以及分離機(jī)等）。主要運(yùn)動部件是轉(zhuǎn)輪或轉(zhuǎn)鼓。4.

2、流體機(jī)械的用途流體機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)眾多的物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)中， 如煤炭、 石油化工、 電力、 冶金、 機(jī)械、 建筑、 交通運(yùn)輸、醫(yī)藥、食品、城市給排水、農(nóng)田灌溉、環(huán)境治理、航空航天、國防裝備等都有著 廣泛而重要的用途。4.1 泵1. 1 泵的分類泵的定義 :泵是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液體的能量 ,用來增壓輸送液體得機(jī)械。泵的分類 :（1）按工作原理和結(jié)構(gòu)形式分 :（三大類 ）a. 葉片式泵 : 包括離心泵、軸流泵、混流泵、旋渦泵b. 容積式泵 : 往復(fù)泵 : 活塞泵、柱塞泵、隔膜泵回轉(zhuǎn)泵: 齒輪泵、螺桿泵、滑片c. 其他類型的泵 : 噴射泵、水錘泵、中空泵（ 2）按其形成流體壓力分三類 :低壓泵（2Mpa）中

3、壓泵（26Mpa） 高壓泵（6Mpa）1. 2泵的用途泵的用途很廣 ,如水利工程、農(nóng)田灌溉、石油化工、采礦、造船、城市給排水和環(huán)境工程等。化工生產(chǎn)用泵 ,由于其工作條件要求高壓、高溫、輸送的介質(zhì)往往有腐蝕性,所以比一般的水泵復(fù)雜一些。在各種泵中，離心泵以其流量 ,揚(yáng)程及性能范圍大 ,并且結(jié)構(gòu)簡單 ,體積小，重量輕 ,操作平穩(wěn) , 維修方便等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用最廣。4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理1離心泵的典型結(jié)構(gòu)，分類及命名方式1.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)主要部件：葉輪、轉(zhuǎn)軸、吸入室、蝸殼、軸風(fēng)箱和密封環(huán)等。吸入室：把液體從吸入管吸入葉輪，使液體流入葉輪時(shí)速度分布均勻且流動損失小葉輪：作功元件,使液體獲得壓力

4、能和動能。蝸殼：把從葉輪流出的液體收集起來，以便送出排氣管，以減少流動損失，減速增壓。1.2離心泵的分類（1） 按流體吸入葉輪的方式分類 ：a. 單吸式泵b.雙吸式泵（2）.按級別分類：a. 單級泵b.多級泵 （書上實(shí)例為熱油泵，八級）（3）.按泵體形式分類：a. 蝸殼泵：殼體成螺旋形狀b. 筒形泵：外形為筒形結(jié)構(gòu)，能承受高壓 還有其他的分類方法：例如（3）.按泵的揚(yáng)程分：a. 低壓泵（20MHO） b. 中壓泵（20 160MHO） c. 高壓泵（160MH2O）1.3離心泵的命名方式 I 泵的類型（A、B C分別為葉輪外徑經(jīng)過一、二LI LI LI I 次切割）多級泵的級數(shù)新產(chǎn)品標(biāo)揚(yáng)程，老

5、產(chǎn)品標(biāo)（比轉(zhuǎn)數(shù)/10）取整（單級揚(yáng)程）用漢語拼音標(biāo)出泵的基本形式 的吸入口直徑，新產(chǎn)品 mm老產(chǎn)品標(biāo)英寸數(shù)2.離心泵的工作原理及基本方程離心泵的工作過程：離心泵在啟動之前，泵內(nèi)應(yīng)灌滿液體，即灌泵。啟動后，原動機(jī)帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪上 的葉片迫使液體一起旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，使液體沿葉片流到甩向葉輪出口。經(jīng)葉輪送入排出管,與此同時(shí)，葉輪入口由于液體不斷被甩出而形成低壓，在吸液管和葉輪入口中心線處地液體之間就產(chǎn)生了壓差， 這樣吸液罐中的液體便在壓差的作用下，不斷的進(jìn)入葉輪之中， 從而使泵不斷地工作。注意：倘若不灌泵的話，泵內(nèi)的原有空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，氣體通過離心泵的壓升很小，也即在入口的真空度很

6、低，往往不足以吸進(jìn)液罐中的液體，因而離心泵無法工作。離心泵的工作原理:即流動過程中不考慮溫度和密度輸出的介質(zhì)為不可壓縮的液體，因而有其自身的特點(diǎn):的變化，是個水力過程。液體泵中流動遵守三個基本方程：歐拉方程：2 2 2 2 2 2 U2 - U1W1W2C2 - C1H t - (U2C2u - U1C1u ) / g 或 H t2g2g2ga.斯陀道拉公式：Ht =(1 -Cctg-Asin -A)u；/gU2Zb.普夫萊德公式：Ht =Ht：，HtJ(1 p)伯努利方程：2 2D表示出口， S表示入口連續(xù)性方程：各截面的質(zhì)量流量相等。274.3離心泵的工作特性1 離心泵的性能參數(shù)qv表示容

7、積流量，用 qm表示質(zhì)量流量流量：單位時(shí)間內(nèi)泵輸送出去的液體量。用qvt 二 qv Xqvt表示泵的理論流量, qv指單位時(shí)間內(nèi)流入泵作功部件里的流量,iq表示泄漏量（2） 揚(yáng)程（H）:單位重量的液體從泵進(jìn)口到泵的出口處能量的增量，即1N的液體通過泵所獲得的有效的能量。用H表示， 單位m 理論揚(yáng)程做功元件對流經(jīng)葉輪的單位重量液體所做的功。Ht =H 亠二 hhyd由揚(yáng)程的定義，可知H _ Eout _ Ein2因?yàn)榭偟臋C(jī)械能 E Zpg 2g2 2所以 H 二 Pd 一 Ps - Cd 企（ZD -ZS）Pg2g又因?yàn)閏D與cS之差不大，Zd與Zs之差也不大，所以揚(yáng)程主要體現(xiàn)在第二項(xiàng)，即流體壓

8、力 的提高。.轉(zhuǎn)速（n）:單位時(shí)間泵的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。.氣蝕余量：NPSH單位m 是指液流自吸液罐經(jīng)吸入管到達(dá)泵吸入口后，高出汽化壓 力Pv所富余的那部分能量頭。判斷汽蝕產(chǎn)生的條件：有效汽蝕余量：NPSHa泵必需的汽蝕余量NPSH若NPSHa NPSHr泵不發(fā)生汽蝕若NPSHa二NPSHr泵開始發(fā)生汽蝕若NPSHa ： NPSHr泵嚴(yán)重汽蝕.功率泵的功率：通常指原動機(jī)傳到泵軸上的軸功率N (KW,W)Ne表示Ne;9qvH1000KW(6)效率：泵的效率即是二NeN ,它表明泵中能量損失的程度。泵中能量損失一般分三種： 容量損失：流量泄漏造成的能量損失。 .水利損失(即流動損失) 機(jī)械損失：

9、摩擦引起的能量損失。 所以有三種效率： .容積效率：n =電vqvt容積效率是衡量密封好壞的指標(biāo) .水力效率：hydHt水力效率是衡量流徑泵的阻力損失大小的指標(biāo)。 .機(jī)械效率:：gqvtHtN它是衡量泵工作的機(jī)械損失的大小的指標(biāo)。Ne：gqH qvHN-NqvtHtv hyd mN泵的總效率:2離心泵的性能及調(diào)節(jié)2.1離心泵的運(yùn)行特性泵的特性曲線：H qv曲線，N qv曲線， qv曲線，NPSHr qv曲線 H qv曲線，是選擇和使用泵的主要依據(jù)，有三種形狀:泵的有效功率：是單位內(nèi)從泵中輸出去的液體在泵中獲得的有效能量。用ua. 單調(diào)下降形或陡降形。隨著 qv的增加，H下降很快。對于輸送易于堵

10、塞管路的液體介質(zhì)，常需要這類泵。例如：造紙廠生產(chǎn)的紙漿的輸送。b. 平坦形，隨著qv的變化，H的變化不大。當(dāng)采用閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)，靈敏性極高，調(diào)節(jié)損失小。向鍋爐內(nèi)供水的泵應(yīng)具有此種特性。c. 駝降形，這種泵易發(fā)生不穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，但其效率高，成本低。 N qv曲線，是合理選擇原動機(jī)功率和操作啟動泵的依據(jù)。a.下降型。qv = 0時(shí)N有最大值。所以此類泵不宜采用封閉啟動，應(yīng)打開出口閥啟動，而且泵配備的電機(jī)功率應(yīng)大些。（如下圖）b. 平坦型。（如下圖）c. 上升型。qv =0時(shí)N有最小值稱為圭寸閉功率。此種泵可采用關(guān)閉出口閥圭寸閉啟動，減少泵的啟動功率。（如下圖） qv曲線，泵的效率曲線一般都有最高點(diǎn)。a

11、. 高效率區(qū)窄，此類泵的流量調(diào)解范圍有限。b. 高效率區(qū)寬，此類泵有較寬的流量調(diào)解范圍，適合于流量變化大的情況。 NPSHr qv曲線，是檢查泵的工作是否發(fā)生汽蝕的依據(jù)。通常是按最大流量下的 NPSHr，考慮安全余量及吸入裝置的有關(guān)參數(shù)來確定泵的安全高度。隨著qv的增長，NPSHr也增加。2.2離心泵運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)將改變泵的運(yùn)行工況點(diǎn)的操作稱為泵的調(diào)節(jié)，泵的調(diào)節(jié)有三種途徑: 改變泵的性能曲線調(diào)節(jié)。a.改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使 門2 ni時(shí)，工況點(diǎn)由1變?yōu)?。這種方法多用于大型泵的流量調(diào)節(jié)。b.切割葉輪的外徑調(diào)節(jié)。泵的性能曲線向左下方平移。D2為切割后的外徑，當(dāng) D2 <D2時(shí)，工作點(diǎn)

12、由1點(diǎn)變成1'點(diǎn)。此方法是不可逆過程，所以不適用于流量經(jīng)常需要調(diào)節(jié)的場合。C.改變前置導(dǎo)葉葉片角度調(diào)節(jié)在葉輪前安裝可以調(diào)節(jié)葉片角度的前置導(dǎo)葉，即可改變?nèi)~輪進(jìn)口前的液體，絕對速度進(jìn)而 改變揚(yáng)程和流量。d. 改變半開式葉輪葉片端部間隙的調(diào)節(jié)間隙大則泵的流量減少，那么揚(yáng)程也降低。e. 泵的并聯(lián)成串聯(lián)調(diào)節(jié)并聯(lián)增加流量；串聯(lián)增加揚(yáng)程。當(dāng)泵為并聯(lián)或串聯(lián)工作時(shí)，為了改變流量，可以采用減 少 裝置中運(yùn)轉(zhuǎn)泵的臺數(shù)的方法來適應(yīng)流量變化的要求。下圖為三臺性能相同的泵并聯(lián)時(shí)工作特性，i、n、川分別表示1臺2臺和3臺，可以看出運(yùn)轉(zhuǎn)的臺數(shù)不同，流量不同。改變管路特性曲線的調(diào)節(jié)a.閘閥調(diào)節(jié)。即在排液管路中安裝調(diào)節(jié)閥

13、，改變閥的開度，管路特性曲線的斜率發(fā)生變化,閥門開度減小，工作點(diǎn)由 1變成2。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，對H -qv曲線較平緩的泵，調(diào)節(jié)較靈敏。缺點(diǎn)：能量損失大，調(diào)節(jié)工況下泵的效率低。適用于小型的調(diào)節(jié)。b.液位調(diào)節(jié)當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，L - qv曲線發(fā)生平移，進(jìn)而改變工況點(diǎn),但這種液位變化不應(yīng)過大，否則泵的效率低，更嚴(yán)重的是液位過高易發(fā)生汽蝕，使液流中斷。c. 旁路分流調(diào)節(jié)。L在泵的出口沒分路與吸水池相通。在此管路中裝一個節(jié)流閥。相當(dāng)于主管與旁通路并聯(lián)工作時(shí)的情況。L1為主管路特性曲線 丄2為旁路性能曲線，L為并聯(lián)合成曲線。A為旁路打開 時(shí)的工況點(diǎn)，B為管旁路關(guān)閥時(shí)的工況點(diǎn)。它適應(yīng)于流量減小而揚(yáng)

14、程也要減小的場合，一般說來此法不經(jīng)濟(jì)從圖中可以知道，旁路打開后，主管路中的流量減小（由 qvB降至qvAi）,揚(yáng)程也減少（由Hb降至Ha）.3.離心泵的啟動與運(yùn)行3.1啟動前的準(zhǔn)備工作啟動前檢查。內(nèi)容：a.關(guān)于潤滑油。b. 軸承的潤滑與冷卻系統(tǒng)。c. 轉(zhuǎn)子狀況。d. 傳動裝置。e. 基礎(chǔ)。f. 關(guān)閉出口閥，檢查其它閥是否處于最小負(fù)荷位置。g. 點(diǎn)動泵，檢查葉輪轉(zhuǎn)向。灌泵。以形成和保持吸入真空。暖泵。輸送高溫液體時(shí)，啟動前應(yīng)暖泵。3.2啟動程序 灌泵、暖泵、關(guān)閉泵出口閥。 對于強(qiáng)制潤滑的泵，啟動油泵。 啟動冷卻水泵或打開冷卻水閥。 全閥啟動，在空轉(zhuǎn) 24min內(nèi)，逐漸打開出口閥，增加流量，并達(dá)到

15、要求的負(fù)荷。3.3運(yùn)轉(zhuǎn)中的注意事項(xiàng) 軸承 C 的溫升，不應(yīng)超標(biāo)。 轉(zhuǎn)子的不平衡性應(yīng)控制在規(guī)定的范圍。4.4 其它類型的泵往復(fù)泵往復(fù)泵是活塞泵、柱賽泵和隔膜泵的總稱，它是容積式泵中的一種，應(yīng)用比較廣泛。1往復(fù)泵基本結(jié)構(gòu)和工作原理（1）基本結(jié)構(gòu)主要部件：泵缸、活塞、活塞桿、單向開啟的吸入閥和排出閥。泵缸內(nèi)活塞與閥門間 的空間為工作室。2工作原理往復(fù)泵是通過活塞的往復(fù)運(yùn)動直接以壓力能的形式向液體提供能量的液體輸送機(jī)械。往復(fù)泵有自吸能力，啟動前不灌泵。當(dāng)活塞自左向右移動時(shí)， 工作室的容積增大形成低壓， 吸入閥被泵外液體推開而進(jìn)入泵 缸內(nèi)， 排出閥因受排出管內(nèi)液體壓力而關(guān)閉。 活塞移至右端點(diǎn)時(shí)即完成吸入

16、行程。 當(dāng)活塞自 右向左移動時(shí)泵缸內(nèi)液體受到擠壓使其壓力增高， 從而推開排出閥而壓入排出管路， 吸入閥 則被關(guān)閉。 活塞移至左端點(diǎn)時(shí)排液結(jié)束， 完成了一個工作循環(huán)?；钊绱送鶑?fù)運(yùn)動，液體間 斷地被吸入泵缸和排入壓出管路，達(dá)到輸液的目的?；钊麖淖蠖它c(diǎn)到右端點(diǎn) （或相反） 的距離叫做沖程或位移。 活塞往復(fù)一次只吸液一次和排液 一次的泵稱為單動泵。 單動泵的吸入閥和排出閥均裝在泵缸的同一側(cè)， 吸液時(shí)不能排液， 因此排液不連續(xù)。 對于機(jī)動泵， 活塞由連桿和曲軸帶動， 它在左右兩端點(diǎn)之間的往復(fù)運(yùn) 動是不等速的，于是形成了單動泵不連續(xù)的流量曲線。為了改善單動泵流量的不均勻性，設(shè)計(jì)出了雙動泵和三聯(lián)泵。雙動泵

17、活塞兩側(cè)的泵缸 內(nèi)均裝有吸入閥和排出閥， 活塞每往復(fù)一次各吸液和排液兩次， 使吸入管路和壓出管路總有 液體流過， 所以送液連續(xù)，但由于活塞運(yùn)動的不勻速性， 流量曲線仍有起伏。雙動泵和三聯(lián) 泵的流量曲線都是連續(xù)的但不均勻。a*e*圖皆號戲動泵示意圖S2-33往豆亮的流量曲線(a)單動泵(bJ雙動泵 2)往復(fù)泵在吸入管路的終端和壓出管路的始端裝置空氣室，利用氣體的壓縮和膨脹來貯存或放出部分液體，可使管路系統(tǒng)流量的變化減小到允許的范圍內(nèi)。3.往復(fù)泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)任何類型泵的工作點(diǎn)都是由管路特性曲線和泵的特性曲線的交點(diǎn)所決定的，往復(fù)泵也不例外。由于往復(fù)泵的正位移特性，工作點(diǎn)只能沿Q=常數(shù)的垂直線上

18、移動。要想改變往復(fù)泵的輸液能力，可采取如下措施：(1) 旁路調(diào)節(jié)裝置 往復(fù)泵的流量與管路特性曲線無關(guān)，所以不能通過出口閥調(diào)節(jié)流量，簡便的方法是增設(shè)旁路調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)節(jié)旁路流量來達(dá)到主管路流量調(diào)節(jié)的目的。顯而易見，旁路調(diào)節(jié)流量并沒有改變泵的總流量，只是改變了流量在旁路之間的分配。旁路調(diào)節(jié)造成了功率的無謂消耗，經(jīng)濟(jì)上并不合理。但對于流量變化幅度較小的經(jīng)常性調(diào)節(jié)非常方便，生產(chǎn)上常采用。(2) 改變活塞沖程或往復(fù)頻率調(diào)節(jié)活塞沖程S或往復(fù)頻率n均可達(dá)到改變流量的目 的，而且能量利用合理， 但不宜于經(jīng)常性流量調(diào)節(jié)。對于輸送易燃易爆液體，采用直動泵可以方便調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽缸的蒸汽壓力實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。計(jì)量泵計(jì)量泵

19、又稱比例泵，當(dāng)要求精確輸送流量恒定的液體時(shí)， 可以方便而準(zhǔn)確地借助調(diào)節(jié)偏 心輪的偏心距離，來改變柱塞的沖程而實(shí)現(xiàn)。有時(shí)，還可通過一臺電機(jī)帶動幾臺計(jì)量泵的方 法將幾種液體按比例輸送或混合。隔膜泵當(dāng)輸送腐蝕性液體或懸浮液時(shí)，可采用隔膜泵。隔膜泵實(shí)際上就是柱塞泵，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是借助薄膜將被輸液體與活柱和泵缸隔開，從而是使得活柱和泵缸得以保護(hù)。隔膜左側(cè)與液體接觸的部分均由耐腐蝕材料制造或涂一層耐腐蝕物質(zhì)；隔膜右側(cè)充滿水或油。 當(dāng)柱塞作往復(fù)運(yùn)動時(shí)，迫使隔膜交替向兩側(cè)彎曲， 將被輸送液體吸入和排出。彈性隔膜系采用耐腐蝕橡膠或金屬薄片制成。隔膜泵用來定量輸送劇毒、易燃、易爆和腐蝕性或含懸浮物的液體。回轉(zhuǎn)式泵魁

20、口回轉(zhuǎn)式泵又稱轉(zhuǎn)子泵，屬正位移泵，它的工作原理是依靠泵內(nèi)一個或多個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 來吸液和排液的?；ぶ谐Ｓ玫挠旋X輪泵和螺桿泵。1-皺入活門2-壓出活門3-活柱4-水（或泊）缸E-隔膜圖2-37隔脫泵1齒輪泵目前化工中常用的是外嚙合齒輪泵。泵殼內(nèi)有兩個齒輪，其中一個為主動輪，它由電 機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)；另一個稱為從動輪，它是靠與主動輪的相嚙合而轉(zhuǎn)動。兩齒輪將泵殼內(nèi)分為互不相通的吸入室和排出室。當(dāng)齒輪按圖中箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸入室內(nèi)兩輪的齒互相撥開，形成低壓而將液體吸入； 然后液體分兩路圭寸閉于齒穴和殼體之間隨齒輪向排出室旋轉(zhuǎn)，在排出室兩齒輪的齒互相合攏，形成高壓而將液體排出。近年來已逐步采用的內(nèi)嚙合式的齒輪

21、泵， 其較外嚙合齒輪泵工作平穩(wěn)，但制造較復(fù)雜。齒輪泵的流量小而揚(yáng)程高，適用于粘稠液體乃至膏狀物料的輸送，但不能輸送含有固 體粒子的懸浮液。冒2-站齒癇圈Z-39取螺桿泵2 螺桿泵螺桿泵由泵殼和一根或多根螺桿所構(gòu)成。雙螺桿泵工作原理與齒輪泵十分相似，它是 依靠互相嚙合的螺桿來吸送液體的。當(dāng)需要較高壓頭時(shí)，可采用較長的螺桿。螺桿泵的壓頭高、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低，適用于高粘度液體的輸送。【正位移泵的特點(diǎn)】（1）有自吸能力，啟動前不需要灌泵。（2）定排量，其不隨壓頭和管路特性而變，而壓頭隨管路要求而定。（3）通常采用旁路調(diào)節(jié)流量。5泵的選用5.1選用原則 根據(jù)所輸送的流體性質(zhì)（如清水、粘性液體、含

22、雜質(zhì)的流體等）選擇不同用途、不同類型 的泵。 流量和揚(yáng)程必須滿足工作所需要的最大負(fù)荷。額定流量一般直接采用工作中的最大流量或?。?.1-1.5 ）正常流量。額定揚(yáng)程取所需揚(yáng)程的 1.05-1.1倍。 盡可能使泵處于高效工作區(qū)內(nèi)，而且泵的運(yùn)行工況長期位于高效區(qū)內(nèi)。 為防止汽蝕，應(yīng)滿足 NPSHr : NPSHa。 按輸送工質(zhì)的特殊要求選泵。 所選擇的泵應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作與維修、體積小、重量輕、設(shè)備投資少等特點(diǎn)。 應(yīng)以綜合指標(biāo)高者為最終選定的泵的型號。5.1.2各種泵的適用范圍見書上圖4-415.1.3選用分類按性能要求選用按揚(yáng)程的變化規(guī)律選擇按工質(zhì)選用：化學(xué)性質(zhì)、流體性質(zhì)a. 粘性介質(zhì)的輸

23、送。b. 含液體的輸送。c. 低溫液化汽的輸送。d. 含有固體顆粒液體的輸送。e. 不允許泄露液體的輸送。f. 腐蝕性介質(zhì)的輸送。5.2 選用方法和步驟5.2.1 泵的實(shí)際選擇方法 （兩種） 利用“泵型譜”選擇。利用“泵性能表”選擇。5.2.2 泵的選用步驟搜集原始數(shù)據(jù) qv ,H 介質(zhì)等。 泵性能的選擇及計(jì)算、運(yùn)行參數(shù)。 選擇形式。 校核。4.5 壓縮機(jī)（一）離心壓縮機(jī) 一般說來，提高氣體壓力的主要目標(biāo)就是增加單位容積內(nèi)氣體分子的數(shù)量。也就是縮 短氣體分子件的距離。 為了達(dá)到這個目標(biāo)， 除了采用擠壓元件來擠壓氣體的容積壓縮方法外， 還有一種用氣體動力學(xué)的方法，即離心壓縮。利用機(jī)器的做功元件，

24、對氣體做功，使其在離心力場中壓力得到提高，同時(shí)動能也大 大增加，隨后在擴(kuò)張流道中流動時(shí)，這部分動能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，是氣體壓力進(jìn)一步提高。 這就是離心壓縮機(jī)的增壓原理。1離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)1. 定義：利用旋轉(zhuǎn)葉輪，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，使液體主要沿徑向向離心方向流動，從而提 高壓力的機(jī)器，稱為離心壓縮機(jī)。2. 組成：離心式壓縮機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 定子：又稱固定元件。它主要指吸氣室、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸殼等。 轉(zhuǎn)子：包括軸、軸套、葉輪、平衡盤等2. 級的典型結(jié)構(gòu)1.定義：級是離心壓縮機(jī)使氣體增壓的基本單元， 由一個葉輪及其附屬的固定元件組成。2.級的三種型式：a. 中間級 : 由葉輪、擴(kuò)壓

25、器、彎道、回流器組成；b. 首級：由吸氣管和中間級組成；c. 末級：由葉輪、擴(kuò)壓器和排氣蝸室組成。3. 離心壓縮機(jī)的級的特征截面（以中間級為例）in 吸氣管進(jìn)口截面，即首級進(jìn)口截面，或整個壓縮機(jī)的進(jìn)口截面0葉輪進(jìn)口截面，中間級、末級的進(jìn)口截面；1 葉輪葉道進(jìn)口截面；2葉輪出口截面3擴(kuò)壓器進(jìn)口截面4擴(kuò)壓器出口截面（即彎道入口截面）5彎道出口截面（即回流器進(jìn)口截面）6回流器出口截面o'本級的出口截面（也是下一級的進(jìn)口截面）對于末級還有：7排氣蝸室進(jìn)口截面out 排氣蝸室的出口截面， 即末級出口截面。或整個壓縮機(jī)的出口截面。 3.主要構(gòu)件及其功能：（1 ） 葉輪： 是唯一對氣體做功的部件。

26、氣體進(jìn)入葉輪后， 在葉片的推動下跟著葉輪旋轉(zhuǎn)， 由于葉輪對氣體做功，增加了氣體的能量，因此氣流流出葉輪的壓力和速度都有增 加離心葉輪的型式：a 案整體結(jié)構(gòu)分：閉式、半開式和雙面進(jìn)氣室三種。b 按葉片彎曲的形式分：后彎型、前彎型、徑向型三種 離心式壓縮機(jī)多采用后彎式葉輪，因?yàn)榧壍男矢?，穩(wěn)定工況區(qū)寬。 前彎型葉輪級的效率低，穩(wěn)定工況區(qū)窄。2） 擴(kuò)壓器：氣體從葉輪流出時(shí)，速度很高，為了充分利用這部分速度能，常在葉輪后 設(shè)置流通截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器，以便將速度能轉(zhuǎn)變成壓力能。擴(kuò)壓器的類型 : 無葉擴(kuò)壓器：結(jié)構(gòu)簡單、級的變工況的效率高，穩(wěn)定工況區(qū)寬，通常較多采用。 葉片式擴(kuò)壓器：設(shè)計(jì)工況效率高，但結(jié)構(gòu)

27、復(fù)雜。（3）彎道：為了把擴(kuò)壓器出來的氣流引入下一級葉輪去進(jìn)行壓縮，在擴(kuò)壓器后設(shè)置使氣 流由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较虻膹澋?。?）回流器：為了使氣流以一定方向均勻地進(jìn)入下一級葉輪進(jìn)口，設(shè)置回流器，在其中 一般有導(dǎo)葉。（5）蝸殼：將由擴(kuò)壓器（或直接由葉輪）出來的氣流匯集起來并引出機(jī)外，另外，由于 蝸殼的曲率半徑和通流截面的逐漸擴(kuò)大，它也起降速擴(kuò)壓的作用。（6）吸氣室：其作用是將需壓縮的氣流，由進(jìn)氣管（或中間冷卻器出口）均勻地導(dǎo)入葉 輪去增壓。 另外，為了防泄漏，機(jī)殼的兩端裝有前、后軸封，在級與級之間和葉輪蓋進(jìn)口外緣 面處，還分別裝有密封裝置，為了平衡作用在止推軸承上的軸向力，常常在機(jī)器的 一端裝有平

28、衡盤。4離心壓縮機(jī)的特點(diǎn) 離心壓縮機(jī)和往復(fù)活塞壓縮機(jī)比較，離心壓縮機(jī)有以下特點(diǎn)：1 優(yōu)點(diǎn)：（ 1） 流量大：因?yàn)殡x心壓縮機(jī)中氣體是連續(xù)的， ，其流通截面積大，且葉輪轉(zhuǎn)速高， 所以氣流速度較大，流量很大。（ 2） 轉(zhuǎn)速高：離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，幾乎無不平衡質(zhì)量，轉(zhuǎn)動慣量小，運(yùn) 動件與固定件間保持一定的間隙，因而轉(zhuǎn)速可以提高?？梢杂霉I(yè)汽輪機(jī)直接 驅(qū)動， 既可簡化設(shè)備， 又能利用化工廠的熱量， 還便于實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的變速調(diào)節(jié)。（ 3） 結(jié)構(gòu)緊湊；（ 4） 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，維修費(fèi)用低。2 缺點(diǎn)：（ 1） 單級壓力比不高，高壓比所需的級數(shù)比活塞壓縮機(jī)多；（ 2） 不適用于小流量的場合。5.級內(nèi)的各種能量損

29、失 級內(nèi)的能量損失有三種：級內(nèi)的流動損失、漏氣損失和輪阻損失。5.1 級內(nèi)的流動損失 級內(nèi)的流動損失包括：摩阻損失、分離損失、沖擊損失、二次流損失和尾跡損失。（1） 摩阻損失 由于流體的粘性而產(chǎn)生的能量損失。 流體在壁面處流速為零，在流道的中間部分流速最大，這樣在主流區(qū)與近壁面間就 存在著一個速度梯度較大的薄層， 稱為邊界層。 邊界層內(nèi)流體之間存在著內(nèi)摩擦力。 或粘滯力，為了維持流體的流動，就必須外加能量來克服摩擦力，造成的能量的損 失。這就是摩阻損失。（2）分離損失 在離心壓縮機(jī)減速增壓的通道中， 沿著流動方向主流區(qū)的速度不斷下降， 靜壓上升。 邊界層的流動由于得不到主流區(qū)足夠的拖動而速度減

30、少更快，邊界層的厚度逐漸增 加。當(dāng)主流區(qū)的動能不足以帶動整個邊界層前進(jìn)時(shí)，緊挨壁面的流體會首先停滯下 來，再往前移動，就會因?yàn)榈挚共蛔∮娴膲翰钭枇Χa(chǎn)生局部道流，這就是邊界 層分離，它產(chǎn)生的損失稱為分離損失。為了減少分離損失，應(yīng)該控制通道的當(dāng)量擴(kuò)張角<6 8 o弓I入擴(kuò)壓度的概念：擴(kuò)張流道的進(jìn)出口速度之比值。(3) 沖擊損失當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，流體的進(jìn)口角與葉輪或擴(kuò)壓器的進(jìn)口安裝角不一致，造成 氣流對葉片的沖擊，形成了沖擊損失。(4) 二次流損失葉輪葉道是彎曲的，并且其中存在著軸向漩渦。因此，葉道中的氣流速度分布是不 均勻的，在工作面測最低。而葉道內(nèi)的壓力分布恰好相反。由于壓差的作用

31、，造成 氣流有工作面向非工作面的流動，即二次渦流。它是一種與主流方向相垂直的流動，加劇了葉片非工作面邊界層的增厚與分離，造成二次流損失。二次流一般發(fā)生在葉輪葉道、吸氣室及彎道等有急劇轉(zhuǎn)彎處，而且曲率半徑越小， 則損失越大。因而，為減少二次流損失，應(yīng)在這些地方取用大的曲率半徑或設(shè)置導(dǎo) 流葉片，或適當(dāng)?shù)脑黾尤~片數(shù)目，減輕葉片的負(fù)荷。(5) 尾跡損失由于葉片的尾緣有一定的厚度，氣流流出葉道后流通面積突然擴(kuò)大，會在此形成邊 界層，另外，葉片兩側(cè)的邊界層葉在此處匯合，造成許多漩渦，主流帶動這些漩渦， 造成的損失即稱為尾跡損失。為了防止或減少尾跡損失的形成和影響，可以將葉片出口處削薄，或采用翼型葉片 代替

32、等厚度葉片。以上各種損失往往不單獨(dú)存在，隨著主流混在一起相互作用、相互影響。5.2漏氣損失1. 產(chǎn)生漏氣損失的原因： 由于葉輪出口壓力大于進(jìn)口壓力，這樣就有部分氣體經(jīng)由葉輪與輪蓋的間隙流出，在一個循環(huán)又隨主流流動，造成膨脹與壓縮的循環(huán)，形成能量的損失。 級的出口壓力大與葉輪的出口壓力，這樣就有部分氣體經(jīng)由葉輪外周與隔板的間隙、隔板與軸套的間隙流回到離心壓縮機(jī)內(nèi)參與循環(huán)，造成損失。2. 密封件的結(jié)構(gòu)形式及用途a. 迷宮式密封：又稱梳齒密封，是一種非接觸性密封，包括以下幾種型式：i曲折性密封ii平滑型密封iii階梯型密封iv徑向排列的迷宮密封v蜂窩型的迷宮密封梳齒密封主要用于離心壓縮機(jī)級內(nèi)、輪蓋出

33、的密封、級間密封和平衡盤的密封上，也 可以作為軸端密封中的輔助密封。b. 機(jī)械密封主要用于整級軸的端部密封。機(jī)械密封主要由動環(huán)、靜懷、彈簧和端蓋組成。動環(huán)與軸一起高速回轉(zhuǎn)，靜環(huán)用彈簧連 接在端蓋上，靜環(huán)是靜止不動的，靠彈簧的壓緊力與動環(huán)的端面緊密接觸，以達(dá)到密封 的目的。由于兩密封面為端面接觸，所以又稱為端面接觸式密封。機(jī)械密封的形式多種多樣，有單端面、雙端面密封；又有單彈簧、多彈簧結(jié)構(gòu)；平衡型 或不平衡型。密封材料：動環(huán)一般為硬質(zhì)材料，靜環(huán)材料相對為軟質(zhì)材料。C.浮油環(huán)密封浮油環(huán)密封主要用于高壓離心壓縮機(jī)的軸封上，亦稱液膜密封。液膜密封元件主要有幾個浮動環(huán)、間隔環(huán)、甩油環(huán)和軸套組成。浮油環(huán)的

34、密封原理， 就相當(dāng)于把整個浮環(huán)套在軸套上，在環(huán)與軸套間注入高壓油，形成油膜，阻止氣體流出。由于浮環(huán)能與軸自動對中，能明顯的減小油膜密封的間隙值，從而減小帶壓液體的用量，也大大減少漏油量。 而且，浮環(huán)與軸不發(fā)生接觸摩擦，故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使用壽命長。特別適合與大壓差、 高轉(zhuǎn)速的場合，解決了離心壓縮機(jī)向高速發(fā)展 的一個技術(shù)關(guān)鍵。d. 干氣密封干起密封與機(jī)械密封、油膜密封之間的最大不同是采用的密封介質(zhì)為氣體，在密封動環(huán)的端面上開有一圈溝槽，進(jìn)入槽內(nèi)的氣體的動壓效應(yīng)產(chǎn)生開啟力，使動、靜環(huán)兩端面產(chǎn)生微小的間隙，其間的泄漏量甚微，而且省去了密封油系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，故 日益受到重視與推廣應(yīng)用。5.3輪阻損

35、失葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤、輪蓋的外側(cè)和輪緣都要與周圍的空氣發(fā)生摩擦，引起輪阻損失。（二）容積式壓縮機(jī)容積式壓縮機(jī)的定義：（改變?nèi)莘e）是指依靠改變工作腔來提高氣體壓力的壓縮機(jī)。由于改變工作腔容積的方式有兩種；一種是靠活塞的往復(fù)運(yùn)動，另一種是靠“活塞”或叫“轉(zhuǎn)子”的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以容積式壓縮機(jī)又有“往復(fù)式”壓縮機(jī)和“回轉(zhuǎn)式”壓縮機(jī)兩類。1往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理1.1往復(fù)式壓縮機(jī)的組成部分（見下圖）a. 工作腔部分：氣缸、活塞、氣閥。b. 傳動部分：連桿、曲軸、十字頭。c. 機(jī)身部分：用于支撐（或連接）氣缸與傳動部分和其他輔助部分。d. 輔助設(shè)備：比如潤滑系統(tǒng)（油泵、注油器）、冷卻系統(tǒng)、控制檢測系統(tǒng)。1.2

36、壓縮機(jī)級的理論循環(huán)級：被壓縮氣體進(jìn)入工作腔內(nèi)完成一次氣體壓縮稱為一級。一個工作循環(huán)：每個級完成進(jìn)氣、壓縮、排氣過程、稱為一個工作循環(huán)。 如果一個工作循環(huán)，具備以下特征則稱這樣一個工作循環(huán)為理論循環(huán)。氣體通過氣閥時(shí)，無壓力損失，且壓力沒有波動，保持恒定。工作腔內(nèi)無隙容積，腔內(nèi)的氣體被全被排出。工作腔內(nèi)被作為一個獨(dú)立體與外界無熱交換。氣體無泄漏 氣體壓縮過程指數(shù)為定值具備以上特征的往復(fù)壓縮機(jī)級的理論循環(huán)指示圖如下-H I外止點(diǎn)內(nèi)止點(diǎn)外功，我們把該外功成為指示功。圖排氣壓縮進(jìn)氣（回程）進(jìn)氣過程：4-1，是等壓過程，因而過程線為一水平線（由外止點(diǎn)到內(nèi)指點(diǎn)）壓縮過程：1-2，從內(nèi)止點(diǎn)開始，到達(dá)到排氣壓力

37、時(shí)停止，過程指數(shù)為一個定值，即該曲線 是一個等指數(shù)曲線。排氣過程：2-3，是等壓過程，過程線為一水平線，從排起點(diǎn)開始到外止點(diǎn)結(jié)束。止占：八、極限位置稱為止點(diǎn)，（靠近主軸側(cè)為內(nèi)止點(diǎn)）回程:向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動。去程:向外止點(diǎn)運(yùn)動。行程:外止點(diǎn)與內(nèi)止點(diǎn)之間的距離。那么指示圖中4-1-2-3-4成為壓縮機(jī)的理論循環(huán)。1.3壓縮機(jī)級的理論循環(huán)指示功從高等數(shù)學(xué)的知識可知，圖2-1種封閉曲線4-1-2-3-4所包圍的面積即為完成該循環(huán)所需的2-1可稱為指示功圖。設(shè)進(jìn)氣是壓力為 p1，進(jìn)氣量為v1 （又稱行程容積Vs，Vs二Vj = ApS， S為行程。 排氣時(shí)壓力為p2。 氣體對活塞做功為正，活塞對氣體做功為負(fù)，

38、這樣每一個過程的功為: 進(jìn)氣過程： p1v1 ； 排氣過程： -p2v2V2壓縮過程：p(-dv)一V2P2代數(shù)和即為總的指示功：w = PWj - p2v2 - v P(-dv)二R vdp上式說明，對于理想氣體，Wi在一定的進(jìn)排氣壓力下，只與壓縮過程有關(guān)。典型的理論壓縮循環(huán)有三種，這樣就有三種壓縮理論循環(huán)指示功。a. 絕熱壓縮循環(huán)指示功絕熱壓縮是指進(jìn)行壓縮時(shí)，氣體與外界無交換，壓縮產(chǎn)生的熱量全部用于氣體提高溫度。由熱力學(xué)的知識可知，絕熱過程方程為由此可以將積分，得出絕熱壓縮理論循環(huán)指示功，即k丄kkpvcon st = pm = p2v2b. 等溫壓縮循環(huán)指示功：k 11kW ：(叭 fd

39、pPM/'(P2)下-1pipk 1 p1等溫壓縮：即在壓縮過程中，氣體溫度保持不變，T, =T2等溫過程方程為pv = con st 二 PM 二 p2v2那么Wdp - - pm In 比J PP1c. 多級壓縮循環(huán)指示功：多級壓縮循環(huán)：壓縮過程中，氣體有溫度變化，并且與外界有外交換m,mmpv con st = pmP2V2m4(匹)m-1m T p1m 1P2 P1WW 一 p ()mdp = -PMP1p對三個過程進(jìn)行比較可知，等溫過程最省功。1.4級的實(shí)際循環(huán)理論循環(huán)是一個假象的理想狀態(tài)，實(shí)際循環(huán)比它復(fù)雜得多，從一個級的實(shí)際循環(huán)指示圖上，可以看出級的實(shí)際循環(huán)有以下特點(diǎn)：從圖

40、中體現(xiàn)的，這樣在排首先膨脹，所以指示圖上a.由于氣流流經(jīng)氣閥和管道時(shí)有摩擦而產(chǎn)生壓力損失，因而;Pd:Pl(P4)，Pb P2(P3)氣體不能完全排出工作腔，原因是任何的工作腔都有余隙容積, 氣終了時(shí)，缸內(nèi)有咼壓氣體，并有活塞自外止點(diǎn)向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動時(shí)， 有一個膨脹過程，c d 進(jìn)排氣過程有壓力損失，而且壓力有波動b. 閥室的容積有限，往復(fù)式壓縮機(jī)間斷地吸、排氣時(shí)，工作容積中的氣體間斷地從進(jìn)、排氣系統(tǒng)吸入和排出，由此產(chǎn)生壓力波動。即d a,b c并不是水平線過程指數(shù)m不是一個定值（氣體與各接觸壁面間始終有溫差）氣體有泄漏（由于氣缸容積不可能絕對密封）實(shí)際氣體理想氣體的差別也給壓縮機(jī)的循環(huán)帶有影響2

41、.多級壓縮多級壓縮的定義：將氣體的壓縮過程分在若干級中進(jìn)行，并在每級壓縮之后， 將氣體導(dǎo)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻。2.1多級壓縮的理由可以節(jié)省壓縮氣體的指示功。為了便于分析，以兩極壓縮為例，先把每級都看成理論循環(huán)，且每級排氣冷卻后， 溫度都降到與第一級名義進(jìn)氣溫度相等Pc；Pj cPd圖中1-2 -3 為等溫過程線經(jīng)一級壓縮達(dá)到排氣壓力所需功耗為Si23cd經(jīng)二級壓縮達(dá)到排氣壓力所需功耗為S12 3 cd這樣省功為S2332之所以省功，就是因?yàn)椴捎昧酥虚g冷卻，若冷卻不完善無法將氣體溫度降至名義氣體溫度， 那么將比完全冷卻的功耗大。即圖中S122 3 cd?？梢越档团艢鉁囟萴 ±排氣溫度 Td =Ts ； m （ Td為排氣溫度，Ts為進(jìn)氣溫度）由上式可以看出，；越小，則Td越小采用多級壓縮降低了每級的壓力比，進(jìn)而降低了排氣 溫度為什么要降低排氣溫度呢？原因有： 排氣溫度過高，會導(dǎo)致性能惡化，粘度降低，或形成積炭現(xiàn)象。 對某些特殊氣體，因排氣溫度過高，還會產(chǎn)生腐蝕或爆炸。提高容積系數(shù)的利用率。降低活塞力活塞力P由于采用多級壓縮，每級容積因冷卻而逐漸減少，在行程相同的情況下，相當(dāng)于活塞面積減少，即 F減少，因而活塞力減少。2.2級數(shù)的選擇理論上講，級數(shù)越多會越省功，但級數(shù)過多會造成壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)機(jī)械摩擦損失、 流動損失會增加，設(shè)備的整體尺寸、重量會增加，維修費(fèi)用大，所以