化工原理第二章流體輸送機械

1、第二章 流體輸送機械 21 概 述 22速度式流體輸送機械 23容積式流體輸送機械 24真空泵 25流體輸送機械的特點 21 概 述 流體輸送機械的分類流體輸送機械的分類 工作原理液體輸送機械氣體輸送機械速度式離心式離心泵旋渦泵離心風(fēng)機離心壓縮機軸流式軸流泵軸流式通風(fēng)機噴射式噴射泵 容積式往復(fù)式往復(fù)泵、隔膜泵、計量泵往復(fù)式壓縮機回轉(zhuǎn)式齒輪泵 螺桿泵羅茨風(fēng)機液環(huán)壓縮機22速度式流體輸送機械速度式流體輸送機械 221離心式流體輸送機械的基本方程 222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 223離心泵與離心通風(fēng)機的性能 224離心泵與通風(fēng)機的特性曲線 225離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié) 226

2、離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用 227離心鼓風(fēng)機與離心壓縮機 228軸流泵和軸流通風(fēng)機 229旋渦泵 221離心式流體輸送機械的基本方程離心式流體輸送機械的基本方程的推導(dǎo)離心式流體輸送機械的基本方程的推導(dǎo)基于三個假設(shè)基于三個假設(shè)： 葉片的數(shù)目無限多，葉片無限薄，流動的每條流線都具有與葉片相同的形狀。（2）流動是軸對稱的相對定常流動，即在同一半徑的圓柱面上，各運動參數(shù)均相同，而且不隨時間變化。（3）流經(jīng)葉輪的是理想流體，粘度為零，因此無流動阻力損失產(chǎn)生。221離心式流體輸送機械的基本方程 離心泵和離心式風(fēng)機的基本方程式 gucucH/coscos111222其中單位重量流體通過無限多葉片的旋轉(zhuǎn)葉輪所

3、獲得的能量，稱為理論壓頭H。 w是流體具有的與葉片相切的相對速度；u是隨葉輪一起轉(zhuǎn)動的圓周速度，兩者的合成速度為絕對速度c。 圖2-1 流體進(jìn)入與離開葉輪時的速度r121r2w1Ac2sin2u2u1w2c2212c1一般離心泵，為提高H，使1=90，即cos1=0。此時 222cosucH2222sin2cbrQ 離心泵的流量可表示為 式中，r2為葉輪出口半徑，b2表示葉輪出口處葉輪的寬度，其它參數(shù)見圖2-1所示。 222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 1.1.離心泵離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 (1)離心泵結(jié)構(gòu) 離心泵部件可分為旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件。旋轉(zhuǎn)部件包括葉

4、輪和轉(zhuǎn)軸等；靜止部件包括吸入室、蝸殼等，如圖所示。 222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 (2)離心泵工作原理 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222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類泵殼：液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換（動靜）吸上原理與氣縛現(xiàn)象葉輪中心低壓的形成p泵內(nèi)有氣， 則泵入口壓力液體不能吸上氣縛故離心泵在啟動前必須灌泵液體高速離開軸封的作用平衡孔的作用消除軸向推力導(dǎo)輪的作用減少能量損失222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 (3)離心泵分類 按液體吸入方式分為單吸式泵（液體從葉輪的一面進(jìn)入）和雙吸式泵（液體從葉輪的兩面進(jìn)入）； 按葉輪級數(shù)分為單

5、級泵（泵軸上只裝有一個葉輪）和多級泵（泵軸上裝有串聯(lián)的兩個以上的葉輪） 按其用途來分類，常用的類型有：水泵、耐腐蝕泵、油泵和雜質(zhì)泵等。 222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 1.1.離心通風(fēng)機的離心通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類結(jié)構(gòu)、工作原理與分類 (1)基本結(jié)構(gòu)： 離心式通風(fēng)機的主要部件包括葉輪和機殼 兩部分。 為適應(yīng)大風(fēng)量，通常葉片數(shù)較多且葉輪直徑較大；根據(jù)葉輪上葉片尺寸和形狀的不同，可分為多翼式和渦輪式風(fēng)機。與離心泵相似 機殼內(nèi)逐漸擴(kuò)大的通道及出口截面有矩形和圓形兩種，低中壓風(fēng)機多用矩形。222離心泵與通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(2)工作原理 與離心泵相似 (3)分類 通常根據(jù)離心

6、通風(fēng)機終壓（表壓）的大小分為低壓（流量是單位時間內(nèi)輸送出去的流體量。通常用Q來表示體積流量，單位m3/s。 -通風(fēng)機流量也常稱為風(fēng)量，并以進(jìn)口處為準(zhǔn)。通風(fēng)機銘牌上的風(fēng)量是在“標(biāo)準(zhǔn)條件”下，即壓力1.013105Pa，溫度20C下的氣體體積。 223離心泵與離心通風(fēng)機的性能 2.2.壓頭（或稱揚程）壓頭（或稱揚程）H和風(fēng)壓和風(fēng)壓pt 離心泵的壓頭H和風(fēng)機的風(fēng)壓pt都是指流體通過離心泵或通風(fēng)機后所獲得的有效能量。 根據(jù)伯努利方程，單位體積氣體通過通 風(fēng)機所獲得的壓頭為guugppHt2)(/ )(212212式中 分別為通風(fēng)機進(jìn)口和出口速度，m/s 21,uu223離心泵與離心通風(fēng)機的性能壓頭計算

7、式中， 稱為通風(fēng)機的靜壓頭， 稱為通風(fēng)機的動壓頭， 稱為全壓頭，單位為m。 gppHp/)(12guuHc2)(2122tH通風(fēng)機銘牌上的風(fēng)壓是用空氣測定的，其“標(biāo)準(zhǔn)條件”為壓力pa=101.3kPa，溫度20C，此時空氣密度0=1.2kg/m3。如果操作條件與“標(biāo)準(zhǔn)條件”不同，則操作條件下的風(fēng)壓pt可用下式換算2 . 1000tttppp選擇風(fēng)機時應(yīng)以 為準(zhǔn) 0tp223離心泵與離心通風(fēng)機的性能 3.3.效率效率 效率反映了泵與風(fēng)機中能量的損失程度 容積效率v：考慮流量泄漏所造成的能量損失水力效率H：考慮流動阻力所造成的能量損失機械效率m：考慮軸承、密封填料和輪盤的摩 擦損失。 離心泵與通風(fēng)

8、機的總效率為 :mHv一般來講，在設(shè)計流量下泵與風(fēng)機的效率最高。 223離心泵與離心通風(fēng)機的性能 4.功率功率 功率分為有效功率和軸功率有效功率Ne 軸功率N 流體經(jīng)過泵或風(fēng)機后獲得的實際功率。 對于離心泵 gQHNe對于風(fēng)機 teQpN原動機傳到泵軸上的功率 離心泵的軸功率通風(fēng)機的軸功率 gHQN QpNt有效功率和軸功率的關(guān)系 eNN 224離心泵與通風(fēng)機的特性曲線 QN QH hmQ/,3mH,NQ離心泵特性曲線及通風(fēng)機特性曲線缺224離心泵與通風(fēng)機的特性曲線 1.曲線討論曲線討論（1）壓頭（風(fēng)壓）流量（HQ、 ptQ）曲線 它是判斷離心泵或風(fēng)機是否滿足管路使用要求的重要依據(jù)。 通風(fēng)機流

9、量Q自零開始增加，風(fēng)壓pt先上升，后下降，風(fēng)壓最大值不在Q=0時。 （2）軸功率曲線（NQ） 軸功率一般隨流量的增大而增大，當(dāng)流量為零時，功率最小，因此離心泵與風(fēng)機應(yīng)在出口閥關(guān)閉下啟動，以防止電機過載。 （3）效率曲線（Q） 效率曲線有一最高點，稱為設(shè)計點。因為離心泵與風(fēng)機在最高效率點工作時最經(jīng)濟(jì)，所以其所對應(yīng)的流量、壓頭（風(fēng)壓）、軸功率為最佳工況參數(shù)。一般選用離心泵或風(fēng)機時，其工作區(qū)應(yīng)處于最高效率點的92%左右。 224離心泵與通風(fēng)機的特性曲線 1.流體物性對特性曲線的影響流體物性對特性曲線的影響 （1）流體密度的影響 離心泵的壓頭和流量與被輸送流體的密度無關(guān)。泵的效率一般也和流體的密度無關(guān)

10、。但是泵的軸功率隨流體密度變化而變化 ，可按下式校正 對于通風(fēng)機，風(fēng)壓和軸功率都和密度有關(guān)，因為，所以 NN2 . 10ttpp2 . 1NN224離心泵與通風(fēng)機的特性曲線 2.流體物性對特性曲線的影響流體物性對特性曲線的影響 當(dāng)被輸送液體的運動粘度小于2010-6m2/s時，泵的特性曲線變化很小，可不作修正；當(dāng)輸送液體的運動粘度大于2010-6m2/s時，泵的特性曲線變化較大，必須修正。常用的方法是在原來泵的特性曲線下，對每一點利用換算系數(shù)進(jìn)行換算。 224離心泵與通風(fēng)機的特性曲線 3.3.葉輪尺寸與轉(zhuǎn)速對離心泵特性曲線的影響葉輪尺寸與轉(zhuǎn)速對離心泵特性曲線的影響 （1）葉輪外徑的影響 DDQ

11、Q2DDHH3DDNN式（2-23）稱為泵的切削定律 （2）轉(zhuǎn)速的影響 nnQQ2nnHH3nnNN在轉(zhuǎn)速變化小于20%時，也可近似認(rèn)為葉輪出口的速度三角形、泵的效率等基本不變。 225離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié) 1.1.管路特性曲線管路特性曲線 管路特性曲線表示流體通過某一特定管路所需要的壓頭與流量的關(guān)系。 流體流過管路所需要的壓頭： fehgpZh式中 2252282BQQdllggudllheef ， gpZA 528dllgBe令 2BQAhe則 管路特性曲線 (方程)225離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié) 管路特性

12、曲線的特點 0phzg 表示的是管路流動所需要的最小外加壓頭； 阻力平方區(qū)，與Q無關(guān)，此時管路特性系數(shù)B為常數(shù)；管路特性曲線為一過(0,h0)點的二次曲線； 高阻管路曲線陡(B大)；低阻管路曲線平緩(B小)。 表示管路流量Q與所需外加壓頭he間的曲線關(guān)系，B值與Q的單位有關(guān)；物理意義： 對于曲線在縱軸上截距h0 ：2ehABQ225離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié) 2.2.離心泵與通風(fēng)機的工作點離心泵與通風(fēng)機的工作點 泵的特性曲線(HQ)與管路特性曲線的交點225離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié)說明工作點泵的特性 與 管路的特性工

13、作點確定聯(lián)解兩特性方程作圖，得兩曲線交點泵裝于管路時：工作點 （H,Q)Q=泵供流量=管路流量Q=泵供壓頭=流體得壓頭工作點（Q,H,N, ） 泵的實際工作狀態(tài)，若該點在泵的高效區(qū)，則該工作點是適宜的。風(fēng)機的工作點求法與泵類似。225離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機的工作點和流量調(diào)節(jié) 3.3.離心泵與通風(fēng)機的流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機的流量調(diào)節(jié) 離心泵或通風(fēng)機的工況調(diào)節(jié)有三種途徑：1）改變離心泵或通風(fēng)機的特性曲線； 改變轉(zhuǎn)速，切削葉輪直徑以及采用泵的串聯(lián)或并聯(lián)。 2）改變管路的特性曲線； 管路特性曲線的改變一般通過調(diào)節(jié)管路閥門的開度實現(xiàn)。 3）同時改變離心泵（或通風(fēng)機）和管路的特性曲

14、線。 226離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用 1.離心泵的汽蝕余量離心泵的汽蝕余量 z 見圖，液面00與泵吸入口截面11之間的垂直距離Z為離心泵的安裝高度。 Z，則p1 葉輪中心液體汽化汽泡當(dāng)p1pv,被拋向外圍壓力升高pv局部真空汽泡破裂，蒸汽凝結(jié)汽蝕現(xiàn)象周圍液體高速沖向汽泡中心 撞擊葉片(水錘) 葉片沖擊與腐蝕226離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用伴隨現(xiàn)象：泵體振動并發(fā)出噪音；H , Q , 嚴(yán)重時不送液；水錘沖擊和化學(xué)腐蝕，損壞葉片安裝高度 汽蝕問題：如何確定Z的上限 泵的允許安裝高度當(dāng)泵剛發(fā)生汽蝕時，pK等于所輸送液體的飽和蒸汽壓pv，相應(yīng)地p1

15、也將達(dá)到某一最小值p1min，此時KfKvhgugpgugp1221min122226離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用上式表明：在泵剛發(fā)生汽蝕條件下，泵進(jìn)口處液體的總壓頭 比液體的飽和蒸汽壓對應(yīng)的靜壓頭高出某一定值，常將這一差值稱為泵的最小汽蝕余量 ： gugp221min1gpvminhKfKvhgugpgugph1221min1min22為確保泵正常工作不發(fā)生汽蝕，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，將 作為允許值，稱為允許汽蝕余量 ，此值列入泵的樣本，由離心泵廠向用戶提供。又稱為凈正吸上壓頭，用（Net Positive Suction Head）表示。 )3 . 0(minhh226離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用 1.安裝高度安裝高度 最大安裝高度Zmax min) 10(12) 10(max2hhgpgphguhgpgpZfvaKfKfva 為防止汽蝕，相應(yīng)地將最大安裝高度減去0.3m作為安全量，稱為允許安裝高度Z。 hhgpgpZfva10泵的實際安裝高度ZZ 226離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機的安裝和選用（5）允許汽蝕余量的校正 h20清水，條件不同時要校正，校正曲線說明書討論 （1）汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：安裝高度太高；被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過