化工原理(清華大學(xué))第二章流體輸送機械

1、23第二章流體輸送機械KeyKey wordswords :Fluid-Movi ng, Mach in ery, Cen trifugal pumps, Positive displaceme nt pumps,Theoritical head,Actual head第一節(jié)概述流體輸送機械：給流體增加機械能的設(shè)備機械能使液體Pr 轉(zhuǎn)換為其它形式Iu2/2克服磨擦阻力輸送對象液體T泵I氣體T壓縮機、鼓風(fēng)機、通氣機 工作原理動力式（葉輪式）離心式、軸流式円容積式（正位移式）、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式 匚其它形式T噴射式第二節(jié)離心泵一、 工作原理和主要構(gòu)件1、原理 1）汲入管注滿水J 2）給液體以動能、靜壓

2、能1520m/s流道擴大p管路-3）葉輪中心形成真空popa氣縛：氣體：刁、離心力作用小、不足以吸入。2、主要構(gòu)件開式加速，pf葉輪 半開式沿葉片間隙，pfI閉式泵殼T封閉葉輪I排出汲入液體，轉(zhuǎn)換能量（避免阻力損失，導(dǎo)向葉輪）軸密封：填料密封、機械密封二、 離心泵基本方程從理論上分析離心泵中液體質(zhì)點的運動狀況，獲得離心泵壓頭和流量關(guān)系。1、基本方程的導(dǎo)出：假設(shè)1）葉片無限多，液體完全Y沿葉片彎曲表面流動J 2） 4= 0，理想液體，無磨擦阻力損失u1,u2隨葉輪轉(zhuǎn)動速度；確定安裝位置掌握要求基本原理Y 主要結(jié)構(gòu)I性能參數(shù)選擇、計算功率24Wl,W2沿葉片運動速度；C1,C2合速度 泵給單位重量

3、液體的機械能（m）對于進出口（Z不考慮）2 2HT =Pl P1-C2c1= Hp（靜） Hc（動）Pg2gHp靜壓能f離心力作功t流道擴大動能T靜壓能由速度三角形余弦定理：2 2 2 Wi二GUi-ZqUiCOSJi2 2 2w2=q u2_2c2U2cos：2代入：HT=(U2C2COS J2-UC cos：J/g般設(shè)計中為提高理論壓頭，cosi=0,（宀=90）C2Cos2=u2-Q sin :2Ctg：2, ctg：2=(u2-c2cos：2)/c2sin：2QT-2r2b2C2si n：2, c2s in：2=QT/2 二 r2b2HT=u2C2cos：2/gU21/2U2QTctg

4、 2、HT_(U2_C2Sin .：2ctg -2)(u2-T_)gg 2二r-b-HT二丄億)_色ctg：-g2二b-g泵一定：r2,b-,：2定，HT= A-BQ2、討論-流速過大，沖擊損失大（前彎片）3、理論壓頭與實際壓頭 葉片間環(huán)流（并非無限多）u2,C2比實際小磨擦損失Friction與u-成正比。r2r22nFd.J-dr(r；ri2 2WiM2HT2 2 2 2U2-UiWi- W22g 2g2 2C2 C12g后彎片：ctg鶴0(及90徑向片：ctg及=0(及=90前彎片：ctg及90后彎：J靜壓能比例fQTf,HTJ,HT與QT無關(guān),QTT. HTfooo),)25沖擊損失-

5、2：設(shè)計值三、 離心泵的主要性能參數(shù)：1、 流量m2/h ,與轉(zhuǎn)速、尺寸、結(jié)構(gòu)有關(guān)2、壓頭H丄z _ p /為H f揚程-L z，提供有效能量3、效率泵軸轉(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0.850.952水力損失：磨擦，邊界層0.8 0.93機械損失：Ne/N=有效功率/軸功率軸功率：N=QH；-g/或N=QH：7102 （kw）四、 離心泵的特性曲線及影響因素。1、特性曲線：1QfHf2QfNf開啟時關(guān)出口閥Qf有最大值2、影響因素:1）密度:Q=2二2b2Sin、遼與詵關(guān)H=U2C2COS：2/g與J無關(guān)離心力f、pf,除以；-g，壓頭不變液柱2）粘度:f,流體阻力f,

6、HQ下降急劇最高效率點處：Q,H,NQ二CQQ,H二CHH,= C3）葉輪轉(zhuǎn)速：條件：轉(zhuǎn)速變化不大速度相似，不變（速度變化小于2%）QT2二血玄in：2c2u2nQT2兀ab2C2Si門色C2氏n相似：222 2HTU2C2COS：2u2n2 2HTU2C2COS-R U2n若 不變：N7N二n3/n3（比例定律）4）葉輪外徑：相似，相同，出口截面不變：二r2b2二二r2b）2QT_ 2二sin：26 u2r2D2 2 QT2- r2b2C2Sin：2C2U2aD22 2HTu2c2cos=2u2D2-= 2HTU2C2COS2U2D2若 不變：N7N二D23/D；（切割定律）265）若直徑與

7、其它尺寸變化相應(yīng)變化。葉輪直徑D與出口寬度b2比例固定。二Db2D227H=（D）2,（N）=（D）5需要知道Hs,這與輸送液體性質(zhì)，當(dāng)?shù)卮髿鈮海℉a）有關(guān)。銘牌：20C清水、Ha=10m水柱4、氣蝕余量：入口處靜壓頭+動壓頭，大于飽和蒸氣壓頭Pv/-g的某個最小值。泵性能表的h是20C清水測定，輸送其它液體一般安裝高度v允許吸上高度，減少0.51m.。當(dāng)輸送Tf,吸上高度小，甚至出現(xiàn)負(fù)值。=泵安裝儲槽液位下。六、離心泵工作點與流量調(diào)節(jié)：1、管路特性曲線：五、離心泵吸上高度:1、氣蝕現(xiàn)象：當(dāng)P1處達(dá)到相應(yīng)溫度下液體的飽和蒸汽壓時出現(xiàn)汽化現(xiàn)象T沖擊壓力幾百個大氣壓Pmin臨界值：Pv頻率幾萬次/

8、秒2、 允許吸上真空度：Pmin很難測定，一般以入口壓強Pi代替。填充空穴。HS= （P。- Pi） /g HS:代表1處的真空度（m液柱）3、允許吸上高度:入口到儲槽液面的最大垂直距離:Hg2Po- PiUg 2g（允許安裝高度）(Po-Pi)/ EgHSHS-擊-。241000 FP1g2gHgPoPv;?g;?g沸點低Hf28=f | Re = f Q . Hf= f QH = Xf QPgi丿2、離心泵的工作點：管路需要壓頭=泵對液體提供壓頭。3、流量調(diào)節(jié):改變管路特性曲線改變泵特性曲線-并聯(lián)，串聯(lián)低阻抗管路：并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)高阻抗管路：串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)七、泵的選用:1、選泵：液體性質(zhì)、操作條

9、件T選類型壓頭流量-選尺寸，型號2、安裝與運行：安裝高度（吸入管不小于泵入口）Y啟動前充滿液體，關(guān)出口閥 |運行檢查，軸承 關(guān)出口閥（停車）第三節(jié)其它類型泵一、往復(fù)泵：活塞活塞桿沖程S:活塞移距離基本結(jié)構(gòu)及原理 V泵缸活門3 聯(lián)動裝置與離心泵：1、Q與H無關(guān)。Q=As n（單動）Q=(2Aa)s n(雙動)2、 壓頭與機械強度有關(guān)3、*吸上高度有限、*（自吸）4、 開動時閥打開N=QH :g 5、旁路調(diào)節(jié)詈Hf f2g丿82Hg 轉(zhuǎn)速29二、 計量泵與隔膜泵：三、 旋轉(zhuǎn)泵，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)吸入排出液體四、 旋渦泵：特殊離心泵。-吸入口與排出口相對吸入腔與排出腔間隔開-齒轉(zhuǎn)泵螺桿泵Q與H無關(guān)第四節(jié)氣體輸

10、送和壓縮設(shè)備特點：可壓縮，V,T有變化VS大約是u=1525m/s通氣機：p2/pi= 11.15鼓風(fēng)機：p2/pi 4一、離心通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機：離心通風(fēng)機：低100mmH2O; 中100-300mmH20;高300-1500mmH2。特點：矩形通道，葉片短而多，直、后、前性能與特性曲線：2風(fēng)量：m / h通過進風(fēng)口的體積流率，氣體體積（以進口處狀態(tài)計）332風(fēng)壓：單位體積氣體（m ）獲得能量。J/mTN/mmmH2OHst = P2- P1靜風(fēng)壓2u2c HT=P2- P122U2 r全風(fēng)壓，丄:2動風(fēng)壓與氣體有關(guān)。按20C,760mm Hg為標(biāo)況。o=1.2kg/m31 2HT=HT

11、計算出標(biāo)況查算圖。功率：N =HTQ/1000 (kw)同一狀況下的HT,Q, PH同樣可以折算N二NN實際功率1.2選用：氣體性質(zhì)，風(fēng)量范圍、往復(fù)壓縮機：1、工作原理及理想循環(huán)廠理想氣體 假設(shè)缸內(nèi)阻力不計 無泄漏1全部排凈3031如圖：壓縮階段v2-.viPdv壓出階段P2V2吸入階段-PiV2Ws = _ V2pdv：=pv =vdp MLP1等溫：Ws= PiWln（ P2/ Pi）多變：kT m2、余隙及其影響(有余隙的理想氣體循環(huán))1-2壓縮階段2-3壓出階段3-4余隙氣體膨脹余隙系數(shù)：，掃過體積Jit100%ViV3（P2/Pi）1/m店）1/m _ IVi-V3u-V3-一o與,

12、P2/P1有關(guān)，P2/P1高到某程度，-o可為03、多級壓縮：避免壓縮比太高，T一 減少功耗提高各級容積系數(shù)-設(shè)備材質(zhì)級數(shù)越多，越接近等溫過程。級間壓力確定：KKJKK -4Ws沁1Ws2 PiVi(衛(wèi))卞-1) PiVi(CPg) -1)K -1PiK -1Pi冷卻到原溫度：PiVi= PiVi絕執(zhí):ki_八、 、WskLPiVi容積系數(shù):一次吸入體積掃過體積Vi-V3多變壓縮時:R =_P2Pl PK132令dws/dPi= 0,求出：Pi= J PiP2334、壓縮機的主要參數(shù)排氣量：單位時間排出氣量（吸入狀態(tài)計）vmin（理）=Asn 二（2A-a）sn頭際：Vmin(實)=dV(理)

13、=(80.95 o)Vmin余隙阻力，p吸入-p排出，T缸-T#（膨脹）絕熱功率：KK ANP1Vm，K_1(P；)K-1)/60N =Na/a a770.95、分類及選用。D2D2 3 3 討論題對于往復(fù)泵：Q不變，P1=13KPa（真空）,P2=0.33MPa（表）對于離心泵：Q變小，p113KPa（真空）,絕壓,p2，但0.33MPaD2D2 4 4(1) Ne=QH：?g相同(2)閥2開大離心泵， 往復(fù)泵，Q,NeQ不變，Ne 2（3）閥2開度不變、打開離心泵往復(fù)泵Q入口，N,Q出口 -Q入口不變，,Q出也推到n級:Pi1P2P3P2-=-=-PlPlP2Pin JK唄n二上我唔嚴(yán)一D

14、w：吸入氣體體積34各類化工用泵的比較類型非正位移泵正位移泵離心泵軸流泵旋渦泵往復(fù)泵旋轉(zhuǎn)泵流量均勻性均勻均勻均勻不均勻尚可恒定性隨管路特性而變恒定恒定范圍廣，易達(dá)大流量大流量小流量較小流量小流量壓頭不易達(dá)到高壓頭壓頭低壓頭較咼高壓頭較咼壓頭效率稍低、愈偏離額定 值愈小稍低、咼效區(qū)窄低高較高操作流 量 調(diào) 節(jié)小輻度調(diào)節(jié)用出口閥、簡便；大泵大 輻度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 速或切削葉輪直徑小輻度調(diào)節(jié) 用旁路閥；有 些泵可以調(diào) 節(jié)葉片角度用旁路調(diào)節(jié)小輻度調(diào)節(jié) 用旁路閥；大 輻度調(diào)節(jié)可 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、行 程等用旁路調(diào)節(jié)自吸作用一般沒有沒有部分型號有自 吸能力有有啟動出口閥關(guān)閉出口閥全開出口閥全開出口閥全開出口閥全開維

15、修簡便簡便簡便:麻煩較簡便結(jié)構(gòu)與造價結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉結(jié)構(gòu)緊湊簡單，加工要求稍咼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，振動大，體積龐大，造價高結(jié)構(gòu)緊湊，加工要求咼流量，壓頭適用范 圍廣，尤其適用于 較低壓頭，大流量。 除高粘度物料不太 合適外，可輸送各 種物料特別適宜于 大流量，低壓 頭高壓頭，小流量的清潔液體適宜于流量 不大的高壓 頭輸送任務(wù)；輸送懸濁液 要用特殊結(jié) 構(gòu)的隔膜泵適用于小流量較咼壓頭的輸送， 對 高粘度液體 較合適特 性 曲 線35幾種氣體輸送和壓縮裝置100mmHg（絕）充當(dāng)壓氣機時：1 kgf/cm2（表）水環(huán)呈液封，葉輪處殼內(nèi)偏心，與水封組成小室由小大,由大小進行吸氣、排氣，轉(zhuǎn)動部分無機械損失，壽命

16、長但效率低（溫 度不能過高）。類型M心轉(zhuǎn)往復(fù)式風(fēng)量離心通風(fēng)機離心鼓風(fēng)機;離心壓縮機羅茨鼓風(fēng)機液環(huán)壓縮機往復(fù)壓縮機均勻取決于它的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速正比于轉(zhuǎn)速，n疋時風(fēng)量 不變（風(fēng)量較 大23500m /min）均勻，風(fēng)量較大脈動（需加貯氣 罐）低：10 m3/min中：10-30m3/min高：30 m /min風(fēng)表壓壓單級1500mm H20低100mm H20中100300mmH20高3001500mmH20多級23kgf/cm20.8kgf/cm2以內(nèi)，在0.4kgf/cm2附近效率最 高256 kgf/cm ,在1.5-1.8 kgf/cm2時效率最高。低：10 kgf/cm2中：10-100kgf/cm2高:100-1000kgf/cm2結(jié) 構(gòu) 特 占八、葉片多而短、平直、 彎曲均有，低中壓機 殼斷面方形，高壓為 園形多級葉輪直徑