化工原理2012-2 流體輸送機械 03

1、1第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械 液體輸送機械液體輸送機械-泵泵 葉片式、容積式、其他形式 氣體輸送機械氣體輸送機械-風機、壓縮機、真空泵風機、壓縮機、真空泵2第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵一、離心泵的操作原理與構造一、離心泵的操作原理與構造1、 工作原理工作原理在操作中應避免產(chǎn)生在操作中應避免產(chǎn)生“氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象”3離心泵外形離心泵外形4第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵2、基本部件與、基本部件與 構造構造葉輪：開式、半開式、閉式；葉輪：開式、半開式、閉式；泵殼泵殼軸封裝置：填料密封、機械密封軸封裝置：填料密封、機械密封5葉輪：開式、半開式、閉式葉輪：開式、半開式、閉式第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心

2、泵6第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵泵殼泵殼截面積逐步擴大的蝸牛殼形通道蝸殼液體量大降低速度7第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵導輪導輪泵殼內(nèi)在葉輪外周安裝的一個固定的帶葉片的環(huán)8第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵軸封裝置軸封裝置： 填料密封填料密封(填料函填料函) 密封圈密封圈, 填入柔性填料填入柔性填料 機械密封機械密封 由兩個光滑而密切貼合的金屬環(huán)形面構成由兩個光滑而密切貼合的金屬環(huán)形面構成 9第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵吸液方式：單吸、雙吸吸液方式：單吸、雙吸10二、離心泵的理論壓頭和實際壓頭二、離心泵的理論壓頭和實際壓頭1、壓頭和升揚高度、壓頭和升揚高度第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵泵向單位重量液體提供的機械能

3、泵向單位重量液體提供的機械能H mfehgpguzhgpguz2222121122fehgpguzh22112、理論壓頭、理論壓頭H假設：假設：（1）葉片無數(shù)多）葉片無數(shù)多（2）液體為理想流體）液體為理想流體可以在葉輪的進、出可以在葉輪的進、出口列柏努利方程，推口列柏努利方程，推導出理論壓頭導出理論壓頭(推導見教材推導見教材56-58頁）頁）第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵1222121222122221122121uurrdrrppdrFrrrrcgpp 12 產(chǎn)生的原因：原因一：離心力作功1 kg液體受到的離心力為： rFc2 H gpp 12gcc22122 gwwgpp22221212 原因

4、二：液體由1流到2時，由于流動通道逐漸擴大， w逐漸變小，這部分能量將轉化為靜壓能。13r液體在高速旋轉的葉輪中的運動分為2種:u周向運動：沿葉片表面的運動：處處與葉片相切，速度wgccgwwuuH22212222212122 根據(jù)余弦定理可知：111212121cos2 ucucw 222222222cos2 ucucw 14 Q又又rcbr2222 222222 ctgbrQucu 2222 ctgccuru gucgucHu22222cos 離心泵設計中，一般都使設計流量下的1=90則cos1=0。于是 gucucH111222coscos 22222222222121 ctgbQrgc

5、tgbrQuugH15討論：H與流量Q、葉輪轉速、葉輪的尺寸和構造（r2、b2、2）有關； 葉輪直徑越大、轉速越大，則H越大； 在葉輪轉速、直徑一定時，流量Q與理論壓頭H的關系受裝置角2的影響如下 : 22222222222121 ctgbQrgctgbrQuugH163、實際壓頭：、實際壓頭：葉片間的環(huán)流葉片間的環(huán)流葉片數(shù)、黏度阻力損失阻力損失流速（流量）平方?jīng)_擊損失沖擊損失額定設計第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵17三、離心泵的主要性能參數(shù)三、離心泵的主要性能參數(shù)1、壓頭、壓頭H和流量和流量Q轉速轉速n、流量、流量Q、壓頭、壓頭H、軸功率、軸功率N、效率、效率、汽蝕余量等、汽蝕余量等bcfbcb

6、cbchguugppzzH)()2()()(22第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵gQHNNe182、有效功率和軸功率、有效功率和軸功率3、效率、效率容積損失容積損失水力損失水力損失機械損失機械損失容積損失：泵殼與葉輪之間有縫隙，從葉輪四周送出的壓力較高的液體會有小量漏回到葉輪的中央入口，這部分液體所引起的能量損失較容積損失。水力損失：液體流過葉輪、泵殼時的摩擦阻力，流體入口處流動方向改變及邊界層的分離導致的水力損失。機械損失：軸承、密封的機械部件的摩擦損失。大型泵效率可達90%；小型泵效率一般為5070%。第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵為泵的效率為泵的流量；為泵的壓頭；;為軸功率為有效功率；N 式中：e

7、QHN1920四、離心泵的特性曲線及其應用四、離心泵的特性曲線及其應用1、特性曲線、特性曲線NQ曲線：功率隨流曲線：功率隨流量的增大而上升：量的增大而上升： Q曲線：效率隨流曲線：效率隨流量的增大先增大，量的增大先增大， 到最大后下降到最大后下降HQ曲線：壓頭隨流曲線：壓頭隨流量的增大而下降；量的增大而下降；第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵213、轉速與葉輪尺寸對離心泵特性的影響、轉速與葉輪尺寸對離心泵特性的影響轉速影響：比例定律轉速影響：比例定律葉輪尺寸的影響：切割定律葉輪尺寸的影響：切割定律2、液體性質對離心泵特性的影響、液體性質對離心泵特性的影響密度的影響密度的影響:流量、壓頭不變；功率流量、

8、壓頭不變；功率變變粘度的影響：粘度大時考慮修正粘度的影響：粘度大時考慮修正32)()(nnNNnnHHnnQQ；，第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵2223五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)1、管路特性方程、管路特性方程He=B+AQ2 2、離心泵的工作點、離心泵的工作點3、流量調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)改變閥門開度調(diào)節(jié)改變閥門開度調(diào)節(jié)改變轉速調(diào)節(jié)改變轉速調(diào)節(jié)改變?nèi)~輪尺寸調(diào)節(jié)改變?nèi)~輪尺寸調(diào)節(jié)HQA2425六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度ZsHg(ps-p1)/ g-u12/2g- hf動能忽略動能忽略1001261、“汽蝕汽蝕”現(xiàn)象現(xiàn)象2、汽蝕余量、汽蝕余量 p1 pv會發(fā)生汽蝕。會

9、發(fā)生汽蝕。汽蝕余量汽蝕余量 h= (pe / g +ue2/2g)- pv/ g ， h愈大，愈能愈大，愈能防止汽蝕防止汽蝕 hmin(pemin / g +ue2/2g)- pv/ g h允許允許= hmin +0.34、離心泵的安裝高度、離心泵的安裝高度Zs允許允許(ps-pV)/ g- hf- h允許允許飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓27輸送高溫或低沸點的液體時，由于其飽和蒸汽壓輸送高溫或低沸點的液體時，由于其飽和蒸汽壓高，允許的吸上高度就會很小，甚至出現(xiàn)負值，高，允許的吸上高度就會很小，甚至出現(xiàn)負值，就需采取以下措施：就需采取以下措施：（1）盡量減小吸入管內(nèi)的壓頭損失。例如：不將）盡量減小吸入管

10、內(nèi)的壓頭損失。例如：不將調(diào)節(jié)閥安在進口管路上。調(diào)節(jié)閥安在進口管路上。（2）將泵安裝在液面下方，使液體自灌而不是吸）將泵安裝在液面下方，使液體自灌而不是吸入。入。28用油泵從密閉容器中送出用油泵從密閉容器中送出30的丁烷。容器內(nèi)丁烷液面上方的的丁烷。容器內(nèi)丁烷液面上方的絕對壓力為絕對壓力為343kN/m343kN/m2 2。輸送到最后，液面將降到泵入口中心線以。輸送到最后，液面將降到泵入口中心線以下下2.8m2.8m。液體丁烷在。液體丁烷在30時的密度時的密度580kg/m580kg/m3 3, ,飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓304kN/m304kN/m2 2。吸入管的壓頭損失估計為。吸入管的壓頭損失估

11、計為1.5m1.5m。所選油泵汽蝕余量。所選油泵汽蝕余量3m.3m.問這個泵能否正常操作？問這個泵能否正常操作？29類型：類型：水泵水泵懸臂式泵、多級或雙吸式泵懸臂式泵、多級或雙吸式泵耐腐蝕泵耐腐蝕泵油泵油泵雜質泵雜質泵七、離心泵的選用、安裝與操作七、離心泵的選用、安裝與操作301、選用、選用原則：根據(jù)液體性質及操作條件確定泵的類型原則：根據(jù)液體性質及操作條件確定泵的類型 根據(jù)流量、壓頭確定泵的型號根據(jù)流量、壓頭確定泵的型號2、安裝與操作、安裝與操作注意安裝高度不得高于允許值注意安裝高度不得高于允許值啟動前必須在泵內(nèi)充滿液體；啟動前必須在泵內(nèi)充滿液體；啟動時出口閥門應關閉；啟動時出口閥門應關閉

12、；離心泵應盡可能在高效率區(qū)工作；離心泵應盡可能在高效率區(qū)工作；離心泵工作時應注意軸發(fā)熱情況。離心泵工作時應注意軸發(fā)熱情況。313233第二節(jié)第二節(jié) 其他類型泵其他類型泵一、往復泵一、往復泵34二、計量泵二、計量泵35三、旋轉泵三、旋轉泵36四、螺桿泵四、螺桿泵2022-6-1第二章 流體的流動與輸送37三、三、 氣體輸送機械氣體輸送機械輸送和壓縮氣體的設備統(tǒng)稱氣體壓送機械。用途：輸送和壓縮氣體的設備統(tǒng)稱氣體壓送機械。用途：氣體輸送氣體輸送產(chǎn)生高壓氣體產(chǎn)生高壓氣體產(chǎn)生真空產(chǎn)生真空輸送機械出口壓強（表壓）壓縮比通風機（Fan） 15 kPa1 1.5鼓風機（Blower）15 kPa 0.3 MP

13、a 0.3MPa 4真空泵（Vacuum pump）大氣壓減壓抽吸38一、通風機一、通風機1、結構、結構2、性能參數(shù)和特性曲線、性能參數(shù)和特性曲線3、選用、選用39二、離心鼓風機和壓縮機二、離心鼓風機和壓縮機三、往復壓縮機三、往復壓縮機四、真空泵四、真空泵絕熱壓縮絕熱壓縮等溫壓縮等溫壓縮2022-6-1第二章 流體的流動與輸送401、通風機（Fan）工業(yè)上常用通風機按其結構形式有軸流式和離心式兩類。軸流式通風機排風量大而風壓很小，一般僅用于通風換氣，而不用于氣體輸送。離心式通風機的應用十分廣泛，按其產(chǎn)生風壓可分為： 低壓離心通風機：出口風壓小于1.0 kPa（表壓）中壓離心通風機：出口風壓1.

14、03.0 k Pa（表壓）高壓離心通風機：出口風壓3.015.0 k Pa（表壓）2022-6-1第二章 流體的流動與輸送411機殼 2葉輪 3吸入口 4排出口2022-6-1第二章 流體的流動與輸送42離心通風機 （Centrifugal Fan ）9-19D高壓離心通風機GY4-73 型鍋爐離心通、引風機DKT-2系列低噪聲離心通風機B30防爆軸流通風機高溫離心通風機2022-6-1第二章 流體的流動與輸送432、鼓風機 （Blower）工作原理：與齒輪泵相似。結構：由機殼和腰形轉子組成。兩轉子之間、轉子與機殼之間間隙很小，無過多泄漏。改變兩轉子的旋轉方向，則吸入與排出口互換。工業(yè)上常用的

15、鼓風機主要有旋轉式和離心式兩種類型。 特點：風量與轉速成正比而與出口壓強無關，故出口閥不可完全關閉，流量用旁路調(diào)節(jié)。應安裝穩(wěn)壓氣罐和安全閥。工作溫度不能超過 85，以防轉子因熱膨脹而卡住。羅茨鼓風機的出口壓強一般不超過 80 kPa（表壓）。出口壓強過高，泄漏量增加，效率降低。 2022-6-1第二章 流體的流動與輸送44羅茨鼓風機L6LD 系列L10WDA 系列L4LD 系列3R5WD 系列2022-6-1第二章 流體的流動與輸送45離心鼓風機 （透平鼓風機 Turboblower ）工作原理：與離心泵相同。單級風機的風壓較低，風壓較高的離心鼓風機采用多級，其結構也與多級離心泵類似。多級低速

16、離心鼓風機離心鼓風機的送氣量大，但出口壓強仍不高，一般不超過 0.3 MPa（表壓），即壓縮比不大，因而無需冷卻裝置，各級葉輪的直徑大小也大致相同。 2022-6-1第二章 流體的流動與輸送46離心鼓風機 （透平鼓風機 Turboblower ）2022-6-1第二章 流體的流動與輸送473、壓縮機（Compressor）工業(yè)上使用的壓縮機主要有往復式和離心式兩種類型。 結構：主要部件有氣缸、活塞、吸入和壓出活門。工作原理：與往復泵相似，依靠活塞往復運動和活門的交替動作將氣體吸入和壓出。氣體在壓縮過程中體積縮小、密度增大、溫度升高。2022-6-1第二章 流體的流動與輸送48離心式壓縮機又稱透

17、平壓縮機，其主要結構和工作原理與離心鼓風機相似，但壓縮機有更多的葉輪級數(shù)，通常在10級以上，因此可產(chǎn)生很高的風壓。由于壓縮比較高，氣體體積收縮大，溫升也高，所以壓縮機也常分成幾段，每段又包括若干級，葉輪直徑逐級減小，且在各段之間設有中間冷卻器。離心式壓縮機流量大，供氣均勻，體積小，維護方便，且機體內(nèi)無潤滑油污染氣體。離心式壓縮機在現(xiàn)代大型合成氨工業(yè)和石油化工企業(yè)中有很多應用，其壓強可達幾十MPa，流量可達幾十萬m3/h。 2022-6-1第二章 流體的流動與輸送49旋片式壓縮機 螺桿式壓縮機可連續(xù)輸出流量超過400 m/min，壓力高達1 MPa。和葉片式壓縮機相比，此類壓縮機能輸送出連續(xù)的無

18、脈動的壓縮空氣。2022-6-1第二章 流體的流動與輸送50渦旋式壓縮機20 世紀 90 年代開發(fā)的高科技壓縮機，結構簡單，只有四個運行部件。壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而到壓縮和排出空氣。特點：效率高、可靠性好，是最節(jié)能壓縮機。低噪聲、長壽命，被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。2022-6-1第二章 流體的流動與輸送514、真空泵 （Vacuum Pump）水環(huán)真空泵屬濕式真空泵，結構簡單。由于旋轉部分沒有機械摩擦，使用壽命長，操作可靠。適用于抽吸夾帶有液體的氣體。但效率低，一般為30%50%，所能造成的真空度還受泵體內(nèi)水溫的限制。 由圓形的泵殼和帶有輻射狀葉片的葉輪組成。葉輪偏心安裝。泵內(nèi)充有一定量的水，當葉輪旋轉時，水在離心力作用下形成水環(huán)，將葉片間的空隙分隔為大小不等的氣室，當氣室由小變大時、形成真空吸入氣體；當氣室由大到小時，氣體被壓縮排出。2022-6-1第二章 流體的流動與輸送52 由泵殼、帶有兩個旋片的偏心轉子和排氣閥片組成。泵工作時，旋片始終將泵腔分為吸氣、