化工原理 第二章 流體輸送機(jī)械課件

第二章流體輸送機(jī)械l概述l液體輸送機(jī)械l氣體輸送機(jī)械概述一、流體輸送機(jī)械向流體作功以提高機(jī)械能的裝置工作原理液體輸送機(jī)械氣體輸送機(jī)械動力式（或葉輪式）離心式離心泵、旋渦泵離心風(fēng)機(jī)、離心壓縮機(jī)軸流式軸流泵軸流式通風(fēng)機(jī)噴射式噴射泵容積式（或正位移式）往復(fù)式往復(fù)泵、隔膜泵、計量泵往復(fù)式壓縮機(jī)回轉(zhuǎn)式齒輪泵

、螺桿泵羅茨風(fēng)機(jī)、液環(huán)壓縮機(jī)（甲）液體輸送機(jī)械2－1離心泵的操作原理、結(jié)構(gòu)、與類型2－2離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭2－3離心泵的主要性能參數(shù)2－4離心泵的特性曲線及其應(yīng)用2－5離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2－6離心泵的安裝高度2－6離心泵的選用、安裝與操作2－1離心泵的操作原理、結(jié)構(gòu)、與類型結(jié)構(gòu)泵殼(蝸殼)葉輪葉片底閥泵軸吸入管排出管2.工作原理電動機(jī)——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↓泵殼（流道逐漸擴(kuò)大）——減速（動能靜壓能）排出口↓2－1離心泵的操作原理、結(jié)構(gòu)、與類型3.氣縛泵內(nèi)有空氣，則小離心力小吸入口處所形成的真空度不足以將液體吸入泵內(nèi)氣縛故離心泵在啟動前必須灌泵在吸入管底部安裝帶有濾網(wǎng)的底閥

（止逆閥）濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)而損壞葉輪的葉片4.主要構(gòu)件（1）葉輪將機(jī)械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有提高。按結(jié)構(gòu)不同可分閉式、半閉式和開式（2）泵殼（蝸殼）B能量轉(zhuǎn)換A匯集液體，作導(dǎo)出液體的通道；（一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能）。(3)軸封裝置2－1離心泵的操作原理、結(jié)構(gòu)、與類型為了防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸向外泄漏以及因葉輪中心處為負(fù)壓使外界空氣經(jīng)縫隙漏入，需采用軸封裝置。即泵軸與泵殼之間的密封。常用的軸封裝置：（1）填料密封；（2）機(jī)械密封2－1離心泵的操作原理、結(jié)構(gòu)、與類型4.離心泵分類①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）；

②按葉輪級數(shù)分為單級泵（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）

③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。

2－2離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭一、壓頭泵的壓頭（揚(yáng)程）：是指泵向單位重量流體提供的能量其值應(yīng)與管路要求的He相等2－2離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭2－2離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭推導(dǎo)基于三個假設(shè)：二、理論壓頭（1）葉片的數(shù)目無限多，葉片無限薄。（2）理想流體2－2離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭圖2-1流體進(jìn)入與離開葉輪時的速度r1β2α1r2w1Ac2sinα2u2u1w2c22β1α2c1離心泵的流量可表示為單位重量流體通過無限多葉片的旋轉(zhuǎn)葉輪所獲得的能量理論壓頭H一般離心泵為提高H，使1=90，即cos1=0——離心泵的理論壓頭的表達(dá)式——葉片的裝置角2－2離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭為什么一般采用后彎葉片？2－3離心泵的主要性能參數(shù)泵的主要性能參數(shù)：流量、壓頭、有效功率、轉(zhuǎn)速和效率。有些還包括允許吸上真空度或氣蝕余量2－3離心泵的主要性能參數(shù)1.流量qv單位時間內(nèi)輸送出的流體量。單位m3/s。2.壓頭H3.有效功率、軸功率和效率有效功率效率離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量損失主要有：容積損失（η1）水力損失（η2）機(jī)械損失（η3）軸功率Pa,由電機(jī)輸入離心泵的功率稱泵的軸功率2－4離心泵的特性曲線及其應(yīng)用一、離心泵的特性曲線離心泵的生產(chǎn)部門將其產(chǎn)品的基本參數(shù)用曲線表示出來，稱為離心泵的特性曲線（、、）

2－4離心泵的特性曲線及其應(yīng)用曲線討論1H~qv揚(yáng)程H隨流量qv的增大而下降（qv

很小時例外）軸功率N隨流量增大而增加，當(dāng)qv=0時,N最小。2Pa~qv離心泵應(yīng)在出口閥關(guān)閉下啟動，以防止電機(jī)過載。3

曲線有極值點(diǎn)（最大值），稱為設(shè)計點(diǎn)。因為離心泵在最高效率點(diǎn)工作時最經(jīng)濟(jì)，所以其所對應(yīng)的流量、壓頭、軸功率為最佳工況參數(shù)。一般選用離心泵時，其工作區(qū)應(yīng)處于最高效率點(diǎn)的92%左右。4、與最高效率相對應(yīng)的H、qv、Pa值稱為最佳工況參數(shù)。5、離心泵銘牌上標(biāo)明的參數(shù)就是最佳工況參數(shù)。6、離心泵廠家給出三條線2－4離心泵的特性曲線及其應(yīng)用二、液體性質(zhì)對離心泵特性的影響1流體密度的影響

壓頭H和流量qv與密度

ρ無關(guān)。泵的效率η一般也和密度ρ無關(guān)。但是泵的軸功率Pa隨流體密度變化而變化

2、液體粘度的影響輸送粘度較大的液體時，需對特性曲線進(jìn)行修正。當(dāng)被輸送液體的運(yùn)動粘度小于2010-6m2/s時，泵的特性曲線變化很小，可不作修正。2－4離心泵的特性曲線及其應(yīng)用三、轉(zhuǎn)速與葉輪尺寸對離心泵特性的影響比例定律：切割定律：1、轉(zhuǎn)速的影響2、葉輪尺寸的影響2－5離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)一、管路的特性曲線——管路的特性方程（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。2－5離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2－5離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)管路特性曲線和泵的特性曲線的交點(diǎn)泵供流量=管路流量泵供壓頭=流體壓頭泵的實(shí)際工作狀態(tài)，若該點(diǎn)在泵的高效區(qū)，則該工作點(diǎn)是適宜的。三、流量的調(diào)節(jié)2－5離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)1）改變閥門的開度（管路特性曲線的改變）he2ho閥門關(guān)小，管路特性曲線變陡，泵的工作點(diǎn)由A1移至A2。流量由Q1減至Q2。12閥門關(guān)小,加大，對流量Q2來說，阻力損失從原來的變?yōu)镠2－h(huán)0，因此阻力損失增加了H2-he2he2－h(huán)0，三、流量的調(diào)節(jié)2－5離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)2）改變轉(zhuǎn)速（離心泵的特性曲線）閥門關(guān)小，轉(zhuǎn)速由n1減小到n2，泵的特性曲線下移，泵的工作點(diǎn)由A1移至A2，流量和壓頭都減小。2－6離心泵的選用、安裝與操作離心泵的選用具體步驟：1、確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭。流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路安排，利用柏努力方程式計算管路所需壓頭。2、選擇泵的類型與型號。根據(jù)輸送液體性質(zhì)和操作條件確定泵的類型。按已確定的流量和壓頭從泵樣本選出合適的型號。3、校核泵的特性參數(shù)。如果輸送液體的粘度和密度與水相差很大，則應(yīng)該核算泵的流量和壓頭及功率。2－6離心泵的安裝高度以貯槽液面（s）為基準(zhǔn)面，在截面s和e之間列柏努利方程安裝高度,zs——安裝高度則Pe↓,Ps一定時，一、汽蝕Pe<Pv葉輪中心液體汽化汽泡被拋向外圍壓力升高>pv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2－6離心泵的安裝高度二、允許吸上真空度1、允許吸上真空度提高允許安裝高度的方法：減小，在同一流量下，應(yīng)選用直徑稍大的吸入管；2.減小2、允許吸上高度（又稱允許安裝高度zs）,吸入管徑大而短，或減小彎頭和閥門一般離心泵在出廠是以20℃清水在10ｍ水柱的大氣壓下測定其允許吸上真空度，并標(biāo)注在銘牌上。當(dāng)操作條件和輸送工質(zhì)與上述不符合時，必須進(jìn)行換算指離心泵入口處可允許達(dá)到的最大真空度，單位為ｍ液柱（真空）三、氣蝕余量2－6離心泵的安裝高度是指離心泵入口處的靜壓頭與動壓頭之和超過輸送液體操作溫度下的飽和蒸汽壓的最小允許值（Δh）。三、離心泵的安裝高度zsΔh也是按20℃水規(guī)定的，當(dāng)輸送其它液體時需校正。上述兩種方法求出的安裝高度為允許值，只要已知、Δh中的一個，就可確定泵的安裝高度。一般為了安全起見，離心泵的實(shí)際吸上高度或?qū)嶋H安裝高度應(yīng)一般比允許值小0.5～1ｍ。1.往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)

下圖是往復(fù)泵的示意圖

主要部件：泵缸；活塞；活塞桿；吸入閥、排出閥

其中的吸入閥和排出閥均為單向閥。2-8往復(fù)泵1.往復(fù)泵

往復(fù)泵是利用活塞的往復(fù)運(yùn)動，將能量傳給液體，以完成液體輸送任務(wù)。往復(fù)泵輸送液體的流量只與活塞的位移有關(guān)，而與管路情況無關(guān)，但往復(fù)泵的壓頭只與管路情況有關(guān)。這種特性為正位移特性，具有這種特性的泵稱為正位移泵。2-8往復(fù)泵2.往復(fù)泵的特點(diǎn)和分類

(1)往復(fù)泵的流量僅與往復(fù)泵活塞的直徑、行程、轉(zhuǎn)速及液缸數(shù)有關(guān)，與管路的情況、所輸送流體的溫度、粘度無關(guān)。(2)往復(fù)泵的壓頭取決于往復(fù)泵在其中工作的管路特性。(3)往復(fù)泵裝置中必須安裝有安全閥或其它安全裝置。(4)往復(fù)泵有很好的自吸能力。

(5)往復(fù)泵的效率較高(6)往復(fù)泵的流量較小，且流量不均勻，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，適用于高壓頭、小流量的場合。但不宜輸送腐蝕性液體及含有固體顆粒的懸浮液。2-8往復(fù)泵往復(fù)泵的分類：

(1)按與輸送介質(zhì)接觸的工作機(jī)構(gòu)分有活塞泵、柱塞泵和隔膜泵；

(2)按往復(fù)泵的作用特點(diǎn)分有單作用泵、雙作用泵和差動泵；

(3)根據(jù)動力分有機(jī)動泵（包括電動機(jī)驅(qū)動的泵和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的泵）、直接作用泵（包括蒸汽、氣、液壓直接驅(qū)動的泵）和手動泵等。2-8往復(fù)泵4.往復(fù)泵工況調(diào)節(jié)

往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)通常采用改變往復(fù)泵的轉(zhuǎn)速、改變活塞行程或旁路調(diào)節(jié)等方法來實(shí)現(xiàn)。3.往復(fù)泵性能參數(shù)往復(fù)泵的主要性能參數(shù)有流量、壓頭（壓力）、功率、效率、活塞每分鐘的往復(fù)次數(shù)及汽蝕余量等，它們的定義與離心泵相同。2-8往復(fù)泵氣體輸送機(jī)械分類（乙）氣體輸送機(jī)械（乙）氣體輸送機(jī)械1流量

ρ液≈1000ρ氣,當(dāng)質(zhì)量流量相同時，V氣≈1000V液2經(jīng)濟(jì)流速氣體（15~25m/s）液體（1~3m/s）氣體動能比較大3管徑ms＝ρuA當(dāng)ms相同時，u氣≈10u液ρ氣＝1/1000ρ液4阻力損失d氣≈10d液

u氣2≈100u液2

,hf氣=10hf液經(jīng)過相同管長后，氣體輸送特點(diǎn)u氣≈10u液d氣≈10d液當(dāng)ms相同時，離心通風(fēng)機(jī)1—機(jī)殼;2—葉輪;3—吸入口;4—排出口(1)基本結(jié)構(gòu)：離心式通風(fēng)機(jī)的主要部件包括葉輪和機(jī)殼兩部分。a、為適應(yīng)輸送風(fēng)量大的要求，通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑一般是比較大的。b、葉輪上葉片的數(shù)目比較多,比較短。c、葉片有平直的、前彎的、后彎的。d、機(jī)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(jī)多用矩形。一、離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類2-12離心式風(fēng)機(jī)(2)工作原理與離心泵相似通常根據(jù)離心通風(fēng)機(jī)出口壓力的不同分為低壓（<1kPa以下）、中壓（1kPa~3kPa）和高壓（3kPa~15kPa）三種通風(fēng)機(jī)。(3)分類（1）風(fēng)量以進(jìn)口處為準(zhǔn)。單位m3/s。

二、離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)（2）風(fēng)壓單位體積流體提供的能量J/m3J/m3=J/m.m2=N/m2=Pa兩邊同乘ρg即全壓＝靜壓+動壓2-12離心式風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)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)Pt可用下式換算選擇風(fēng)機(jī)以Pt0為準(zhǔn)（3）功率和效率2-12離心式風(fēng)機(jī)w是流體