冶金設(shè)備基礎(chǔ)第1章流體輸送設(shè)備及管路計算課件

1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒體教學課程：冶金設(shè)備基礎(chǔ)任課教師：徐瑞東學習目的與要求復習并掌握流體的基本概念、牛頓流體，柏努利方程，管內(nèi)流動狀態(tài)，流體阻力與管路計算等基本知識；掌握離心泵、活塞泵、隔膜泵等流體輸送設(shè)備的工作原理、特點、設(shè)計選擇與功力計算。第1章流體及流體輸送設(shè)備1.1流體流動的基本知識1.流體的流動性(宏觀流體模型)2.流體的密度與相對密度3.流體的壓縮性和膨脹性4.流體的粘性(牛頓型流體)5.流體的流動型態(tài)(雷諾準數(shù))6.邊界層的概念雷諾實驗1.3流體阻力與管路的計算直管阻力局部阻力流體阻力管路的計算五條原則:材質(zhì)選擇，連接方式，流速的確定，阻力計算，布置系統(tǒng)三類問題:已知管徑、管長和流量，求流體通過管路所需的外能；已知管徑、管長和允許的外能損耗，求流量；已知管徑、流量和允許的外能損耗，求管徑。減少流動阻力的途徑盡量縮小管路長度，以減少直管阻力；在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應盡量減少管件或閥門的數(shù)量，同時盡量減少流道的突然變形，如可用漸擴或減縮代替突擴或突縮，用圓拐彎代替直角拐彎等;適應增大直徑，流動阻力與管徑的五次方成反比，若管徑增大一倍，即變?yōu)闀r，則摩擦阻力可減少為原來的

1/32左右。

流量和流速是流體輸送基本參數(shù)。流體輸送的實際問題中常用流量；在柏努利方程中常用流速。1.4流速的測定測速管—測量局部速度孔板流量計—測量流過某截面的流量轉(zhuǎn)子流量計—定壓流量計激光測速計—科研測定某點的瞬間流速1.5流體輸送設(shè)備液體輸送設(shè)備：離心泵、往復泵、高油壓泵、旋轉(zhuǎn)泵

氣體輸送設(shè)備：通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵1.5.1離心泵離心泵的主要構(gòu)造離心泵的工作原理“氣縛”現(xiàn)象

離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小在葉輪中心中能產(chǎn)生很小的低壓，形不成所需要的壓差，雖啟動離心泵，但液體仍不能上升到葉輪中心，不能完成輸送液體的目的，該現(xiàn)象稱為“氣縛”現(xiàn)象。離心泵的構(gòu)造裝置圖1-葉輪2–泵殼3–葉片4–吸入導管5-底閥6-壓出導管7-泵軸(3)有效功率和效率軸功率N：由電機輸入離心泵的功率有效功率Ne：

效率：有效功率與軸功率之比

根據(jù)泵的軸功率，可選用電機功率。但實際生產(chǎn)中為了避免電機燒毀，在選取電機功率時，要用求出的軸功率乘上一安全系數(shù)，常取安全系數(shù)如上表所示.泵的軸功率與安全系數(shù)泵的軸功率/kW0.5～3.753.75～37.5>37.5安全系數(shù)1.21.151.1

流量、揚程、效率和功率是離心泵的主要性能參數(shù)。工廠生產(chǎn)的泵都有一定的牌號，其揚程、流量、功率、轉(zhuǎn)速都有一定值，且生產(chǎn)廠家已將其產(chǎn)品性能參數(shù)用曲線表示出來，這就是離心泵的特性曲線。對于一定轉(zhuǎn)速的泵，存在以下三種關(guān)系曲線，即：

(1)H=f1(Q)，揚程與流量的關(guān)系；(2)N=f2(Q)，軸功率與流量的關(guān)系；(3)η=f3(Q)，效率與流量的關(guān)系。

離心泵的特性曲線4B20型離心泵在n=2900r/min下的特性曲線：H-Q曲線：泵的揚程隨流量的增大而平穩(wěn)下降；N-Q曲線：表明泵的軸功率隨流量的增加而平穩(wěn)上升；η-Q曲線：最高點為離心泵的設(shè)計點，與此最高效率點相對應的Q，H，N值稱為最佳工況參數(shù)，或叫設(shè)計點參數(shù)。管路特性的表達方式：

離心泵總是安裝在特定的管路中運行的，泵在實際工作中的流量和壓頭等不僅取決于離心泵的特性，而且還與管路特性有關(guān)。兩者必須統(tǒng)一，并使泵在高效下運行，完成流體輸送任務。管路的特性可用管路特性方程(管路中流量(或流速)與壓頭的關(guān)系)和管路特性曲線來表達。例如對標準管路系統(tǒng)，若貯槽和高位槽兩液面維持恒定，則泵對單位重量液體提供的能量為：

對一定操作條件下的特定管路，與均與流量無關(guān)，可用常數(shù)：表示，且，

則上式可寫為：

其中：

當葉輪旋轉(zhuǎn)時，液體在葉輪上流動的速度和壓力是變化的。通常在葉輪入口處最低，當此處壓力等于或低于液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，液體將部分氣化，生成大量的蒸氣泡。含氣泡的液體進入葉輪而流至高壓區(qū)時，由于氣泡周圍的靜壓大于氣泡內(nèi)的蒸氣壓力，而使氣泡急劇凝結(jié)而破裂。氣泡的消失產(chǎn)生了局部真空，使周圍的液體以極高的速度涌向原氣泡中心，產(chǎn)生很大的壓力，造成對葉輪和泵殼的沖擊，葉輪很快就被沖蝕成蜂窩狀或海綿狀，使其震動并發(fā)出噪音。離心泵工作時的氣蝕現(xiàn)象離心泵按輸送液體的性質(zhì)

單吸泵雙吸泵清水泵泥漿泵耐腐蝕泵油泵低溫泵熱水泵液下泵單級泵多級泵按工作的特點按吸入方式按葉輪數(shù)目離心泵的類型離心泵的選用：根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件進行選擇；根據(jù)已知管路條件，確定被輸送液體需要的壓頭H，按已知的流量Q和計算的H，在泵的系列特性曲線上找到該點，確定泵的型號和轉(zhuǎn)速；被輸送液體的粘度、密度較大時，須對所選擇泵的特性曲線換算，對He、Ne重新校核，并注意工作點是否在高效率區(qū)；根據(jù)實際需要選配合適的電動機。往復泵工作示意圖1-泵缸2-活塞3-活塞桿4-吸入活門5-排出活門1.5.2往復式活塞泵工作原理：利用活塞的推力把流體提升，完成液體輸送任務。適用于高揚程、低流量的輸液過程，尤其是輸送高粘度液體,如重油。雙動泵工作示意圖1-吸入管路2-填料函3-活塞4-壓出導管活塞式油壓泥漿泵示意圖1—空氣室2—出料閥3—進料閥4—礦漿觀察閥5—液面觀察閥6—油觀察閥7—供油閥8—油箱9—油缸10—活塞1.5.4高壓油泵工作原理：活塞向右移動時，排料活門緊閉，吸入活門開啟，料漿便進人油箱之下半部；當活塞向左運動時，進料活門閉死，出料活門開啟，料漿排出。特點：油箱上半部及活塞缸中充滿礦物油，活塞及缸體不會磨損，使用壽命長。由于密度不同，油與泥漿既相混溶，油的消耗少。1.5.5旋轉(zhuǎn)泵(轉(zhuǎn)子泵)

借泵內(nèi)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)作用而吸入和排出液體?？捎糜谳斔驼吵硪后w甚至膏狀物科，但不適于輸送含固體顆粒的懸浮液。齒輪泵示意圖類型離心泵往復泵旋轉(zhuǎn)泵流量(1)均勻；(2)量大；(3)流量隨管路情況變化。(1)不均勻；(2)量不大；(3)流量恒定，幾乎不因壓頭變化而變化。(1)比較均勻；(2)量?。?3)流量恒定，與往復泵相同。揚程(1)一般不高；(2)對一定流量只能提供一定的揚程(1)較高；(2)對一定流量可提供不同揚程，由管路系統(tǒng)確定。同往復泵。效率(1)最高為70%左右；(2)在設(shè)計點最高，偏離愈遠，效率愈低。(1)為80%左右；(2)供應不同揚程時，效率仍保持最大值。(1)介于60~80%左右；(2)在揚程高時容易漏，使效率降低。結(jié)構(gòu)(1)簡單、價廉、安裝容易(2)高速旋轉(zhuǎn)，可直接與電動機相連；(3)輸送同一流量體積??；(4)軸封裝置要求高，不能漏氣。(1)零件多，構(gòu)造復雜；(2)震動甚大，不可快速，安裝較難；(3)體積大，占地多；(4)需吸入，排出活門；(5)輸送腐蝕性液體時，構(gòu)造更復雜。(1)沒有活門；(2)可與電動機直接連接；(3)零件較少，但制造精度要求高。幾種液體泵的比較1.通風機

通風機主要有離心式和軸流式兩種類型。軸流通風機由于其所產(chǎn)生的風壓很小，一般只作通風換氣用。冶金廠應用最廣的是離心通風機。離心通風機按其所產(chǎn)生風壓大小可分為以下三種：

低壓離心通風機：風壓≤1×103(表壓)

中壓離心通風機：風壓在1×103~3×103(表壓)

高壓離心通風機：風壓在3×103~15×103(表壓)離心式通風機示意圖2.鼓風機

(1)離心鼓風機：轉(zhuǎn)速高，排氣量大，結(jié)構(gòu)簡單。但單級風機由于只有一個葉輪，不可能產(chǎn)生較大的風壓.(2)旋轉(zhuǎn)鼓風機---羅茨鼓風機：轉(zhuǎn)速高，無閥門，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，排氣均勻，風量變動范圍大，可在2~500范圍內(nèi)變動，但效率低，其容積效率一般為0.7~0.9。羅茨鼓風機結(jié)構(gòu)示意圖1—同步齒輪2—轉(zhuǎn)子3—氣缸4—蓋板3.壓縮機

有往復壓縮機和離心壓縮機兩種。(1)往復壓縮機的構(gòu)造及工作原理往復壓縮機的構(gòu)造主要由氣缸、活塞、吸氣閥和排氣閥組成。(2)往復壓縮機的工作過程(1)余隙中的氣體膨脹；(2)活門打開，從外界吸氣；(3)活門關(guān)閉，壓縮氣體；(4)排出活門打開，壓出氣體。立式單動雙缸壓縮機示意圖1-排氣閥2—吸氣閥3—氣缸體4—活塞5—連桿6—曲柄

本章小結(jié)1.1流體流動的基本概念流體的流動性流體的密度與相對密度流體的壓縮性和膨脹性流體的粘性(牛頓型流體