第二章流體機械

第二章流體機械1第1頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三流體輸送機械分類

介質(zhì)： 液體——泵 氣體——風機、壓縮機工作原理：離心式正位移式：往復式、旋轉(zhuǎn)式其他（如噴射式）第2頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三第二章流體輸送機械離心泵（重點）其他化工用泵氣體輸送機械 離心式通風機（重點） 鼓風機和壓縮機 真空泵第3頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)離心泵1離心泵的主要部件2離心泵的工作原理3離心泵的性能參數(shù)與特性曲線4離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)5離心泵的安裝高度6離心泵的類型、選用、安裝與操作第4頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三離心泵的外觀第5頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三第6頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三1）.葉輪——葉片（+蓋板）4-8個葉片（前彎、后彎，徑向）液體通道。前蓋板、后蓋板，無蓋板閉式葉輪半開式開式

液體入口——中心；出口——切線2）.泵殼——泵體的外殼，包圍葉輪截面積逐漸擴大的蝸牛殼形通道

3）.泵軸——垂直葉輪面，葉輪中心

一、離心泵主要部件第7頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三離心泵裝置簡圖第8頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三二、離心泵的工作原理

1）.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2）.排出管：液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換（動靜）第9頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

3）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——氣縛啟動前灌泵—液體高速離開第10頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三三、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線1）流量：單位時間內(nèi)泵所輸送的流體體積。M3/s2）揚程：指單位重量的流體流經(jīng)泵所獲得的能量。J/N=m1、離心泵的性能參數(shù)第11頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三pvpm取截面1、2列伯努力方程：化簡得：第12頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三3、功率輸入功率：電機傳給泵軸的功率P。（軸功率）輸出功率：單位時間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量。（有效功率）功率損失：水力損失、容積損失、機械損失。4、效率：有效功率與軸功率之比。一般為0.6~0.65、大型泵0.9第13頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三四、離心泵的特性曲線H~QN~Q~Q廠家實驗測定產(chǎn)品說明書20C清水1、特性曲線：離心泵的揚程、功率、效率與流量之間的關(guān)系曲線。H-qv曲線：qv上升、H下降P-qv曲線：qv上升、P上升η-qv曲線：開始qv上升、η上升，至最高點；qv上升、η下降。四、離心泵的特性曲線第14頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三P第15頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2、離心泵特性的影響因素

1）轉(zhuǎn)速——比例定律：轉(zhuǎn)速的影響：對同型號、同一種液體、效率不變?！壤杀玫霓D(zhuǎn)速變化<20%，效率基本不變。第16頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2、流體性質(zhì)粘度的影響：粘度大、流量、揚程減小、軸功率增大、效率下降。密度的影響：同種流體，密度變、揚程、流量不變。密度：,(P、Pe)（H，qv，）與無關(guān)；黏度：，（H，qv，）；P第17頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三1、管路特性曲線（阻力曲線）

五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)第18頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三外加壓頭管路壓頭損失管路&流體一定令Δz、Δp兩截面的位置差和壓差管路特性系數(shù)（管阻）第19頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三——管路特性方程(曲線)說明：2）高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。1）K為管路特性系數(shù)，與管路長度、管徑、摩擦系數(shù)及局部阻力系數(shù)有關(guān)。第20頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2、工況點：離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點。第21頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三說明①工作點泵的特性&管路的特性工作點確定：聯(lián)解兩特性方程作圖，兩曲線交點②泵裝于管路工作點

~（H,qv)qv=泵供流量=管的流量qv=泵供壓頭=流體的壓頭③工作點~（qv,H,N,）

~泵的實際工作狀態(tài)第22頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三改變流量改變泵的特性改變工作點改變管路特性1.改變出口閥開度管路特性關(guān)小出口閥leH，qv管特線變陡工作點左上移開大出口閥leH，qv管特線變緩工作點右下移2.改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速改變泵的特性n泵H~qv曲線上移工作點右上移，H，qv3、離心泵的流量調(diào)節(jié)第23頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三4、離心泵的串、并聯(lián)操作1）并聯(lián)操作：兩臺泵的揚程相同、總流量為每臺泵的流量之和（理論上）。實際如圖：第24頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2）串聯(lián)操作：兩臺泵的流量相同、總揚程為每臺泵的揚程之和（理論上）。實際如圖：第25頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三1、汽蝕現(xiàn)象：六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度液面到泵入口處的垂直距離(Hg)第26頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三0-0~1-1，

Hg，則p1當p1pv，葉輪中心汽化汽泡被拋向外圍凝結(jié)局部真空壓力升高周圍液體高速沖向汽泡中心撞擊葉片(水錘)伴隨現(xiàn)象:①泵體振動并發(fā)出噪音②H,Q,嚴重時不送液；安裝高度，汽蝕③時間長久，水錘沖擊和化學腐蝕，損壞葉片第27頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

1).三個基本概念：

2、汽蝕余量與允許安裝高度①(有效)汽蝕余量ha:

泵入口處：動壓頭+靜壓頭-飽和蒸汽壓(液柱)第28頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三③允許汽蝕余量h比必須汽蝕余量大0.3米正常運轉(zhuǎn)的泵②必須汽蝕余量hr:——發(fā)生汽蝕時的(有效)汽蝕余量汽蝕時，1處：動壓頭+靜壓頭=——由實驗測定第29頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

2).由h計算允許安裝高度Hgmax即當有效汽蝕余量Δha減小到允許汽蝕余量Δhr時，開始發(fā)生汽蝕的安裝高度。第30頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三3)汽蝕條件判斷：Δha>Δhr不汽蝕Δha=Δhr開始發(fā)生汽蝕Δha<Δhr嚴重汽蝕最大允許安裝高度計算式第31頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三例1．用離心泵從真空度為360mmHg的容器中輸送液體，所用泵的必需汽蝕余量為3m。該液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓為200mmHg，密度為900kg/m3，吸入管路的壓頭損失為0.5m，試確定泵的安裝位置。若將容器改為敞口，該泵又應(yīng)如何安裝？（當?shù)卮髿鈮簽?00kPa）第32頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三解：（1）當容器內(nèi)真空度為360mmHg時，故泵宜安裝在液面以下（0.63＋0.5）＝1.13m更低的位置。（2）當容器敞口時，故泵宜安裝在液面以上低于（4.8－0.5）＝4.3m的位置。第33頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三已知塔內(nèi)液面上方的真空度為500mmHg，且液體處于沸騰狀態(tài)。吸入管路全部壓頭損失為0.8m，釜液的密度為890kg/m3，所用泵的必需汽蝕余量為2.0m，問此泵能否正常操作？例2．如附圖所示，用離心泵將某減壓精餾塔塔底的釜液送至貯槽，泵位于貯槽液面以下2m處。第34頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三解：因塔內(nèi)液體處于沸騰狀態(tài)，則液面上方的壓力即為溶液的飽和蒸汽壓，即該泵的最大安裝高度：說明此泵安裝不當，泵不能正常操作，會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。第35頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

2.2.5離心泵的類型、選用、安裝與操作1、離心泵的類型按輸送液體的性質(zhì)不同1.清水泵：輸送清水或相近、無腐蝕性、雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡單，造價低?！狪S2.耐腐蝕泵：輸送腐蝕性的液體，用耐腐蝕材料制成，要求密封可靠?！狥3.油泵：輸送石油產(chǎn)品，要求有良好密封性?！猋第36頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

4.雜質(zhì)泵：輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪流道寬，葉片數(shù)少?！狿單吸泵；雙吸泵第37頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三單級泵；多級泵串聯(lián)組合；并聯(lián)組合第38頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2、離心泵的選用（1）確定管路流量和所需外加壓頭

qv生產(chǎn)任務(wù)，H管路的特性方程（2）根據(jù)所需qv和H確定泵的型號

①查性能表或曲線，要求泵的H和qv與管路所需相適應(yīng)。②若需qv有變，以最大qv為準，H應(yīng)以最大qv值查找。③若泵的H和qv與管路所需不符，在鄰型號中找H和qv都稍大一點的。第39頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三⑤若液體性質(zhì)與清水相差大，則應(yīng)對所選泵的特性曲線和參數(shù)進行校正，看是否能滿足要求。④若幾個型號都行，應(yīng)選在操作條件下最高者⑥為保險，所選泵可稍大；但若太大，能量利用程度低。3、離心泵的安裝與操作安裝①安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度②盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝于出口管路。(3)校核泵的特征參數(shù)第40頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三操作①啟動前應(yīng)灌泵，并排氣。②應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動泵③停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪④經(jīng)常檢查軸封情況第41頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三例．用內(nèi)徑為120mm的鋼管將河水送至一蓄水池中，要求輸送量為60～100m3/h。水由池底部進入，池中水面高出河面25m。管路的總長度為80m，其中吸入管路為24m（均包括所有局部阻力的當量長度），設(shè)摩擦系數(shù)為0.028。，試選用一臺合適的泵，并計算安裝高度。設(shè)水溫為20℃，大氣壓力為101.3kPa。第42頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三解：以大流量qv＝100m3/h計。在河水與蓄水池面間列柏努力方程，并簡化：

由選泵IS100-80-160，其性能為：第43頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三確定安裝高度：減去安全余量，實為即泵可安裝在河水面上不超過的地方。以下。第44頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)其他類型泵2.2.1

往復泵2.2.2

齒輪泵2.2.3

旋渦泵第45頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三一、往復泵1、結(jié)構(gòu)和工作原理主要部件：泵缸；活塞；活塞桿；吸入閥、排出閥

工作原理：第46頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三單動泵雙動泵三聯(lián)泵第47頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三說明：①活塞往復運動，直接以靜壓能形式供能。

②單動泵，供液不連續(xù)；雙動泵，連續(xù)。③為耐高壓，活塞和連桿用柱塞代替。

第48頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2、往復泵的流量和壓頭

1）理論平均流量單動雙動

2）實際平均流量=容積效率理論平均流量與壓頭無關(guān)第49頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

3）往復泵的壓頭

擠壓供液，H任意高。其上限取決于材料強度、密封、電機負載實際取決于管路特性第50頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三3、往復泵的流量調(diào)節(jié)①用旁路閥調(diào)節(jié)流量

②改變曲柄轉(zhuǎn)速③改變活塞桿的行程第51頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三二、齒輪泵1、剖面圖第52頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三二、工作原理旋轉(zhuǎn)泵的一種三、流量調(diào)節(jié)四、應(yīng)用場合轉(zhuǎn)速或旁路高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。不適于輸送固體懸浮液第53頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2.2.3旋渦泵

一、工作原理特殊類型的離心泵第54頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三葉輪－開有凹槽的圓盤引水道葉輪旋轉(zhuǎn)，凹槽內(nèi)液體被做功。在引水道和凹槽間往返多次，被多次做功。二、流量調(diào)節(jié)三、應(yīng)用場合qv↓，H↑↑高壓頭，較小流量不適于輸送固體懸浮液、高粘度流體旁路調(diào)節(jié)法第55頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三概述

1、氣體輸送機械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用①氣體輸送壓力不高，但量大，動力消耗大②產(chǎn)生高壓氣體：終到設(shè)備壓力高③生產(chǎn)真空：上游設(shè)備負壓操作2、氣體輸送機械的一般特點①動力消耗大第三節(jié)氣體輸送機械第56頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三②設(shè)備體積龐大③特殊性——氣體的可壓縮性3、氣體輸送機械的分類工作原理——離心式、旋轉(zhuǎn)式、往復式、噴射式等出口壓力（終壓）和壓縮比①通風機：終壓15kPa，壓縮比1至1.15②鼓風機：終壓15~300kPa，壓縮比小于4。③壓縮機：終壓300kPa以上，壓縮比大于4。④真空泵：造成負壓，終壓p0，壓縮比由真空度決定。第57頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三一、離心式通風機第58頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三1、離心式通風機的結(jié)構(gòu)特點①葉輪直徑較大——適應(yīng)大風量②葉片數(shù)較多③葉片有平直、前彎、后彎不求高效率時——前彎④機殼內(nèi)逐漸擴大的通道及出口截面常為矩形第59頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三2、性能參數(shù)和特性曲線

1）.風量：按入口狀態(tài)計的單位時間內(nèi)的排氣體積。m3/s，m3/h操作條件與標準狀態(tài)的風量關(guān)系：第60頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三

2）.全風壓：單位體積氣體通過風機時獲得的能量。J/m3，Pa風機進、出口之間寫伯努力方程忽略忽略能量損失全風壓第61頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三說明②出口速度很高，進口速度較小，通風機動風壓Pd為出口動風壓Pd2。①氣體獲能=進出口靜壓差(靜風壓Ps)+動能差(動風壓Pd)第62頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三3）軸功率和有效功率軸功率有效功率4）效率第63頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三~qvP~qvqvpt~qvpst~qvp

4.特性曲線

1atm、20℃用空氣測定pt~qv，pst~qv，P~qv，~qv第64頁，共74頁，2023年，2月20日，星期三例3．現(xiàn)