化工原理輸送設(shè)備

化工原理輸送設(shè)備第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日工作原理：構(gòu)件與運(yùn)行：泵殼泵軸葉輪葉片吸入口排出口離心泵.swf

啟動特點(diǎn)：啟動前殼內(nèi)灌滿液體關(guān)出口閥主要作用：供能殼動能轉(zhuǎn)為靜壓能原理：造成真空——液體吸入

氣縛----未灌滿液體或漏氣動畫氣縛.swf

單向底閥----止逆調(diào)節(jié)閥----調(diào)流量第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日主要部件與作用：P94-95

葉輪（心臟）：供能部分動能轉(zhuǎn)靜壓能葉片分開式閉式半開式或單吸雙吸單級多級

平衡孔：消振

泵殼：有垂直進(jìn)、切線出口轉(zhuǎn)變能量匯集液體

軸封：防止高壓液體漏出或氣體漏進(jìn)、填料涵、機(jī)械密封第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.1.1.2基本方程式P97

單位重量（N）獲得能量----理論壓頭H

∞推導(dǎo)：兩點(diǎn)假設(shè)1.葉片無限多、無限薄2.理想流體P93

圖2-1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動：圓周運(yùn)動u=2πRn/60nr/min

相對運(yùn)動w(與葉片相切)

絕對速度

C與u夾角α,w與u反向夾角β

Hp靜壓頭，由

(1)離心力作功產(chǎn)生的壓頭

(2)流道擴(kuò)大,部分動能轉(zhuǎn)化的靜壓能(w

12-w

22)/2g兩部分組成Hc動壓頭

(c22--c12)/2g

H∞=(u22-u12)/2g+(w12-w22)/2g+(c22--c12)/2g

為離心泵基本方程之一

第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日r2r1

β22u2w2u1w1c1速度P93cwuαβcrcu速度三角形c2D2D1b2b1第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日余弦定律w12=c12+u12–2c1u1cos1,w

22=c22+u22–2c2u2cos2則H∞=(c2u2cos2

–c1u1cos1

）/g

為離心泵基本方程之一一般1=900，cos1

=0則H∞=c2u2cos2/gc2cos2=u2-cr2ctg2cr2=

QT

/πD2b2

QT

=πD2b2c2sin2

D2葉輪出口直徑,b2葉輪出口處葉輪的寬度

H∞=u22/g–(u2ctg2/gπD2b2)QT

為離心泵基本方程之一

討論：1.H∞與nD的關(guān)系,norD

H∞2.H∞與幾何形狀關(guān)系,前彎則H∞比u22/g大，后彎則H∞比u22/g小，徑向則不影響

3.H∞與QT關(guān)系，H∞=A–BQT

，后彎QT

H∞4.實際：湍流能量損失泄漏阻力沖擊第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.1.1.3性能參數(shù)與特性曲線P98

性能：流量Q:Db2n

揚(yáng)程H:實測DnQ

效率η：容積(泄漏-葉輪與泵殼，填料涵，平衡孔）水力（流動阻力及方向變化，流量不一致）機(jī)械損失（葉輪與流體及泵殼，轉(zhuǎn)軸與填料）有效功率:Ne

=QHρg軸功率N=Ne

/η

曲線：P99圖2-6

Q--H:后彎葉片Q增大則H下降

Q--N:一定轉(zhuǎn)速下Q增大則N增大，啟動時Q=0Q--η：最高效率點(diǎn)工況參數(shù)高效率區(qū)例1第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日性能曲線調(diào)節(jié)HNηQH--QN--Qη--Q00HNηQHe--QeH--QM關(guān)小開大n增大norD減小并聯(lián)串聯(lián)第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日教案7例1離心泵特性曲線的測定測定離心泵特性曲線的實驗裝置如圖，實驗中已測出如下一組數(shù)據(jù)，泵出口處壓強(qiáng)表讀數(shù)為p2=0.126MPa,泵進(jìn)口處真空表讀數(shù)為p1=0.031MPa，泵流量為Vs=10L/s,泵軸功率由功率表讀出為2976W.吸入管直徑d1=80mm,壓出管直徑d2=60mm,兩測壓點(diǎn)垂直距離(Z2-Z1)=80mm,實驗介質(zhì)為20℃的水,試計算在此流量下泵的壓頭He,有效功率Ne和效率η。

R

2p2p1180mm解：在截面1與2間列機(jī)械能衡算式He=(Z2-Z1)+（p2--p1）/ρg+(u22--u12)/2g忽略hf1-2

p1/ρg=-3.16mp2/ρg=12.8mu1=4Vs/d12=1.99m/su2=4Vs/d22=3.54m/s

He=0.08+(12.8+3.16)+(3.542-1.992)/29.81=16.5mNe=ρgHeQ=10009.8116.51010-3=1619W

η=Ne/N=1619/2976=54%He=(Z2-Z1)+（p2--p1）/ρg+(u22--u12)/2g+hf1-2HeΔZΔZ<He第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.1.1.4性能的改變和換算P99

一定轉(zhuǎn)速、常壓、常溫的清水——工質(zhì)1atm,200C1ρ：

HQ無關(guān)N成正比

2μ：

μ增大則

HQ均下降，η亦下降但N增大

Q`=CRQH`=CHHη`=Cη

η

3nQ1/Q2=n1/n2,H1/H2=(n1/n2)2,N1/N2=(n1/n2)3比例定律

4D2Q1/Q2=D1/D2,H1/H2=(D1/D2)2,N1/N2=(D1/D2)3切割定律第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.1.1.5汽蝕與允許吸上高度飽和蒸汽壓線絕對壓強(qiáng)為零壓頭總壓頭靜壓頭動壓頭泵吸入口葉輪入口壓強(qiáng)最低處葉輪出口泵排出口大氣壓線第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.1.1.5汽蝕與允許吸上高度

P103-105

圖2-12汽蝕：泵內(nèi)最低壓強(qiáng)比操作條件下的飽和蒸汽壓小，產(chǎn)生汽泡，高壓液體將它壓破，沖擊葉輪，產(chǎn)生腐蝕，蜂窩狀。動畫氣蝕現(xiàn)象.swf

允許吸上真空度,p1>pv,,Hs與Qρpa

pv有關(guān)

Hs的校正

允許吸上高度

汽蝕余量

Hs=(pa-pv)/ρg-Δh允許+u12/2g

則Zs=(pa-pv)/ρg-hf0-1--Δh允許,Δh允許=ΦΔh,一般Φ1

Zs與pa、pv、u、hf0-1、Hs或Δh允許有關(guān)，保證Zs的措施：1、進(jìn)口管粗、短、直、無閥門，

2、安裝在液面以下，但有深度要求。例2、3第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日安裝高度10Zu第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日教案7例2泵的安裝高度計算

用3B33型泵從敞口槽中將水送到它處，槽內(nèi)水位恒定，輸送量為45~55m3/h，在最大流量下吸入管路的壓頭損失為1m，液體在吸入管路中的動壓頭可忽略，試計算：（1）輸送20℃水時，泵的安裝高度，（2）若改為輸送65℃的水時，又為多少？3B33型的部分性能數(shù)據(jù)列于下表,泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.81104Pa

流量Qm3/h壓頭m轉(zhuǎn)速r/min允許吸上真空度HsmH2O3035.529007.04532.629005.05528.829003.0解：(1）輸送20℃水時根據(jù)公式Zs=Hs

–u22/2g-hf0-1計算由題意hf0-1=1m,u22/2g≈0從該泵的性能看出，Hs隨流量增加而下降。因此，在確定泵的安裝高度時，應(yīng)以最大流量所對應(yīng)的Hs值為依據(jù)，以便保證離心泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，故取Hs=3.0mH2O,輸送20℃水時,大氣壓為9.81104Pa,與實驗條件相同，故Hs不用換算,Hs=3.0mH2OZs=3–0–1=2m

第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日(2)輸送65℃水時,需對Hs進(jìn)行換算Hs’=[Hs+（Ha

–10）-（pv/9.81104-0.24）]

1000/ρ式中Hs=3.0mH2O,Ha=9.81104Pa=10mH2O,65℃水的飽和蒸汽壓pv=2.554104Pa,密度ρ=980.5kg/m3,

則Hs’=[3+（10-10）-（2.554104/9.81104-0.24）]

1000/980.5=0.65mH2OZs=Hs

–u22/2g-hf0-1=0.65-1=-0.35mH2OZs為負(fù)值，表明泵應(yīng)安裝在水面以下，至少比貯槽水面低0.35m，假設(shè)貯槽為密封容器，其內(nèi)壓力不是大氣壓pa，那么求Hs’式中的Ha.10mH2O，此時應(yīng)對壓力進(jìn)行換算。采取措施:加大大氣壓或把泵放在地底下(挖坑)第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日教案7例3Δh允許應(yīng)用

用油泵從貯罐向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷，貯罐內(nèi)異丁烷液面恒定，其上方壓強(qiáng)為6.65kgf/cm2，泵位于貯罐液面以下1.5m處，吸入管路的全部壓頭損失為1.6m，異丁烷在輸送條件下的密度為530kg/m3，飽和蒸汽壓為6.5kgf/cm2，在泵的性能表上查得，輸送流量下泵的允許汽蝕余量為3.5m，試確定該泵能否正常操作。解：根據(jù)已知條件考慮泵能否正常操作，就應(yīng)該核算泵的安裝高度是否合適，即能否避免汽蝕現(xiàn)象，我們可以計算允許安裝高度，再與已知的實際安裝高度進(jìn)行比較確定Zs=p0/ρg-pv/ρg-Δh允許-hf0-1

式中p0=6.659.81104Papv=6.59.81104Pahf0-1=1.6m

現(xiàn)輸送的是異丁烷，Δh值也需校正，即Δh允許’=φΔh允許

根據(jù)異丁烷在操作條件下的相對密度與飽和蒸汽壓取φ=0.9，故Δh允許’=0.93.5=3.15m

所以Zs=[（6.65-6.5）9.81104]/5309.81-3.15-1.6=-1.92m

已知泵的安裝高度為-1.5m，而計算值為-1.92m，說明泵的安裝高度太高，在輸送過程中會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，使泵不能正常操作，若要正常操作還得將泵降低。第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.1.1.6工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)１.管路特性曲線與工作點(diǎn)

P100圖2--9

交點(diǎn)管路特性曲線

泵曲線工作點(diǎn)M２.調(diào)節(jié):a.改閥門開度,開大,Ｂ工作點(diǎn)下移;關(guān)?。鹿ぷ鼽c(diǎn)上移

b.改nn

工作點(diǎn)上移;

c.改Ｄ,D工作點(diǎn)下移

d.串、并聯(lián):串H為兩倍,Q不變;并H不變,Q為兩倍,交點(diǎn)變化，H,Q但均不為兩倍P103

圖2-102.1.1.7

類型選型

安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)P105例4

單、多級，單、雙吸，清水、泥漿、酸、堿、油泵等液體性質(zhì)——類，流量、揚(yáng)程——型號，核算軸功率等注意安裝高度，啟動前灌滿液體，關(guān)閉出口閥，注意潤滑與保養(yǎng)第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日管路特性曲線，工作點(diǎn)ΔZ12MQHΔZ+Δp/ρgH=HeQ=Qe第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日調(diào)節(jié)0HNηQHe--QeH--QM關(guān)小開大n增大norD減小串聯(lián)并聯(lián)第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日教案7例4選型要用泵將水送到15m高處，流量為80m3/h,此流量下管路的壓頭損失為3m,試在三個型號B型水泵中，選定合用的一個。解：最大流量為Q=80m3/h，該流量下流過管路所需的壓頭

He=ΔZ+Δp/ρg+hf=15+0+3=18m

將上面的Q值和He值與表中所列的各型號的性能參數(shù)相對照

4B35AQ=80m3/h時，壓頭H=29m,>He=18m嫌大

4B20Q=80m3/h時,H≈20m>He=18m稍大，

4B20AQ=80m3/h時,H=15.2m<He=18m不能滿足，故應(yīng)選4B20型水泵。{減小流量,滿足壓頭}第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日２.1.２其他類型泵２.1.２.１往復(fù)泵

P112

圖2-18往復(fù)泵.swf

容積式工作循環(huán)臥式銅液泵.swf特性:

１.Ｑ與尺寸、往復(fù)次數(shù)有關(guān)、與Ｈ無關(guān)２.Ｈ與尺寸無關(guān)，只要強(qiáng)度許可，可無限大３.Ｈs與pa有關(guān)、與ρ,pv有關(guān)，有安裝高度要求４.回路調(diào)節(jié)

5.流量小、效率高、不宜輸送含顆粒液體計量泵隔膜泵２.1.２.２旋轉(zhuǎn)泵滑片泵齒輪泵齒輪泵.swf螺桿泵P119

圖2-23,24，25,26２.1.２.３旋渦泵軸流泵P109圖2-15，16２.1.２.４正位移泵的流量調(diào)節(jié)P113

不能關(guān)死出口閥用支路調(diào)節(jié)流量第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日往復(fù)泵Qt第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日往復(fù)泵第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日計量泵隔膜泵膜第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日齒輪泵滑片泵螺桿泵第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日軸流泵旋渦泵第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日化工原理2.2氣體輸送和壓縮設(shè)備

用途：１、輸送２、加壓３、真空

分類：按出口壓強(qiáng)與壓縮比１通風(fēng)機(jī)<14.7×103Pa0.15kgf/cm2

表壓２鼓風(fēng)機(jī)(14.7~294)×103Pa3kgf/cm2表壓壓縮比<4３壓縮機(jī)>294×103Pa

表壓壓縮比>4４真空泵(壓縮比=出口絕壓/進(jìn)口絕壓）

按結(jié)構(gòu)分為離心式往復(fù)式旋轉(zhuǎn)式流體作用式

特點(diǎn)：冷卻裝置2.2.1離心通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)P113

離心通風(fēng)機(jī)低壓<0.9807×103Pa100mmH2O

中壓2.942×103Pa300mmH2O

高壓1500mmH2O第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日離心通風(fēng)機(jī)軸流風(fēng)機(jī)第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日性能參數(shù)與特性曲線：P97

Q（進(jìn)口）PT(風(fēng)壓)----ptNη

風(fēng)機(jī)進(jìn)口全風(fēng)壓20℃760mmHg空氣測定

靜風(fēng)壓pst

動風(fēng)壓

N=

ptQ/(1000η)kWN∝ρ曲線pt~Qpst~Qη~QN~Q形狀類似離心泵，但不規(guī)整P99選用：１.求實際風(fēng)壓pt’pt;２.以氣體及風(fēng)壓類型;

３.Ｑ（進(jìn)口狀態(tài)下），pt

機(jī)號;４.校Ｎρ>1.2時.

P103

例1鼓風(fēng)機(jī)類似－多級P108透平壓縮機(jī)－多級分段冷卻離心式壓縮機(jī).swf第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日離心鼓風(fēng)機(jī)離心壓縮機(jī)多級第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日教案9例1通風(fēng)機(jī)選用某塔板冷模實驗裝置如圖所示，其中有三塊塔板，塔徑D=1.5m，管路直徑d=0.45m，要求塔內(nèi)最大氣速為2.5m/s，已知在最大氣速下，每塊塔板的阻力損失約為1.2kPa，孔板流量計的阻力損失為4.0kPa，整個管路的阻力損失約為3.0kPa，設(shè)空氣溫度為30℃，大氣壓為98.6kPa，試選擇一適用的通風(fēng)機(jī).

2

2’

1

1’解：首先計算管路系統(tǒng)所需的全壓，為此對通風(fēng)機(jī)入口截面1-1’和塔出口截面2-2’作能量衡算（以1m3氣體為基準(zhǔn)）得：

pt=(Z2-Z1)ρg+（p2–p1)+(u22-u12)ρ/2+Σhfρg式中(Z2-Z1)ρg可忽略，p2=p1，u1=0,u2和ρ可以計算如下：u2=(0.7851.522.5)/(0.7850.452)=27.8m/s,ρ=(1.2927398.6)/303101.3)=1.13kg/m3將以上個值代入上式：pt=1.1327.82/2+(4+3+1.23)1000=1.10104Pa=11.0kPa第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日按式pt’=pt（ρ’/ρ）=pt（1.2/ρ）將所需pt換算成測定條件下的全風(fēng)壓pt’，即pt’=(1.2/1.13)1.1104=1.17104Pa根據(jù)所需全壓pt’=1.17104Pa和所需流量：進(jìn)口狀態(tài)Vh=0.7851.522.53600=1.59104m3/h從風(fēng)機(jī)樣本中查得

9-27-101No.7(n=2900r/min)可滿足要求。該機(jī)性能如下：全壓11.9kPa風(fēng)量17100m3/h軸功率89kW第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.2.2旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)P119與泵相似排氣連續(xù)均勻用于流量大、壓力不高的情況羅茨鼓風(fēng)機(jī)Ｑ∝n壓力無影響，定容式需穩(wěn)壓罐與安全閥

P119圖2-27

回路支路調(diào)節(jié)，不能全閉出口閥小于80kPa85℃羅茨鼓風(fēng)機(jī).swf液環(huán)壓縮機(jī)

第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日螺桿壓縮機(jī)滑片壓縮機(jī)第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.3.3往復(fù)壓縮機(jī)P114-1172.3.3.1工作過程壓縮機(jī).swf

假設(shè)：１理想氣體２閥無阻力壓力內(nèi)外側(cè)一致３無泄漏１.理想壓縮機(jī)循環(huán)－沒有余隙恒壓下吸氣－壓縮－恒壓排氣２.理想壓縮循環(huán)功

等溫

絕熱γ=Cp/Cv多變k

γ

第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日３.有余隙——實際過程P114

恒壓下吸氣－壓縮－恒壓排氣－膨脹

４.余隙系數(shù)和容積系數(shù)P120圖2-21

p2/p1一定，ε增大則λ0下降，吸氣量減少；

ε一定，p2/p1增大則λ0下降，吸氣量減少；甚至λ0=0.

第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日壓縮循環(huán)理想循環(huán)I有余隙循環(huán)II多級壓縮PVVP00P2P1V1V2V3V41234III第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2.3.3.2性能參數(shù)P116

排氣量－生產(chǎn)能力吸入狀態(tài)V’min=ASnr

Vmin=λdV’minm3/min

λd排氣系數(shù)（0.8~0.95）λ0

軸功率與效率

N=Nad/ηadηad=0.7~0.92.3.3.3多級壓縮－串聯(lián)

P115圖2-22兩級１避免溫度過高p

則T

２減少功耗

3提高容積利用率4結(jié)構(gòu)更合理

壓縮比2~6級x=3~5例2第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日多級壓縮0p第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日教案9例2往復(fù)式壓縮機(jī)計算某工藝需將20℃，0.1MPa（絕）的原料氣壓縮至1MPa（絕），入口氣體流量為1m3/s，壓縮過程的多變指數(shù)k=1.25，試求下列兩種情況下的出口溫度T2和所需消耗的外功功率。（1）一級壓縮，壓縮比為10：（2）二級壓縮，氣體在離開第一級后被冷卻至20℃再進(jìn)入第二級，每級的壓縮比均為101/2.解：（1）由式可求出T2=T1(p2/p1)(k–1)/k=29310（1.25-1）/1.25=464K=191℃Nad=p1V1k/(k–1)[(p2/p1)(k–1)/k–1]=105×1×[1.25/(1.25-1)]×[10（1.25-1）/1.25

–1]]=292kW(2)因兩級入口溫度、氣體質(zhì)量流量、壓縮比相同，則出口溫度和功率消耗也相同。

T2=T1(p2/p1)(k–1)/k=293×（101/2）（1.25-1）/1.25=369K=96℃

Nad=Nad1+Nad2=2p1V1k/(k–1)[(p2/p1)(k–1)/2k–1]=2×105×1×[1.25/(1.25-1)]×[10（1.25-1）/1.25

–1]]=