化工原理(第二版)第二章.ppt

1、1,第二章 流體輸送機械 Fluid-moving Machinery,2,第一節(jié) 概述,流體輸送機械：對流體做功使其機械能增大的裝置。,輸送機械的作用：,流體的動能， 或位能，靜壓能， 克服沿程阻力，或兼而有之,對流體做功，使流體E, 結(jié)果,3,4,泵按工作原理分為:,特點：有可旋轉(zhuǎn)的葉輪,特點：機械內(nèi)部的工作容積不斷發(fā)生變化。,本章主要介紹離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性和如何根據(jù) 輸送任務(wù)，合理地選擇輸送機械的型號和規(guī)格，確定輸送 機械在管路中的安裝、消耗的功率和有效合理地調(diào)節(jié)控制 方法，以保證輸送機械的高效運行。,5,第二節(jié) 離心泵centrifugal pump,離心泵的外觀,6,一 主

2、要部件和工作原理,（1）葉輪,葉片（+蓋板）,1、主要部件,7,8,閉式葉輪的內(nèi)漏較弱些，敞式葉輪的最大。 但敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象,9,葉輪軸向力將導(dǎo)致軸及葉輪的竄動和葉輪與泵殼的相互研磨。,10,4-8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,11,思考：泵殼的主要作用是什么？,匯集液體，并導(dǎo)出液體； 能量轉(zhuǎn)換裝置,（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,液體入口中心,出口切線,12,（3） 軸封裝置,減少泵內(nèi)高壓液體外流，防止空氣侵入泵內(nèi)。,填料不能壓得過緊，也不能壓得過松，應(yīng)以壓蓋調(diào)節(jié)到有液體成滴狀向

3、外滲透。,常用填料為浸透石墨或黃油的棉織物或石棉。,13,14,離心泵裝置簡圖,15,2離心泵的工作原理,原動機軸葉輪，旋轉(zhuǎn),（1）,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,16,（2）泵殼：,液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換,（動靜）,（3）吸上原理與氣縛現(xiàn)象air binding,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,17,（4）導(dǎo)輪的作用,減少能量損失,18,壓頭： 泵提供給單位重量液體的能量稱為泵的壓頭，用H表示，單位m。,二離心泵的理論壓頭和實際壓頭,19,理論壓頭：理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為 理論壓

4、頭，用H表示。,20,21,說明：,（1）裝置角：90度 前彎葉片, 90度 后彎流動能量損失小,= 90度 徑向葉片,（2）后彎葉片，ctg 0,b、r、, 則H ,Q ，則H （線性規(guī)律）,（3）理論壓頭H與流體的性質(zhì)無關(guān),（4）H與H的差距,葉片間環(huán)流；阻力損失；沖擊損失,22,問：為什么泵采用后彎葉片的居多？,后彎葉片：理論壓頭隨流量增大而減少；徑向：無關(guān)； 前彎：增大。在一定的葉輪尺寸、轉(zhuǎn)速和流量下，前彎葉 片產(chǎn)生的理論壓頭最大。但壓頭的提高包括靜壓頭和動壓 頭的提高。對后彎葉片靜壓頭的提高大于動壓頭的提高，而 對前彎葉片則相反，液體動壓頭的提高較大，同時液體在泵 殼流動部分動壓頭轉(zhuǎn)

5、換為靜壓頭時能量損失較大。為獲得較 高的能量利用率，離心泵總是采用后彎葉片形式,23,2. 離心泵的實際壓頭,實際壓頭比理論壓頭要小。具體原因如下：,（1）葉片間的環(huán)流運動,主要取決于葉片數(shù)目、裝置角2、葉輪大小、液體粘度等因素，而幾乎與流量大小無關(guān)。,24,（2）水力損失,阻力損失,25,沖擊損失,在設(shè)計流量下，此項損失最小。流量若偏離設(shè)計量越遠，沖擊損失越大。,26,（3）容積損失,以泄漏流量q大小來估算?？梢宰C明，當泵的結(jié)構(gòu)不變時，q值與揚程的平方根成正比。,H,27,三離心泵的主要性能參數(shù),（1）(葉輪)轉(zhuǎn)速n：,10003000rpm；2900rpm常見,（2）(體積)流量Q:,m3

6、/h，葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速,（3）壓頭（揚程）H：,1N流體通過泵獲得的機械能。,J/N, m,Q、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和n有關(guān)。,Hz,（4）軸功率N：,單位時間原動機輸入泵軸的能量,有效功率Ne：,單位時間液體獲得的能量,28,H，又稱揚程，泵對單位重量流體提供的有效能量，m。 可測量,Q，泵單位時間實際輸出的液體量，m3/s或m3/h。 可測量,在泵進口b、泵出口c間列機械能衡算式：,轉(zhuǎn)速,流量,壓頭,n，單位r.p.s或r.p.m,討論：,29,軸功率和效率,N，又稱功率，單位W 或kW,30,與效率有關(guān)的各種能量損失：,31,（5）效率： = Ne/ N,100%,容積損失，水力損失，機械

7、損失,2離心泵的性能曲線characteristic curves,HQ,NQ,Q,廠家實驗測定產(chǎn)品說明書,20C清水,32,離心泵特性曲線,33,說明：,HQ曲線，Q，H。,Q很小時可能例外,NQ曲線： Q，N 。,大流量大電機,關(guān)閉出口閥啟動泵，啟動電流最小,Q曲線 ：小Q ， ；大Q ， 。, max,泵的銘牌與max對應(yīng)的性能參數(shù),選型時 max,34,3離心泵特性的影響因素,（1）流體的性質(zhì)： 密度的影響,粘度的影響,液體粘度大于20厘斯時,泵的特性參數(shù)需按下式進行校正.,35,qv=Cq qv H= CH H =C Cq、CH、C分別為流量、壓頭、和效率的校正系數(shù)，通過圖查取 例2

8、-1:附圖為某型號離心泵輸送清水的特性曲線,最高效率點對應(yīng)的流量為2.84m3min-1 ,壓頭為30.5m.試求用此離心泵輸送密度為900kg/m3 ,過去粘度為17510-6 m2 /s的油品的特性曲線，并繪于同一坐標圖上。,36, n 20%以內(nèi),(3)葉輪直徑切割定律,D -5%以內(nèi),（2）轉(zhuǎn)速比例定律,37,思考：若泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程為 則新轉(zhuǎn)速n下泵的特性曲線方程表達式如何？,38,四、離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié),問題：,工作時，Q, H, N, =?,1.管路特性曲線,39,泵-供方 管路-需方,40,41,42,說明,工作點,泵的特性 & 管路的特性,工作點確定：,聯(lián)解

9、兩特性方程,作圖，兩曲線交點,泵裝于管路,工作點 （H,Q),Q=泵供流量=管得流量,H=泵供壓頭=流體得壓頭,工作點（Q,H,N, ）,泵的實際工作狀態(tài),43,五、離心泵的安裝高度,安裝高度:,問題：,液面到泵入口處的垂直距離(Hg),安裝高度有無限制？,44,0-01-1，B.E.,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,泵體振動并發(fā)出噪音,H, Q , 嚴重時不送液；,時間長久，水錘沖擊和化學(xué)腐蝕，損壞葉片,45,安裝高度 ，汽蝕,問題：如何確定Hg的上限,允許安裝高度,（1）三個基本概念：

10、,2汽蝕余量與允許安裝高度,(有效)汽蝕余量ha:,泵入口處：動壓頭+靜壓頭-飽和蒸汽壓(液柱),46,ha的物理意義：,ha，p1 汽蝕,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=,用實驗測定,允許汽蝕余量h,比最小汽蝕余量大0.3米,47,正常運轉(zhuǎn)的泵,（2）由h計算允許安裝高度Hgmax,48,（3）允許汽蝕余量的校正,h20度清水，條件不同時要校正，校正曲線說明書,3允許吸上真空度H Hs，max=（Pa-P1）/g Hs= Hs，max-0.3 Hg= Hs-u12/2g-Hf,o-1 Hs是泵生產(chǎn)廠家用20水作為實驗介質(zhì)，在貯槽液面壓強為大氣壓

11、下測定的結(jié)果。若使用條件與此不符的時，應(yīng)作如下的校正： Hs = Hs+（Ha 10.33）-Pv/(9.811000)-0.241000/,49,3討論,（1）汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：,安裝高度太高；,被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；,吸入管路阻力或壓頭損失太高。,（2）計算出的Hgmax0, 低于貯槽液面安裝,50,（3） Hgmax大小Q。 Q，則Hgmax ，保險 。,（4）安裝泵時為保險， Hg比Hgmax還要小0.5至1米。,(5)歷史上,允許吸上真空度 允許汽蝕余量, Hgmax,用可能的最大Q計算Hgmax,51,例2-2：用某一離心泵將密閉容器中80的熱鹽水送入 高位槽，在

12、輸送要求下離心泵的允許吸上真空度為 4.6m,密閉容器中液面上方的絕對壓強為80KPa,溶液 的蒸汽壓近似取同溫度下水的飽和蒸汽壓,設(shè)鹽水的 密度與水的密度相近,吸入管路的壓頭損失為0.5m, 試確定泵的安裝高度. 解: Hs = Hs+（Hs 10.33）-Pv/(9.81*1000)-0.241000/ =-2.17m Hg= Hs-u12/2g-Hf,o-1 =-2.17-0.5=-2.67m 為安全起見,再降低0.5米,實際安裝高度為-3.17m.,52,六 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

13、。結(jié)構(gòu)簡單，造價低。 IS,（2）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。 F,（3）油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性。 Y,53,（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。 P,單吸泵；雙吸泵,54,單級泵；多級泵,串聯(lián)組合；并聯(lián)組合,55,八、離心泵的類型、選用,56,對泵產(chǎn)品樣本常見型號簡介如下: 型號為40IS54A 40泵吸入口直徑mm IS單級單吸懸臂式離心泵 54揚程式 A表示基本型號的葉輪經(jīng)第一次切削 40FM1-26 40泵吸入口直徑mm F懸臂式耐腐蝕離心泵 M與液體接觸部件的材料代號 26泵的揚程 1軸封式代號(1

14、代表單端面密封) 50Y-602 50泵吸入口直徑mm Y單吸離心泵 60泵的單級揚程m 2葉輪的級數(shù),57,2 離心泵的選用,（1）根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型,（2）確定管路流量和所需外加壓頭。 Q生產(chǎn)任務(wù)，H 管路的特性方程。,（3）根據(jù)所需Q和H確定泵的型號,查性能表或曲線，要求泵的H和Q與管路所需相適應(yīng)。,若需Q有變，以最大Q為準，H應(yīng)以最大Q值查找。,若泵的H和Q與管路所需不符，在鄰型號中找H和Q都稍大一點的。,58,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。,若幾個型號都行，應(yīng)選在操作條件下最高者,為保險，所選泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。

15、,3 離心泵的安裝與操作,安裝,安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度,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。,59,操作,啟動前應(yīng)灌泵，并排氣。,應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動泵,停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪,經(jīng)常檢查軸封情況,60,1、并聯(lián),四、離心泵的組合操作串、并聯(lián),61,2、串聯(lián),四、離心泵的組合操作串、并聯(lián),62,第三節(jié) 其它類型泵,一 往復(fù)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：,說明：,活塞往復(fù)運動，直接以靜壓能形式向液體供能,單動泵，供液不連續(xù)；雙動泵，連續(xù)。,為耐高壓，活塞和連桿用柱塞代替。,63,64,2往復(fù)泵的流量

16、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),（3）瞬時流量的不均勻性,單動泵，吸、排液不連續(xù),65,曲柄連桿，活塞運動速度時間正弦規(guī)律,（4）流量的精確性,Q僅活塞面積、沖程、往復(fù)頻率,（5）往復(fù)泵的壓頭,擠壓供液，H任意高。,材料強度，密封，電機負載,最終取決于管路特性,66,（6）特性曲線,Q僅泵，與管路(和H）無關(guān),H僅管路，與泵(和Q)無關(guān) 正位移特性,高阻高壓！,67,68, 適用于小流量、高壓頭的情況下輸送高粘度的液體。,旁路,由于受泵的部件機械強度和原動機功率的限制，泵的揚程不可能無限增大。 壓頭越大，漏損越大。,69,二 計量

17、泵,1 外觀,70,2 工作原理,往復(fù)泵的一種,原動機偏心輪轉(zhuǎn)動柱塞的往復(fù)運動,3 流量調(diào)節(jié),調(diào)整偏心度柱塞沖程變化 流量調(diào)節(jié)。,4 應(yīng)用場合,輸送量或配比要求非常精確,71,三 隔膜泵,1 外觀,2 應(yīng)用場合,腐蝕性的液體、固體懸浮液,72,四 齒輪泵,1 剖開,73,2 流量調(diào)節(jié),3 應(yīng)用場合,轉(zhuǎn)速或旁路,高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。 固體懸浮液,74,五 螺桿泵,1 外觀,75,2 工作原理,旋轉(zhuǎn)泵的一種,螺紋在旋轉(zhuǎn)時有推進作用,單螺桿,雙螺桿,三螺桿,76,3 流量調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)速或旁路,4 應(yīng)用場合,高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。 固體懸浮液,77,六 旋渦泵,1 工作原理,特殊類型

18、的離心泵,78,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反多次，被多次做功。,應(yīng)用場合,Q，H ,高壓頭，較小流量,固體懸浮液，高粘度流體,79,第四節(jié) 氣體輸送機械,一 概述,1氣體輸送機械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,氣體輸送,壓力不高，但量大，動力消耗大,產(chǎn)生高壓氣體：,終到設(shè)備壓力高,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,動力消耗大,80,設(shè)備體積龐大,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(fù)式、噴射式等,口壓力（終壓）和壓縮比,通風(fēng)機：終壓15kPa，壓縮比1至1.15 鼓風(fēng)機：終壓15300kPa，壓縮比小于4。 壓縮機：終壓300kPa以上，壓縮比大于4。 真空泵： 造成負壓，終壓p0，壓縮比由真空度決定。,81,二 離心式通風(fēng)機,82,1離心式通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特點,葉輪直徑較大,適應(yīng)大風(fēng)量,葉片數(shù)較多,葉片有平直、前彎、后彎,不求高效率時前彎,機殼內(nèi)逐漸擴大的通道及出口截面常為為矩形,83,2性能參數(shù)和特性曲線,（1）風(fēng)量：按入口狀態(tài)計的單位時間內(nèi)的排氣體積。,m3/s，m3/h,（2）全風(fēng)壓：單位體積氣體通過風(fēng)機時獲得的能量,J/m3，Pa,風(fēng)機進、出口之間寫B(tài).E.,忽略,忽略能量損失,84,說明 氣體獲能=進出口靜壓差(靜風(fēng)壓)+動能差(動風(fēng)壓),出