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2019/9/17,第二章 流体输送机械,2.3.往复泵 2.4、其他类型泵 2.5.气体输送和压缩设备,2019/9/17,2.3、往复泵 1、往复泵的结构 及工作原理,往复泵是一种容积式泵，它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。,2019/9/17,泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。 工作原理： 当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大，形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，工作室的容积最大。 活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端时，排液完毕，完成了一个工作循环，此后开始另一个循环。,2019/9/17,2019/9/17,活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。 活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能排液，因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联泵 往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点： 1）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定的液体。,2019/9/17,其理论流量： 对单动泵,对双动泵,2）往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度 及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就 能提供多大的压头。 3）往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送 液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的 限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在 开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。,2019/9/17,4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用回路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液。 二、计量泵 计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的,2019/9/17,2.3 往复泵,工作原理：,与离心泵比较：,由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。 压头越大，漏损越大。,结构：,泵缸、活塞、阀门、传动机构,利用容积的变化给流体加静压能,工作循环：一次吸液，一次排液,2019/9/17,与离心泵比较：,旁路,2019/9/17, 适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体。,与离心泵比较：,2019/9/17,其他容积式泵：,各类泵的适用范围：,2.4 其它化工用泵,2019/9/17,1、旋转泵 旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，又称转子泵 1）、齿轮泵 泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而达到排出腔 ，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出液体。,2019/9/17,2019/9/17,齿轮泵可以产生较高的压头，但流量较小，用于输送粘稠的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。 2）、螺杆泵 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 图（a）为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。（b）为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。 螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，适用于高粘度液体的输送。 往复泵、旋转泵均属于正位移泵。,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,3）、旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它是由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与 各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的作用。因此，旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于要求输送量小，压头高而粘度不大的液体。,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,2.5 气体输送机械,终压p21.15atm，压缩比,终压p24atm，压缩比,终压p24atm，压缩比,终压为大气压，压缩比近似,2019/9/17,一、离心式通风机、鼓风机与压缩机,1、离心式通风机 离心式通风机按所产生的风压不同，分为： 低压离心通风机： 中压离心通风机： 高压离心通风机 ：,出口风压低于0.9807103Pa (表压)；,出口风压为：0.9807103Pa2.942103Pa,出口风压为：2.942103Pa14.7103Pa,1）离心式通风机的结构,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,2）离心通风机的性能参数与特性曲线 （1）风量：,指气体通过进风口的体积流率，以Q表示，单位为m3/h或m3/s。气体的体积按进口状态计。,（2）风压：,指单位体积的气体通过通风机时所获得的能量，单位为N/m2，与压强单位相同，以Ht表示。取决于风机的结构，叶轮尺寸，转速与进入风机的气体的密度。,目前，还不能用理论方法精确计算离心通风机的风 压，而是由试验测定。,2019/9/17,在通风机的进口截面1-1和出口截面2-2间列柏努力方程：,简化为,（P2P1）称为静风压，以HSt表示,称为动风压。,离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。,2019/9/17,风压与被输送气体的密度成正比，风机性能表上列出风压是按“标准状态”下(20，1.01105Pa)的空气密度测定的。若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条件下的风压HT换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数值来选择风机。,（3）功率和效率 离心通风机的轴功率为：,2019/9/17,（4）特性曲线,2019/9/17,3）离心通风机的选用 选择离心通风机的主要步骤为： （1）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体、含尘气体、高温气体等）与风压范围，确定风机的类型 （2）据所要求的风量与全压，从产品样本或规格目录中的特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号。 2、离心鼓风机和压缩机 1）离心鼓风机 离心鼓风机外形与离心泵相象。蜗壳形的通道为圆形，但其外壳直径与宽度之比较大，叶轮上数目较多，转速较高，,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,并且有一固定的导轮。图为一台五级离心鼓风机的示意图。 气体由吸入口进入后，经过第一级的叶轮和导轮，然后转入第二级叶轮入口，再依次逐级通过以后的叶轮 和导轮，最后由排气口排出。 离心通风机的送气量大，但所产生的风压仍不太高，出口表压强一般不超过294103Pa。由于在离心鼓风机中，气体的压缩比不高，所以无需设置冷却装置，各级叶轮的直径也大致上相等。,2019/9/17,2）离心压缩机 离心压缩机又称透平压缩机。它的主要结构和工作原理与离心鼓风机相似。离心压缩机的特点是叶轮级数多，通常在10级以上，叶轮转速高，一般为5000r/min以上。这样可以产生很多的出口压强，且由于压缩比高，气体体积缩小很多，温度升高大。因此压缩机都分成几段，每段包括若干级。叶轮的直径逐级缩小。叶轮宽度也逐级略有缩小，在各段之间设有中间冷却器。 优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维护方便。,2019/9/17,二、旋转鼓风机、压缩机与真空泵,旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。 特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，适用于所需压强不高且流量大的情况。 1、罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个渐开摆线形的转子，两转子之间，转子与机壳之间,2019/9/17,2019/9/17,2019/9/17,缝隙很小，使转子能自由运动而无过多的泄漏，两转子的旋转方向相反，可使气体从技巧一侧吸入，从另一侧排出。若改变两转子的旋转方向，则吸入和排出口互换。 罗次鼓风机的特点： (1)风量与转速成正比，转速一定时，出口压力提高，风量可保持大体不变。 (2)输气量范围：2500m3/min。出口表压在80kPa以内且在40kPa附近效率较高。 (3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且操作温度80-85oC,2019/9/17,2、液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用于输送腐蚀性气体。,2019/9/17,2019/9/17,3、真空泵 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化工厂中较常用的型式有： 1）水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮，上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。,2019/9/17,2019/9/17,水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封室。当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小时，气体由压出口排出。 水环真空泵可以造成的最高真空度为83.4103Pa左右，它也可作鼓风机用，但所产生的表压强不超过98.07103Pa当被抽吸的气体不宜与水接触时，泵内可充以其它液体。 此类泵结构简单、紧凑，易于制造和维修。但泵的效率较低，一般为30%50%。另外，该泵产生的真空度受泵内水温的限制。,2019/9/17,2）喷射泵 喷射泵是利用高速流体射流时静压能转换为动能而造成的真空将气体吸入泵体，在泵内与射流流体混合，气体及工作流体一并排出泵体。 喷射泵的工作流体可以是水，也可以是蒸汽。单级蒸汽喷射泵可以达到90%的真空度，为要获得更高的真空度，可以采用多级蒸汽喷射泵。喷射泵结构简单，无运动部件，但效率很低，工作流体消耗很大。,2019/9/17,2019/9/17,有关离心泵的知识体系,基本原理： 泵结构 工作原理 特性曲线,主要性能参数： 压头H、流量Q 轴功率N 、机械效率,影响因数： 密度、粘度、 叶轮转数n、叶轮直径D,影响,理解,解释,操作与调节： 启动 控制流量 防止气缚 流量调节 工作点,安装特点： 安装高度 气蚀余量,分类选型： 根据任务确定H、Q 选择确定泵型号 校核泵的特性曲线,应 用,46,2019/9/17,47,流体输送机械,液体输送： 离心泵：以高速旋转的叶轮产生的离心力为依据，送液能力大，流量均匀，但压头不大。 旋涡泵：小流量大压头 往复泵：活塞的往复作用为依据，压头高，但流量不均匀。包括计量泵 旋转泵：以转子的相互积压为依据。流量均匀、压头高，但送液量小。包括齿轮泵、螺杆泵 气体输送： 压缩机 鼓风机 通风机 真空泵,离心式：通风机、鼓风机、压缩机 旋转式：罗茨鼓风机、液环压缩机 真空泵 往复式：压缩机、真空泵,2019/9/17,例1 在一管路系统中,用一台离心泵将密度为1000kg/m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封贮槽(表压为1kgf/cm2),两端液面的位差z=10m,管路总长L=50m(包括所有局部阻力的当量长度),管内径均为40mm,摩擦系数=0.02。试求： （1）该管路的特性曲线方程； （2)若离心泵的特性曲线方程为H=40-200qv2 (H为压头，m ；qv为流量，m3/min),则该管路的输送量为多少m3/min？ 扬程为多少m? 若此时泵的效率为0.6，泵的轴功率为多少W？,2019/9/17,解:（1）u=(qv/60)/0.785d2=13.27qv qv:m3/min u: m/s 在敞口地面水池和高位密封贮槽间列BE. 得管路的特性曲线方程 ：,(2)联立管路特性曲线方程和泵的特性曲线方程 H=40-200 Q2,解出：qv=0.217 m3/min, H=30.58m,2019/9/17,例2：用894.5mm、长80m的水平钢管输送柴油，测得该管段的压降为5000Pa，已知柴油密度为800kg/m3,粘度为25CP，试求： 柴油在管内的流速（m/s）； 该管段所消耗的功率（W）。 解:(1)先假设为层流流动： 管内径d=0.08m,2019/9/17,例3:用离心泵在两敞口容器间输液,在同一管路中，若用离心泵来输送密度为1200kg/m3的某液体(液体其它性质与水相同），与输送水相比，离心泵的流量_，扬程_，泵出口压力_,轴功率_。(变大,变小,不变,不确定) *变大,eqv特性曲线不发生变化，但Paqv特性曲线要发生