刘云宏流体输送机械.ppt

食品工程原理,主讲：刘云宏,Unit Operations in Food Engineering,第九节 液体输送设备,流体输 送机械,泵,流体从低处到高处，从低压到高压，克服阻力流动，都需提供能量，需要相应的设备。 一般将输送液体的机械称为泵， 输送气体的机械通称为风机或压缩机， 负压条件下工作的气体输送机械又称为真空泵。,按泵的工作原理分:,特点：机械内部的工作容积不断发生变化。,特点：使流体获得速度,泵的类型,离心泵,轴流泵,柱塞泵,罗茨泵,齿轮泵,一、离心泵,（一）主要部件和工作原理,1叶轮 2泵壳 3泵轴 4吸入口 5吸入管 6底阀 7滤网 8排出口 9排出管 10调节阀,叶轮形式： （a）开式 （b）半闭式 （c）闭式,主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置,（a） （ b） （c）,1填料函壳 2软填料 3液封圈 4填料压盖 5内衬套,轴封装置：,减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。,填料密封,-填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。 常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或石棉。,泵壳的作用：将动能转化为静压能。,（1）泵壳 （2）叶轮,泵壳的主要作用是什么？,汇集液体，并导出液体； 能量转换装置 动能静压能,工作原理： 泵内充满液体，叶轮带动流体旋转，产生离心力， 使流体加速，获得能量。,结构特点： 中心吸入， 边上甩出； 后弯叶片； 外壳为蜗壳； 出入口间无封隔。,思考： 为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？,气缚现象： 离心泵启动时、若泵内存有空气，由于空气密度很小，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以吸入液体，这样虽启动离心泵也不能完成输送任务，这种现象称为气缚。 这表示离心泵无自吸能力，所以离心泵在启动前必须向泵内灌满被输送的液体。（当然若将离心泵的吸入口置于被输送液体的液面之下，液体会自动流入泵内，这是一种特殊情况。）,叶轮吸入形式：（a）单吸 （b）双吸。,（二）离心泵的主要性能参数特性曲线,1离心泵的主要性能参数,H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量,Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。可测量,n，单位r/min,1流量计 2压力表 3真空表 4泵 5水池,在1-1和2-2间列柏努利方程,在泵进口、泵出口间列机械能衡算式,各项损失： （1）容积效率hv 指各种泄漏 （2）机械效率hm 指各种摩擦损失,一般0.960.99 （3）水力效率hh 流体阻力损失、环流和冲击造 成的损失等, 前者与qv2成正比， 后者有一最小值。 一般hh=0.80.9 h=hvhmhh,4B20型离心泵在n=2900 rpm下的特性曲线,离心泵性能曲线,Q曲线：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的，Q0时，H最大。不同型号的离心泵，Q曲线的形状有所不同。,PQ曲线 ：Q曲线表示泵的流量Q和轴功率的关系，随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。,Q曲线：开始随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。,Q曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。,离心泵特性曲线的影响因素： 液体性质 密度:,黏度:,当比20清水的大时，H，P，,实验表明，当20厘斯时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。,转速n qvn, Hn2, Pn3 （离心泵比例定律） 叶轮直径D2 其余尺寸不变 qvD2, HD22, PD23,（1）选型(清水、耐腐蚀、泥浆泵等）。 （2）定规格（扬程、流量）。 （3）计算功率。 （4）确定安装高度。 （5）选择合适的工作点。,工程上需要解决的问题：,例1-9-1用清水测定某离心泵 的特性曲线。当调节出口阀使 管路流量为25 m3/h时，泵出口 处压力表读数为0.28MPa（表 压），泵入口处真空表读数为 0.025MPa，测得泵的轴功率为 3.35kW，电机转速为2900min-1， 真空表与压力表测压截面的垂 直距离为0.5m，泵进、出管路 直径相同。试由该组实验测定 数据确定与泵的特性曲线相关 的其它性能参数。,分析：与泵的特性曲线相关的性能参数,还有压头H和效率h？,解：其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。 以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列 柏努利方程，有： 据题意，u1=u2，若略去SHf,1-2，则该流量下泵的压头： 泵的有效功率： Pe=Hqvrg=31.62510009.81/3600=2150W h=Pe/P=2.15/3.35=64.2%,例1-9-2用图示装置测离心泵 性能。吸入管内径0.1m，排出 管内径0.08m，测压口间垂直 距离0.2m，转速为2900min-1， 20水，流量10L/s，出口表压 2.55105Pa，入口真空 度2.67104Pa，功率3.2kW， 电机效率93%。 求He，Pe，h。,解：,分析：z2-z1=0.2m p1=-2.67104Pa Hf,1-2=0 p2=2.55105Pa,泵的轴功率=电机输出功率=电机输入功率电机效率,P=3.20.95=3.04kW,为什么会有安装高度问题？,汽蚀现象：,（三）离心泵的安装高度,叶轮入口处压强小于液体饱 和蒸气压，液体气化，气泡 向边缘运动，被增压的气泡 破碎，流体凝结，周围液体 以极高的速度涌向原气泡处， 冲击叶轮和泵壳，发出噪声， 泵的流量、扬程及效率都达不 到要求，冲蚀叶轮。严重时吸不上液体，叶轮很快损坏。 务必使叶轮入口处的压头高于当时液体的饱和蒸气压所相当的压头。,为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度hmax。,（三）离心泵的安装高度,（1）气蚀余量法,允许气蚀余量,泵的汽 蚀余量,在液面与泵入口间列柏努利方程：,（2）允许吸上高度法,允许吸上真空度：离心泵 入口处可允许达到的最大 真空度,Hs的换算：,离心泵的安装高度：比允许吸上高度小0.51.0m。,10m水柱下用20清水测得,例1-9-3用转速为1850min-1的50WG型 离心杂质泵将温度为20，密度为 1080kg/m3的食品加工废水从敞口沉砂 池送往一处理池中，泵流量为22m3/h。 由泵样本查得，在该流量下，泵的汽 蚀余量为5.3m。受安装位置所限，泵入口较沉砂池液面高出2.5m。 试求：（1）泵吸入管路允许的最大阻 力损失为多少？ （2）若泵吸入管长为20m （包括局部阻力的当量长度），管路摩擦系数 取0.03，泵入口管路的直径至少应为多大？,解：（1） SHf,0-1=p0/rg-pv/rg-HNSP-Hg 题中：p0=101.3kPa HNSP=5.3m 20水的饱和蒸汽压pv=2.34kPa，故吸入管路允许 的最大阻力损失为： SHf,0-1=101300/(10809.81)-2340/(10809.81)-5.3-2.5 =1.54m （2）由 SHf,0-1=lu2(L+Le)/2dg 及 u=4qv/pd2 有,（四）离心泵的工作点与流量调节,泵-供方 管路-需方,匹配：,1、管路特性曲线,注意：管路特性曲线形状与管路布置及操作条件有关， 而与泵的性能无关。,改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。,调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵的工作点。,离心泵的流量调节，通常从两方面考虑：,两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。,在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；,流量调节,当阀门关小时，管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，泵的工作点由M移到M1。流量由QM减小到QM1。,改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方法来改变管路特性曲线。,当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移到M2，流量加大到QM2。,改变阀门的开度,Q或Qe,Q或Qe,要把泵的转数提高到n1，泵的特性曲线就上移到nM1位置，工作点由M移到M1，流量和压头都相应加大;,改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲线不变，而改变泵的特性曲线。,若把泵的转数降到n2，泵的特性曲线就移到nM2位置，工作点移到M2，流量和压头都相应地减小。,改变泵的转数,车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特方法。在车床上将泵叶轮的外径车小，这时叶轮直径、流量、压头和功率之间关系，可按前式进行计算。,车削叶轮的外径,可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率。,(五) 离心泵的组合操作串、并联,注意：对于同一管路，其并联操作时泵的流量不会增大一倍，如图所示。因为两台泵并联后，流量增大，管路阻力亦增大。,Q并 2Q,曲线表示一台泵的特性曲线 曲线表示两台相同的泵并联操作时的联合特性曲线,并联操作,2、串联,泵串联时，在相同qv下，,请思考： 在输送系统中，将单台泵用串联泵组替代，则管路中的压头是否能达到原来的两倍？为什么？,（泵串联不仅提高了压头，同时还增加了流量）,（六）离心泵的类型和选用,A. 清水泵 （输送清洁液体） B型（IS型，单级单吸）， Sh型（双吸）， D型（多级）， F型耐腐蚀泵 （输送腐蚀性液体） Y型油泵 （输送油类） P型杂质泵 （输送含悬浮物的液体）,IS型离心泵,1泵体 2叶轮 3密封环 4护轴 5后盖 6泵轴 7托架 8联轴器,B. 液下泵,C. 管道泵,D. 多级离心泵,E. 磁力驱动离心泵,最大流量 130L/min 最高扬程 11.7m,最大流量 500L/min 最高扬程 24m,最大流量 80L/min 最高扬程 50m,不锈钢磁力离心泵,最大流量 500L/min 最高扬程 44m,塑料磁力离心泵,往复泵,双动往复泵,三动往复泵,往复泵的流量曲线,（a）单动泵,（b）双动泵,（c）三动泵,往复泵的流量： 单动泵 理论流量 qv=ASn 双动泵 理论流量 av=(2A-a)Sn 三动泵 理论流量 qv=3ASn 流量调节：,1吸入管路上的阀 2排出管路上的阀 3支路阀 4安全阀,三、其他类型泵,（一）计量泵,偏心轮的偏心距可调， 从而改变柱塞的往复行程,用于输液量十分精确，或几种 液体要求一定配比输送,隔膜式计量泵,电子计量泵,（二）隔膜泵,（三）齿轮泵,（四）旋涡泵,（五）其它各种旋转泵,（1）罗茨泵 （2）滑板泵 （3）齿轮泵 （4）单螺杆泵 （5）双螺杆泵,（六）螺杆泵,双螺杆泵,四、各种泵的比较,第十节 气体输送机械 气体输送机械的分类,1.终压294kPa(表)压缩机 4.终压=大气压真空泵,一、通风机 （一）离心式通风机,离心通风机,外形,结构,主要性能参数 风量 风压 轴功率 效率,（二）性能参数与特性曲线,qv气体通过进风口的体积流量,HT单位体积气体通过风机后，获得的能量,0,轴功率,通风机的 特性曲线,特性曲线,20、0.1MPa下，空气密度为1.2kg/m3。,风机的选择：根据风量和全风压(补）,（2）进口状态下qv,（1）,二、鼓风机,（一） 离心鼓风机,容积式风机 qv=2500m3/min，出口表压80 kPa，温度85 出口阀不能全关，用回流支路调风量,（二）罗茨风机,（一）往复式压缩机,三、压缩机,12 压缩过程,23 恒压排气过程,34 突然降压,41 恒压吸气过程,理想压缩功：,理想压缩过程：,理想压缩循环功的计算：,1.等温压缩,2.绝热压缩,3.多变压缩,实际压缩过程：,余隙,减少气体吸入量，增加能量损耗,余隙系数,大、中型压缩机e 8%，高压气缸e12%,容积系数,多变过程,实际排气量,效率,排气量,理论吸气量,功率,排气系数,双动往复空气压缩机,（二） 离心式压缩机,（三） 螺杆式压缩机,（四） 液环式压缩机（纳氏泵）,可用作鼓风机或压缩机，用作鼓风机时效率较高。,四、真空泵,概念,真空区域的分类（按绝对压强分）：,1.333101.3kPa 粗真空,0.133Pa1333Pa 中、低真空,1.3310-51.3310-1Pa高真空,1.3310-9 1.3310-5Pa超高真空,1.3310-9Pa以下 极高真空,极限压强真空系统可能达到的最低压强。,抽速单位时间内真空泵在入口压强下从系统中 抽出的气体体积。 S=dV/dt,流量抽速与泵入口压强的乘积。 qv=pS=pdV/dt,真空系统的抽速与真空泵的抽速是不相等的，但两 者的流量相等。故有 ppp SSp,主要性能参数,真空系统的抽速S与真空泵的抽速Sp间的关系：,流阻流导的倒数,真