第1章 流体输送5.ppt

jgb168 1 5 2其他类型泵 1 5 2 1往复泵 正位移式正位移泵 1 隔膜泵 2 计量泵 3 齿轮泵 4 螺杆泵 jgb168 1 隔膜泵 外观 如图 工作原理 往复泵的一种 流量调节 调整活柱往复频率或旁路 指在生产中 不经过某些单元而直接分流到后续工序去的方法P46图1 29 应用场合 腐蚀性的液体 固体悬浮液 jgb168 2 计量泵 外观 如图 工作原理 往复泵的一种 原动机 偏心轮转动 柱塞的往复运动 流量调节 调整偏心度 柱塞冲程变化 流量调节 应用场合 输送量或配比要求非常精确 jgb168 3 齿轮泵 外观 如图 工作原理 旋转泵的一种 流量调节 转速或旁路 应用场合 高压头 小流量 粘稠以至膏状物 jgb168 4 螺杆泵 外观 如图 工作原理 旋转泵的一种 螺纹在旋转时有推进作用 流量调节 转速或旁路 应用场合 高压头 小流量 粘稠以至膏状物 固体悬浮液 jgb168 一 往复泵的作用原理和类型 1 作用原理如图所示为曲柄连杆机构带动的往复泵 它主要由泵缸 活柱 或活塞 和活门组成 活柱在外力推动下作往复运动 P45 由此改变泵缸内的容积和压强 交替地打开和关闭吸入 压出活门 达到输送液体的目的 由此可见 往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的 jgb168 2 往复泵的类型 按照往复泵的动力来源可分类如下 电动往复泵电动往复泵由电动机驱动 是往复泵中最常见的一种 电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连 把旋转运动变为往复运动 汽动往复泵汽动往复泵直接由蒸汽机驱动 泵的活塞和蒸汽机的活塞共同连在一根活塞杆上 构成一个总的机组 jgb168 按照作用方式可将往复泵分类如下 单动往复泵活柱往复一次只吸液一次和排液一次 双动往复泵活柱两边都在工作 每个行程均在吸液和排液 jgb168 二 往复泵的流量调节 正位移性 P47 流量仅与活塞每次扫过的体积及活塞往复次数n有关 而与管路的特性无关 而往复泵的压头则只决定于管路特性曲线与泵的特性曲线的交点 工作点确定 而与流量无关的特性 P46图1 29 jgb168 流量调节 用旁路阀调节流量 泵的送液量不变 只是让部分被压出的液体返回贮池 使主管中的流量发生变化 显然这种调节方法很不经济 只适用于流量变化幅度较小的经常性调节 改变曲柄转速 因电动机是通过减速装置与往复泵相连的 所以改变减速装置的传动比可以很方便地改变曲柄转速 从而改变活塞自往复运动的频率 达到调节流量的目的 jgb168 1 5 2 2旋涡泵 非正位移泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵 它的叶轮是一个圆盘 四周铣有凹槽 成辐射状排列 叶轮在泵壳内转动 其间有引水道 泵内液体在随叶轮旋转的同时 又在引水道与各叶片之间 因而被叶片拍击多次 获得较多能量 jgb168 液体中旋涡泵中获得的能量与液体在流动过程中进入叶轮的次数有关 当流量减小时 流道内认体的运动速度减小 液体流入叶轮的平均次数增多 泵的压头必然增大 流量增大时 则情况反 因此 其H Q曲线呈陡降形 旋涡泵的特点如下 压头和功率随流量增加下降较快 因此启动时应打开出口阀 改变流量时 旁路调节比安装调节阀经济 在叶轮直径和转速相同的条件下 旋涡泵的压头比离心泵高出2 4倍 适用于高压头 小流量的场合 结构简单 加工容易 且可采用各种耐腐蚀的材料制造 输送液体的粘度不宜过大 否则泵的压头和效率都将大幅度下降 输送液体不能含有固体颗粒 jgb168 1 5 2 3旋转泵 P47 48 自学掌握 jgb168 1 5 2 4各种化工用泵的比较 jgb168 流量 均匀 不均匀 尚可 随管路特性而变 恒定 范围广 易达大流量 小流量 较小流量 压头高低 不易达到高压头 压头较高 压头高 效率 稍低 愈偏离额定越小 低 高 较高 流量调节 出口阀 转速 旁路 冲程自吸操作 有 没有 启动 关闭出口阀 出口阀全开 被输送流体 各种物料 高粘度除外 不含固体颗粒 腐蚀性也可 精确计量 可输送悬浮液 高粘度液体 腐蚀性液体 不能输送腐蚀性或含固体颗粒的液体结构与造价 结构简单 造价低谦 结构紧凑 加工要求高 结构复杂 造价高 体积大 jgb168 1 5 3往复式压缩机 P48 50 化工厂所用的压缩机主要有往复式和离心式两大类 1 单动压缩机结构简图吸入活门S 排出活门D 其结构和工作原理与往复泵类似 jgb168 开始时刻 当活塞位于最右端时 缸内气体体积为V1 压力为P1 用图中1点表示 压缩阶段 当活塞由右向左运动时 由于D活门所在管线有一定压力 所以D活门是关闭的 活门S受压也关闭 因此 在这段时间里气缸内气体体积下降而压力上升 所以是压缩阶段 直到压力上升到P2 活门D被顶开为止 此时的缸内气体状态如2点表示 jgb168 排气阶段 活门D被顶开后 活塞继续向左运动 缸内气体被排出 这一阶段缸内气体压力不变 体积不断减小 直到气体完全排出体积减至零 这一阶段属恒压排气阶段 此时的状态为3点表示 吸气阶段 活塞从最左端退回 缸内压力立刻由P2降到P1 状况达到4 此时D活门受压关闭 S活门受压打开 气缸又开始吸入气体 体积增大 压力不变 因此为恒压吸气阶段 直到1点为止 jgb168 2 压缩类型 1 等温压缩 是指压缩阶段产生的热量随时从气体中完全取出 气体的温度保持不变 2 绝热压缩 是另一种极端情况 即压缩产生的热量完全不取出 3 多变压缩 实际是压缩过程既不是等温的 也不是绝热的 而是介于两者之间 称为多变压缩 jgb168 1 5 4气体输送机械 气体输送的特点 动力消耗大 对一定的质量流量 由于气体的密度小 其体积流量很大 因此气体输送管中的流速比液体要大得多 前经济流速 15 25m s 约为后者 1 3m s 的10倍 这样 以各自的经济流速输送同样的质量流量 经相同的管长后气体的阻力损失约为液体的10倍 因而气体输送机械的动力消耗往往很大 jgb168 气体输送机械体积一般都很庞大 对出口压力高的机械更是如此 由于气体的可压缩性 故在输送机械内部气体压力变化的同时 体积和温度也将随之发生变化 这些变化对气体输送机械的结构 形状有很大影响 因此 气体输送机械需要根据出口压力来加以分类 jgb168 1 5 4 1通风机 工业上常用的通风机有轴心式和离心式两类 1 轴流式通风机轴流式通风机的结构与轴流泵类似 如图所示 轴流式通风机排送量大 所产生的风压甚小 一般只用来通风换气 而不用来输送气体 化工生产中 在空冷器和冷却水塔的通风方面 轴流式通风机的应用还是很广的 jgb168 离心式通风机的结构特点离心式通风机工作原理与离心泵相同 结构也大同小异 2 离心式通风机 jgb168 a 为适应输送风量大的要求 通风机的叶轮直径一般是比较大的 b 叶轮上叶片的数目比较多 c 叶片有平直的 前弯的 后弯的 通风机的主要要求是通风量大 在不追求高效率时 用前变叶片有利于提高压头 减小叶轮直径 d 机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形 jgb168 1 5 4 2鼓风机 在工厂中常用的鼓风机有旋转式和离心式两种类型 1 罗茨鼓风机 图罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似 如图所示 机壳内有两个渐开摆线形的转子 两转子的旋转方向相反 可使气体从机壳一侧吸 从另一侧排出 转子与转子 转子与机壳之间的缝隙很小 使转子能自由运动而无过多泄漏 jgb168 2 离心式的鼓风机 离心式鼓风机的结构特点 离心式鼓风机的外形与离心泵相象 内部结构也有许多相同之处 jgb168 1 6流量的测量 在化工生产过程中 流量是一个重要的参数 为了控制生产过程稳定进行 就必须经常测定流体的流量 并加以调节和控制 测量流量的方法很多 下面仅介绍几种根据流体流动时各种机械能的相互转化与守恒规律设计制作的流量计 jgb168 1 6 1孔板流量计 1 6 1 1孔板流量计的结构孔板流量计属于差压式流量计 是利用流体流经节流元件产生的压力差来实现流量测量的 孔板流量计的节流元件为孔板 即中央开有圆孔的金属板 其结构如图所示 将孔板垂直安装在管道中 以一定取压方式测取孔板前后两端的压差 并与压差计相连 即构成孔板流量计 图孔板流量计 jgb168 1 6 1 2孔板流量计的测量原理 在图 流体在管道截面1 1 前 以一定的流速u1流动 因后面有节流元件 当到达截面1 1 后流束开始收缩 流速即增加 由于惯性的作用 流束的最小截面并不在孔口处 而是经过孔板后仍继续收缩 到截面2 2 达到最小 流速u2达到最大 流束截面最小处称为缩脉 随后流束又逐渐扩大 直至截面3 3 处 又恢复到原有管截面 流速也降低到原来的数值 流体在缩脉处 流速最高 即动能最大 而相应压力就最低 因此 当流体以一定流量流经小孔时 在孔前后就产生一定的压力差 流量愈大 也就愈大 所以 利用测量压差的方法就可以测量流量 jgb168 1 6 1 3孔板流量计的特点和适应场合 1主要特点 结构简单 更换方便 价格低廉 2适应场合 因阻力损失大 不宜在流量变化很大的场合使用 jgb168 1 6 1 4孔板流量计的流量方程 孔板流量计的流量与压差的关系 可由连续性方程和柏努利方程推导 如图 在1 1 截面和2 2 截面间列柏努利方程 暂时不计能量损失 有变形得或 jgb168 由于上式未考虑能量损失 实际上流体流经孔板的能量损失不能忽略不计 另外 缩脉位置不定 A2未知 但孔口面积A0已知 为便于使用可用孔口速度u0替代缩脉处速度u2 同时两测压孔的位置也不一定在1 1 和2 2 截面上 所以引入一校正系数来校正上述各因素的影响 则上式变为 根据连续性方程 对于不可压缩性流体得代入上式 整理后得 jgb168 令则将U形压差计公式p1 p2 Rg i 代入上式 得根据u0即可计算流体的体积流量及质量流量式中C0称为流量系数或孔流系数 其值由实验测定 C0 0 6 0 7 jgb168 1 6 2文丘里 Venturi 流量计 孔板流量计的主要缺点是能量损失较大 其原因在于孔板前后的突然缩小与突然扩大 若用一段渐缩 渐扩管代替孔板 所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量计 如图所示 当流体经过文丘里管时 由于均匀收缩和逐渐扩大 流速变化平缓 涡流较少 故能量损失比孔板大大减少 文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同 也属于差压式流量计 其流量公式也与孔板流量计相似 即 式中CV 文丘里流量计的流量系数 约为0 98 0 99 A0 喉管处截面积 m2 jgb168 由于文丘里流量计的能量损失较小 其流量系数较孔板大 因此相同压差计读数R时流量比孔板大 文丘里流量计的缺点是加工较难 精度要求高 因而造价高 安装时需占去一定管长位置 jgb168 1 6 3转子流量计 1 6 3 1转子流量计的结构转子流量计的结构如图2 21所示 是由一段上粗下细的锥形玻璃管 锥角约在4 左右 和管内一个密度大于被测流体的固体转子 或称浮子 所构成 流体自玻璃管底部流入 经过转子和管壁之间的环隙 再从顶部流出 转子流量计1 锥形硬玻璃管 2 刻度 3 突缘填函盖板 4 转子 jgb168 1 6 3 2转子流量计测量原理 管中无流体通过时 转子沉在管底部 当被测流体以一定的流量流经转子与管壁之间的环隙时 由于流道截面减小 流速增大 压力随之降低 于是在转子上 下端面形成一个压差 将转子托起 使转子上浮 随转子的上浮 环隙面积逐渐增大 流速减小 压力增加 从而使转子两端的压差降低 当转子上浮至某一定高度时 转子两端面压差造成的升力恰好等于转子的重力时 转子不再