化工原理之流体输送机械.ppt

1 第二章流体输送机械 2 1本章学习的目的本章是流体力学原理的具体应用 通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构 工作原理及操作特性 以便根据生产工艺的要求 合理地选择和正确地使用输送机械 以实现高效 可靠 安全的运行 2本章应掌握的内容重点掌握离心泵的工作原理 操作特性及其选型 3 流体输送机械的分类 流体输送机械是指为流体提供机械能的机械设备 1 动力式 借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量 包括离心式 轴流式输送机械 2 容积式 利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量 包括往复式 旋转式输送机械 3 流体作用式 依靠能量转换原理以实现输送流体任务 如喷射泵 4 2 1离心泵 离心泵的主要部件离心泵的工作原理离心泵的性能参数离心泵的特性曲线影响离心泵性能的因素和性能换算离心泵的气蚀现象与安装高度离心泵的工作点与流量调节离心泵的类型与选择 5 离心泵的工作原理和主要部件 工作原理 1 液体随叶轮旋转 在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量 使流向叶轮外周的液体的静压强提高 流速增大 液体离开叶轮进入蜗壳 因蜗壳内流道逐渐扩大而使流体速度减慢 液体的部分动能转换成静压能 于是 具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路 被输送到所需的管路系统 2 由于离心力的作用 泵的进出口出产生压力差 从而使流体流动 6 7 离心泵的主要部件 1 叶轮 叶轮是离心泵的核心部件 由叶片组成 构成了数目相同的液体通道 按有无盖板分为开式 闭式和半开式 2 泵壳 泵体的外壳 它包围叶轮 在叶轮四周开成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 此外 泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口 3 泵轴 位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴 它由电机带动旋转 以带动叶轮旋转 8 9 10 叶轮 11 12 平衡孔 13 14 15 16 叶轮外周安装导轮 使泵内液体能量转换效率高 导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环 这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反 其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应 引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向 使能量损耗最小 动压能转换为静压能的效率高 17 轴封装置 保证离心泵正常 高效运转 轴封装置的作用 离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动 其间的环隙如果不加以密封或密封不好 则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区 使泵的流量 效率下降 严重时流量为零 气缚 通常 可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封 18 液体吸上原理 依靠叶轮高速旋转 迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开 从而在叶轮中心形成低压 低位槽中的液体因此被源源不断地吸上 19 气缚现象 如果离心泵在启动前壳内充满的是气体 则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度 这样槽内液体便不能被吸上 这一现象称为气缚 灌泵 为防止气缚现象的发生 离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满 这一步操作称为灌泵 为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内 在泵吸入管路的入口处装有止逆阀 底阀 如果泵的位置低于槽内液面 则启动时无需灌泵 20 离心泵的基本方程式 21 离心泵的基本方程式 离心泵的理论压头 在理想情况下可能达到的最大的压头 离心泵的理论压头与如下几个假定条件相对应 叶轮内叶片数目无限多 液体完全沿着叶片的弯曲表面流动 无任何环流现象 液体为粘度等于零的理想流体 液体在流动中没有阻力 在这两个假定条件下 离心泵的理论压头可以表示为 其中 D2 叶轮外径 u2 叶轮旋转速度 QT 泵的体积流量 b2 叶片宽度 2 叶片装置角 22 23 离心泵的基本方程式的讨论 装置角是叶片的一个重要设计参数 当其值小于90度时称为后弯叶片 等于90度时称为径向叶片 大于90度时称为前弯叶片 叶片后弯时液体流动能量损失小 所以一般都采用后弯叶片 24 离心泵的基本方程式的讨论 当采用后弯片时 可知理论压头随叶轮直径 转速及叶轮周边宽度的增加而增加 随流量的增加呈线性规律下降 理论压头与流体的性质无关 25 理论流量与理论压头的关系 26 实际操作中 由于以下三方面的原因 使得单位重量液体实际获得的能量 即实际压头 与离心泵的理论压头有一定的差距 A 叶片间环流 B 阻力损失 C 冲击损失 考虑以上三方面之后 压头与流量之间的线性关系也将发生变化 27 理论压头与液体密度的关系理论压头与液体密度没有关系离心泵出口压强与密度成正比 28 2 1 3离心泵的主要性能参数与特性曲线 离心泵的性能参数1 流量 Q 离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积 常用单位为L s或m3 h 2 压头 H 离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量 其单位为m 3 效率 由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得 通常用效率来反映能量损失 4 轴功率 N 指离心泵的泵轴所需的功率 单位为W或kW 29 离心泵的能量损失 反映离心泵能量损失 包括 容积损失 由于泵的泄漏所造成的损失 一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失 水力损失 进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力 机械损失 由泵轴与轴承之间 泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能量损失 30 功率 A 有效功率 离心泵单位时间内对流体做的功 B 轴功率 单位时间内由电机输入离心泵的能量 31 离心泵的特性曲线特性曲线 在固定的转速下 离心泵的基本性能参数 流量 压头 功率和效率 之间的关系曲线 强调 特性曲线是在固定转速下测出的 只适用于该转速 故特性曲线图上都注明转速n的数值 32 33 离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供 标绘于泵产品说明书中 其测定条件一般是20 清水 转速也固定 34 讨论 从H Q特性曲线中可以看出 随着流量的增加 泵的压头是下降的 即流量越大 泵向单位重量流体提供的机械能越小 但是 这一规律对流量很小的情况可能不适用 轴功率随着流量的增加而上升 所以大流量输送一定对应着大的配套电机 另外 这一规律还提示我们 离心泵应在关闭出口阀的情况下启动 这样可以使电机的启动电流最小 35 泵的效率先随着流量的增加而上升 达到一最大值后便下降 根据生产任务选泵时 应使泵在最高效率点附近工作 其范围内的效率一般不低于最高效率点的92 离心泵的铭牌上标有一组性能参数 它们都是与最高效率点对应的性能参数 例题2 2 36 影响离心泵性能的因素和性能换算 泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和常压下 以常温的清水为工质做实验测定的 若所输送的液体性质与此相差较大时 泵的特性曲线将发生变化 应当重新进行换算 a 流体密度的影响 由离心泵的基本方程可看出 离心泵的压头 流量均与液体的密度无关 说明离心泵特性曲线中的H Q及 Q曲线保持不变 但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加 即N Q曲线要变 37 b 黏度的影响液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失 因此 H Q N Q Q曲线都将随之而变 当液体运动粘度 20 10 8m2 s时 离心泵的性能则需按下式进行换算 即Q CQQH CHH C 例题2 3 38 C 转速的影响 比例定律转速变化特性曲线变化 在转速变化小于 20 范围内可做如下的假设 液体离开叶轮处的速度三角形相似不同转速下离心泵的效率相同 39 d 叶轮直径的影响 切割定律在叶轮直径变化小于 20 当泵的叶轮直径和其他尺寸均发生变化可作如下的假设液体离开叶轮时的出口速度三角形相似叶轮出口截面积基本不变离心泵的效率相同 40 2 1 4离心泵的气蚀现象和允许安装高度 离心泵的安装高度 离心泵的安装高度是指要被输送的液体所在贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距离 如图 由此产生了这样一个问题 在安装离心泵时 安装高度是否可以无限制的高 还是受到某种条件的制约 41 42 气蚀现象 叶轮中心处的压力下降到被输送流体在操作温度下的饱和蒸汽压时 则在泵内会产生 被输送流体在叶轮中心处发生汽化 产生大量汽泡 汽泡在由叶中心向周边运动时 由于压力增加而急剧凝结 产生局部真空 周围液体以很高的流速冲向真空区域 当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时 众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片 43 离心泵在气蚀状态下工作的危害 泵体振动并发出噪音 压头 流量在幅度下降 严重时不能输送液体 时间长久 在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下 叶片表面出现斑痕和裂缝 甚至呈海绵状逐渐脱落 44 气蚀余量NPSH 泵入口处的动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差 为了避免发生气蚀现象 在离心泵的入口处液体的静压头p1 g与动压头u12 2g之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头pv g某一数值 此数值即为离心泵的气蚀余量 NPSH 即 45 离心泵的临界气蚀余量 NPSH c 在泵入口1 1 和叶轮入口k k 两截面间列柏努利方程式 可得变形得出 通常将所测到得临界气蚀余量加上一定得安全量 成为必需气蚀余量记为 NPSH r 46 47 离心泵的允许吸上真空度若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空度 则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度 以Hs 来表示 即Hs 值的大小与泵的结构 流量 被输送液体的性质及当地大气压等因素有关 通常由泵的制造工厂在98 1kPa下 用20 为介质进行测定 若输送其他液体 或操作条件与上述的实验条件不同时 应按下式进行换算 即2 22 48 假设离心泵在可允许的安装高度下操作 于储槽液面0 0 与泵入口处1 1 两截面间列柏努利方程式 可得避免发生汽蚀离心泵的允许安装高度Hg 49 讨论 1 气蚀是由于安装高度太高引起的 事实上气蚀现象的产生可以有以下三方面的原因 离心泵的安装高度太高 被输送流体的温度太高 液体蒸汽压过高 吸入管路的阻力或压头损失太高 允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献 推论 一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀 如被输送物料的温度升高 或吸入管线部分堵塞 50 2 有时 计算出的允许安装高度为负值 这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下 3 允许安装高度的大小与泵的流量有关 由其计算公式可以看出 流量越大 计算出的越小 因此用可能使用的最大流量来计算是最保险的 4 安装泵时 为保险计 实际安装高度比允许安装高度还要小0 5至1米 如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高 或由贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高 5 历史上曾经有过允许吸上真空度和允许气蚀余量并存的时期 二者都可用以计算允许安装高度 前者曾广泛用于清水泵的计算 而后者常用于油泵中 51 2 1 5离心泵的工作点与流量调节 管路特性曲线 表示在特定管路系统中 于固定操作条件下 流体流经该管路时所需的压头与流量的关系 He K BQe2离心泵的工作点 泵的特性曲线H Q线与所在管路特性曲线He Qe线的交点 M点 52 53 He K BQe2说明 为管路特性曲线在H轴上的截距 表示管路系统所需要的最小外加压头 当流动处于阻力平方区 摩擦因数与流量无关 管路特性方程可以表示为 高阻管路 其特性曲线较陡 低阻管路其特性曲线较平缓 54 泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决定 可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到 安装在管路中的泵 其输液量即为管路的流量 在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头 因此 泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的 也是管路需要的 工作点对应的各性能参数 反映了一台泵的实际工作状态 55 例题 用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽 已知高位槽液面比贮水池液面高出10m 管路总长 包括局部阻力的当量长度在内 为400m 管内径为75mm 换热器的压头损失为32 u2 2g 摩擦系数取0 03 离心泵的特性曲线方程为 He 45 9 2 105Q2m 式中Q的单位是m3 s 试求 1 管路特性曲线 2 泵的工作点及其相应的流量及压头 56 解 1 管路特性曲线 57 2 泵的工作点及其相应的流量及压头 泵的特性曲线方程为 He 45 9 2 105Q2管路特性曲线方程为 He 10 5 01 105Q2解之得 Q 4 96 10 3m3 s 17 87m3 hHe 22 34m 58 离心泵的流量调节离心泵流量的调节就是改变泵的工作点 方法有二 1 改变阀门的开度即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线 灵活方便 耗能大 59 2 改变泵的转速改变泵转速实质上是改变泵特性曲线 节能 投资大 60 设计点离心泵在一定转速下有一最高效率点 该点称为设计点 设计点对应的流量 压头和轴功率称为额定流量 额定压头和额定轴功率 标注在泵的铭牌上 一般将最高效率值的92 的范围称为泵的高效区 泵应尽量在该范围内操作 P106例2 8 61 离心泵的并联与串联离心泵并联和串联 将组合安装的两台型号相同离心泵视为一个泵组 泵组的特性曲线或称合成特性曲线 据此确定泵组工作点 离心泵并联操作时 泵在同一压头下工作 两台并联泵的流量等于单台泵的两倍 62 离心泵串联操作时 泵送流量相同 两台串联泵的扬程为该流量下单泵的扬程两倍 63 64 离心泵组合方式的选择 1 K大于单泵可提供最大压头的情况 必须采用串联操作 2 低阻管路 并联 3 高阻管路 串联 65 计算 有两台相同的离心泵 单泵性能曲线方程为H 45 9 2 105Q2m 式中Q的单位是m3 s 当两泵并联操作 可将6 5L s的水从低位槽输至高位槽 两槽皆敞口 两槽水面垂直位差13m 输水管终端淹没于高位水槽水中 问 若二泵改为串联操作 水的流量为多少 66 67 68 2 1 6离心泵的类型 选择与使用 按泵输送的液体分 清水泵 IS 单级单吸悬臂式 D 多级泵 Sh 双吸泵 耐腐蚀泵 F 油泵 Y 杂质泵 P 按叶轮吸入方式分 单吸泵 双吸泵按叶轮数目分 单级泵 多级泵 69 离心泵的类型清水泵 用于输送物理 化学性质类似于水的清洁液体 最简单的清水泵为单级单吸式 系列代号为 IS 若需要的扬程较高 则可选D系列多级离心泵 若需要流量很大 则可选用双吸式离心泵 其系列代号为 Sh 防腐蚀泵 当输送酸 碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵 耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作 离心耐腐蚀泵有多种系列 其中常用的系列代号为F 70 71 油泵 用于输送石油产品 油泵系列代号为Y 因油类液体具有易燃 易爆的特点 因此对此类泵密封性能要求较高 输送200 以上的热油时 还需设冷却装置 杂质泵 用于输送悬浮液及稠厚的浆液等 其系列代号为P 又可分为污水泵 砂泵 泥浆泵等 这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少 叶片间流道宽 有的型号泵壳内还衬有耐磨材料 72 复习 柏努利方程离心泵工作原理操作特性特性曲线工作点离心泵的串联与并联 73 离心泵的选择 1 确定输送系统的流量和压头 一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的 如果流量在一定范围内波动 选泵时按最大流量考虑 然后 根据输送系统管路的安排 用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头 74 2 选择泵的类型与型号 首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型 按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号 若是没有一个型号的H Q与所要求的刚好相符 则在邻近型号中选用H和Q都稍大的一个 若有几个型号的H和Q都能满足要求 那么除了考虑那一个型号的H和Q外 还应考虑效率 在此条件下是否比较大 75 3 核算轴功率 若输送液体的密度大于水的密度时 按 来计算泵的轴功率 76 1 泵的安装高度为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体 泵的实际安装高度必须低于理论上计算的最大安装高度 同时 应尽量降低吸入管路的阻力 离心泵的安装和使用 2 启动前先 灌泵 这主要是为了防止 气缚 现象的发生 在泵启动前 向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止 77 3 离心泵应在出口阀门关闭时启动为了不致启动时电流过大而烧坏电机 泵启动时要将出口阀完全关闭 等电机运转正常后 再逐渐打开出口阀 并调节到所需的流量 4 关泵的步骤关泵时 一定要先关闭泵的出口阀 再停电机 否则 压出管中的高压液体可能反冲入泵内 造成叶轮高速反转 使叶轮被损坏 5 运转时应定时检查泵的响声 振动 滴露等情况 观察泵出口压力表的读数 以及轴承是否过热等 78 例某离心泵的特性曲线方程表示为 H 25 2 0Q2 式中H的单位为m Q为m3 min 若用泵将20 水从贮槽输送到某设备 已知管路系统调节阀全开时管路特性方程 He 20 1 86Q2e 试求 1 离心泵运行时的流量和压头 2 关小阀门使工作点的流量变至56m3 h时需多消耗的压头 3 关小阀门后的管路特性方程 79 解 1 离心泵运行时的流量和压头 实际上是求泵在该管路上的工作点 泵的工作点可由泵的特性方程和管路特性方程联解求得 即 联立求解得 Q Qe 1 138m3 min 68 3m3 hH He 22 41m 80 2 关小阀门多消耗的压头 由离心泵特性方程得工作点下的压头 管路要求的压头 故多消耗的压头 81 3 关小阀门后的管路特性方程 管路特性方程通式为 B值因关小阀门而变大 但关小阀门后泵的特性不变 前已求得流量为56m3 h时的泵的压头为23 26m 将此Q H K值代入管路特性方程 关小阀门后K不发生变化仍为20 82 所以关小阀门后管路特性方程为 83 例1用离心泵将江水送至高位槽 若管路条件不变 则下列参数随着江面的下降有何变化 设泵仍能正常工作 泵的压头H 管路总阻力损失Hf 泵出口处压力表读数 泵入口处真空表读数 管路特性曲线 平行上移 操作性问题分析 解 江面下降 泵特性曲线不变 工作点左移 84 33 85 2 2其他类型液体输送机械 往复泵往复泵装置简图 86 87 当活塞从左向右移动时 工作时容积增大 形成低压 吸入阀开 排出阀关 排出管液体压力作用而关闭 当活塞移动到右边时 工作室的容积增大 吸入的液体量也最大 当活塞从右向左移动时 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 活塞移到右端 排液完毕 完成了一个工作循环 往复泵的特点 靠活塞对液体做功 以静压能的形式直接传给液体 1 往复泵工作原理 88 一些基本名词行程或冲程 活塞从左端点到右端点的距离 泵左右两个端点称为死点 单动泵吸入阀和排出阀装在活塞的一侧 只有在活塞的这一侧才有吸液和排液作用 即每当轴转一周时只有一次吸入过程和一次排出过程 活塞在往复一次中 只吸进一次和排出一次的泵叫单动泵 89 双动泵 活塞的两侧各装有吸入阀和排出阀 活塞两侧都有吸液和排液作用 即轴每转一周时有两次吸入过程和两次排出过程 三动泵 它是由三个单动泵并联而成 泵轴的曲柄角互成 每当轴转一周时有三次吸入和三次排出过程 90 2 往复泵的特点 流量取决于泵本身的几何尺寸和活塞往复次数而与泵的压头无关 故称容积式泵或正位移泵 扬程和流量无关的泵 单动泵 往复泵的理论流量 活塞的截面积 活塞的每分钟往复次数 活塞的冲程 双动泵 活塞杆截面积 91 3 往复泵的流量和压头 92 2 实际平均流量 容积效率 理论平均流量 与压头无关 3 瞬时流量的不均匀性 单动泵 吸 排液不连续 曲柄连杆 活塞运动速度 时间 正弦规律 93 4 流量的精确性 Q仅 活塞面积 冲程 往复频率 5 往复泵的压头 挤压供液 H任意高 材料强度 密封 电机负载 最终取决于管路特性 94 6 特性曲线 Q仅 泵 与管路 和H 无关 H仅 管路 与泵 和Q 无关 正位移特性 95 4 往复泵的操作要点和流量调节 1 适用场合与流体 Q不太大 H较高 非腐蚀和非悬浮物 2 安装高度有一定的限制 3 有自吸作用 启动前无需要灌泵 4 一般不设出口阀 有也必须打开启动 5 往复泵的流量调节方法 用旁路阀调节流量 改变曲柄转速 96 97 98 99 100 二 计量泵 1外观 101 2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 3流量调节 调整偏心度 柱塞冲程变化 流量调节 4应用场合 输送量或配比要求非常精确 102 103 三 隔膜泵 1外观 104 2工作原理 往复泵的一种 3流量调节 调整活柱往复频率或旁路 4应用场合 腐蚀性的液体 固体悬浮液 105 四 齿轮泵 1剖开 106 2工作原理 旋转泵的一种 互相啮合的两齿拨开形成低压 两齿合拢形成高压 将液体排出 3流量调节 4应用场合 转速或旁路 高压头 小流量 粘稠以至膏状物 固体悬浮液 107 108 螺杆泵 五螺杆泵螺杆泵内有一个或一个以上的螺杆 在单螺杆泵中 螺杆在有内螺旋的壳内运动 使液体沿轴向推进 挤压到排出口 在双螺杆泵中 一个螺杆转动时带动另一个螺杆 螺纹互相啮合 液体被拦截在啮合室内沿杆轴前进 从螺杆两端被挤向中央排出 螺杆泵效率高 噪音小 适用于在高压下输送粘稠性液体 并可以输送带颗粒的悬浮液 109 螺杆泵 110 六旋涡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 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 流道内流体的运动速度减小 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 则情况相反 111 112 旋涡泵的特点如下 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 113 常用化工用泵的性能比较 全开 全开 全开 关闭 启动时出口阀门关闭与否 有 有 部分型号有 无 是否有自吸能力 较高 高 低 稍低 效率 较高 高 低 不大 压头大小 旁路 旁路或转速 行程调节 旁路 出口阀门 流量调节方式 小 小 小 大 流量大小 不随管路特性而变 恒定 随管路特性而变 流量与管路关系 旋转泵 齿轮泵 螺杠泵 往复泵 计量泵 隔膜泵 漩涡泵 离心泵 正位移泵 非正位移泵 泵的类型 114 2 3气体输送和压缩机械 气体输送机械在工业生产中的应用气体输送 为了克服管路的阻力 需要提高气体的压力 纯粹为了输送的目的而对气体加压 压力一般都不高 但气体输送往往输送量很大 需要的动力往往相当大 产生高压气体 化学工业中一些化学反应过程需要在高压下进行 如合成氨反应 乙烯的本体聚合 一些分离过程也需要在高压下进行 如气体的液化与分离 这些高压进行的过程对相关气体的输送机械出口压力提出了相当高的要求 生产真空 相当多的单元操作是在低于常压的情况下进行 这时就需要真空泵从设备中抽出气体以产生真空 115 气体输送机械的一般特点 动力消耗大 因此气体输送管中的流速比液体要大得多 前者经济流速 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 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 116 气体输送机械的分类气体输送机械也可以按工作原理分为离心式旋转式往复式喷射式等 117 按出口压力 终压 和压缩比不同分为如下几类 通风机 终压 表压 下同 不大于15kPa 约1500mmH2O 压缩比1至1 15 鼓风机 终压15 300kPa 压缩比小于4 压缩机 终压在300kPa以上 压缩比大于4 真空泵 在设备内造成负压 终压为大气压 压缩比由真空度决定 118 2 3 1离心通风机 鼓风机与压缩机 119 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 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 叶轮上叶片的数目比较多 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 用前弯叶片有利于提高压头 减小叶轮直径 机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形 120 离心式通风机的性能参数和特性曲线 1 风量 按入口状态计的单位时间内的排气体积 m3 s m3 h 2 风压 单位体积气体通过风机时获得的能量 J m3 Pa 121 特性曲线 与离心泵一样 离心通风机的特性参数也可以用特性曲线表示 特性曲线由离心泵的生产厂家在1atm 20 的条件用空气测定 122 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 离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形 外壳直径与厚度之比较大 叶轮上叶片数目较多 转速较高 叶轮外周都装有导轮 单级出口表压多在30kPa以内 多级可达0 3MPa 离心式鼓风机的选型方法与离心式通风机相同 123 124 罗茨鼓风机 2 3 2旋转鼓风机与压缩机罗茨鼓风机罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似 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 属于正位移型的罗茨风机风量与转速成正比 与出口压强无关 该风机的风量范围可自2至500m3 min 出口表压可达80kPa 在40kPa左右效率最高 该风机出口应装稳压罐 并设安全阀 流量调节采用旁路 出口阀不可完全关闭 操作时 气体温度不能超过85 否则转子会因受热臌胀而卡住 125 126 2 3 3往复式压缩机其结构和工作原理与往复泵类似 开始时刻 压缩阶段 排气阶段 吸气阶段 127 实际上此时活塞与气缸盖之间必须留有一定的空隙 以免活塞杆受热臌胀后使活塞与气缸相撞 这个空隙就称为余隙 余隙系数 余隙体积 活塞推进一次扫过的体积容积系数 实际吸气体积 活塞推进一次扫过的体积 128 压缩类型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 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 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 129 多级压缩多级压缩是指在一个气缸里压缩了一次的气体进入中间冷却器冷却之后再送入次一气缸进行压缩 经几次压缩才达到所需要的终压 讨论 1 采用多级压缩的原因 若所需要的压缩比很大 容积系数就很小 实际送气量就会很小 压缩终了气体温度过高 会引起气缸内润滑油碳化或油雾爆炸等问题 机械结构亦不合理 为了承受很高的终压 气缸要做的很厚 为了吸入初压很低的气体气缸体积又必须很大 130 2 级数越多 总压缩功越接近于等温压缩功 即最小值 然而 级数越多 整体构造使越复杂 因此 常用的级数为2至6 每级压缩比为3至5 3 理论上可以证明 在级数相同时 各级压缩比相等 则总压缩功最小 131 132 2 3 4真空泵 真空泵的一般特点真空泵就是从真空容器中抽气 一般在大气压下排气的输送机械 若将前述任何一种气体输送机械的进口与设备接通 即成为从设备抽气的真空泵 1 由于吸入气体的密度很低 要求真空泵的体积必须足够大 2 压缩比很高 所以余隙的影响很大 真空泵的主要性能参数有 1 极限剩余压力 或真空度 这是真空泵所能达到最低压力 2 抽气速率 单位时间内真空泵