化工原理(第四版)谭天恩 第二章 流体输送机械.ppt

化工原理 电子教案 目录 1 目录 第二章流体输送机械第一节离心泵一 离心泵的构造和工作原理二 离心泵主要构件的结构及功能三 离心泵的主要性能参数四 离心泵的特性曲线五 离心泵的工作点与流量调节六 离心泵的安装高度七 离心泵的类型 选用 安装与操作 化工原理 电子教案 目录 2 目录 第二节其它类型泵一 其它叶片式泵二 容积式泵三 各类泵在化工生产中的应用第三节通风机 鼓风机 压缩机和真空泵一 离心通风机二 往复压缩机 3 第二章流体输送机械 流体输送机械 4 第二章流体输送机械 按泵的工作原理分 特点 依靠旋转的叶片向液体传送机械能 特点 机械内部的工作容积不断发生变化 特点 工作原理无法归到上述两者的泵 5 第一节离心泵 一 离心泵的构造和工作原理 1 离心泵的构造 思考 为什么叶片弯曲 泵壳呈蜗壳状 请点击观看动画 答案见后面的内容 6 一 离心泵的构造和工作原理 2 离心泵的工作原理 请点击观看动画 请点击观看动画 思考 流体在泵内都获得了哪几种能量 其中哪种能量占主导地位 思考 泵启动前为什么要灌满液体 气缚现象 答案 动能和静压能 其中静压能占主导 7 二 离心泵主要构件的结构及功能 1 叶轮 闭式叶轮的内漏最小 故效率最高 敞式叶轮的内漏最大 但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象 请点击观看动画 思考 三种叶轮中哪一种效率高 叶轮是离心泵的心脏部件 有2至6片弯曲的叶片 8 二 离心泵主要构件的结构及功能 思考 泵壳的主要作用是什么 2 泵壳 汇集液体 并导出液体 能量转换装置 动能变静压能 呈蜗牛壳状 思考 为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反 3 导轮 请点击观看动画 答案见后面的内容 固定不动 9 二 离心泵主要构件的结构及功能 4 轴封装置 填料如浸油或渗涂石墨的石棉带 碳纤维 氟纤维和膨胀石墨等 请点击观看动画 减少泵内高压液体外流 或防止空气侵入泵内 由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成 动环随轴转动 静环装在泵壳上固定不动 二者在泵运转时保持紧贴状态以防止渗漏 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 请点击观看动画 对于输送酸 碱的离心泵 密封要求比较严 多用机械密封 10 三 离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数 铭牌 11 三 离心泵的主要性能参数 转速 H 又称扬程 泵对单位重量流体提供的有效能量 m 可用如图装置测量 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 p s或r p m 在泵进口b 泵出口c间列机械能衡算式 流量 压头 12 三 离心泵的主要性能参数 理论压头 理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头 用H 表示 泵的压头H与影响因素的关系式只能由实验测定 但理想情况下的关系式则可理论推导得到 思考 由 1 2 可以得出什么结果 13 理论压头H 液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种 周向运动 沿叶片表面的运动 处处与叶片相切 速度w u2 u1 w1 w2 思考 u1 u2孰大 w1 w2孰大 14 理论压头H 在1与2之间列伯努利方程式 得 理论压头H 产生的原因 原因一 离心力作功 1kg液体受到的离心力为 15 理论压头H 理论压头H 原因二 液体由1流到2时 由于流动通道逐渐扩大 w逐渐变小 这部分能量将转化为静压能 原因一 离心力作功 16 理论压头H u2 u1 w1 w2 根据余弦定理可知 17 理论压头H 1 2 u2 2 u1 w1 w2 理论压头H 离心泵设计中 一般都使设计流量下的 1 90 则cos 1 0 于是 r2 b2 c2u c2 c2r c2u c2r 18 理论压头H 1 2 u2 2 u1 w1 w2 理论压头H r2 b2 c2u c2 c2r c2u c2r 思考 与H 有关的因素有哪些 分别是怎样的关系 讨论 1 H 与流量Q 叶轮转速 叶轮的尺寸和构造 r2 b2 2 有关 2 叶轮直径越大 转速越大 则H 越大 19 叶片后弯 20 即H 随流量增大而减小 叶片径向 2 90 cot 2 0 即H 不随流量而变化 叶片前弯 2 90 cot 2 0 即H 随流量增大而增大 2 90 2 90 20 理论压头H 似乎泵设计时应取前弯叶片 因其H 为最高 但实际上泵的设计都采用后弯叶片 Why c2 w2 u2 后弯叶片 c2小 泵内流动阻力损失小 回忆 思考 为什么叶片弯曲 泵壳呈蜗壳状 思考 为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反 21 理论压头H 4 理论压头H 与液体密度无关 这就是说 同一台泵无论输送何种密度的液体 对单位重量流体所能提供的能量是相同的 22 实际压头H 实际压头比理论压头要小 具体原因如下 此损失只与叶片数 液体黏度等有关 与流量几乎无关 1 叶片间的环流运动 请点击观看动画 考虑这一因素后 图中理论压头线a变为直线b b 23 实际压头H 2 阻力损失 考虑到这项损失后 压头线变为曲线c 此损失可近似视为与流速的平方呈正比 b c 24 实际压头H 3 冲击损失 在设计流量下 此项损失最小 流量若偏离设计量越远 则冲击损失越大 b c d 考虑到这项损失后 压头线应为曲线d 25 三 离心泵的主要性能参数 轴功率和效率 轴功率 用N表示 单位W或kW 效率 无量纲 有效功率Ne mswe Q gH 单位W或kW 三者关系 如图 26 三 离心泵的主要性能参数 轴功率和效率 小型水泵 一般为50 70 大型泵 可达90 以上 1 容积损失 2 水力损失 3 机械损失 内漏 与效率 有关的各种能量损失 环流损失 阻力损失和冲击损失 泵轴与轴承 密封圈等机械部件之间的摩擦 27 三 离心泵的主要性能参数 允许汽蚀余量将在后面介绍 28 四 离心泵的特性曲线 N Q曲线 Q曲线 测定条件 固定转速 20 C清水 上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得 一般由厂家测定 并用曲线表示出来 称为离心泵特性曲线 常用的共有三条线 如图 H Q曲线 29 四 离心泵的特性曲线 由图可见 Q H N 有最大值 设计点 思考 离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开 why 为什么Q 0时 N 0 30 离心泵特性曲线的影响因素 液体性质密度 黏度 Why 当 比20 清水的大时 H N 实验表明 当 20倍清水的黏度 20 时 对特性曲线的影响很小 可忽略不计 对H Q曲线 Q曲线无影响 但 故 N Q曲线上移 31 离心泵特性曲线的影响因素 叶轮转速 当转速 变化不大时 小于20 利用出口速度三角形相似的近似假定 可推知 若 不变 则 思考 若泵在原转速n下的特性曲线方程为H A BQ2 则新转速n 下泵的特性曲线方程表达式 32 离心泵特性曲线的影响因素 泵在原转速n下的特性曲线方程 33 离心泵特性曲线的影响因素 叶轮直径 当叶轮直径因切割而变小时 若变化程度小于20 则 若 不变 则 思考 若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H A BQ2 则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式 34 五 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 泵提供的流量 管路所需的流量泵提供的压头H 管路所需的压头he 管路所需压头he与流量关系曲线 对如图所示的管路列机械能衡算式 35 五 离心泵的工作点与流量调节 管路特性方程 完全湍流时 与流量无关 与流量有关 36 五 离心泵的工作点与流量调节 2 流量调节 调节阀门 改变曲线中的B 改变n 切割叶轮 阀门开大 阀门关小 工作点 两种方法 缺点 多耗动力 并可能使泵低效率区工作优点 迅速 方便 可在某一最大流量与零之间随意变动 不经常改变流量时用 大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术 37 习题课 根据流量 压头选泵将流量 压头裕量控制在10 左右 38 设计型问题计算举例 解 题中已给出最大流量为 Q 80m3 h 1 取he的1 05 1 1倍则为18 9 19 8m 查图2 18得 IS100 80 125 n 2900r min 1另 IS125 100 250 n 1450r min 1泵虽同样合用 但泵体较大 一般情况下都选前者 例1 要用泵将水送到15m高之处 最大流量为80m3 h 1 此流量下管路的压头损失为3m 试在IS型泵中 选定合用的一个 作业 39 习题课 泵已经在运行 但操作中某些操作条件变了 如电机转速 液面高度等 从而引起流量 扬程 压力等的变化 这类问题称为 40 操作型问题分析举例 例2 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 流量 压头 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 江面下降 泵特性曲线不变 工作点左移 方法 画图找新工作点 解 41 操作型问题分析举例 33 流量 压头 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 42 练习图示为离心泵性能测定装置 若水槽液面上升 则Q H N hf p1和p2 均为读数 如何变化 答 Q不变 H不变 N不变 hf不变 43 如图所示 高位槽上方的真空表读数为p 现p增大 其它管路条件不变 则管路总阻力损失 写出分析过程 A 增大B 减小C 不变D 不确定 补充作业 44 操作型问题计算举例 例 某离心泵工作转速为n 2900r p m 转 min 其特性曲线方程为H 30 0 01V2 当泵的出口阀全开时 管路特性曲线方程为he 10 0 04V2 式中V的单位为m3 h H及he的单位均为m 求 1 阀全开时 泵的输水量为多少 2 要求所需供水量为上述供水量的75 时 a 若采用出口阀调节 则多损失的压头为多少m水柱 b 若采用变速调节 则泵的转速应为多少r p m 解 1 45 20 15 2 多损失的压头为多少m水柱 a 采用调节出口阀门的方法 泵特性曲线方程 管路特性曲线方程 46 泵特性曲线方程 管路特性曲线方程 b 采用调节转速的方法 则泵的转速应为多少r p m 20 15 注意 以下解法错误 新转速下泵的特性曲线方程为 因为比例定律只适用于泵 而不能用于由泵和管路特性曲线共同决定的工作点 管路特性曲线过坐标原点时除外 he 47 作业 48 六 离心泵的安装高度ZS 1 什么是安装高度 思考 安装高度为什么受限制 49 六 离心泵的安装高度ZS 思考 安装高度为什么受限制 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ZS max 汽蚀现象 叶片背面 当pk pv时 K处发生部分汽化现象 叶片表面产生蜂窝状腐蚀 泵体震动 并发出噪音 流量 压头 效率都明显下降 严重时甚至吸不上液体 50 六 离心泵的安装高度ZS 2 最大安装高度ZS max和允许汽蚀余量 h允许 刚好发生汽蚀时 pk pv pe达到最小值pe min 在s s面 e e面间列机械能衡算 最小汽蚀余量 又称最小净正吸上高度 NPSH NetPositiveSuctionHead 51 六 离心泵的安装高度ZS 一般规定 允许汽蚀余量 h允许是泵的特性参数之一 由厂家测定 hmin的实验测定 用20 清水测定 以泵的扬程较正常值下降3 作为发生汽蚀的标志 测定泵刚好发生汽蚀时的pe即可 最小汽蚀余量 实际的安装高度还应比允许值低0 5 1m 52 六 离心泵的安装高度ZS 当输送条件与测定条件不同时 则要对 h允许值进行校正 求校正系数的曲线载于泵的说明书中 校正系数常小于1 故为简便计 也可不校正 而将其视为外加的安全因数 h允许的校正 53 七 离心泵的类型 选用 安装与操作 类型 不下百种 请点击观看动画 54 七 离心泵的类型 选用 安装与操作 高效区 选用原则 定类型 根据流体性质及操作条件定规格 根据流量 压头大小 高效 返回目录 55 第二节其它类型泵 一 其它速度式泵 56 第二节其它类型泵 二 容积式泵 1 往复泵 工作原理 与离心泵比较 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 具有自吸能力 不必灌液 安装高度也受限制 但无汽蚀现象 流量与压头几乎无关 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 请点击观看动画 57 1 往复泵 与离心泵比较 旁路 输液量均匀性 连续性 流量调节方法 输液量不均匀 不连续 流量调节不可用出口阀门调节方法 适用于小流量 高压头的情况下输送高粘度的液体 效率高 通常为72 93 请点击观看动画 58 2 其他容积式泵 59 三 各类泵在化工生产中的应用 请点击观看动画 离心泵应用范围最广 特别适用于化工生产的原因是它的流量均匀而易于调节 又能输送有腐蚀性 含悬浮物的液体 往复泵往复泵只宜在压头高 流量也较大的情况下使用 返回目录 60 第三节通风机 鼓风机 压缩机和真空泵 终压p2 1 15atm 压缩比 终压p2 4atm 压缩比 终压p2 4atm 压缩比 终压为大