环境工程原理第二章

1,流体输送机械：向流体供给机械能的设备,第二章流体输送机械,分类：,液体,气体,泵,通风机,鼓风机,压缩机,真空泵,2,工作原理：,动力式(叶轮式)：离心式、轴流式等；容积式（正位移式）：往复式、旋转式等；流体作用式：喷射式。,3,第一节离心泵,4,一、离心泵的主要部件,（1）叶轮作用：将原动机的能量传给液体，使液体静压能及动能都有所提高给能装置,48片叶片（前弯、后弯、径向）,半开（闭）式,闭式,开式,5,（3）泵壳作用：汇集叶轮甩出的液体；实现动能到静压能的转换转能装置；减少能量损失。,（4）轴封装置作用：防止高压液体沿轴漏出；防止外界气体进入泵壳内。,（2）泵轴作用：原动机械和泵体的连接件；实现机械能的传递传能装置；,6,二、离心泵的工作原理,叶轮,泵壳,吸入管路,排出管路,泵轴,底阀,1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴；4-吸入管；5-底阀；6-压出管离心泵装置简图,7,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。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定真空，外面的大气压力迫使液体经底阀、吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。因此，只要叶轮不断旋转，液体便连续地被吸入和排出。,可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得了能量，提高了压强。,8,由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为气缚现象。表明离心泵无自吸能力,充液（灌泵）排液:出口切线方向吸液：叶轮中心,9,三、离心泵的主要性能参数,流量qV单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或m3/h。压头或扬程H单位重量的液体经泵后所获得的能量，J/N或m液柱。,压头的测定可以在泵的进出口截面间列伯努利方程：,10,两截面之间管路很短，忽略压头损失和动压头差,p2是表压，p1是真空度，相当于负表压。,功率P轴功率P，有效功率Pe,W,e,PqvHg,r,=,11,效率,容积损失；水力损失；机械损失,小型泵:6085%，大型泵:90%。,12,四、离心泵的特性曲线,HqV、PqV、qV：厂家实验测定,一定转速、常压、20清水,（一）离心泵的特性曲线,13,离心泵特性曲线,n一定,14,HqV曲线：较大范围内，qV,H,PqV曲线：qV,P,qV=0时，P,Pmin,离心泵启动时，应关闭出口阀门。离心泵停止时，先关闭出口阀门。,15,qV曲线：,离心泵在一定转速下有一最高效率点离心泵的设计点离心泵铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下之值。,离心泵的高效工作区：,16,（二）离心泵性能的改变与换算,（1）密度的影响qV不变，,H不变，,基本不变，,P随变化。,（2）粘度的影响,H,，qV,而P,17,（3）离心泵转速的影响,转速变化小于20%时，认为效率不变：,比例定律,（4）离心泵叶轮直径的影响：转速一定，叶轮直径变化小于20%,切割定律,18,例：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/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2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试求泵的扬程和效率。（忽略阻力损失，忽略由于管径变化而引起的动能变化）,解：以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列伯努利方程,19,把数据代入，得,在工作流量下泵的有效功率为,泵效率为,20,（一）管路特性曲线,五、离心泵的工作点与流量调节,在截面1-1与2-2间列柏努利方程，有：,特定的管路系统：,一定,操作条件一定：,其中：,21,而,认为流体流动进入阻力平方区，变化较小。,为一常数,亦为一常数,22,则,管路特性方程,管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求。,23,（二）工作点,工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。,（三）流量调节,改变管路特性：调出口阀门；,改变泵特性：调转速。,24,(1)改变出口阀门开度,适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。,关小出口阀le,qV,H,管特线变陡,工作点左上移,特点：方便、快捷，流量连续变化；阀门消耗阻力，不经济。,25,(2)改变泵的转速,适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。,n泵HqV曲线上移,工作点右上移，,H，qV,特点：泵在高效率下工作，能量利用经济;需变速装置或切削叶轮。,26,（3）离心泵的组合操作,并联操作,qV并H单,27,串联操作,qV串qV单,H串hr,pkpv时，不汽蚀,hahr,pkpv时，开始发生汽蚀,haH需（4）核算泵的功率。输送液体的密度大于水的密度时，核算泵的轴功率。,44,第二节其他类型化工用泵,一、往复泵,（一）构造与工作原理主要部件：泵缸、活塞和单向活门。,45,工作原理：,活塞对流体直接做功，提供静压能,单动往复泵流量不均匀,驱动装置（电机、蒸汽机）传动装置（曲轴或凸轮、蒸汽活塞）活塞往复运动吸入或排出液体,46,双动往复泵：,47,（二）往复泵的性能参数,流量,单动泵：理论流量,实际流量,V泵的容积效率，在0.90.97之间。,流量由泵特性决定，而与管路特性无关。,双动泵：理论流量,48,流量调节方法：1.改变活塞的往复次数或冲程；2.旁路调节。,49,压头（扬程）,在电机功率范围内，由管路特性决定。,管路特性2,H2,管路特性1,H1,泵特性,H,qV,正位移特性,qV,qV理,50,功率与效率,往复泵的总效率，一般为0.650.85。,适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。,51,二、齿轮泵,具有正位移特性。适用于小流量、高压头、无杂质的清洁液体输送。,52,三、旋涡泵,（一）结构,一种特殊的离心泵。,53,（二）特点,1.启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；2.能量损失大，效率低（20%40%），不适合输送高粘度液体；3.压头比离心泵高24倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。,54,分类：,第三节气体输送机械,55,（一）工作原理与结构,一、离心式通风机,56,（二）性能参数与特性曲线,1.性能参数（1）风量qV单位时间从风机出口排出的气体体积，m3/h或m3/s。注意：qV应以风机进口状态计。,57,（2）全风压pt与静风压ps,全风压：单位体积的气体经风机后所获得的能量，Pa或mmH2O,以单位质量的气体为基准,以单位体积的气体为基准,58,动风压,静风压,全风压,59,（3）轴功率与效率,2.特性曲线,用20、101.3kPa的空气（=1.2kg/m3）测定。,风机的全风压与气体的密度成正比。,60,(三)离心通风机的选用,1.计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；,3.根据qV、pt0选风机的型号。qVqV需，pt0pt0需,2.根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；,61,二、鼓风机,（一）离心鼓风机,特点：外形离心泵外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多转速较高,单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0.3MPa,62,（二）罗茨鼓风机,63,流量调节旁路调节或调转速；开机时打开出口阀门；操作温度5000rpm）,65,（二）往复式压缩机,66,1.工作过程,假设理想气体；压缩机入口处压强为p1，出口处压强为p2；气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计；压缩机无泄漏。,67,（1）理想压缩循环,理想压缩循环功：,等温,绝热,68,（2）实际压缩循环,余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。,69,2.多