第二章 流体输送机械

2018/2/5,1,工作介质：液体泵 气体风机或压缩机,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。,分类：,第二章 流体输送机械,2018/2/5,2,一、 离心泵的工作原理,叶轮,泵壳,吸入管路,排出管路,泵轴,底阀,第一节 离心泵,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,2018/2/5,3,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(依靠离心力完成)吸液：叶轮中心,启动前，须用被输送液体灌满吸入管路及泵内，并排尽气体的过程。,2018/2/5,4,二、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,半开（闭）式,闭式,开式,按结构分为：,2018/2/5,5,闭式：两侧均有盖板，流道是封闭；流体流动摩擦阻力损失小；适用于输送不含固体颗粒的清洁液体；缺点是结构较复杂,开式：两侧无盖板；优点是结构简单、清洗方便；缺点是较低；适用于输送含较多固体悬浮液。半开（闭）式：一侧有盖板，性能介于前两者之间。,2018/2/5,6,按吸液方式：,（1）单吸式（2）双吸式双吸式有较大的吸液能力，可消除轴向推力；缺点是结构比较复杂。,2018/2/5,7,（2） 泵壳(蜗壳形，有一截面逐渐扩大的通道)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。,（3） 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。,常用的轴封装置有填料密封和机械密封。对易燃易爆的介质，密封要求较高，常用机械密封。,2018/2/5,8,三、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。,2018/2/5,9,对一定的泵、一定的液体在一定转速下：,两截面间管路很短，动压头差很小能量损失忽略：,2018/2/5,10,例2-1 某离心泵用20C清水测定杨程H。测得流量为720m3/h，泵出口压力表读数为0.4MPa，泵吸入口处真空表读数为-0.028MPa，压力表与真空表间垂直蹴为0.41m。,2018/2/5,11, 效率,容积损失：因泵泄露而产生的能量损失水力损失：因泵内流动而产生的能量损失机械损失：因机械摩擦产生的能量损失,一般，小型泵，效率为6085%，大型泵效率可达90%。,2018/2/5,12, 功率：单位时间内所做的功轴功率P：泵轴所需的功率有效功率Pe：单位时间内液体经离心泵所获得的机械能。,2018/2/5,13,四、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,2018/2/5,14,离心泵特性曲线,n一定,2018/2/5,15,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,2018/2/5,16, qV曲线： 随qV的增大而增大，达到最大值后，又随qV的增大而下降。,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：,2018/2/5,17,（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,2018/2/5,18,（3） 离心泵转速的影响,当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变，有：,比例定律,2018/2/5,19,（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,特定的管路系统：,一定,操作条件一定：,其中：,2018/2/5,20,而,流体流动进入阻力平方区，变化较小 。,为一常数,亦为一常数,2018/2/5,21,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,2018/2/5,22,（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。,2018/2/5,23,例2-2 在内径为150mm、长度为280mm的管路系统中，用记心泵输送清水。已知该管路局部摩擦阻力损失的当量长度为85m；摩擦系数可取为0.03。离心泵特性曲线如图2-9所示。若 为20m(水柱)，试求离心泵的工作点。,2018/2/5,24,(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。,2018/2/5,25,(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。,2018/2/5,26,例2-3 某输水管路系统中，离心泵在转速为n=2900r/min时的特性曲线方程为H=25-5qv2,管路特性方程为H=10+kqv2,qv的单位为m3/min。试求（1）k=2.5时工作点流量qvA与杨程HA；(2)阀门关小到k=5.0时的工作点流量qVA与扬程HB；（3）对于流量qVB，因阀门开度由k=2.5关小到k=5.0 ，管路阻力损失增加了多少？（4）若不用改变阀门开度而用改变转速，使泫量从qVA调到qVB，试求转速应调到多少？,2018/2/5,27,（3）离心泵的组合操作, 并联操作,qV并 H单,2018/2/5,28, 串联操作,qV串 qV单,H串 hr , pk pv时， 不汽蚀,ha hr , pk pv时，开始发生汽蚀,ha hr , pk qV需, H泵 H需 （4） 核算泵的功率。,2018/2/5,39,例2-6 如图2-19所示，需安装一台泵，将流量45m3/h，温度20C的河水输送到高位槽，高位槽水面高出河面10m，管路总长度为15m。试选取一台离心泵，并确定安装高度。,2018/2/5,40,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。,2018/2/5,41,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,2018/2/5,42,双动往复泵：,2018/2/5,43,（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。,2018/2/5,44,流量调节方法：1. 改变活塞的往复次数或冲程；2. 旁路调节。,2018/2/5,45, 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,2018/2/5,46, 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。,2018/2/5,47,二、 齿轮泵,具有正位移特性。,2018/2/5,48,三、旋涡泵,（一）结构,一种特殊的离心泵。,2018/2/5,49,（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。,2018/2/5,50,分类：,第三节 气体输送机械,2018/2/5,51,（一）工作原理与结构,一、离心式通风机,2018/2/5,52,（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。,2018/2/5,53,（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,2018/2/5,54,动风压,静风压,全风压,2018/2/5,55,（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。,2018/2/5,56,(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。 qV qV需 ， pt0 pt0需,2. 根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；,2018/2/5,57,二、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,2018/2/5,58,（二）罗茨鼓风机,2018/2/5,59,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）,2018/2/5,61,（二）往复式压缩机,2018/2/5,62,1.工作过程,假设 理想气体； 气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计； 压缩机无泄漏。,2018/2/5,63,（1）理想压缩循环,理想压缩循环功：,等温,绝热,2018/2/5,64,等温压缩,绝热压缩,2018/2/5,65,（2）实际压缩循环,余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。,2018/2/5,66,（3）余隙系数与容积系数 .余隙系数,低压气缸： 8%，高压气缸：可达12%。,.容积系数,2018/2/5,67,二者关系：,讨论：,2018/2/5,68,