第二章--流体输送机械

,第二章流体输送机械,2014年910月,本章内容,2.1概述2.2离心泵2.3其他类型化工用泵2.4气体输送机械习题：1，2，4，5，7，9，11，12,本章要求,1、掌握如下基本概念：气缚，扬程，工作点，效率，轴功率，汽蚀、汽蚀余量，压缩比，余隙（体积、比）等；2、了解泵与风机的分类及特点；3、熟悉离心泵的构造、工作原理、性能参数、特性曲线及其影响因素；4、熟悉离心泵工作点及流量的调节方法；5、熟悉气体输送机械的分类；6、了解往复泵、齿轮泵、漩涡泵、真空泵、压缩机的构造、工作原理、特点及应用。,2.1流体输送机械概述,定义：为流体提供能量的机械称流体输送机械。最多的是泵和风机作用表现在：为流体提供动力，以满足输送要求；为工艺过程创造必要的压强条件；大量用于机械、燃气、供热、通风等行业。,Review,一、四大相似准数定义及物理含义Re惯性力/粘性力；Eu=p/pu2压力差/惯性力；Fr=u2/gl惯性力/重力；M=u/a=惯性力/弹性力。二、模型律1、完全相似与局部相似2、特种模型律3、模型律的应用：管内流体流动：Re模型律、管壁粗糙度相似具有自由面的液体急变流动：Fr模型律液体孔口淹没出流：Eu模型律,Review,三、相似理论与因次分析白金汉定理及瑞利定律相似理论：描述物理现象的物理方程已知，探求两现象的相似条件，用于模型制备、设计及原模型数据转换。因次分析：决定某物理现象的诸因素已知，根据量纲一致性推导出描述该现象的物理方程隐式准则方程，适用于实验方案确定及其数据处理。但注意正确选择影响因素。四、流体输送机械的定义、作用及分类作用：为流体提供动力，以满足输送要求；为工艺过程创造必要的压强条件。分类：工作原理；流体性质。,流体输送机械的分类,流体输送机械按工作原理分类：离心式（叶轮式）往复式旋转式流体动力作用式根据流体性质的不同分成：输送液体用泵输送气体用压缩机（或风机）真空泵,内容提要,离心泵的工作原理和主要部件,离心泵的主要性能参数和特性曲线,离心泵的工作点与流量调节,2.2离心泵,离心泵的气蚀现象与安装高度,离心泵的类型与选用,2.1.1离心泵的操作原理和主要部件,1、操作原理A获能（叶轮）B转能排液（泵壳）C吸液（入口）,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，将动能和静压给予液体，在泵壳内液体的部分动能转变成静压能，使液体获得较高的压力，压出泵体外。,2、离心泵的气缚现象,离心泵为自吸泵。离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力很小。此时在吸入口的所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动泵但不能输送液体的现象，称气缚。Airbinding为此安装带吸滤网的止逆底阀。,3、离心泵的主要部件A叶轮：612片后弯叶片平衡孔：平衡轴向推力B泵壳（蜗壳）导轮C轴封装置,（一）叶轮种类,（二）泵壳,离心泵吸液方式,离心泵轴封装置,2.2.2离心泵的主要性能参数,1、流量（送液能力Q）单位:m3/s2、扬程（H）单位:J/N=m也称压头3、功率（N轴、Ne）：单位，W4、效率（）泵轴叶轮液体,能量,能量,离心泵功率损失的原因,值反映泵工作时机械能损失情况，一般0.60.85,大型泵可达0.9.（1）流体流动摩擦损失（水力损失）：仅获得有效扬程Hh（2）流量损失（容积损失）：部分高压液体泄漏到低压区v（3）机械损失：泵轴与轴承之间的摩擦和泵轴密封处的摩擦损失。m离心泵启动或正常运转时可能超过正常负荷，电机功率应大于轴功率。,Review,一、流体输送机械的定义、作用及分类作用：为流体提供动力，以满足输送要求；为工艺过程创造必要的压强条件。分类：工作原理；流体性质。二、离心泵的工作原理和主要部件工作原理：能量获得；流体的吸入；流体动静压能的转化气缚及其防止：预先灌水；安装带吸滤网的止逆底阀；密封主要部件：叶轮、泵壳及轴封装置三、离心泵的主要性能参数1、五大参数及其物理含义：Q，H，N，h2、离心泵功率损失的原因：h*V*m,H-Q曲线：N轴-Q曲线：-Q曲线：,2.2.3离心泵的特性曲线及影响因素,1、离心泵的特性曲线：标志着泵的性能一般以流量Q为横坐标，用扬程H、功率N、效率绘QH、QN、Q、QHs曲线。条件:额定转速，标准状况，清水,1、离心泵的特性曲线,H-Q曲线：QH曲线是下降的曲线，即随流量Q的增大，扬程H逐渐减少。相应与效率最高值的点的参数，即水泵铭牌上所列的各数据。水泵的高效段（不低于最高效率点7%左右）.不同泵曲线陡降不同。N轴-Q曲线：离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点。当流量为零时（闸阀关闭），轴功率最小。因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动。轴流泵与离心泵相反。,1、离心泵的特性曲线,-Q曲线：流量效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。max7%范围为高效区；max点为额定点。QHs曲线：离心泵流量与允许吸上真空度曲线是一条下降的曲线。而离心泵流量与汽蚀余量(HSV或h)曲线是一条上升的曲线。,1、离心泵的特性曲线,试验性能曲线测定:在一定的转速下测定水泵扬程、轴功率、效率与流量之间的关系，并绘出完整的性能曲线。水泵样本或产品目录中除了以性能曲线表示水泵的性能外，还以表格的形式给出水泵的性能。,离心泵的性能表,离心泵的通用性能曲线,水泵在不同转速下的性能曲线用同一个比例尺，绘在同一坐标内而得到的性能曲线。H=KQ2相似工况抛物线或等效率线,离心泵的通用性能曲线,2、影响离心泵性能的因素,转速的影响：同种型号泵，同种液体，效率不变时，符合比例定律Q1/q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3叶轮直径影响：切割量5时，效率不变，符合切割定律Q/Q=D2/D2H/H=(D2/D2)2N/N=(D2/D2)3液体密度影响：流量、扬程H=(p2-p1)/g不变，轴功率N轴=QHg/随密度增大而增大粘度影响：增大，流量，扬程减小，轴功率下降，效率下降。N轴=Ne/,离心泵特性曲线测量,2.2.4离心泵的工作点与流量调节,1、管路特性方程与管路特性曲线管路的特性曲线是表示一定的管路系统所必需的有效压头H与流量Q的关系。见p67图2-7在一稳定流动系统中，在1-1、2-2列柏努利方程式得：H=Z+P/g+u2/2g+Hf当管路系统一定时，Z与P/g均为定值，上式可整理成如下形式：H=H0+Hf,由范宁公式可得HfKQ2所以：H=H0+KQ2此式表示在特定的管路中，送液量Q与所需压头H的关系称此式为管路特性曲线方程。将此关系标绘在图上，即可得HQ曲线。K大，高阻力管路。,离心泵管路特性方程及工作点,2.2.4离心泵的工作点与流量调节,2、工作点当离心泵安装在一管路中，泵所提供的流量与压头（H-Q泵的特性曲线）,应与管路所要的流量与压头(H-Q管路特性曲线)相一致。两曲线的交点即为工作点P（dutypoint）。p68见图28。若P点对应最高效率区则工作点是适宜的。,3、离心泵的流量调节,对一台泵而言，其特性曲线H-Q是不会变的，而管路特性曲线可变。当原工作点所提供的流量不满足新条件下所需要的送液量时，即应设法改变原工作点的位置，即需要进行流量调节。调节方法有：（1）调节阀门开度；（2）改变泵的转速；（3）切割叶轮直径；（4）离心泵并联；（5）离心泵串联。,（1）改变阀门开度,在离心泵出口管路上安装一调节阀，实质是改变H=H0+KQ2中之K值。优点：操作简便、灵活。缺点：阀门关小时，管路中阻力增大，能量损失增加，并可能使泵不在最高效率区域中工作。故此种调节方法多用于流量调节幅度不大，而经常需要调节的场合。,改变泵的特性曲线，即，改变叶轮转速、切削叶轮等。用这种方法调节流量在一定范围内可保持泵在高效率区域中工作，能量利用较经济，但不方便，需用变速装置，故应用不广。见p69图2-10,（2）改变转速、切割叶轮,(3)离心泵的并联与串联操作,并联两台泵的吸入、排出管路相同管路特性曲线相同；两台泵的流量、压头相同泵的特性曲线相同；在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。Q并=2Q单两台泵并联操作的总流量必低于原单泵流量的两倍。Q并hv不汽蚀；ha=hv开始发生ha2(4)真空泵（vacuumpump）:抽设备中气体通风机与鼓风机，鼓风机和压缩机之间无明确划分界限。,按工作原理分类：,往复压缩机：如三柱塞式旋转压缩机：如螺杆式离心压缩机：流体作用压缩机,按终压P2或压缩比P2/P1分,压缩机P2/P14P23105Pa(表)鼓风机P2/P1=1.154通风机P2/P1=11.15P21.5mH2O(表)真空泵用于减压,一、离心通风机p8182,构造和原理:与离心泵相似：机壳、叶轮、吸入口、排出口性能参数和特性曲线:风量、全风压、静风压、轴功率、效率离心通风机的特性曲线有：Q-HT、Q-Hp、Q-N、Q-；见p83,图2-30离心通风机的选择,离心通风机,Review,一、往复泵、齿轮泵（螺杆泵）、漩涡泵的构造、工作原理、特点及应用往复泵：流量不变、脉动型（双动泵、三联泵）；注意压头与泵本身的尺寸无关；支路调节流量；自吸。齿轮泵：容积泵；正位移泵；高压力，小流量漩涡泵：水利损失大、效率低；Q-N曲线与离心泵相反；回流支路调节流量；启动泵前先灌泵、开阀操作。低流量高扬程场合。,Review,二、气体输送的分类、应用分类：出口压力、压缩比、工作原理。注意压缩比定义。应用：输送气体；产生高压气体；产生真空；自动控制的回路或系统需有一定压力的气源。三、轴流式通风机的特点及应用特点：产生轴向风；风压低、风量大用于通风换气，不用于气体输送安装在墙壁、地面及天花板上。,Review,四、离心通风机、鼓风机及压缩机的结构、工作原理、主要性能参数、特点及应用与离心泵基本相同，尚有一定差别。本节课：旋转式鼓风机、往复式压缩机的构造、工作原理、主要性能参数及特点普通真空泵、高真空泵的工作原理、性能特点及应用普通：往复式；水环式；喷射式高真空：机械；罗茨；油扩散；涡轮分子,二、离心鼓风机和压缩机（透平）,主要结构与离心通风机相似，但级数多，由于PTV故叶轮逐渐变小。压缩机在10级以上，必须分段冷却，以免温度过高。冷却方法：机壳外侧安装冷水夹套；23个叶轮为1段，段间安装中间冷却器。,离心鼓风机,离心压缩机,离心压缩机叶轮,三、旋转式鼓风机,罗茨鼓风机(Rootsblower)最常用。工作原理与齿轮泵相似。见p85图2-33其气体流量与转速增大。一定转速下，出口压力增大时，气体通过转子与机壳的间隙泄漏增多，流量减小。一般用旁路调节流量，温度低于85,风机出口安装安全阀和气体稳压罐。,罗茨鼓风机,四、往复压缩机,1、气体压缩基本原理理想气体PV=nRT=mRT/MP1V1/T1=P2V2/T2等温压缩过程T1=T2则P1V1=P2V2绝热压缩过程P1V1=P2V2=Cp/CvT2=T1多变压缩过程P1V1m=P2V2mT2=T1,等温压缩、绝热压缩与多变压缩,往复压缩机的构造和工作原理,主要构造气缸，活塞，吸入阀和排气阀。工作原理：类似往复泵压缩过程、排气过程、余隙气体膨胀过程、吸气过程注意：余隙体积，余隙比（余隙系数）概念余隙系数：0.030.1,往复压缩机的主要性能参数,送气能力：将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态的数值。Vminm3/h往复压缩机的理论送气能力等于单位时间内活塞所扫过的容积：单动泵Vmin=ASnr双动泵Vmin=(2A-a)SnrVmin=dVmind送气系数0.70.9,往复压缩机的轴功率,单级绝热压缩的理论功率：N绝=压缩机的轴功率N轴=N绝/绝压力与级数：见表2-1排气量与各级压缩比：见表2-2,多级压缩,理由：避免排出气体温度过高减少功耗，提高压缩机的经济性提高气缸容积利用率压缩机结构更合理型号,往复压缩机的特点,适应性强：低压高压外形尺寸大，结构复杂，易损部件多，气流脉动用于中小流量与压力较高场合,实际往复压缩机,五、真空泵,往复式：原理与往复压缩机同，95%真空，压缩比20旋转式：水环式85%真空,图2-35流体动力式：喷射式,图2-36,往复式真空泵（卧、立）,水环真空泵,喷射式真空泵,流体动力式原理,往复式真空泵,结构及工作原理与往复压缩机基本相同。但是往复式真空泵的压缩比很高。则余隙中残留气体对真空泵的生产能力的影响就更大了。因此必须在结构上采取降低余隙影响的装置，这是与往复压缩机结构上不同之处。,主要性能参数,抽气速率残余压力其它气体输送和压缩机械：旋转鼓风机、压缩机与真空泵、喷射式真空泵,高真空真空泵,机械泵罗茨泵油扩散泵涡轮分子泵,机械泵,多用旋片式,工作原理图,极限真空10-110-2Pa,罗茨真空泵,极限真空10-110-2Pa,油扩散泵,工作原理图,极限真空10-310-5Pa,涡轮分子泵,极限真空10-510-7Pa,REVIEW,第一、二章复习小结,第一章流体流动,1、熟悉如下基本概念：流体主要力学性质及主要力学模型；表压；绝对压力；真空度；流量；流速；粘度；粗糙度；层流；紊流；摩擦系数；准数；局部阻力；当量直径及当量长度；牛顿流体；减小流体流动阻力的措施等；2、掌握如下基本定律及方程：静力学基本方程；连续方程；牛顿粘性定律；柏努力方程；Re准数；能用以上方程正确求解部分实际问题。3、掌握压力、液面、流量；流速的测定方法及原理，清楚