第二章流体输送机械-2-杜可杰

1、第二章,流体输送机械,授课人：杜可杰,版权所有,第二章,流体输送机械,2.0,2.1,2.2,2.3,概述,离心泵,其它类型化工用泵,气体输送机械,一、,往复泵,往复泵是一种容积式泵，应用很广。,一、,往复泵,（一）,构造与工作原理,主要部件：,1,、泵缸,2,、活塞,3,、活塞杆,4,、,5,吸入排出单向阀,一、,往复泵,工作原理,：,活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化,并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。,活塞对流体直接做功，提供静压能,行程,：活塞在泵缸内两端间移动的距离,死点,：活塞在泵缸内左右移动所达到的顶点。,冲程,S,：两死点间的距离，即活塞的行程。,转速,：一般,n=80-

2、200r/min,，,吸入高度为,4-5,米,一、,往复泵,往复泵的输出流量：,单动往复泵流量不连续，流量曲线与活塞排液,冲程的速度变化规律相一致，是半周正弦曲线。,后果,：引起流体的惯性阻力损失，增加能量消,耗，诱发管路系统的机械振动。,一、,往复泵,解决方法：,（,1,）采用双动泵或多缸并联；,（,2,）在往复泵的压出口与吸入口处设置空气室，利用气,体的可压缩性来缓冲瞬间流量增大或减小。,双冲程，吸液、排液各两次；,排液连续，不均匀,动画模拟,4,一、,往复泵,三台单动泵并联，一个工作循环，,各进行一次吸液和排液；,排液连续，较均匀,一、,往复泵,（二）往复泵的性能参数,流量,往复泵的流量

3、只与泵本身的几何尺寸和活塞的往复次数,有关，而与泵的压头无关；理论流量,QT,取决于活塞扫过泵,缸的全部体积。,单动泵：理论流量,实际流量,q,V,理,?,面积,?,冲程,?,往复次数,=,ASn,q,V,?,?,V,q,V,理,?,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,。,一、,往复泵,（二）往复泵的性能参数,流量,活塞杆截面积,活塞杆直径,双动泵：,Q,T,= (2F-,f)Sn = (2D,2,d,2,)Sn /4,三动泵：,Q,T,= 3FSn = 3D,2,Sn,/4,实际流量,Q,：,Q = ,Q, Q,T,小型泵（,Q,T,=,0.1,

4、30,m,3,/h,）：,Q,=,0.85,0.90,中型泵（,Q,T,=,30,300,m,3,/h,）：,Q,=,0.90,0.95,大型泵（,Q,T,300,m,3,/h,）：,Q,=,0.95,0.99,一、,往复泵,流量调节方法：,(1),旁路流程,：这种调节不经济，但简单易行，只适用,于变化幅度小的经常性调节。,(2),改变电机转速或活塞冲程,：带有变速装置的电动往,复泵采用改变转速来调节流量是一种较经济且常用,的方法。,一、,往复泵,压头,活塞对单位重量流体所作的功，,H,，,m,通过活塞将机械能以压力能的形式传递,给液体,在电机功率范围内，由管,路特性决定。,流量只与泵特性有关

5、，,而压头只与管路特性有关,正位移特性,一、,往复泵,功率,P,?,q,V,H,?,g,?,效率,?,往复泵的总效率,计入容积损失、水力损失和机械能损失的泵的,效率；,由于液体在往复泵内的流动情况较离心泵简单，,故效率较高，一般,=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。,一、,往复泵,正位移泵,?,往复泵的流量与管路特性曲线无,关，所提供的压头完全取决于管路,情况；,?,只要泵的机械强度及原动机的功,率允许，输送系统要求多高的压头，,往复泵就能提供多大的压头；,?,实际上，由于活塞环、轴封、吸,入和排出阀等处的泄漏，往往降低,了往复泵可能达到的压

6、头。,工作点,H,1,a,H,1,a,管路特性曲线,0,V,一、,往复泵,往复泵的安装高度,相同点：,借助贮槽上方压力与泵内的压力差吸入液体；,往复泵的吸上真空度亦随泵安装地区的大气压强、输送液体,的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的限制。,不同点：,往复泵内的低压，是靠工作室的扩张来造成的，所以在开动,之前，泵内无须充满液体，即往复泵有自吸作用，启动前不需,要灌泵。,3S2,系列高压往复泵,XPB-90B,型三缸高压旋喷注浆,泵,二、,齿轮泵,?,主要部件是泵壳和转子；,?,工作原理与往复泵类似；,?,通过转子旋转使工作室容积,变化实现吸入和,排出液体；,?,又称转子泵，属于容积

7、式泵,具有正位移特性利用高压挤出液体,二、,齿轮泵,优点：成本低，容易制造，工作可靠，有自吸,能力，维修方便；,缺点：效率低，操作时振动，有噪音,齿轮泵可产生较高的扬程，但流量小。适用于,输送高粘度液体或糊状物料，但不宜输送含固体,颗粒的悬浮液。,三、螺杆泵,双螺杆泵与齿轮泵十分类似，一根螺杆转动，带动另一根,转动，液体被拦截在啮合室内，沿杆轴方向移动，最后挤,向中央排出。,特点：压头高、效率高、无噪音、无振动、流量均匀；,适用于高压下输送高粘度液体。,三、旋涡泵,（一）结构,一种特殊的离心泵。,一种特殊类型的离心泵。叶轮为一圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状,排列，叶片数目可多达几十片。叶轮

8、旋转过程中泵内液体随之旋转的同时,，又在径向环隙的作用下多次进入叶片反复作旋转运动，从而获得较高能,量。,三、旋涡泵,三、旋涡泵,（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。,第二章,流体输送机械,2.0,2.1,2.2,2.3,概述,离心泵,其它类型化工用泵,气体输送机械,概,述,共性：气体和液体同为流体，输送机械工作原理基本相似。,特性：气体密度远较液体小，且可压缩。,(1),一定质量流量下气体体积流量大

9、，输送机械的体积较大；,(2),气体输送常用流速要比液体大得多,(,一般约,10,倍,),。而通常,流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流,量，气体输送要求提供的压头相应也更高；,(3),由于气体可压缩，在输送机械内部气体压强变化时，其体,积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选,用上必须考虑的影响因素也更多。,分类,按出口压力或压缩比分为：,通风机,p,出,(,表,),15kPa,=1,1.15,鼓风机,p,出,(,表,)=15300kPa, 4,压缩机,p,出,(,表）,300kPa,4,真空泵,p,出,(,表）,=0,压缩比由真空度决定,作用：,气体输送：为了克服输

10、送过程中的流动阻力，需要提高,气体的压强。,产生高压气体：有些化学反应或单元操作需在高压下进,行，如氨的合成、冷冻等，需要将气体的压强提高至几十、,几百甚至上千个大气压。,产生真空：有些化工单元操作，如过滤、蒸发、蒸馏等，,往往要在低于大气压的压强下进行，这就需要从设备中抽,出气体，以产生真空。,一、通风机,按其结构形式,轴流式,离心式,轴流式通风机,排风量大而风压很小，一般,仅用于通风,换气,，而不用于气体输送。,离心式通风机,的应用十分广泛，按其产生风压可分为：,低压离心通风机：出口风压小于,1.0 kPa,（表压）,中压离心通风机：出口风压,1.0,3.0 k Pa,（表压）,高压离心通

11、风机：出口风压,3.0,15.0 k Pa,（表压）,一、通风机,（一）离心通风机工作原理与结构,一、通风机,主要部件,：,机壳、叶轮、机轴、吸气口、排气口；,轴承、底座等部件。,当电动机转动时，风机的叶轮随着转动。叶轮在旋转,时产生离心力将空气从叶轮中甩出，空气从叶轮中甩出后汇,集在机壳中，由于速度慢，压力高，空气便从通风机出口排,出流入管道。当叶轮中的空气被排出后，就形成了负压，吸,气口外面的空气在大气压作用下又被压入叶轮中。,因此，叶轮不断旋转，空气也就在通风机的作用下，,在管道中不断流动。,一、通风机,离心式通风机,工作原理与离心泵相同,，结构也大同小异。,但由于输送对象的不同，相对于

12、离心泵而言，存在以下特点：,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。（,离心泵的叶片通常为后弯,）,机壳内逐渐扩大的,通道及出口截面常不为圆形而为矩形,。,一、通风机,离心式通风机机壳蜗壳型,气体流道为矩形：低、中压风机,圆形：高压风机,根据叶轮形状,1,）多翼式风机,叶轮内外径之比较大，叶片数目多（,36-64,）,尺寸小，大风量、低风压低转速，用于空调等设备,2,）涡轮式风机,叶片数目少（,12-24,）,风

13、压高，性能稳定、效率高,一、通风机,（二）性能参数与特性曲线,1.,性能参数,（,1,）风量,q,V,单位时间从风机出口排出的气体体积，,m,3,/h,或,m,3,/s,。,注意：,q,V,应以风机进口状态计。,风量取决于风机的结构、尺寸,(,叶轮直径与叶片宽度,),和转,速。,一、通风机,（二）性能参数与特性曲线,（,2,）全风压,p,t,与静风压,p,s,全风压,：单位体积的气体经风机后所获得的能量，,Pa,或,mmH,2,O,离心通风机的风压取决于风机的结构、叶轮尺寸、转速与进入,风机的气体密度。,以单位质量的气体为基准,以通风机进口、出口为,1,、,2,截面，忽略阻力损失，列柏努利方程

14、：,p,2,1,2,1,2,z,1,g,?,?,u,1,?,W,e,?,z,2,g,?,?,u,2,?,h,f,?,2,?,2,p,1,一、通风机,（二）性能参数与特性曲线,（,2,）全风压,p,t,与静风压,p,s,以单位体积的气体为基准,p,t,?,?,W,e,?,(,z,2,?,z,1,),?,g,?,(,p,2,?,p,1,),?,?,2,(,u,?,u,),?,?,h,f,2,2,2,1,一、通风机,（二）性能参数与特性曲线,(,z,2,?,z,1,),?,g,?,0,?,h,f,?,0,p,t,?,(,p,?,2,?,p,1,),?,2,u,2,2,?,p,s,?,p,d,测定通风

15、机特性曲线的依据,动风压,p,?,d,?,2,u,2,2,静风压,p,s,?,p,2,?,p,1,全风压,p,t,?,p,s,?,p,d,u,1,?,0,一、通风机,（二）性能参数与特性曲线,（,3,）轴功率与效率,P,?,q,V,p,t,?,?,?,P,t,P,W,一、通风机,（二）性能参数与特性曲线,2.,特性曲线,用,20,、,101.3kPa,的空,气（,?,=1.2kg/m,3,）测定。,?,风机的全风压与气体,的密度成正比,。,n,一定,p,t,q,V,p,S,q,V,?,q,V,P,q,V,q,V,一、通风机,(,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

16、标定状态下的,全风压；,?,0,1,.,2,p,t,0,?,p,t,?,p,t,?,?,2.,根据气体的性质,(,如清洁空气，易燃、易爆或腐蚀性,气体以及含尘气体等,),与风压范围，定风机类型。,3.,根据,q,V,、,p,t0,选风机的型号。,q,V,q,V,需,，,p,t0,p,t0,需,9-19D,机,高压离心通风,高温离心通风机,GY4-73,型锅,炉,离心通、引风机,DKT-2,系列低噪声离心通风,B30,机,机,防爆轴流通风,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,工作原理：与离心泵相同。,?,单级风机的风压较低，风压

17、较高的离心鼓风机采用多级，其结构也,与多级离心泵类似。,?,离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过,0.3,MPa,（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直,径大小也大致相同。,二、鼓风机,（一）离心鼓风机,多级,单级,二、鼓风机,（二）罗茨鼓风机（旋转式鼓风机）,罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。,?,由机壳和腰形转子组成；,?,两转子之间、转子与机壳之间间,隙很小，无过多泄漏；,?,改变两转子的旋转方向，则吸入,与排出口互换。,二、鼓风机,说明：,风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流,量用旁路调节；,?,应安装稳压气罐和安全阀；,?,工作温度

18、不能超过,85，以防转子因热膨胀而卡住；,?,罗茨鼓风机的出口压强一般不超过,80 kPa,（表压），出口压强,过高，泄漏量增加，效率降低。,特点：,?,结构简单，无吸入和排出活门，排气均匀而连续；,?,制造技术复杂，效率较低；,?,适用于压力不高而流量较大的场合。,二、鼓风机,二、鼓风机,三叶罗茨鼓风机,结构,:,三叶型罗茨鼓风机其工作原理与结构和传统二叶型相仿，主要,由机壳和转子组成，只是,转子的结构有所不同，为三叶结构,。,二、鼓风机,三叶罗茨鼓风机,特点,:,三叶型罗茨鼓风机比传统的二叶型罗茨鼓风机,节能,10,23%,，,当工作压力在规定范围内变动时，其,流量变化小,。工作压力选,择

19、范围宽，气体脉动变化小、噪声低、结构简单，维修方便，,振动小，使用寿命长。,三、压缩机,在工厂中常用的压缩机有,往复式,和,离心式,两种类型。,（一）离心压缩机,离心式压缩机,又称涡轮压缩机、透平压缩机，其构造与,离心鼓风机相似,，由转子和定子组成。,但压缩机有更多的叶轮级数，通常在,10,级以上，因此可产,生很高的风压。离心式压缩机流量大，供气均匀，体积小，,维护方便，且机体内无润滑油污染气体。,离心式压缩机在现代大型合成氨工业和石油化工企业中有,很多应用，其压强可达几十,MPa,，流量可达几十万,m,3,/h,。,三、压缩机,（一）离心压缩机,【,转子,】主轴、多（单）级叶轮、轴套及平衡元

20、件；,【,定子,】气缸和隔板。,特点：多级（,10,级以上）大叶轮；高转速（,n5000rpm,）,三、压缩机,（一）离心压缩机,工作原理,:,气体沿轴向进入各级叶轮中心处，被旋转的叶轮做功，受,离心力的作用，以很高的速度离开叶轮，进入,扩压器,。,气体在扩压器内,降速、增压,。,经扩压器减速、增压后气体进入,弯道,，使流向反转,180,度,后进入,回流器,，经过回流器后又进入下一级叶轮。弯道和回,流器是沟通前一级叶轮和后一级叶轮的通道。如此，,气体在,多个叶轮中被增压数次,，能以很高的压力能离开。,三、压缩机,（一）离心压缩机,三、压缩机,（一）离心压缩机,离心式压缩机的特点,与往复压缩机相

21、比，离心式压缩机有,如下优点,：,体积和重量都很小而流量很大；,供气均匀；运转平稳；,易损部件少、维护方便。,【,说明,】除非压力要求非常高，,离心式压缩机已有取代往复,式压缩机的趋势,。而且，离心式压缩机已经发展成为非常大,型的设备，,流量,达几十万立方米,/,时，,出口压力,达几十兆帕。,三、压缩机,（二）往复式压缩机,三、压缩机,（二）往复式压缩机,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。,三、压缩机,（,1,）理想压缩循环,压缩过程（,1 2,）,当活塞由右向左运动时，气缸内气体,体积减小而压,力上升,。直到压力上升到,p,

22、2,，排气阀被顶开为止。,此时的缸内气体状态如,1,点表示。,恒压排气过程（,2 3,）,排出阀被顶开后，活塞继续向左运动，缸内气体被,排出。这一阶段缸内气体,压力不变，体积不断减小,，,直到气体完全排出体积减至零。这一阶段属,恒压排,气阶段,。此时的状态为,3,点表示。,恒压吸气过程（,4 1,）,活塞从最左端退回，缸内压力立刻由,p,2,降到,p,1,，状况达,到,D,。此时,排气阀,受压关闭，,吸气阀,受压打开，气缸又,开始吸入气体，体积增大，压力不变，因此为,恒压吸,气阶段,，直到,1,点为止。,三、压缩机,（,1,）理想压缩循环,p,2,W,?,?,Vdp,?,S,1234,p,1,

23、?,等温压缩,p,1,V,1,?,p,2,V,2,?,pV,?,Const,.,p,2,p,2,W,?,p,1,V,1,ln,?,p,2,V,2,ln,p,1,p,1,p,1,V,k,1,?,绝热压缩,?,p,2,V,k,2,?,pV,k,?,1,k,k,?,Const,.,?,p,2,?,T,2,?,T,1,?,?,?,p,1,?,k,?,1,?,?,k,k,?,?,p,2,?,?,W,?,p,1,V,1,?,1,?,?,?,?,k,?,1,?,p,1,?,?,?,?,?,三、压缩机,（,2,）实际压缩循环,余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。,1 2,压缩过程,2 3,排气过程,3 4

24、,膨胀过程,4 1,吸气过程,余隙气体膨胀,压缩,吸气,排气,三、压缩机,（,3,）余隙系数与容积系数,.余隙系数,V,3,余隙体积,余隙系数,?,?,?,活塞推进一次扫过体积,V,1,?,V,3,低压气缸：,8%,，高压气缸：可达,12%,。,.容积系数,实际吸气体积,V,1,?,V,4,容积系数,?,0,?,?,活塞推进一次扫过体积,V,1,?,V,3,三、压缩机,1,?,?,k,?,p,?,二者关系：,?,0,?,1,?,?,?,?,?,?,2,?,?,?,p,?,?,1,?,?,?,1,?,?,?,讨论：,(,1,),p,2,p,一定时,?,?,?,?,0,?,吸气量,?,1,(,2,

25、),?,一定时,p,2,?,?,?,0,?,p,p,吸气量,?,1,2,p,2,p,?,?,0,?,0,，不再吸气，此时,为压缩极限。,1,p,1,三、压缩机,（二）往复式压缩机,可分为,单缸和多缸,往复式压缩机。,三、压缩机,2.,多级压缩,三、压缩机,?,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；,?,使压缩机结构更合理。,一般当,p,2,?,8,时，采用多级压缩，常用,26,级，每级压缩比为,p,1,35,。,三、压缩机,说明：,设置中间冷却器，降低被压缩后的气体温度；,设置气液分离器用以分离气体中夹带的液相；,气体被压缩后，,V,，,P,气缸直

26、径,，壁厚,；,理论上，级数越多，所需的外功越接近于等温压缩过程,的外功，但流程复杂，阻力损失,，故：,一般多采用,2,6,级压缩，每级压缩比为,3,5,；,四、真空泵,定义,利用机械、物理、化学或物理化学的方法，对容器进行抽气，,使之获得、改善或维持真空的机器或器械都称为真空泵。,性能：,（,1,）真空度或极限剩余压力；,（,2,）抽气速率：单位时间在极限剩余压力下吸入的气体体积。,四、真空泵,真空泵的分类,（,1,）机械真空泵,油（水）封机械真空泵（水环真空泵）；,往复真空泵；,无油机械泵；,机械增压泵（罗茨真空泵）,（,2,）蒸汽流泵,扩散泵；,喷射泵；,扩散喷射泵,四、真空泵,（一）往复式真空泵,?,工作原理同往复式压缩机，只是因抽吸气体压强很小，,结构上要求排出和吸入阀门更加轻巧灵活，易于启动；,?,达到较高真空度时，泵的