过程流体机械绪论

1、过程流体机械过程流体机械 二二 一四一四 年年 九月九月 东北大学秦皇岛分校控制工程学院东北大学秦皇岛分校控制工程学院 主讲人：主讲人： 张华伟张华伟 教研室：过程装备与控制工程教研室：过程装备与控制工程 本课程的特点本课程的特点 l1.实践性强，实际应用知识多；实践性强，实际应用知识多； l2.课程作业较少（相对其他基础课程）；课程作业较少（相对其他基础课程）； l3.课程难度大。课程难度大。 开设本课程的重要意义开设本课程的重要意义 l本课程在专业体系中的地位：本课程在专业体系中的地位： 过程流体机械过程流体机械 工程流体力学工程流体力学 工程热力学与工程热力学与 传热学传热学 机械设计机

2、械设计 过程装备腐蚀过程装备腐蚀 与防护与防护 过程设备设计过程设备设计 先修课程先修课程后续课程后续课程核心专业课核心专业课 开设本课程的重要意义开设本课程的重要意义 l本课程在过程工业中的作用：本课程在过程工业中的作用： l过程流体机械在过程生产中应用广泛，如过程流体机械在过程生产中应用广泛，如 在农田灌溉、城市给排水、石油化工、化在农田灌溉、城市给排水、石油化工、化 工合成、矿业等领域，起着心脏、动力和工合成、矿业等领域，起着心脏、动力和 关键设备的重要作用，选用好这些流体机关键设备的重要作用，选用好这些流体机 械，对工厂的设备投资、产品质量、成本械，对工厂的设备投资、产品质量、成本 效

3、益等意义重大。效益等意义重大。 开设本课程的重要意义开设本课程的重要意义 本课程的教学目标本课程的教学目标 l目标：目标：全面掌握典型过程流体机械的基全面掌握典型过程流体机械的基 本结构、工作原理、工作特性以及能够表本结构、工作原理、工作特性以及能够表 征其综合性能的技术经济指标，并能够初征其综合性能的技术经济指标，并能够初 步学会选用各种流体机械。步学会选用各种流体机械。 课程教学内容课程教学内容 两泵两泵 三机三机 叶片泵：叶片泵：离心泵离心泵 轴流泵 旋涡泵 容积泵：容积泵：往复泵往复泵 螺杆泵 齿轮泵 液环泵 压缩机：压缩机：离心式离心式 活塞式活塞式 螺杆式 通风机：通风机：离心式离

4、心式 轴流式 离心机：过滤式 沉降式 离心分离机 本课程的学习侧重点及方法建议本课程的学习侧重点及方法建议 学学 教教 在授课体系、内容和方法上力求整个学科在授课体系、内容和方法上力求整个学科 横向的覆盖，在讲授不同类型机器的基本横向的覆盖，在讲授不同类型机器的基本 结构形式、工作原理、基本参数和应用领结构形式、工作原理、基本参数和应用领 域时，把握各种机器在本质上的机理共同域时，把握各种机器在本质上的机理共同 性和相互间的联系与差异；不偏重于阐述性和相互间的联系与差异；不偏重于阐述 较深的理论、公式推导和设计计算的内容。较深的理论、公式推导和设计计算的内容。 三机两泵三机两泵 结构形式结构形

5、式 基本原理基本原理 运行性能运行性能 调节控制调节控制 选型基本原则选型基本原则 本课程学时分配及考核方式本课程学时分配及考核方式 l总学时56，其中课内学时52，实验学时4，学分 3.5。 l期末考试采用闭卷考试形式。 l最终成绩由三部分组成： 期末闭卷考试成绩占70， 平时成绩占10， 实验成绩占20%。 教材及参考书教材及参考书 教教 材材： l康勇，张建伟，李桂水.过程流体机械，化学工业 出版社，2007. 参考书：参考书： l姜培正.过程流体机械，化学工业出版社，2001. l李云，姜培正. 过程流体机械（第二版），化学工 业出版社，2008. l郁永章.容积式压缩机技术手册，机械

6、工业出版社， 2000. 教材及参考书教材及参考书 1 1 绪绪 论论 主主 要要 内内 容容 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 1.2 过程流体机械的分类过程流体机械的分类 1.3 过程流体机械的用途过程流体机械的用途 1.4 过程流体机械的发展趋势过程流体机械的发展趋势 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 l过程：过程：事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，描事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，描 述事物发生状态变化的经历。述事物发生状态变化的经历。 l过程工业：过程工业：又称流程工业，是进行物质转化的所有工业过又称流程工业，是进行物质转化的所有工业

7、过 程的总称，以流程性物料（气、液、粉等）为主要生产对程的总称，以流程性物料（气、液、粉等）为主要生产对 象，完成各种生产过程的工业。象，完成各种生产过程的工业。 石油化工石油化工 制药制药 污水处理污水处理 过程：过程：生命过程生命过程 过程：过程：物理分离过程物理分离过程 过程：过程：化学合成过程化学合成过程 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 l过程：过程：事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，描事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，描 述事物发生状态变化的经历。述事物发生状态变化的经历。 l过程工业：过程工业：又称流程工业，是进行物质转化的所有工业过又称流程工

8、业，是进行物质转化的所有工业过 程的总称，以流程性物料（气、液、粉等）为主要生产对程的总称，以流程性物料（气、液、粉等）为主要生产对 象，完成各种生产过程的工业。象，完成各种生产过程的工业。 石油化工石油化工 制药制药 污水处理污水处理 过程工业：过程工业：天然矿泉水生产流程天然矿泉水生产流程 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 l过程：过程：事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，描事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，描 述事物发生状态变化的经历。述事物发生状态变化的经历。 l过程工业：过程工业：又称流程工业，是进行物质转化的所有工业过又称流程工业，是进行物质转化的

9、所有工业过 程的总称，以流程性物料（气、液、粉等）为主要生产对程的总称，以流程性物料（气、液、粉等）为主要生产对 象，完成各种生产过程的工业。象，完成各种生产过程的工业。 石油化工石油化工 制药制药 污水处理污水处理 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 过程工业的特点：过程工业的特点： 原料原料- -自然资源自然资源 产品产品- -工业原料工业原料 方式方式- -连续生产连续生产 工艺工艺- -物理化学变化物理化学变化 规模规模- -扩大生产扩大生产 对象对象- -能量流能量流 过程工业生产在过程工业生产在“软件软件”上是通过工艺过程实现上是通过工艺过程实现 的；在的；在“硬

10、件硬件”上是通过过程装备实现的。上是通过过程装备实现的。 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 l过程装备：过程装备：是实现过程工业生产的硬件设施，是实现过程工业生产的硬件设施， 是对是对过程设备过程设备、过程机械过程机械以及以及测控设备测控设备的统的统 称。称。 过程机械（过程机械（Process MachineryProcess Machinery） 测控设备（测控设备（Survey-control EquipmentSurvey-control Equipment） 过程设备（过程设备（Process EquipmentProcess Equipment） 过程装备过程装

11、备 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 过程装备的地位及服务对象过程装备的地位及服务对象 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 （1 1）过程设备）过程设备 l也称化工设备、静设备，占总设备投资也称化工设备、静设备，占总设备投资8085%， 包括：压力容器、塔、换热器、储罐、管道等。包括：压力容器、塔、换热器、储罐、管道等。 压力容器压力容器塔塔 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 换热器换热器储罐储罐 管道管道 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 （2 2）过程机械）过程机械 l也称为化工机器、动力设备，占过程工业总设备也

12、称为化工机器、动力设备，占过程工业总设备 投资的投资的20-25%20-25%，系统运行的心脏。包括：，系统运行的心脏。包括：压缩机压缩机、 泵泵、分离机分离机、电机、电机、风机风机、制冷机、蒸汽轮机等。、制冷机、蒸汽轮机等。 压缩机压缩机泵泵 分离机分离机 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 电机电机 风机风机 制冷机制冷机 蒸汽轮机蒸汽轮机 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 （3 3）测控设备）测控设备 l也称为自动化设备，包括：测控仪表、阀、电气也称为自动化设备，包括：测控仪表、阀、电气 源、转换器、计算机监控设备、记录设备等，可源、转换器、计算机监

13、控设备、记录设备等，可 以监控压力、温度、流量、浓度、密度、粘度、以监控压力、温度、流量、浓度、密度、粘度、 液位等。液位等。 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 l流体机械：流体机械：是指在流体具有的机械能和机械所做的功之是指在流体具有的机械能和机械所做的功之 间进行能量转换的机械的总称。间进行能量转换的机械的总称。 动力机械：动力机械：流体的动能、势能和压力能流体的动能、势能和压力能 转化为机械能，包括水轮机、马达、风车等转化为机械能，包括水轮机、马达、风车等 传动机械：传动机械：传输、变换机械动力的装置，传输、变换机械动力的装置， 机械能机械能流体能流体能机械能，包括液

14、力传动机机械能，包括液力传动机 械、液压传动机械及气压传动机械三类械、液压传动机械及气压传动机械三类 工作机械：工作机械：机械能转化为流体的动能、机械能转化为流体的动能、 势能和压力能，包括泵、风机、压缩机等势能和压力能，包括泵、风机、压缩机等 流体机械流体机械 按作用功能按作用功能 1.1 1.1 过程流体机械的概念过程流体机械的概念 l过程流体机械：过程流体机械：是过程工业中广泛使用的流体是过程工业中广泛使用的流体 机械，以流体为工质进行能量转换处理与输送，机械，以流体为工质进行能量转换处理与输送， 是过程装备的重要组成部分之一。是过程装备的重要组成部分之一。 因此可以知道，过程流体机械实

15、际上就是因此可以知道，过程流体机械实际上就是 流体机械大类中的工作机械。流体机械大类中的工作机械。 压缩机压缩机 泵泵 风机风机 风机风机 分离机分离机 泵泵 压缩机压缩机 泵泵 1.2 1.2 过程流体机械的分类过程流体机械的分类 容积式流体机械：容积式流体机械：利用活塞、柱塞或各种形状的转子等元件，通过改利用活塞、柱塞或各种形状的转子等元件，通过改 变工作容积，在流体机械内部空腔中对流体进行挤压，使流体压力提变工作容积，在流体机械内部空腔中对流体进行挤压，使流体压力提 高的机械。高的机械。 根据元件的运动方式分类：往复式；回转式根据元件的运动方式分类：往复式；回转式 典型机械：往复泵、转子

16、泵、压缩机典型机械：往复泵、转子泵、压缩机 叶轮式（透平式）流体机械：叶轮式（透平式）流体机械：又称为动力式流体机械，是依靠高速旋又称为动力式流体机械，是依靠高速旋 转叶轮的动力学作用，使流经叶轮流道的流体增加速度和压力，并在转叶轮的动力学作用，使流经叶轮流道的流体增加速度和压力，并在 后续的流道中，又将部分动能转化为压力能的流体机械。后续的流道中，又将部分动能转化为压力能的流体机械。 根据流体的流动方式分类：径流式；轴流式；混流式根据流体的流动方式分类：径流式；轴流式；混流式 典型机械：离心泵、轴流泵、通风机、压缩机典型机械：离心泵、轴流泵、通风机、压缩机 其他作用机理流体机械：其他作用机理

17、流体机械：射流泵；液环泵；旋涡泵射流泵；液环泵；旋涡泵 1.2 1.2 过程流体机械的分类过程流体机械的分类 l压缩机：压缩机：将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压或输送将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压或输送 气体的机械。气体的机械。 根据排气压力分类：根据排气压力分类： 压缩机：压缩机：排气压力排气压力0.34MPa 鼓风机：排气压力为鼓风机：排气压力为0.0150.34MPa 通风机：排气压力通风机：排气压力0.015MPa l泵：泵：将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压或输送液体将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压或输送液体 的机械。的机械。 l分离机：分离机：用机械

18、能将混合介质分离开来的机械。用机械能将混合介质分离开来的机械。 1.2 1.2 过程流体机械的分类过程流体机械的分类 l有压流动类：有压流动类：绝大多数流体机械在工作过程中流体是在绝大多数流体机械在工作过程中流体是在 封闭流道中运动的，相对压力一般不等于零，流动属于封闭流道中运动的，相对压力一般不等于零，流动属于 有压流动。有压流动。 典型例子：绝大多数流体机械的工作过程典型例子：绝大多数流体机械的工作过程 l无压流动类：无压流动类：此类流体机械工作中流体运动有一个相对此类流体机械工作中流体运动有一个相对 压力为零的自由表面，因此称为无压流动。液体内部各压力为零的自由表面，因此称为无压流动。液

19、体内部各 处相对压力也不一定完全为零。处相对压力也不一定完全为零。 典型例子：河流、未充满水流的管道典型例子：河流、未充满水流的管道 1.2 1.2 过程流体机械的分类过程流体机械的分类 l船用泵船用泵 l矿用泵矿用泵 l潜水泵潜水泵 l磁力驱动泵磁力驱动泵 l自吸式泵自吸式泵 l无堵塞泵无堵塞泵 l杂质泵杂质泵 l核工程用泵核工程用泵 l航天航空用泵航天航空用泵 l特殊气体压缩机特殊气体压缩机 l耐高温锅炉引风机耐高温锅炉引风机 1.3 1.3 过程流体机械的用途过程流体机械的用途 1.3 1.3 过程流体机械的用途过程流体机械的用途 1.4 1.4 过程流体机械的发展趋势过程流体机械的发展

20、趋势 泵的分类泵的分类 叶片泵：离心泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵叶片泵：离心泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵 其他类型泵：射流泵、水锤泵、真空泵其他类型泵：射流泵、水锤泵、真空泵 往复泵：活塞泵、柱塞泵、隔膜泵往复泵：活塞泵、柱塞泵、隔膜泵 泵泵 容积泵容积泵 回转泵回转泵：齿轮泵、螺杆泵、滑片泵：齿轮泵、螺杆泵、滑片泵 泵的分类泵的分类 离心泵（叶片式）离心泵（叶片式） 泵的分类泵的分类 真空泵（容积式）真空泵（容积式） 泵的分类泵的分类按使用目的按使用目的 泵的分类泵的分类按介质种类按介质种类 泵的分类泵的分类按结构形式按结构形式 压缩机的分类压缩机的分类 透平式透平式 压缩机压缩机 速度式压缩机速度式压缩机 喷射式喷