化工原理(清华大学)第二章流体输送机械

1、23第二章流体输送机械KeyKey wordswords :Fluid-Movi ng, Mach in ery, Cen trifugal pumps, Positive displaceme nt pumps,Theoritical head,Actual head第一节概述流体输送机械：给流体增加机械能的设备机械能使液体Pr 转换为其它形式Iu2/2克服磨擦阻力输送对象液体T泵I气体T压缩机、鼓风机、通气机 工作原理动力式（叶轮式）离心式、轴流式円容积式（正位移式）、往复式、旋转式 匚其它形式T喷射式第二节离心泵一、 工作原理和主要构件1、原理 1）汲入管注满水J 2）给液体以动能、静压

2、能1520m/s流道扩大p管路-3）叶轮中心形成真空popa气缚：气体：刁、离心力作用小、不足以吸入。2、主要构件开式加速，pf叶轮 半开式沿叶片间隙，pfI闭式泵壳T封闭叶轮I排出汲入液体，转换能量（避免阻力损失，导向叶轮）轴密封：填料密封、机械密封二、 离心泵基本方程从理论上分析离心泵中液体质点的运动状况，获得离心泵压头和流量关系。1、基本方程的导出：假设1）叶片无限多，液体完全Y沿叶片弯曲表面流动J 2） 4= 0，理想液体，无磨擦阻力损失u1,u2随叶轮转动速度；确定安装位置掌握要求基本原理Y 主要结构I性能参数选择、计算功率24Wl,W2沿叶片运动速度；C1,C2合速度 泵给单位重量

3、液体的机械能（m）对于进出口（Z不考虑）2 2HT =Pl P1-C2c1= Hp（静） Hc（动）Pg2gHp静压能f离心力作功t流道扩大动能T静压能由速度三角形余弦定理：2 2 2 Wi二GUi-ZqUiCOSJi2 2 2w2=q u2_2c2U2cos：2代入：HT=(U2C2COS J2-UC cos：J/g般设计中为提高理论压头，cosi=0,（宀=90）C2Cos2=u2-Q sin :2Ctg：2, ctg：2=(u2-c2cos：2)/c2sin：2QT-2r2b2C2si n：2, c2s in：2=QT/2 二 r2b2HT=u2C2cos：2/gU21/2U2QTctg

4、 2、HT_(U2_C2Sin .：2ctg -2)(u2-T_)gg 2二r-b-HT二丄亿)_色ctg：-g2二b-g泵一定：r2,b-,：2定，HT= A-BQ2、讨论-流速过大，冲击损失大（前弯片）3、理论压头与实际压头 叶片间环流（并非无限多）u2,C2比实际小磨擦损失Friction与u-成正比。r2r22nFd.J-dr(r；ri2 2WiM2HT2 2 2 2U2-UiWi- W22g 2g2 2C2 C12g后弯片：ctg鶴0(及90径向片：ctg及=0(及=90前弯片：ctg及90后弯：J静压能比例fQTf,HTJ,HT与QT无关,QTT. HTfooo),)25冲击损失-

5、2：设计值三、 离心泵的主要性能参数：1、 流量m2/h ,与转速、尺寸、结构有关2、压头H丄z _ p /为H f扬程-L z，提供有效能量3、效率泵轴转动功并非全部转换为液体能量1容积损失：回漏，平衡孔0.850.952水力损失：磨擦，边界层0.8 0.93机械损失：Ne/N=有效功率/轴功率轴功率：N=QH；-g/或N=QH：7102 （kw）四、 离心泵的特性曲线及影响因素。1、特性曲线：1QfHf2QfNf开启时关出口阀Qf有最大值2、影响因素:1）密度:Q=2二2b2Sin、辽与诜关H=U2C2COS：2/g与J无关离心力f、pf,除以；-g，压头不变液柱2）粘度:f,流体阻力f,

6、HQ下降急剧最高效率点处：Q,H,NQ二CQQ,H二CHH,= C3）叶轮转速：条件：转速变化不大速度相似，不变（速度变化小于2%）QT2二血玄in：2c2u2nQT2兀ab2C2Si门色C2氏n相似：222 2HTU2C2COS：2u2n2 2HTU2C2COS-R U2n若 不变：N7N二n3/n3（比例定律）4）叶轮外径：相似，相同，出口截面不变：二r2b2二二r2b）2QT_ 2二sin：26 u2r2D2 2 QT2- r2b2C2Sin：2C2U2aD22 2HTu2c2cos=2u2D2-= 2HTU2C2COS2U2D2若 不变：N7N二D23/D；（切割定律）265）若直径与

7、其它尺寸变化相应变化。叶轮直径D与出口宽度b2比例固定。二Db2D227H=（D）2,（N）=（D）5需要知道Hs,这与输送液体性质，当地大气压（Ha）有关。铭牌：20C清水、Ha=10m水柱4、气蚀余量：入口处静压头+动压头，大于饱和蒸气压头Pv/-g的某个最小值。泵性能表的h是20C清水测定，输送其它液体一般安装高度v允许吸上高度，减少0.51m.。当输送Tf,吸上高度小，甚至出现负值。=泵安装储槽液位下。六、离心泵工作点与流量调节：1、管路特性曲线：五、离心泵吸上高度:1、气蚀现象：当P1处达到相应温度下液体的饱和蒸汽压时出现汽化现象T冲击压力几百个大气压Pmin临界值：Pv频率几万次/

8、秒2、 允许吸上真空度：Pmin很难测定，一般以入口压强Pi代替。填充空穴。HS= （P。- Pi） /g HS:代表1处的真空度（m液柱）3、允许吸上高度:入口到储槽液面的最大垂直距离:Hg2Po- PiUg 2g（允许安装高度）(Po-Pi)/ EgHSHS-击-。241000 FP1g2gHgPoPv;?g;?g沸点低Hf28=f | Re = f Q . Hf= f QH = Xf QPgi丿2、离心泵的工作点：管路需要压头=泵对液体提供压头。3、流量调节:改变管路特性曲线改变泵特性曲线-并联，串联低阻抗管路：并联优于串联高阻抗管路：串联优于并联七、泵的选用:1、选泵：液体性质、操作条

9、件T选类型压头流量-选尺寸，型号2、安装与运行：安装高度（吸入管不小于泵入口）Y启动前充满液体，关出口阀 |运行检查，轴承 关出口阀（停车）第三节其它类型泵一、往复泵：活塞活塞杆冲程S:活塞移距离基本结构及原理 V泵缸活门3 联动装置与离心泵：1、Q与H无关。Q=As n（单动）Q=(2Aa)s n(双动)2、 压头与机械强度有关3、*吸上高度有限、*（自吸）4、 开动时阀打开N=QH :g 5、旁路调节詈Hf f2g丿82Hg 转速29二、 计量泵与隔膜泵：三、 旋转泵，转子旋转吸入排出液体四、 旋涡泵：特殊离心泵。-吸入口与排出口相对吸入腔与排出腔间隔开-齿转泵螺杆泵Q与H无关第四节气体输

10、送和压缩设备特点：可压缩，V,T有变化VS大约是u=1525m/s通气机：p2/pi= 11.15鼓风机：p2/pi 4一、离心通风机、鼓风机、压缩机：离心通风机：低100mmH2O; 中100-300mmH20;高300-1500mmH2。特点：矩形通道，叶片短而多，直、后、前性能与特性曲线：2风量：m / h通过进风口的体积流率，气体体积（以进口处状态计）332风压：单位体积气体（m ）获得能量。J/mTN/mmmH2OHst = P2- P1静风压2u2c HT=P2- P122U2 r全风压，丄:2动风压与气体有关。按20C,760mm Hg为标况。o=1.2kg/m31 2HT=HT

11、计算出标况查算图。功率：N =HTQ/1000 (kw)同一状况下的HT,Q, PH同样可以折算N二NN实际功率1.2选用：气体性质，风量范围、往复压缩机：1、工作原理及理想循环厂理想气体 假设缸内阻力不计 无泄漏1全部排净3031如图：压缩阶段v2-.viPdv压出阶段P2V2吸入阶段-PiV2Ws = _ V2pdv：=pv =vdp MLP1等温：Ws= PiWln（ P2/ Pi）多变：kT m2、余隙及其影响(有余隙的理想气体循环)1-2压缩阶段2-3压出阶段3-4余隙气体膨胀余隙系数：，扫过体积Jit100%ViV3（P2/Pi）1/m店）1/m _ IVi-V3u-V3-一o与,

12、P2/P1有关，P2/P1高到某程度，-o可为03、多级压缩：避免压缩比太高，T一 减少功耗提高各级容积系数-设备材质级数越多，越接近等温过程。级间压力确定：KKJKK -4Ws沁1Ws2 PiVi(卫)卞-1) PiVi(CPg) -1)K -1PiK -1Pi冷却到原温度：PiVi= PiVi绝执:ki_八、 、WskLPiVi容积系数:一次吸入体积扫过体积Vi-V3多变压缩时:R =_P2Pl PK132令dws/dPi= 0,求出：Pi= J PiP2334、压缩机的主要参数排气量：单位时间排出气量（吸入状态计）vmin（理）=Asn 二（2A-a）sn头际：Vmin(实)=dV(理)

13、=(80.95 o)Vmin余隙阻力，p吸入-p排出，T缸-T#（膨胀）绝热功率：KK ANP1Vm，K_1(P；)K-1)/60N =Na/a a770.95、分类及选用。D2D2 3 3 讨论题对于往复泵：Q不变，P1=13KPa（真空）,P2=0.33MPa（表）对于离心泵：Q变小，p113KPa（真空）,绝压,p2，但0.33MPaD2D2 4 4(1) Ne=QH：?g相同(2)阀2开大离心泵， 往复泵，Q,NeQ不变，Ne 2（3）阀2开度不变、打开离心泵往复泵Q入口，N,Q出口 -Q入口不变，,Q出也推到n级:Pi1P2P3P2-=-=-PlPlP2Pin JK呗n二上我唔严一D

14、w：吸入气体体积34各类化工用泵的比较类型非正位移泵正位移泵离心泵轴流泵旋涡泵往复泵旋转泵流量均匀性均匀均匀均匀不均匀尚可恒定性随管路特性而变恒定恒定范围广，易达大流量大流量小流量较小流量小流量压头不易达到高压头压头低压头较咼高压头较咼压头效率稍低、愈偏离额定 值愈小稍低、咼效区窄低高较高操作流 量 调 节小辐度调节用出口阀、简便；大泵大 辐度调节可调节转 速或切削叶轮直径小辐度调节 用旁路阀；有 些泵可以调 节叶片角度用旁路调节小辐度调节 用旁路阀；大 辐度调节可 调节转速、行 程等用旁路调节自吸作用一般没有没有部分型号有自 吸能力有有启动出口阀关闭出口阀全开出口阀全开出口阀全开出口阀全开维

15、修简便简便简便:麻烦较简便结构与造价结构简单，造价低廉结构紧凑简单，加工要求稍咼结构复杂，振动大，体积庞大，造价高结构紧凑，加工要求咼流量，压头适用范 围广，尤其适用于 较低压头，大流量。 除高粘度物料不太 合适外，可输送各 种物料特别适宜于 大流量，低压 头高压头，小流量的清洁液体适宜于流量 不大的高压 头输送任务；输送悬浊液 要用特殊结 构的隔膜泵适用于小流量较咼压头的输送， 对 高粘度液体 较合适特 性 曲 线35几种气体输送和压缩装置100mmHg（绝）充当压气机时：1 kgf/cm2（表）水环呈液封，叶轮处壳内偏心，与水封组成小室由小大,由大小进行吸气、排气，转动部分无机械损失，寿命

16、长但效率低（温 度不能过高）。类型M心转往复式风量离心通风机离心鼓风机;离心压缩机罗茨鼓风机液环压缩机往复压缩机均匀取决于它的结构、尺寸和转速正比于转速，n疋时风量 不变（风量较 大23500m /min）均匀，风量较大脉动（需加贮气 罐）低：10 m3/min中：10-30m3/min高：30 m /min风表压压单级1500mm H20低100mm H20中100300mmH20高3001500mmH20多级23kgf/cm20.8kgf/cm2以内，在0.4kgf/cm2附近效率最 高256 kgf/cm ,在1.5-1.8 kgf/cm2时效率最高。低：10 kgf/cm2中：10-100kgf/cm2高:100-1000kgf/cm2结 构 特 占八、叶片多而短、平直、 弯曲均有，低中压机 壳断面方形，高压为 园形多级叶轮直径