第二章 流体输送机械.ppt

1、第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.2 离心泵 2.3 往复泵(容积泵) 2.4气体输送机械 2.5固体输送机械,某新建的居民小区，居民用水拟采用建水塔方案为居民楼供水，如图所示。,第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.1.1 输送流体所需的能量 He= A+Hf,-管路特性方程,Q,H,管路特性 曲 线,表示在特定管路系统中，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系，由管路布局和操作条件确定，与泵的性能无关,Q,H,1,2,1-低阻 2- 高阻,2.1.2 流体输送机械分类 (1) 动力式-离心式, 轴流式 (2) 容积式-往复式,旋转式 (3) 其它,2.2 离心泵 2.2.1 工作原

2、理 (1) 主要构件 -叶轮, 泵壳,化工离心泵,自吸式离心油泵,由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。,叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。,吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。 离心泵的工作过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。,(2) 工作原理,在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体

3、以较高的静压强从排 出口流入排出管道。 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。,(3) 气缚现象 离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。,为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调节流量。,

4、2.2.2 离心泵的理论压头（扬程） (1)理论压头H 讨论 n or D, H,叶片的几何形状 2 -流动角,2,2,2,径向2 =900 后弯2 900,径向2=900 , H f (Q) 后弯2 900 , Q , H ,H,Q,u22/g,前弯2900,径向2=900,后弯2900, 的影响 HT 与 无关,2.2.3 实际压头,H,Q,H QT,H Q,2.2.4 离心泵的性能参数与特性曲线 （1）性能参数 流量Q, m3/h 压头（扬程）H, m （总）效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部

5、都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。,a. 容积效率v b. 机械效率M c. 水力效率h = v *M*h,轴功率N N =Ne/ W Pe-有效功率 Ne = gQH He-有效压头 Q-实际流量,(2) 特性曲线 H Q N Q Q,离心泵的特性曲线是在固定转速和常温、常压下以清水为介质测定的，若输送液体与水的物理性质差别较大时，泵的特性曲线必须进行校正。,Q,H Q, Q,N Q, H Q N Q Q=0，消耗的功率最小.泵启动时应关闭泵的出口阀，以降低启动功率，保护电机不至于因超负荷而损坏. Q 存在一最高效率点，此点称为泵的设计点。泵在此点工作时最为经济，max对应的H，Q，

6、N称最佳工况参数 。泵的高效率区：=92%max,关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命,启动与停泵：,（3）影响因素 液体密度 a. Q不变 b. H与无关 c. 不变 d. N= gHQ,液体粘度的影响 , 阻力 , N H , Q , 修 正,离心泵转速的影响 -泵的比例定律,叶轮直径D2的影响 -泵的切割定律,叶轮直径的变化不大于10,2.2.5 离心泵的操作 (1) 泵的工作点 管路特性方程 He=f (Qe) 泵的特性方程 H=f (Q),Q,H,(2)流量调节 - 阀,

7、H,Q,改变转速,n大,n小,Q,H,(3)泵的串联操作 H=2H Q=Q 同一流量 扬程相加,H,Q,H,Q,Q,H,管路,串联,单泵,(4)泵的并联操作 同一扬程 流量相加,n一定,Q,H,并,单,管,（5）组合方式的选择,Q,低阻并联,高阻串连,串,并,单,H,低阻： Q并Q串,qv,低阻,高阻,串,并,单,串,并,高阻： Q串Q并,qv,低阻,高阻,串,并,单,并,串,H,2.2.6 离心泵的安装高度,(A),(B),(1) 泵内压强分布,P,位置,泵吸入口,叶轮入口,叶轮出口,泵排出口,Pv,P1,PK,排液,Hg,K,1,1,0,0,(2) 气蚀现象 Z0=0, u0=0, P0=

8、Pa, Z1=Hg,p叶片入口pV，液体汽化生成大量汽泡，在高压的作用下迅速凝聚或破裂；汽泡周围的液体会以极高的速度冲向原汽泡占据的空间，在冲击点处可形成高达几万kpa的压强。若当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击叶片，侵蚀叶片叶轮,泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。,气蚀的危害：,产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。,泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命,发生气蚀的原因：,泵的安装高度超过允许值； 泵输送液体的温度过高； 泵吸入管路的局部阻力过大。,P叶片入口过低的原因:,(3)离心泵的安装高度限制 最大安装高度Hg,max

9、 在0-0与K-K 间列机械能衡算式: Z0=0, u0=0, P0(绝压) , PK=Pv, ZK=Hg,max 则:,用必需气蚀余量表示的安装高度,用允许吸上真空度表示的安装高度,离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51m,当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体的饱和蒸气压较高，要特别注意泵的安装高度,若泵的允许安装高度较低，可采用的措施,尽量减小吸入管路的压头损失 把泵安装在贮液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内，“倒灌”,2.2.7 离心泵的类型与选用 (1)类型 清水泵 IS-单级单吸式; D-多级; Sh-双吸式. 耐腐蚀泵 F 油泵 Y; YS (双吸) 液下泵 FY

10、屏蔽泵 -无密封泵,无泄漏泵,单级单吸离心水泵,吸入口 内径,排出口 内径,叶轮 直径,(2) 选 用 选泵的类型 据Q,H 选泵的型号 Q,泵Q,管路. H,泵He,管路., 核算N(轴功率) 若 液体 水 N=qvH g/ IS型离心泵的系列特性曲线,(3)离心泵的安装和使用,主要参考说明书,注意以下问题,1.离心泵的安装高度必须低于允许吸上高度; 2.启动前必须向泵内充满待输送液体; 3.出口阀关闭的条件下启动; 4.关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否则，压出管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使叶轮被损坏； 5.在运转中应定时检查和维修,注意泵轴液体泄漏,发热等。

11、,(3)离心泵的安装和使用 安装高度_; 启动前 _ ; 出口阀_时启动; 停车(泵)前先_;,2.3其他类型泵 2.3.1往复泵(容积泵) 2.3.1.1构造和工作原理 (1)构造 泵缸 活(柱)塞 单向活门,(2)原理 冲程,(3) 流量 A.单缸单动,B.单缸双动 C.三缸单动,2.3.1.2 应用 (1) 压头大.流量小的场合.输送高粘度液体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液。但往复泵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，往复泵有自 吸作用。 (2) 流量调节 旁路调节（回路调节） 1-旁路阀 2-安全阀,1,2,2.3.2计量泵

12、计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的,往复泵与离心泵的比较 往复泵 离心泵 原理 无能量转换 有 启动 自吸能力 有 无 灌泵 不需 需 出口阀 开 关 流量 变 不变 流量调节 旁路调节 出口阀,2.3.3旋转泵 旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，又称转子泵 2.3.3.1齿轮泵 泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而达到排出腔 ，排出腔内两轮的齿互相合拢，

13、形成高压而排出液体。,齿轮泵可以产生较高的压头，但流量较小，用于输送粘稠的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。 2.3.3.2螺杆泵 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 图（a）为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。（b）为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。 螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，适用于高粘度液体的输送。 往复泵、旋转泵均属于正位移泵。,2.3.3.3旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它是由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸

14、入管接头和排出管接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与 各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的作用。因此，旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于要求输送量小，压头高而粘度不大的液体。,2.4 气体输送机械 2.4.1 特点 (1)体积庞大 (2)压头大 (3)V与T变,2.4.2 分类 (1)通风机 出口P0.3MPa(表)， 4 ; (4) 真空泵 0.1MPa(表) 。,2.4.3 离心通风机 低压 ；中压 ； 高压 ； (1) 结构和工作原理 (2) 性能

15、参数与特性曲线 风量 qv m3/s 风压 J/m3=N/m2=Pa PT-实验测定,(3) 离心通风机的选用 qv )风机 qv )需要 PT )风机 PT )需要,2.4.4 鼓风机 两种： 旋转式 离心式 （1）罗茨鼓风机 工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个渐开摆线形的转子，两转子之间，转子与机壳之间缝隙很小，使转子能自由运动而无过多的泄漏，两转子的旋转方向相反，可使气体从技巧一侧吸入，从另一侧排出。若改变两转子的旋转方向，则吸入和排出口互换。-容积式 出口安装稳压气柜与安全阀 流量用旁路调节,（2）离心鼓风机 工作原理同离心通风机 -压头较高的离心鼓风机与多级离心泵类似 选用方法同离心

16、通风机 压缩机-离心式、往复式,2.4.5 往复式压缩机 -结构、原理似往复泵 但气体小，可压缩，活门更灵巧 单动往复压缩机 、阀、入口P1、出口P2 设： 1）理想气体 2）阀阻=0,2.4.5.1 理想压缩循环 设： 无余隙,3,2,1,V,V1,V2,0,P1,P2,1,2,3,4,压缩,排气,吸气,2.4.5.2 实际压缩循环 有余隙,2.4.5.3 往复压缩机的性能参数 排气量 理论吸气量 V=ASn 实际排气量 V= V,2.4.5.4 类型与选用 ）类型 单动、双动往复压缩机 单级、双级、多级压缩机 低压（98.07104Pa） 中压（ 98.07104 98.07105 Pa）

17、 高压（ 98.07105 98.07106 Pa）,小型（30m3/min） 空气压缩机 氨气压缩机 氢气压缩机 石油气压缩机 立式、卧式,2）选用 据所输送气体性质 -定种类 据生产能力和排出压强 -选型号 注意：压缩机样本中的排气量 -20、101.33Pa下的，m3/min, 排出压强Pa（表压）,3） 安装要求 吸气口装过滤器 出气是脉动的 出口装缓冲（稳压）罐或气柜 (兼沉降器) - 水滴或油滴 缓冲（稳压）罐或气柜（贮气罐） -装压力表、安全阀,液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液体在离心力作用下抛向

18、壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用于输送腐蚀性气体。,2.4.6 真空泵 -将系统抽真空的气体输送机械 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。 2.4.6.1 类型 往复式 水环式 液环式 旋片式 喷射式 制药常用的真空泵有：水环式和喷射式,2.4.6.2 主要特性 极限真空-以绝压（Pa) 抽气速率-m3/h或 l/s,1）水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮，上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。 水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封室。当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小时，气体由压出口排出。,水环真空泵可以造成的最高真空度为83.4103Pa左右，它也可作鼓