化工原理第二章-流體輸送機(jī)械講述

1、返回主題第二章 流體輸送機(jī)械 21 概 述 22速度式流體輸送機(jī)械 23容積式流體輸送機(jī)械 24真空泵 25流體輸送機(jī)械的特點(diǎn) 返回主題21 概 述 流體輸送機(jī)械的分類(lèi)流體輸送機(jī)械的分類(lèi) 工作原理液體輸送機(jī)械氣體輸送機(jī)械速度式離心式離心泵、旋渦泵離心風(fēng)機(jī)、離心壓縮機(jī)軸流式軸流泵軸流式通風(fēng)機(jī)噴射式噴射泵 容積式往復(fù)式往復(fù)泵、隔膜泵、計(jì)量泵往復(fù)式壓縮機(jī)回轉(zhuǎn)式齒輪泵 、螺桿泵羅茨風(fēng)機(jī)、液環(huán)壓縮機(jī)返回主題22速度式流體輸送機(jī)械速度式流體輸送機(jī)械 221離心式流體輸送機(jī)械的基本方程 222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) 223離心泵與離心通風(fēng)機(jī)的性能 224離心泵與通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn) 225離心泵與

2、通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 226離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用 227離心鼓風(fēng)機(jī)與離心壓縮機(jī) 228軸流泵和軸流通風(fēng)機(jī) 229旋渦泵 返回主題221離心式流體輸送機(jī)械的基本方程離心式流體輸送機(jī)械的基本方程的推導(dǎo)離心式流體輸送機(jī)械的基本方程的推導(dǎo)基于三個(gè)假設(shè)基于三個(gè)假設(shè)：(1)葉片的數(shù)目無(wú)限多，葉片無(wú)限薄，流動(dòng)的每條流線(xiàn)都具有與葉片相同的形狀。（2）流動(dòng)是軸對(duì)稱(chēng)的相對(duì)定常流動(dòng)，即在同一半徑的圓柱面上，各運(yùn)動(dòng)參數(shù)均相同，而且不隨時(shí)間變化。（3）流經(jīng)葉輪的是理想流體，粘度為零，因此無(wú)流動(dòng)阻力損失產(chǎn)生。返回主題221離心式流體輸送機(jī)械的基本方程 離心泵和離心式風(fēng)機(jī)的基本方程式 gucucH/coscos1

3、11222其中單位重量流體通過(guò)無(wú)限多葉片的旋轉(zhuǎn)葉輪所獲得的能量，稱(chēng)為理論壓頭H。 w是流體具有的與葉片相切的相對(duì)速度；u是隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周速度，兩者的合成速度為絕對(duì)速度c。 圖2-1 流體進(jìn)入與離開(kāi)葉輪時(shí)的速度r121r2w1Ac2sin2u2u1w2c2212c1一般離心泵，為提高H，使1=90，即cos1=0。此時(shí) 222cosucH2222sin2cbrQ 離心泵的流量可表示為 式中，r2為葉輪出口半徑，b2表示葉輪出口處葉輪的寬度，其它參數(shù)見(jiàn)圖2-1所示。 返回主題222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) 1.1.離心泵離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) (1)離

4、心泵結(jié)構(gòu) 離心泵部件可分為旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件。旋轉(zhuǎn)部件包括葉輪和轉(zhuǎn)軸等；靜止部件包括吸入室、蝸殼等，如圖所示。 返回主題222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) (2)離心泵工作原理 原動(dòng)機(jī)軸葉輪，旋轉(zhuǎn)離心力葉片間液體中心外圍液體被做功動(dòng)能高速離開(kāi)葉輪返回主題222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi)泵殼：液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換（動(dòng)靜）吸上原理與氣縛現(xiàn)象葉輪中心低壓的形成p泵內(nèi)有氣， 則泵入口壓力液體不能吸上氣縛故離心泵在啟動(dòng)前必須灌泵液體高速離開(kāi)軸封的作用平衡孔的作用消除軸向推力導(dǎo)輪的作用減少能量損失返回主題222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) (3)離心泵分類(lèi) 按液體吸入方式分為單

5、吸式泵（液體從葉輪的一面進(jìn)入）和雙吸式泵（液體從葉輪的兩面進(jìn)入）； 按葉輪級(jí)數(shù)分為單級(jí)泵（泵軸上只裝有一個(gè)葉輪）和多級(jí)泵（泵軸上裝有串聯(lián)的兩個(gè)以上的葉輪） 按其用途來(lái)分類(lèi)，常用的類(lèi)型有：水泵、耐腐蝕泵、油泵和雜質(zhì)泵等。 返回主題222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) 1.1.離心通風(fēng)機(jī)的離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi)結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) (1)基本結(jié)構(gòu)： 離心式通風(fēng)機(jī)的主要部件包括葉輪和機(jī)殼 兩部分。 為適應(yīng)大風(fēng)量，通常葉片數(shù)較多且葉輪直徑較大；根據(jù)葉輪上葉片尺寸和形狀的不同，可分為多翼式和渦輪式風(fēng)機(jī)。與離心泵相似 機(jī)殼內(nèi)逐漸擴(kuò)大的通道及出口截面有矩形和圓形兩種，低中壓風(fēng)機(jī)多用矩形。返回

6、主題222離心泵與通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與分類(lèi) (2)工作原理 與離心泵相似 (3)分類(lèi) 通常根據(jù)離心通風(fēng)機(jī)終壓（表壓）的大小分為低壓（流量是單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的流體量。通常用Q來(lái)表示體積流量，單位m3/s。 -通風(fēng)機(jī)流量也常稱(chēng)為風(fēng)量，并以進(jìn)口處為準(zhǔn)。通風(fēng)機(jī)銘牌上的風(fēng)量是在“標(biāo)準(zhǔn)條件”下，即壓力1.013105Pa，溫度20C下的氣體體積。 返回主題223離心泵與離心通風(fēng)機(jī)的性能 2.2.壓頭（或稱(chēng)揚(yáng)程）壓頭（或稱(chēng)揚(yáng)程）H和風(fēng)壓和風(fēng)壓pt 離心泵的壓頭H和風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓pt都是指流體通過(guò)離心泵或通風(fēng)機(jī)后所獲得的有效能量。 根據(jù)伯努利方程，單位體積氣體通過(guò)通 風(fēng)機(jī)所獲得的壓頭為guugppHt2)(

7、/ )(212212式中 分別為通風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口速度，m/s 21,uu返回主題223離心泵與離心通風(fēng)機(jī)的性能壓頭計(jì)算式中， 稱(chēng)為通風(fēng)機(jī)的靜壓頭， 稱(chēng)為通風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓頭， 稱(chēng)為全壓頭，單位為m。 gppHp/)(12guuHc2)(2122tH通風(fēng)機(jī)銘牌上的風(fēng)壓是用空氣測(cè)定的，其“標(biāo)準(zhǔn)條件”為壓力pa=101.3kPa，溫度20C，此時(shí)空氣密度0=1.2kg/m3。如果操作條件與“標(biāo)準(zhǔn)條件”不同，則操作條件下的風(fēng)壓pt可用下式換算2 . 1000tttppp選擇風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)以 為準(zhǔn) 0tp返回主題223離心泵與離心通風(fēng)機(jī)的性能 3.3.效率效率 效率反映了泵與風(fēng)機(jī)中能量的損失程度 容積效率v：考慮流

8、量泄漏所造成的能量損失水力效率H：考慮流動(dòng)阻力所造成的能量損失機(jī)械效率m：考慮軸承、密封填料和輪盤(pán)的摩 擦損失。 離心泵與通風(fēng)機(jī)的總效率為 :mHv一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)流量下泵與風(fēng)機(jī)的效率最高。 返回主題223離心泵與離心通風(fēng)機(jī)的性能 4.功率功率 功率分為有效功率和軸功率有效功率Ne 軸功率N 流體經(jīng)過(guò)泵或風(fēng)機(jī)后獲得的實(shí)際功率。 對(duì)于離心泵 gQHNe對(duì)于風(fēng)機(jī) teQpN原動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率 離心泵的軸功率通風(fēng)機(jī)的軸功率 gHQN QpNt有效功率和軸功率的關(guān)系 eNN 返回主題224離心泵與通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn) QN QH hmQ/,3mH,NQ離心泵特性曲線(xiàn)及通風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)缺返回主題224離心

9、泵與通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn) 1.曲線(xiàn)討論曲線(xiàn)討論（1）壓頭（風(fēng)壓）流量（HQ、 ptQ）曲線(xiàn) 它是判斷離心泵或風(fēng)機(jī)是否滿(mǎn)足管路使用要求的重要依據(jù)。 通風(fēng)機(jī)流量Q自零開(kāi)始增加，風(fēng)壓pt先上升，后下降，風(fēng)壓最大值不在Q=0時(shí)。 （2）軸功率曲線(xiàn)（NQ） 軸功率一般隨流量的增大而增大，當(dāng)流量為零時(shí)，功率最小，因此離心泵與風(fēng)機(jī)應(yīng)在出口閥關(guān)閉下啟動(dòng)，以防止電機(jī)過(guò)載。 （3）效率曲線(xiàn)（Q） 效率曲線(xiàn)有一最高點(diǎn)，稱(chēng)為設(shè)計(jì)點(diǎn)。因?yàn)殡x心泵與風(fēng)機(jī)在最高效率點(diǎn)工作時(shí)最經(jīng)濟(jì)，所以其所對(duì)應(yīng)的流量、壓頭（風(fēng)壓）、軸功率為最佳工況參數(shù)。一般選用離心泵或風(fēng)機(jī)時(shí)，其工作區(qū)應(yīng)處于最高效率點(diǎn)的92%左右。 返回主題224離心泵與通風(fēng)機(jī)的

10、特性曲線(xiàn) 1.流體物性對(duì)特性曲線(xiàn)的影響流體物性對(duì)特性曲線(xiàn)的影響 （1）流體密度的影響 離心泵的壓頭和流量與被輸送流體的密度無(wú)關(guān)。泵的效率一般也和流體的密度無(wú)關(guān)。但是泵的軸功率隨流體密度變化而變化 ，可按下式校正 對(duì)于通風(fēng)機(jī)，風(fēng)壓和軸功率都和密度有關(guān)，因?yàn)椋?NN2 . 10ttpp2 . 1NN返回主題224離心泵與通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn) 2.流體物性對(duì)特性曲線(xiàn)的影響流體物性對(duì)特性曲線(xiàn)的影響 當(dāng)被輸送液體的運(yùn)動(dòng)粘度小于2010-6m2/s時(shí)，泵的特性曲線(xiàn)變化很小，可不作修正；當(dāng)輸送液體的運(yùn)動(dòng)粘度大于2010-6m2/s時(shí)，泵的特性曲線(xiàn)變化較大，必須修正。常用的方法是在原來(lái)泵的特性曲線(xiàn)下，對(duì)每一點(diǎn)

11、利用換算系數(shù)進(jìn)行換算。 返回主題224離心泵與通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn) 3.3.葉輪尺寸與轉(zhuǎn)速對(duì)離心泵特性曲線(xiàn)的影響葉輪尺寸與轉(zhuǎn)速對(duì)離心泵特性曲線(xiàn)的影響 （1）葉輪外徑的影響 DDQQ2DDHH3DDNN式（2-23）稱(chēng)為泵的切削定律 （2）轉(zhuǎn)速的影響 nnQQ2nnHH3nnNN在轉(zhuǎn)速變化小于20%時(shí)，也可近似認(rèn)為葉輪出口的速度三角形、泵的效率等基本不變。 返回主題225離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 1.1.管路特性曲線(xiàn)管路特性曲線(xiàn) 管路特性曲線(xiàn)表示流體通過(guò)某一特定管路所需要的壓頭與流量的關(guān)系。 流體流過(guò)管路所需要的壓頭： fehgpZh式中 2252282BQQ

12、dllggudllheef ， gpZA 528dllgBe令 2BQAhe則 管路特性曲線(xiàn) (方程)返回主題225離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 管路特性曲線(xiàn)的特點(diǎn) 0phzg 表示的是管路流動(dòng)所需要的最小外加壓頭； 阻力平方區(qū)，與Q無(wú)關(guān)，此時(shí)管路特性系數(shù)B為常數(shù)；管路特性曲線(xiàn)為一過(guò)(0,h0)點(diǎn)的二次曲線(xiàn)； 高阻管路曲線(xiàn)陡(B大)；低阻管路曲線(xiàn)平緩(B小)。 表示管路流量Q與所需外加壓頭he間的曲線(xiàn)關(guān)系，B值與Q的單位有關(guān)；物理意義： 對(duì)于曲線(xiàn)在縱軸上截距h0 ：2ehABQ返回主題225離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 2

13、.2.離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn) 泵的特性曲線(xiàn)(HQ)與管路特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)返回主題225離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)說(shuō)明工作點(diǎn)泵的特性 與 管路的特性工作點(diǎn)確定聯(lián)解兩特性方程作圖，得兩曲線(xiàn)交點(diǎn)泵裝于管路時(shí)：工作點(diǎn) （H,Q)Q=泵供流量=管路流量Q=泵供壓頭=流體得壓頭工作點(diǎn)（Q,H,N, ） 泵的實(shí)際工作狀態(tài)，若該點(diǎn)在泵的高效區(qū)，則該工作點(diǎn)是適宜的。風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)求法與泵類(lèi)似。返回主題225離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 3.3.離心泵與通風(fēng)機(jī)的流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的流量調(diào)節(jié) 離心泵或通風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)有三

14、種途徑：1）改變離心泵或通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn)； 改變轉(zhuǎn)速，切削葉輪直徑以及采用泵的串聯(lián)或并聯(lián)。 2）改變管路的特性曲線(xiàn)； 管路特性曲線(xiàn)的改變一般通過(guò)調(diào)節(jié)管路閥門(mén)的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)。 3）同時(shí)改變離心泵（或通風(fēng)機(jī)）和管路的特性曲線(xiàn)。 返回主題225離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵與通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 例例2-1 用一離心泵輸送酒精，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=2900r/min時(shí)泵的特性曲線(xiàn)方程為，已知出口閥全開(kāi)時(shí)管路特性曲線(xiàn)方程為。兩式中Q的單位為m3/h， H、he的單位是m。問(wèn)：(1)此時(shí)的輸送量為多少？(2)若生產(chǎn)需要的酒精量為上述的80%，擬采用變速調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速如何變化？ 圖圖P109返回主題226離心泵

15、與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用 1.離心泵的汽蝕余量離心泵的汽蝕余量 z 見(jiàn)圖，液面00與泵吸入口截面11之間的垂直距離Z為離心泵的安裝高度。 Z，則p1 葉輪中心液體汽化汽泡當(dāng)p1pv,被拋向外圍壓力升高pv局部真空汽泡破裂，蒸汽凝結(jié)汽蝕現(xiàn)象周?chē)后w高速?zèng)_向汽泡中心 撞擊葉片(水錘) 葉片沖擊與腐蝕返回主題226離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用伴隨現(xiàn)象：泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音；H , Q , 嚴(yán)重時(shí)不送液；水錘沖擊和化學(xué)腐蝕，損壞葉片安裝高度 汽蝕問(wèn)題：如何確定Z的上限 泵的允許安裝高度當(dāng)泵剛發(fā)生汽蝕時(shí)，pK等于所輸送液體的飽和蒸汽壓pv，相應(yīng)地p1也將達(dá)到某

16、一最小值p1min，此時(shí)KfKvhgugpgugp1221min122返回主題226離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用上式表明：在泵剛發(fā)生汽蝕條件下，泵進(jìn)口處液體的總壓頭 比液體的飽和蒸汽壓對(duì)應(yīng)的靜壓頭高出某一定值，常將這一差值稱(chēng)為泵的最小汽蝕余量 ： gugp221min1gpvminhKfKvhgugpgugph1221min1min22為確保泵正常工作不發(fā)生汽蝕，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，將 作為允許值，稱(chēng)為允許汽蝕余量 ，此值列入泵的樣本，由離心泵廠(chǎng)向用戶(hù)提供。又稱(chēng)為凈正吸上壓頭，用（Net Positive Suction Head）表示。 )3 . 0(minhh返回主題226離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用 1.安裝高度安裝高度 最大安裝高度Zmax min) 10(12) 10(max2hhgpgphguhgpgpZfvaKfKfva 為防止汽蝕，相應(yīng)地將最大安裝高度減去0.3m作為安全量，稱(chēng)為允許安裝高度Z。 hhgpgpZfva10泵的實(shí)際安裝高度ZZ 返回主題226離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用離心泵與通風(fēng)機(jī)的安裝和選用（5）允許汽蝕余量的校正 h20清水，條件不同時(shí)要校正，校正曲線(xiàn)說(shuō)明書(shū)討論 （1）汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：安裝高度太高；被輸送流體