化工原理(清華大學(xué))第二章流體輸送機(jī)械

1、23第二章流體輸送機(jī)械KeyKey wordswords :Fluid-Movi ng, Mach in ery, Cen trifugal pumps, Positive displaceme nt pumps,Theoritical head,Actual head第一節(jié)概述流體輸送機(jī)械：給流體增加機(jī)械能的設(shè)備機(jī)械能使液體Pr 轉(zhuǎn)換為其它形式Iu2/2克服磨擦阻力輸送對(duì)象液體T泵I氣體T壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、通氣機(jī) 工作原理動(dòng)力式（葉輪式）離心式、軸流式円容積式（正位移式）、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式 匚其它形式T噴射式第二節(jié)離心泵一、 工作原理和主要構(gòu)件1、原理 1）汲入管注滿水J 2）給液體以動(dòng)能、靜壓

2、能1520m/s流道擴(kuò)大p管路-3）葉輪中心形成真空popa氣縛：氣體：刁、離心力作用小、不足以吸入。2、主要構(gòu)件開(kāi)式加速，pf葉輪 半開(kāi)式沿葉片間隙，pfI閉式泵殼T封閉葉輪I排出汲入液體，轉(zhuǎn)換能量（避免阻力損失，導(dǎo)向葉輪）軸密封：填料密封、機(jī)械密封二、 離心泵基本方程從理論上分析離心泵中液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況，獲得離心泵壓頭和流量關(guān)系。1、基本方程的導(dǎo)出：假設(shè)1）葉片無(wú)限多，液體完全Y沿葉片彎曲表面流動(dòng)J 2） 4= 0，理想液體，無(wú)磨擦阻力損失u1,u2隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度；確定安裝位置掌握要求基本原理Y 主要結(jié)構(gòu)I性能參數(shù)選擇、計(jì)算功率24Wl,W2沿葉片運(yùn)動(dòng)速度；C1,C2合速度 泵給單位重量

3、液體的機(jī)械能（m）對(duì)于進(jìn)出口（Z不考慮）2 2HT =Pl P1-C2c1= Hp（靜） Hc（動(dòng)）Pg2gHp靜壓能f離心力作功t流道擴(kuò)大動(dòng)能T靜壓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般設(shè)計(jì)中為提高理論壓頭，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二丄億)_色ctg：-g2二b-g泵一定：r2,b-,：2定，HT= A-BQ2、討論-流速過(guò)大，沖擊損失大（前彎片）3、理論壓頭與實(shí)際壓頭 葉片間環(huán)流（并非無(wú)限多）u2,C2比實(shí)際小磨擦損失Friction與u-成正比。r2r22nFd.J-dr(r；ri2 2WiM2HT2 2 2 2U2-UiWi- W22g 2g2 2C2 C12g后彎片：ctg鶴0(及90徑向片：ctg及=0(及=90前彎片：ctg及90后彎：J靜壓能比例fQTf,HTJ,HT與QT無(wú)關(guān),QTT. HTfooo),)25沖擊損失-

5、2：設(shè)計(jì)值三、 離心泵的主要性能參數(shù)：1、 流量m2/h ,與轉(zhuǎn)速、尺寸、結(jié)構(gòu)有關(guān)2、壓頭H丄z _ p /為H f揚(yáng)程-L z，提供有效能量3、效率泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)功并非全部轉(zhuǎn)換為液體能量1容積損失：回漏，平衡孔0.850.952水力損失：磨擦，邊界層0.8 0.93機(jī)械損失：Ne/N=有效功率/軸功率軸功率：N=QH；-g/或N=QH：7102 （kw）四、 離心泵的特性曲線及影響因素。1、特性曲線：1QfHf2QfNf開(kāi)啟時(shí)關(guān)出口閥Qf有最大值2、影響因素:1）密度:Q=2二2b2Sin、遼與詵關(guān)H=U2C2COS：2/g與J無(wú)關(guān)離心力f、pf,除以；-g，壓頭不變液柱2）粘度:f,流體阻力f,

6、HQ下降急劇最高效率點(diǎn)處：Q,H,NQ二CQQ,H二CHH,= C3）葉輪轉(zhuǎn)速：條件：轉(zhuǎn)速變化不大速度相似，不變（速度變化小于2%）QT2二血玄in：2c2u2nQT2兀ab2C2Si門色C2氏n相似：222 2HTU2C2COS：2u2n2 2HTU2C2COS-R U2n若 不變：N7N二n3/n3（比例定律）4）葉輪外徑：相似，相同，出口截面不變：二r2b2二二r2b）2QT_ 2二sin：26 u2r2D2 2 QT2- r2b2C2Sin：2C2U2aD22 2HTu2c2cos=2u2D2-= 2HTU2C2COS2U2D2若 不變：N7N二D23/D；（切割定律）265）若直徑與

7、其它尺寸變化相應(yīng)變化。葉輪直徑D與出口寬度b2比例固定。二Db2D227H=（D）2,（N）=（D）5需要知道Hs,這與輸送液體性質(zhì)，當(dāng)?shù)卮髿鈮海℉a）有關(guān)。銘牌：20C清水、Ha=10m水柱4、氣蝕余量：入口處?kù)o壓頭+動(dòng)壓頭，大于飽和蒸氣壓頭Pv/-g的某個(gè)最小值。泵性能表的h是20C清水測(cè)定，輸送其它液體一般安裝高度v允許吸上高度，減少0.51m.。當(dāng)輸送Tf,吸上高度小，甚至出現(xiàn)負(fù)值。=泵安裝儲(chǔ)槽液位下。六、離心泵工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)：1、管路特性曲線：五、離心泵吸上高度:1、氣蝕現(xiàn)象：當(dāng)P1處達(dá)到相應(yīng)溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象T沖擊壓力幾百個(gè)大氣壓Pmin臨界值：Pv頻率幾萬(wàn)次/

8、秒2、 允許吸上真空度：Pmin很難測(cè)定，一般以入口壓強(qiáng)Pi代替。填充空穴。HS= （P。- Pi） /g HS:代表1處的真空度（m液柱）3、允許吸上高度:入口到儲(chǔ)槽液面的最大垂直距離:Hg2Po- PiUg 2g（允許安裝高度）(Po-Pi)/ EgHSHS-擊-。241000 FP1g2gHgPoPv;?g;?g沸點(diǎn)低Hf28=f | Re = f Q . Hf= f QH = Xf QPgi丿2、離心泵的工作點(diǎn)：管路需要壓頭=泵對(duì)液體提供壓頭。3、流量調(diào)節(jié):改變管路特性曲線改變泵特性曲線-并聯(lián)，串聯(lián)低阻抗管路：并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)高阻抗管路：串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)七、泵的選用:1、選泵：液體性質(zhì)、操作條

9、件T選類型壓頭流量-選尺寸，型號(hào)2、安裝與運(yùn)行：安裝高度（吸入管不小于泵入口）Y啟動(dòng)前充滿液體，關(guān)出口閥 |運(yùn)行檢查，軸承 關(guān)出口閥（停車）第三節(jié)其它類型泵一、往復(fù)泵：活塞活塞桿沖程S:活塞移距離基本結(jié)構(gòu)及原理 V泵缸活門3 聯(lián)動(dòng)裝置與離心泵：1、Q與H無(wú)關(guān)。Q=As n（單動(dòng)）Q=(2Aa)s n(雙動(dòng))2、 壓頭與機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)3、*吸上高度有限、*（自吸）4、 開(kāi)動(dòng)時(shí)閥打開(kāi)N=QH :g 5、旁路調(diào)節(jié)詈Hf f2g丿82Hg 轉(zhuǎn)速29二、 計(jì)量泵與隔膜泵：三、 旋轉(zhuǎn)泵，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)吸入排出液體四、 旋渦泵：特殊離心泵。-吸入口與排出口相對(duì)吸入腔與排出腔間隔開(kāi)-齒轉(zhuǎn)泵螺桿泵Q與H無(wú)關(guān)第四節(jié)氣體輸

10、送和壓縮設(shè)備特點(diǎn)：可壓縮，V,T有變化VS大約是u=1525m/s通氣機(jī)：p2/pi= 11.15鼓風(fēng)機(jī)：p2/pi 4一、離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)：離心通風(fēng)機(jī)：低100mmH2O; 中100-300mmH20;高300-1500mmH2。特點(diǎn)：矩形通道，葉片短而多，直、后、前性能與特性曲線：2風(fēng)量：m / h通過(guò)進(jìn)風(fēng)口的體積流率，氣體體積（以進(jìn)口處狀態(tài)計(jì)）332風(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積氣體（m ）獲得能量。J/mTN/mmmH2OHst = P2- P1靜風(fēng)壓2u2c HT=P2- P122U2 r全風(fēng)壓，丄:2動(dòng)風(fēng)壓與氣體有關(guān)。按20C,760mm Hg為標(biāo)況。o=1.2kg/m31 2HT=HT

11、計(jì)算出標(biāo)況查算圖。功率：N =HTQ/1000 (kw)同一狀況下的HT,Q, PH同樣可以折算N二NN實(shí)際功率1.2選用：氣體性質(zhì)，風(fēng)量范圍、往復(fù)壓縮機(jī)：1、工作原理及理想循環(huán)廠理想氣體 假設(shè)缸內(nèi)阻力不計(jì) 無(wú)泄漏1全部排凈3031如圖：壓縮階段v2-.viPdv壓出階段P2V2吸入階段-PiV2Ws = _ V2pdv：=pv =vdp MLP1等溫：Ws= PiWln（ P2/ Pi）多變：kT m2、余隙及其影響(有余隙的理想氣體循環(huán))1-2壓縮階段2-3壓出階段3-4余隙氣體膨脹余隙系數(shù)：，掃過(guò)體積Jit100%ViV3（P2/Pi）1/m店）1/m _ IVi-V3u-V3-一o與,

12、P2/P1有關(guān)，P2/P1高到某程度，-o可為03、多級(jí)壓縮：避免壓縮比太高，T一 減少功耗提高各級(jí)容積系數(shù)-設(shè)備材質(zhì)級(jí)數(shù)越多，越接近等溫過(guò)程。級(jí)間壓力確定：KKJKK -4Ws沁1Ws2 PiVi(衛(wèi))卞-1) PiVi(CPg) -1)K -1PiK -1Pi冷卻到原溫度：PiVi= PiVi絕執(zhí):ki_八、 、WskLPiVi容積系數(shù):一次吸入體積掃過(guò)體積Vi-V3多變壓縮時(shí):R =_P2Pl PK132令dws/dPi= 0,求出：Pi= J PiP2334、壓縮機(jī)的主要參數(shù)排氣量：?jiǎn)挝粫r(shí)間排出氣量（吸入狀態(tài)計(jì)）vmin（理）=Asn 二（2A-a）sn頭際：Vmin(實(shí))=dV(理)

13、=(80.95 o)Vmin余隙阻力，p吸入-p排出，T缸-T#（膨脹）絕熱功率：KK ANP1Vm，K_1(P；)K-1)/60N =Na/a a770.95、分類及選用。D2D2 3 3 討論題對(duì)于往復(fù)泵：Q不變，P1=13KPa（真空）,P2=0.33MPa（表）對(duì)于離心泵：Q變小，p113KPa（真空）,絕壓,p2，但0.33MPaD2D2 4 4(1) Ne=QH：?g相同(2)閥2開(kāi)大離心泵， 往復(fù)泵，Q,NeQ不變，Ne 2（3）閥2開(kāi)度不變、打開(kāi)離心泵往復(fù)泵Q入口，N,Q出口 -Q入口不變，,Q出也推到n級(jí):Pi1P2P3P2-=-=-PlPlP2Pin JK唄n二上我唔嚴(yán)一D

14、w：吸入氣體體積34各類化工用泵的比較類型非正位移泵正位移泵離心泵軸流泵旋渦泵往復(fù)泵旋轉(zhuǎn)泵流量均勻性均勻均勻均勻不均勻尚可恒定性隨管路特性而變恒定恒定范圍廣，易達(dá)大流量大流量小流量較小流量小流量壓頭不易達(dá)到高壓頭壓頭低壓頭較咼高壓頭較咼壓頭效率稍低、愈偏離額定 值愈小稍低、咼效區(qū)窄低高較高操作流 量 調(diào) 節(jié)小輻度調(diào)節(jié)用出口閥、簡(jiǎn)便；大泵大 輻度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 速或切削葉輪直徑小輻度調(diào)節(jié) 用旁路閥；有 些泵可以調(diào) 節(jié)葉片角度用旁路調(diào)節(jié)小輻度調(diào)節(jié) 用旁路閥；大 輻度調(diào)節(jié)可 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、行 程等用旁路調(diào)節(jié)自吸作用一般沒(méi)有沒(méi)有部分型號(hào)有自 吸能力有有啟動(dòng)出口閥關(guān)閉出口閥全開(kāi)出口閥全開(kāi)出口閥全開(kāi)出口閥全開(kāi)維

15、修簡(jiǎn)便簡(jiǎn)便簡(jiǎn)便:麻煩較簡(jiǎn)便結(jié)構(gòu)與造價(jià)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，加工要求稍咼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，振動(dòng)大，體積龐大，造價(jià)高結(jié)構(gòu)緊湊，加工要求咼流量，壓頭適用范 圍廣，尤其適用于 較低壓頭，大流量。 除高粘度物料不太 合適外，可輸送各 種物料特別適宜于 大流量，低壓 頭高壓頭，小流量的清潔液體適宜于流量 不大的高壓 頭輸送任務(wù)；輸送懸濁液 要用特殊結(jié) 構(gòu)的隔膜泵適用于小流量較咼壓頭的輸送， 對(duì) 高粘度液體 較合適特 性 曲 線35幾種氣體輸送和壓縮裝置100mmHg（絕）充當(dāng)壓氣機(jī)時(shí)：1 kgf/cm2（表）水環(huán)呈液封，葉輪處殼內(nèi)偏心，與水封組成小室由小大,由大小進(jìn)行吸氣、排氣，轉(zhuǎn)動(dòng)部分無(wú)機(jī)械損失，壽命

16、長(zhǎng)但效率低（溫 度不能過(guò)高）。類型M心轉(zhuǎn)往復(fù)式風(fēng)量離心通風(fēng)機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī);離心壓縮機(jī)羅茨鼓風(fēng)機(jī)液環(huán)壓縮機(jī)往復(fù)壓縮機(jī)均勻取決于它的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速正比于轉(zhuǎn)速，n疋時(shí)風(fēng)量 不變（風(fēng)量較 大23500m /min）均勻，風(fēng)量較大脈動(dòng)（需加貯氣 罐）低：10 m3/min中：10-30m3/min高：30 m /min風(fēng)表壓壓?jiǎn)渭?jí)1500mm H20低100mm H20中100300mmH20高3001500mmH20多級(jí)23kgf/cm20.8kgf/cm2以內(nèi)，在0.4kgf/cm2附近效率最 高256 kgf/cm ,在1.5-1.8 kgf/cm2時(shí)效率最高。低：10 kgf/cm2中：10-100kgf/cm2高:100-1000kgf/cm2結(jié) 構(gòu) 特 占八、葉片多而短、平直、 彎曲均有，低中壓機(jī) 殼斷面方形，高壓為 園形多級(jí)葉輪直徑