化工原理課件第二章

1、化工原理課件第二章化工原理電子教案/目錄2目錄目錄第二節(jié)第二節(jié) 其它類型泵其它類型泵 一、其它速度式泵一、其它速度式泵二、容積式泵二、容積式泵三、各類泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用三、各類泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用第三版第第三版第1818次印刷的教材更正次印刷的教材更正3/53第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械流體輸送機械 真真空空泵泵壓壓縮縮機機鼓鼓風(fēng)風(fēng)機機通通風(fēng)風(fēng)機機氣氣體體壓壓送送機機械械泵泵液液體體輸輸送送機機械械4/53第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械按泵的工作原理分:特點：依靠旋轉(zhuǎn)的葉片向液體傳送機械能 特點：機械內(nèi)部的工作容積不斷發(fā)生變化。 、回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式等等往往復(fù)復(fù)式式容容積積式式：

2、如如軸軸流流式式、噴噴射射式式等等、離離心心式式速速度度式式：如如泵泵5/53第一節(jié)第一節(jié) 離心泵離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理 ：、：、：、泵軸及軸封裝置泵軸及軸封裝置泵殼泵殼葉輪葉輪321底底閥閥泵泵 軸軸葉葉輪輪壓出導(dǎo)管壓出導(dǎo)管泵泵殼殼吸入導(dǎo)管吸入導(dǎo)管1、離心泵的構(gòu)造： 思考：u為什么葉片彎曲？u泵殼呈蝸殼狀？請點擊觀看動畫答案見后面的內(nèi)容6/53一、離心泵的構(gòu)造和工作原理一、離心泵的構(gòu)造和工作原理2、離心泵的工作原理請點擊觀看動畫請點擊觀看動畫思考： 流體在泵內(nèi)都獲得了哪幾種能量？ 其中哪種能量占主導(dǎo)地位？思考：泵啟動前為什么要灌滿液體氣縛現(xiàn)象答案：動能和靜壓能，其中靜壓能占主導(dǎo)7/

3、53二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能1葉輪 半半閉閉式式葉葉輪輪敞敞式式葉葉輪輪閉閉式式葉葉輪輪閉式葉輪的內(nèi)漏最小，故效率最高，敞式葉輪的內(nèi)漏最大。但敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象請點擊觀看動畫思考：三種葉輪中哪一種效率高？葉輪是離心泵的心臟部件，有2 至6 片彎曲的葉片。 8/53二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能思考：泵殼的主要作用是什么？2泵殼匯集液體，并導(dǎo)出液體；能量轉(zhuǎn)換裝置（動能變靜壓能）呈蝸牛殼狀 思考：為什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反？3導(dǎo)輪請點擊觀看動畫答案見后面的內(nèi)容固定不動 9/53二離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能二離心

4、泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能4. 軸封裝置軸封裝置 機械密封機械密封填料密封填料密封填料如浸油或滲涂石墨的石棉帶、碳纖維、氟纖維和膨脹石墨等，請點擊觀看動畫-減少泵內(nèi)高壓液體外流，或防止空氣侵入泵內(nèi)。由兩個光滑而密切貼合的金屬環(huán)形面構(gòu)成，動環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動，靜環(huán)裝在泵殼上固定不動，二者在泵運轉(zhuǎn)時保持緊貼狀態(tài)以防止?jié)B漏。填料不能壓得過緊，也不能壓得過松，應(yīng)以壓蓋調(diào)節(jié)到有液體成滴狀向外滲透。請點擊觀看動畫 對于輸送酸、堿的離心泵，密封要求比較嚴(yán)，多用機械密封。10/53三離心泵的主要性能參數(shù)三離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù) 允許汽蝕余量允許汽蝕余量軸功率和效率軸功率和效率壓頭壓頭

5、流量流量轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速銘牌11/53三離心泵的主要性能參數(shù)三離心泵的主要性能參數(shù)v轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速H，又稱揚程，泵對單位重量流體提供的有效能量，m?？捎萌鐖D裝置測量。Q，泵單位時間實際輸出的液體量，m3/s或m3/h?？蓽y量。 流量計 真空表 壓力表 h0 c b Hgugpbb22 fcchhgugp 022 gppHbc gppbc )()(真真表表 n，單位或在泵進(jìn)口b 、泵出口 c 間列機械能衡算式： 允許汽蝕余量允許汽蝕余量軸功率和效率軸功率和效率壓頭壓頭流量流量轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速v流量v壓頭12/53三離心泵的主要性能參數(shù)三離心泵的主要性能參數(shù) 多多，且且葉葉片片厚厚度度不不計計。葉葉輪輪的的葉葉片片數(shù)數(shù)

6、目目為為無無窮窮流流體體為為理理想想流流體體)2()1(理論壓頭理論壓頭-理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為 理論壓頭，用理論壓頭，用H H 表示。表示。由由(1) 液液體體在在泵泵內(nèi)內(nèi)無無摩摩擦擦阻阻力力損損失失由由( (2 2) ) 流流體體與與葉葉片片的的相相對對運運動動的的運運動動軌軌跡跡 可可視視為為與與葉葉片片形形狀狀相相同同。 泵的壓頭H與影響因素的關(guān)系式只能由實驗測定，但理想情況下的關(guān)系式則可理論推導(dǎo)得到。 思考：由（1）、（2）可以得出什么結(jié)果？13/53實際壓頭實際壓頭H實際壓頭比理論壓頭要小。具體原因如下：實際壓頭比理論壓頭要小。

7、具體原因如下： 此損失只與葉片數(shù)、液體黏度等有關(guān)，與流量幾乎無關(guān)。（1）葉片間的環(huán)流運動請點擊觀看動畫 考慮這一因素后，圖中理論壓頭線a變?yōu)橹本€b 。 b14/53實際壓頭實際壓頭H（2）阻力損失 考慮到這項損失后，壓頭線變?yōu)榍€c 。 此損失可近似視為與流速的平方呈正比。bc15/53實際壓頭實際壓頭H（3）沖擊損失 在設(shè)計流量下，此項損失最小。流量若偏離設(shè)計量越遠(yuǎn)，則沖擊損失越大。設(shè)計流量 w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1bcd 考慮到這項損失后，壓頭線應(yīng)為曲線d。 16/53三離心泵的主要性能參數(shù)三離心泵的主要性能參數(shù)v軸功率和效率軸功率和效率 允許汽蝕余量允許汽蝕

8、余量軸功率和效率軸功率和效率壓頭壓頭流量流量轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速軸功率， 用N表示，單位W 或kW NNe NgHQ 電電機機 泵泵 電功率電N電 出 傳傳傳電電出出 NNNNe電電電電出出電電功功率率 N NNe效率，無量綱有效功率Ne=msweQgH，單位W 或kW 三者關(guān)系（如圖）：17/53三離心泵的主要性能參數(shù)三離心泵的主要性能參數(shù)v軸功率和效率軸功率和效率 允許汽蝕余量允許汽蝕余量軸功率和效率軸功率和效率壓頭壓頭流量流量轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速NNe機 械損失容 積損失水 力損失小型水泵：一般為5070% 大型泵：可達(dá)90%以上（1）容積損失 （2）水力損失（3）機械損失內(nèi)漏與效率有關(guān)的各種能量損失：環(huán)流損失

9、、阻力損失和沖擊損失 泵軸與軸承、密封圈等機械部件之間的摩擦18/53三離心泵的主要性能參數(shù)三離心泵的主要性能參數(shù) 允許汽蝕余量允許汽蝕余量軸功率和效率軸功率和效率壓頭壓頭流量流量轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速允許汽蝕余量將在后面介紹。19/53四離心泵的特性曲線四離心泵的特性曲線NQ曲線曲線 Q曲線曲線 測定條件： 固定轉(zhuǎn)速， 20C清水 上述這些主要性能參數(shù)間的關(guān)系無法理論推得，一般由廠家測定，并用曲線表示出來，稱為離心泵特性曲線。常用的共有三條線，如圖。 駝峰型駝峰型陡降型陡降型平坦型平坦型HQ曲線20/53四離心泵的特性曲線四離心泵的特性曲線設(shè)計點2高高效效區(qū)區(qū)最高效率58區(qū)域為泵高效區(qū)由圖可見： Q，H

10、，N，有最大值（設(shè)計點）。思考：離心泵啟動時出口閥門應(yīng)關(guān)閉還是打開，why？為什么Q0時，N0？21/53離心泵特性曲線的影響因素離心泵特性曲線的影響因素v液體性質(zhì) 密度:黏度:Why？ gctgbQrgctgbrQuuH222222222222 當(dāng)比20清水的大時，H，N， 實驗表明，當(dāng)20倍清水的黏度（ 20 ）時，對特性曲線的影響很小，可忽略不計。對HQ曲線、Q曲線無影響，但 gHQN 故，NQ曲線上移。22/53離心泵特性曲線的影響因素離心泵特性曲線的影響因素v 葉輪轉(zhuǎn)速 當(dāng)轉(zhuǎn)速變化不大時（小于20%），利用出口速度三角形相似的近似假定，可推知：2 nnHHnnQQ3 nnNN若不變，

11、則 NNe NgHQ 比例定律思考：若泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程為H=A+BQ2，則新轉(zhuǎn)速n下泵的特性曲線方程表達(dá)式？23/53離心泵特性曲線的影響因素離心泵特性曲線的影響因素HnnHQnnQ 2222QnnBAHnn 22QBnnAH H n 0 Qn 2BQAH 泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程轉(zhuǎn)速增大24/53離心泵特性曲線的影響因素離心泵特性曲線的影響因素22222 DDHHDDQQ322 DDNN切割定律v 葉輪直徑當(dāng)葉輪直徑因切割而變小時，若變化程度小于20%，則若不變，則思考：若泵在原葉輪直徑下的特性曲線方程為H=A+BQ2，則葉輪切割后泵的特性曲線方程表達(dá)式？注意：教材式（2-1

12、5）、（2-16c）有誤25/53五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)泵泵-供方供方管路管路-需方需方 H泵的特性曲線 Q 工工作作點點匹配：1、管路特性曲線泵提供的流量 = 管路所需的流量泵提供的壓頭H = 管路所需的壓頭he-管路所需壓頭he與流量關(guān)系曲線對如圖所示的管路列機械能衡算式：26/53五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)H泵的特性曲線 Qfehgugpzh 22 252282Qgdlelgudlelhf QfA 2BQAhe A 工工作作點點管路特性方程完全湍流時，與流量無關(guān)與流量有關(guān)27/53五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)五、離心泵的工作

13、點與流量調(diào)節(jié)H泵的特性曲線 Q 改改變變泵泵的的特特性性曲曲線線改改變變管管路路特特性性曲曲線線2、流量調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)閥門（改變曲線中的B）改變n、切割葉輪 2252282BQAQgdlelgugpzhe 閥門開大閥門關(guān)小工作點兩種方法缺點：多耗動力，并可能使泵低效率區(qū)工作優(yōu)點：迅速、方便，可在某一最大流量與零之間隨意變動。 不經(jīng)常改變流量時用，大中型泵的流量調(diào)節(jié)傾向于首先考慮采用這一技術(shù) 28/53習(xí)題課習(xí)題課 操操作作型型設(shè)設(shè)計計型型-根據(jù)流量、壓頭選泵 將流量、壓頭裕量控制在10%左右。maxmax) 1 . 105. 1 ()15. 11 . 1 (HHQQ29/53設(shè)計型問題計算舉例設(shè)計

14、型問題計算舉例【例1】 要用泵將水送到15 m高之處，最大流量為80 m3h-1。此流量下管路的壓頭損失為3 m。試在IS 型泵中，選定合用的一個。【解】題中已給出最大流量為： Q=80 m3h-1mhgpuzhfe18301522 取he的1.051.1倍則為18.919.8m。查圖2-18得：IS100-80-125，n2900 rmin-1另：IS125-100-250，n1450 rmin-1泵雖同樣合用，但泵體較大，一般情況下都選前者。 30/53操作型問題計算舉例操作型問題計算舉例 201. 030VH 204. 010Vhe ehH mhhmVe26203 （20，26）【例2】

15、某離心泵工作轉(zhuǎn)速為n=2900r.p.m.（轉(zhuǎn)/min），其特性曲線方程為H=300.01V2 。當(dāng)泵的出口閥全開時，管路特性曲線方程為he=100.04V2，式中V的單位為m3/h，H及he的單位均為m。求：（1）閥全開時，泵的輸水量為多少？（2）要求所需供水量為上述供水量的75%時： a若采用出口閥調(diào)節(jié)，則多損失的壓頭為多少m水柱？ b若采用變速調(diào)節(jié)，則泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少r.p.m.？ 【解】 （1）31/53hmV315%7520 mVH75.271501. 03001. 03022 mhe191504. 0102 m75. 81975.27 多多損損失失（20，26）（15，19）（15

16、， 27.75） 2015Hhe(2)多損失的壓頭為多少m水柱？ a. 采用調(diào)節(jié)出口閥門的方法多損失的201. 030VH 204. 010Vhe 泵特性曲線方程管路特性曲線方程32/53201. 030VH 204. 010Vhe 泵特性曲線方程管路特性曲線方程hmV315%7520 mhe191504. 0102 （20，26）（15，19）22201. 030VnnHnn 221501. 029003019 n.2441mprn b. 采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，則泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少r.p.m.？ 2015注意：以下解法錯誤!mprnVVn.2175290075. 0 新轉(zhuǎn)速下泵的特性曲線方程為：

17、 因為比例定律只適用于泵，而不能用于由泵和管路特性曲線共同決定的工作點（管路特性曲線過坐標(biāo)原點時除外）。he33/53六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度ZS1、什么是安裝高度？ 泵軸與吸液方液面間的垂直高度，稱為安裝高度，用ZS表示?？烧韶?fù)。思考：安裝高度為什么受限制？ 34/53六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度ZS思考：安裝高度為什么受限制？ 為避免汽蝕現(xiàn)象，安裝高度必須加以限制，即存在最大安裝高度ZS,max。汽蝕現(xiàn)象： 葉片背面 當(dāng)pkpv 時，K處發(fā)生部分汽化現(xiàn)象。 葉片表面產(chǎn)生蜂窩狀腐蝕 ；泵體震動，并發(fā)出噪音；流量、壓頭、效率都明顯下降；嚴(yán)重時甚至吸不上液體。35/

18、53六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度ZS2、最大安裝高度ZS,max和允許汽蝕余量h允許esfeesshgugpzgp 22 min,max,esfeesshgugpgpz 22 min,max, 剛好發(fā)生汽蝕時， pkpv， pe達(dá)到最小值pe,min。在s-s面、e-e面間列機械能衡算：esfeeshgpgugpgpp 22min,最小汽蝕余量又稱最小凈正吸上高度（NPSH，Net Positive Suction Head） 36/53六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度ZSgpgugphee 22min,min令令esfsshhgppz minmax, 于于是是3 . 0m

19、in hh允允許許一般規(guī)定，允許汽蝕余量h允許是泵的特性參數(shù)之一，由廠家測定。 esfsshhgppz 允允許許允允許許相相應(yīng)應(yīng)地地，允允許許安安裝裝高高度度 hmin的實驗測定：用20清水測定。以泵的揚程較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標(biāo)志，測定泵剛好發(fā)生汽蝕時的pe即可。-最小汽蝕余量實際的安裝高度還應(yīng)比允許值低0.51m。37/53六、離心泵的安裝高度六、離心泵的安裝高度ZS當(dāng)輸送條件與測定條件不同時，則要對h允許值進(jìn)行校正。求校正系數(shù)的曲線載于泵的說明書中。校正系數(shù)常小于1，故為簡便計，也可不校正，而將其視為外加的安全因數(shù)。h允許的校正：38/53七、離心泵的類型、選用、安裝與操作七、離

20、心泵的類型、選用、安裝與操作 冷凝水泵冷凝水泵鍋爐給水泵鍋爐給水泵雜質(zhì)泵雜質(zhì)泵耐腐蝕泵耐腐蝕泵油泵油泵清水泵清水泵按用途分按用途分 雙雙吸吸泵泵單單吸吸泵泵按按吸吸入入方方式式分分 多多級級泵泵單單級級泵泵按按葉葉輪輪級級數(shù)數(shù)分分 立式立式臥式臥式按轉(zhuǎn)軸的位置分按轉(zhuǎn)軸的位置分類型：不下百種 請點擊觀看動畫39/53七、離心泵的類型、選用、安裝與操作七、離心泵的類型、選用、安裝與操作 設(shè)計點 Q高效區(qū)選用原則： 定類型-根據(jù)流體性質(zhì)及操作條件 定規(guī)格-根據(jù)流量、壓頭大小，高效返回目錄40/53第二節(jié)第二節(jié) 其它類型泵其它類型泵 齒輪泵、螺桿泵等齒輪泵、螺桿泵等、隔膜泵、計量泵、隔膜泵、計量泵、往

21、復(fù)式往復(fù)式容積式：如容積式：如旋渦泵旋渦泵軸流式、噴射式、軸流式、噴射式、離心式離心式速度式：如速度式：如一、其它速度式泵41/53第二節(jié)第二節(jié) 其它類型泵其它類型泵二、容積式泵1、往復(fù)泵工作原理：與離心泵比較：結(jié)構(gòu)： 泵缸、活塞、閥門、傳動機構(gòu) 利用容積的變化給流體加靜壓能 工作循環(huán)：一次吸液，一次排液 單缸單動泵 H 0 Q-具有自吸能力，不必灌液 -安裝高度也受限制，但無汽蝕現(xiàn)象v啟動前是否需要灌液？v安裝高度是否有限制？v流量Q與壓頭H關(guān)系？-流量與壓頭幾乎無關(guān) 由于受泵的部件機械強度和原動機功率的限制，泵的揚程不可能無限增大。 壓頭越大，漏損越大.請點擊觀看動畫42/531 1、往復(fù)

22、泵、往復(fù)泵與離心泵比較： 數(shù)數(shù)改改變變活活塞塞行行程程或或往往復(fù)復(fù)次次旁旁路路調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)流流量量調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方法法旁路 H 0 Q 單缸單動泵v輸液量均勻性？連續(xù)性？v流量調(diào)節(jié)方法？-輸液量不均勻、不連續(xù) -流量調(diào)節(jié)不可用出口閥門調(diào)節(jié)方法。 v適用于小流量、高壓頭的情況下輸送高粘度的液體。v效率高，通常為7293%。 請點擊觀看動畫43/53 齒輪泵、螺桿泵等齒輪泵、螺桿泵等、隔膜泵、計量泵、隔膜泵、計量泵、往復(fù)式往復(fù)式容積式：如容積式：如旋渦泵旋渦泵軸流式、噴射式、軸流式、噴射式、離心式離心式速度式：如速度式：如2、其他容積式泵：44/53三、各類泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用請點擊觀看動畫 離心泵應(yīng)用范

23、圍最廣。特別適用于化工生產(chǎn)的原因是它的流量均勻而易于調(diào)節(jié)，又能輸送有腐蝕性、含懸浮物的液體。 往復(fù)泵只宜在壓頭高、流量也較大的情況下使用。返回目錄45/53第二章第二章 小結(jié)小結(jié)設(shè)計型、操作性問題計算46/53第二章第二章 小結(jié)小結(jié)47/5348/53【例例3】在圖示實驗裝置上，采用在圖示實驗裝置上，采用20的清水于常壓條件下對離心泵進(jìn)行的清水于常壓條件下對離心泵進(jìn)行測定，試驗中的一組測試結(jié)果如下測定，試驗中的一組測試結(jié)果如下： 泵 入 口 處 真 空 表 度 數(shù) 為泵 入 口 處 真 空 表 度 數(shù) 為540mmHg，泵出口處壓力表讀數(shù)為，泵出口處壓力表讀數(shù)為258kPa，兩測壓表之間的垂直距離，兩測壓表之間的垂直距離為為0.4m，泵的吸入管內(nèi)徑，泵的吸入管內(nèi)徑80mm；