化工原理第二章流體輸送機械

第二章流體輸送機械第一節(jié)概述第二節(jié)離心泵第三節(jié)其它類型泵第四節(jié)氣體輸送和壓縮設備當前1頁，總共93頁。流體輸送機械：給流體增加機械能的設備機械能使液體p轉換為其它形式u2/2克服磨擦阻力液體→泵輸送對象氣體→壓縮機、鼓風機、通氣機當前2頁，總共93頁。工作原理動力式（葉輪式）－離心式、軸流式容積式（正位移式）－往復式、旋轉式其它形式→噴射式掌握要求基本原理主要結構選擇泵、計算功率性能參數確定安裝位置當前3頁，總共93頁。第二節(jié)離心泵離心泵的外觀當前4頁，總共93頁。一主要部件和工作原理（1）葉輪—葉片（+蓋板）當前5頁，總共93頁。4-8個葉片（前彎、后彎，徑向）液體通道前蓋板、后蓋板，無蓋板閉式葉輪半開式開式（2）泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪截面積逐漸擴大的蝸牛殼形通道液體入口——中心液體出口——切線（3）泵軸：垂直葉輪面葉輪中心。當前6頁，總共93頁。離心泵裝置簡圖當前7頁，總共93頁。2．離心泵的工作原理（1）原動機——軸——葉輪，旋轉離心力葉片間液體中心外圍——液體被做功動能高速離開葉輪當前8頁，總共93頁。（2）泵殼：液體的匯集與能量的轉換（動靜）（3）吸上原理與氣縛現象葉輪中心低壓的形成——液體高速離開p泵內有氣，則泵入口壓力液體不能吸上——氣縛啟動前灌泵（4）軸封的作用（5）平衡孔的作用——消除軸向推力當前9頁，總共93頁。（6）導輪的作用——減少能量損失當前10頁，總共93頁。二離心泵的性能參數與特性曲線離心泵的理論壓頭r—葉輪半徑；—葉輪旋轉角速度；qv—泵的體積流量；b—葉片寬度；—葉片裝置角?！x心泵基本方程葉片無限多，液體完全沿葉片彎曲表面流動＝0，理想液體，無磨擦阻力損失當前11頁，總共93頁。當前12頁，總共93頁。說明：（1）裝置角：>90度—前彎葉片<90度—后彎~流動能量損失小=90度—徑向葉片（2）后彎葉片，ctg>0b、r、,則Hqv

，則H（線性規(guī)律）（3）理論壓頭H與流體的性質無關（4）H與H的差距—葉片間環(huán)流；阻力損失；沖擊損失當前13頁，總共93頁。1．離心泵的主要性能參數（1）(葉輪)轉速n：1000~3000rpm；2900rpm常見（2）(體積)流量qvm3/h，葉輪結構、尺寸和轉速（3）壓頭（揚程）H：1N流體通過泵獲得的機械能。J/N,m

，葉輪結構、尺寸和n有關。Hz當前14頁，總共93頁。（4）軸功率P：有效功率Pe泵軸轉動功并非全部轉換為液體能量①容積損失：回漏，平衡孔0.85~0.95②水力損失：磨擦，邊界層0.8~0.9③機械損失;有效功率/軸功率0.96~0.99

軸功率P：單位時間原動機輸入泵軸的能量有效功率Pe：單位時間內液體從泵中葉輪獲得的有效能量。Pe=qvρgH當前15頁，總共93頁。（5）效率：=Pe/P<100%容積損失，水力損失，機械損失2．離心泵的性能曲線H~qvP~qv~qv廠家實驗測定產品說明書20C清水當前16頁，總共93頁。離心泵特性曲線當前17頁，總共93頁。說明：①H~qv曲線，qv，H。qv很小時可能例外②P~qv曲線：

qv，P。大流量大電機關閉出口閥啟動泵，啟動電流最?、踾qv曲線

：小qv

，；大qv，

。max泵的銘牌~與max對應的性能參數選型時max當前18頁，總共93頁。3．離心泵特性的影響因素

（1）流體的性質：

密度：,(P、Pe)

（H，qv，）與無關；粘度：，（H，qv，）;P工作流體~20℃水差別大參數和曲線變化（2）轉速——比例定律當前19頁，總共93頁?！猲20%以內(3)葉輪直徑——切割定律——D-5%以內三離心泵的工作點和流量調節(jié)問題：工作時，qv,H,P,=?1.管路特性曲線當前20頁，總共93頁。外加壓頭qv

，Hf，H

H

~qv——管路特性(方程)管路流量~所需外加壓頭管路壓頭損失管路&流體一定qv令當前21頁，總共93頁。于是——管路特性方程(曲線)說明：①曲線在H軸上截距；管路所需最小外加壓頭②阻力平方區(qū)，

與qv無關，并忽略動能差其中③高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。管路特性系數當前22頁，總共93頁。2．離心泵的工作點——泵的H~qv與管路的H~qv曲線的交點當前23頁，總共93頁。說明①工作點泵的特性&管路的特性工作點確定：聯解兩特性方程作圖，兩曲線交點②泵裝于管路工作點~（H,qv)qv=泵供流量=管得流量qv=泵供壓頭=流體得壓頭③工作點~（qv,H,P,

）

~泵的實際工作狀態(tài)當前24頁，總共93頁。例題2-1在內徑為150mm，長度為280m的管路系統(tǒng)中，用離心泵輸送清水。已知該管路局部摩擦阻力損失的當量長度為85m，摩擦系數可取為0.03。離心泵曲線如圖所示。若為20m（水柱），試求離心泵的工作點。當前25頁，總共93頁。3．離心泵的流量調節(jié)

改變流量改變泵的特性改變工作點改變管路特性（1）改變出口閥開度~管路特性關小出口閥leH，qv管特線變陡工作點左上移開大出口閥leH，qv管特線變緩工作點右下移當前26頁，總共93頁。n泵H~qv曲線上移工作點右上移，H，qv（2）改變葉輪轉速~改變泵的特性當前27頁，總共93頁。例2-2某輸水管路系統(tǒng)中，離心泵在轉速為n=2900r/min時的特性曲線方程為H=25-5qv2，管路特性方程為H=10+kqv2，qv的單位為m3/min。試求（1）k=2.5時工作點流量qvA與揚程HA;（2）閥門關小到k‘=5.0時的工作流量qvA與揚程HB；（3）對于流量qvB，因閥門開度由k=2.5關小到k=5.0，管路阻力損失增加了多少？（4）若不用改變閥門開度而用改變轉速，使流量從qvA調到qvB，試求轉速應調到多少？當前28頁，總共93頁。當前29頁，總共93頁。4、離心泵的并聯操作當流量達不到要求時，可以考慮并聯操作。5、離心泵的串聯操作為了使管路的輸液距離增大，流量增多，需要提高泵的揚程，可以考慮兩臺泵的串聯。當前30頁，總共93頁。例2-3離心泵組合方式的比較用離心泵將水庫中的水運到灌溉渠，兩液面維持恒差16m，管路系統(tǒng)的壓頭損失可表示為Hf=5.2×105qv2庫房里有兩臺規(guī)格相同的離心泵，單臺泵的特性方程為H=38-4.2×105qv2試計算兩臺泵如何組合操作能獲得較大的輸水量。當前31頁，總共93頁。四離心泵的安裝高度安裝高度:問題：液面到泵入口處的垂直距離(Hg)安裝高度有無限制？當前32頁，總共93頁。0-0~1-1，B.E.

Hg，則p1當p1pv，葉輪中心汽化汽泡被拋向外圍凝結壓力升高周圍液體高速沖向汽泡中心撞擊葉片(水錘)伴隨現象①泵體振動并發(fā)出噪音②H,qv

,嚴重時不送液；③時間長久，水錘沖擊和化學腐蝕，損壞葉片當前33頁，總共93頁。安裝高度，汽蝕問題：如何確定Hg的上限——允許安裝高度（1）三個基本概念：

2．汽蝕余量與允許安裝高度

①(有效)汽蝕余量ha:

泵入口處：動壓頭+靜壓頭-飽和蒸汽壓頭(液柱)當前34頁，總共93頁。ha的物理意義：ha，p1汽蝕②必需汽蝕余量hr:液體從泵入口到葉輪內最低壓力點處的全部壓頭損失泵入口處：動壓頭+靜壓頭=——用實驗測定③允許汽蝕余量h比必需汽蝕余量大0.3米

當前35頁，總共93頁。正常運轉的泵（2）由h計算最大安裝高度Hgmax和Hg允許當前36頁，總共93頁。（3）允許汽蝕余量的校正

h~20度清水，條件不同時要校正，校正曲線說明書3．討論

（1）汽蝕現象產生的原因：①安裝高度太高；②被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；③吸入管路阻力或壓頭損失太高。（2）計算出的Hgmax<0,低于貯槽液面安裝當前37頁，總共93頁。（3）

Hgmax大小~qv。qv，則Hgmax

，保險。（4）安裝泵時為保險，Hg比Hgmax還要小0.5至1米。

(5)允許吸上真空度允許汽蝕余量

Hgmax用可能的最大qv計算Hgmax當前38頁，總共93頁。例2-4某臺離心水泵，從樣本上查得其汽蝕余量Δh=2m（水柱）?，F用此泵水送敞口水槽中40℃的清水，若泵吸入口距水面以上4m高度處，吸入管路的壓頭損失為1m（水柱），當地的大氣壓強為0.1MPa。試求泵的安裝高度是否合適。當前39頁，總共93頁。例2-5液體密度對離心泵工作點的影響用離心泵向密閉高位槽送料，在特定轉速下，泵的特定方程為H=42-7.60×104qv2

當水在管內的流量qv=0.01m3/s時，流動進入阻力平方區(qū)。現改送密度為ρ=1260kg/m3的水溶液（其他性質和水相近）時，密閉容器內維持表壓118KPa不變，試求輸送液體時的流量和有效功率。當前40頁，總共93頁。例2-6管路兩端面上壓力差變化對離心泵工作點的影響例2-5的管路系統(tǒng)，因工藝條件變化，要求密閉高位槽改變?yōu)槌骸Ｔ嚽蟪合碌墓苈诽匦苑匠碳八芤旱牧髁?。當?1頁，總共93頁。六離心泵的類型、選用、安裝與操作1離心泵的類型：

按輸送液體的性質不同（1）清水泵：輸送清水或相近、無腐蝕性、雜質較少的液體。結構簡單，造價低?！狪S

（2）耐腐蝕泵：輸送腐蝕性的液體，用耐腐蝕材料制成，要求密封可靠?！狥（3）油泵：輸送石油產品的泵，要求有良好的密封性?！猋當前42頁，總共93頁。（4）雜質泵：輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪流道寬，葉片數少?！狿單吸泵；雙吸泵當前43頁，總共93頁。單級泵；多級泵串聯組合；并聯組合當前44頁，總共93頁。2離心泵的選用（1）根據液體的性質確定類型（2）確定管路流量和所需外加壓頭。

qv生產任務，H

管路的特性方程。

（3）根據所需qv和H確定泵的型號

①查性能表或曲線，要求泵的H和qv與管路所需相適應。

②若需qv有變，以最大qv為準，H應以最大qv值查找。③若泵的H和qv與管路所需不符，在鄰型號中找H和qv都稍大一點的。當前45頁，總共93頁。⑤若液體性質與清水相差大，則應對所選泵的特性曲線和參數進行校正，看是否能滿足要求。④若幾個型號都行，應選在操作條件下最高者⑥為保險，所選泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。3離心泵的安裝與操作安裝①安裝高度應小于允許安裝高度

②盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調節(jié)閥應裝于出口管路。當前46頁，總共93頁。操作

①啟動前應灌泵，并排氣。

②應在出口閥關閉的情況下啟動泵

③停泵前先關閉出口閥，以免損壞葉輪

④經常檢查軸封情況

當前47頁，總共93頁。

例2-7離心泵的選型如課本81頁圖，需要安裝一臺泵，將流量45m3/h，溫度20℃的河水水送到高位槽，高位槽水面高出河面10m，管路總長度為15m。任選一臺離心泵，并確定安裝高度。當前48頁，總共93頁。第三節(jié)其它類型泵一往復泵1．結構和工作原理主要部件：泵缸；活塞；活塞桿；吸入閥、排出閥

工作原理：

說明：

①活塞往復運動，直接以靜壓能形式向液體供能

②單動泵，供液不連續(xù)；雙動泵，連續(xù)。③為耐高壓，活塞和連桿用柱塞代替。

當前49頁，總共93頁。單動、雙動和三聯泵：當前50頁，總共93頁。2．往復泵的流量和壓頭（1）理論平均流量單動雙動（2）實際平均流量=容積效率理論平均流量~與壓頭無關（3）瞬時流量的不均勻性

單動泵，吸、排液不連續(xù)當前51頁，總共93頁。曲柄連桿，活塞運動速度~時間正弦規(guī)律（4）流量的精確性

qv僅~活塞面積、沖程、往復頻率

（5）往復泵的壓頭

擠壓供液，H任意高。~材料強度，密封，電機負載最終取決于管路特性當前52頁，總共93頁。（6）特性曲線qv僅~泵，與管路(和H）無關H僅~管路，與泵(和qv)無關—正位移特性高阻高壓！當前53頁，總共93頁。3．往復泵的操作要點和流量調節(jié)

（1）適用場合與流體(qv不太大，H較高，非腐蝕和懸浮物)（2）安裝高度有一定的限制（3）有自吸作用，啟動前無需要灌泵

（4）一般不設出口閥，有也必須打開啟動

（5）往復泵的流量調節(jié)方法：

①用旁路閥調節(jié)流量

②改變曲柄轉速③改變活塞的行程當前54頁，總共93頁。二計量泵1外觀當前55頁，總共93頁。2工作原理往復泵的一種原動機偏心輪轉動柱塞的往復運動3流量調節(jié)調整偏心度柱塞沖程變化流量調節(jié)。4應用場合輸送量或配比要求非常精確當前56頁，總共93頁。三隔膜泵1外觀當前57頁，總共93頁。2工作原理往復泵的一種3流量調節(jié)調整活柱往復頻率或旁路4應用場合腐蝕性的液體、固體懸浮液當前58頁，總共93頁。四齒輪泵1剖開當前59頁，總共93頁。2工作原理旋轉泵的一種3流量調節(jié)4應用場合轉速或旁路高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。固體懸浮液當前60頁，總共93頁。五螺桿泵1外觀當前61頁，總共93頁。2工作原理旋轉泵的一種螺紋在旋轉時有推進作用單螺桿雙螺桿三螺桿當前62頁，總共93頁。3流量調節(jié)轉速或旁路4應用場合高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。固體懸浮液當前63頁，總共93頁。六旋渦泵

1工作原理特殊類型的離心泵當前64頁，總共93頁。葉輪－開有凹槽的圓盤引水道葉輪旋轉，凹槽內液體被做功。在引水道和凹槽間往反多次，被多次做功。2流量調節(jié)qv↓，P↑與正位移泵相同3應用場合qv↓，H↑↑高壓頭，較小流量×固體懸浮液，高粘度流體當前65頁，總共93頁。第四節(jié)氣體輸送機械

一概述1．氣體輸送機械在工業(yè)生產中的應用

①氣體輸送

壓力不高，但量大，動力消耗大②產生高壓氣體：

終到設備壓力高③生產真空：

上游設備負壓操作2．氣體輸送機械的一般特點①動力消耗大

當前66頁，總共93頁。②設備體積龐大

③特殊性——氣體的可壓縮性

3．氣體輸送機械的分類

工作原理——離心式、旋轉式、往復式、噴射式等出口壓力（終壓）和壓縮比

①通風機：終壓15kPa，壓縮比1至1.15②鼓風機：終壓15~300kPa，壓縮比小于4。③壓縮機：終壓300kPa以上，壓縮比大于4。④真空泵：造成負壓，終壓p0，壓縮比由真空度決定。當前67頁，總共93頁。二離心式通風機當前68頁，總共93頁。1．離心式通風機的結構特點

①葉輪直徑較大

——適應大風量②葉片數較多

③葉片有平直、前彎、后彎不求高效率時——前彎④機殼內逐漸擴大的通道及出口截面常為矩形

當前69頁，總共93頁。2．性能參數和特性曲線

（1）風量：按入口狀態(tài)計的單位時間內的排氣體積。m3/s，m3/h

（2）全風壓：單位體積氣體通過風機時獲得的能量J/m3，Pa風機進、出口之間寫B(tài).E.忽略忽略能量損失當前70頁，總共93頁。②全風壓、靜風壓與動風壓的關系靜風壓動風壓當前71頁，總共93頁。③全風壓和氣體密度的關系

氣體密度分別為ρ，ρ’時的全風壓pt，pt’的關系為當前72頁，總共93頁。

（3）有效功率和效率

性能表上參數(1atm、20℃

)pt0當前73頁，總共93頁。~qvp~qvqvpt~qvpst~qvp（4）特性曲線

1atm、20℃用空氣測定

pt~qv，pst~qv，P~qv，~qv當前74頁，總共93頁。3．離心式通風機的選型

（1）根據氣體種類和風壓范圍，確定風機的類型

（2）確定qv0和pt0生產任務qv（3）根據qv0和pt0查找合適型號當前75頁，總共93頁。例題2-8已知要求通風機對空氣的最大輸送量為1.6×104m3/h，最大風量下輸送系統(tǒng)所需要的風壓為10.8kPa。設空氣進口溫度為30℃，當地的大氣壓為98.7kPa。試選擇一臺合適的離心通風機。當前76頁，總共93頁。三離心式的鼓風機

結構特點外形離心泵蝸殼形通道常為圓形

外殼直徑與厚度之比較大

葉片數目較多

轉速較高

葉輪外周都裝有導輪

單級出口表壓多在30kPa以內；多級可達0.3MPa

選型方法與離心通風相同四離心式壓縮機

1．結構——定子與轉子當前77頁，總共93頁。轉子：主軸、多級葉輪、軸套及平衡元件定子：氣缸和隔板

當前78頁，總共93頁。葉輪當前79頁，總共93頁。當前80頁，總共93頁。2．工作原理

氣體葉輪中心離心力做功高速到達外圍擴壓器降速、增壓彎道，回流器下一級葉輪中心增壓多次，高壓離開3．特性曲線——與離心通風機相似當前81頁，總共93頁。4．特點——與往復壓縮機相比