第二章流體輸送

第二章流體輸送第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)離心泵2-1離心泵的結(jié)構(gòu)原理2.1A離心泵的工作原理2.1B離心泵的主要部件

2-2離心泵的性能

2.2A離心泵的主要性能參數(shù)2.2B離心泵的特性曲線2-3離心泵的安裝高度和工作點2.3A離心泵的安裝高度2.3B離心泵的工作點第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-1離心泵的結(jié)構(gòu)原理離心泵（centrifugalpump）是生產(chǎn)中最常用的液體輸送機(jī)械2.1A

離心泵的工作原理泵由一組彎曲葉片組成的葉輪1置于泵殼2內(nèi)葉輪被緊固在泵軸3上泵殼中央的吸入口4與吸入管路5連接排出口8與排出管路9相連接第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.1B

離心泵的主要部件1.葉輪通常有開式、半開式和閉式

2.泵殼呈蝸牛殼形，有時在葉輪和泵殼之間安裝一個導(dǎo)輪。3.

軸封裝置填料密封，機(jī)械密封3－導(dǎo)輪1－泵殼2－葉輪第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-2離心泵的性能2.2A

離心泵的主要性能參數(shù)1.流量qv泵在單位時間內(nèi)排出的液體體積,m3/s2.轉(zhuǎn)速n泵軸單位時間轉(zhuǎn)動周數(shù)，r/s,r/min3.揚(yáng)程

H泵給予單位重量（1N）液體的能量，m(即J/N)－液體流經(jīng)泵的壓頭損失，m第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三4.功率軸功率P指由原動機(jī)傳給泵軸的功率，單位W有效功率Pe單位時間流體經(jīng)泵得到的能量w=Hgqm=qvρ5.效率ηη=Pe/PP=Pe/η這些性能參數(shù)間是相互影響的Pe=qvHρg(W)第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.2B

離心泵的特性曲線性能參數(shù)間的關(guān)系繪成曲線稱為離心泵的特性曲線（Characteristiccurves）離心泵的特性曲線一般指在轉(zhuǎn)速n一定時三條曲線：H~qvP~qvη~qvη~qv曲線有最高點第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題1（p.78）求離心泵的壓頭H吸入管d1=350mm,吸入口pvm=29.3kPa,排出管d2=310mm，排出口pg=350kPa，兩表間垂直距離350mm,流量540m3/h解Δp=pg+pvm=350+29.3=379.3kPa=39.1m第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-3離心泵的安裝高度和工作點2.3A

離心泵的安裝高度離心泵吸入口中心到貯液面的垂直高度Hg

防止汽蝕的產(chǎn)生，要求p1>pv

,使泵Hg受限。汽蝕：當(dāng)p1<pv,液體沸騰汽化，又被壓縮，V↓,液體質(zhì)點急劇補(bǔ)位沖擊對泵葉片的損傷求Hg

常用兩法：通過允許吸上真空高度Hs汽蝕余量Δh第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三1.允許吸上真空高度Hs0-0′和1-1′間伯努利方程：－液體經(jīng)吸入管的壓頭損失，m離心泵的Hs值由制造廠在樣本或說明書中給出第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三如環(huán)境非標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,液體非溫度20℃水,Hs應(yīng)校正：大氣壓頭飽和蒸汽壓頭2.汽蝕余量Δh泵入口處液體的靜壓頭與動壓頭之和超過其飽和蒸汽壓頭的某一最小指定值第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.3B離心泵的工作點1.管路特性曲線令令第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.

離心泵的工作點將離心泵的特性曲線II和管路特性曲線I繪制在同一壓頭-流量坐標(biāo)圖上兩曲線相交點M,是離心泵在該管路中的工作點（dutypoint）若工作點所對應(yīng)效率在最高效率區(qū)，則該工作點是適宜的3.流量調(diào)節(jié)可以采用流量調(diào)節(jié)改變管路特性曲線,或者改變泵的特性曲線,改變泵的工作點M,使工作點處于高效率區(qū)。第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題5（p.78）離心泵的安裝高度2B31型，流量20m3/h,吸入管壓頭損失1.5m,動壓頭可忽略，允許吸上真空高度7.2m,（1）pa=98.1kPa,輸送20℃清水；（2）pa=98.1kPa,輸送60℃清水；（3）在拉薩（海拔3658m）,輸送20℃清水解（1）Ha=10m,Hv

=0.24m(2)查60℃水，pv=19.9kPa第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三(3)第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三例某離心泵qv=280L/min,H=18m,問該泵能否將密度1060kg/m3的液體以流量15m3/h從敞口槽送到高8.5m,表壓300kPa的設(shè)備中.管路φ76×3.5mm,l+le=124m,λ=0.03。解H=18m第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三兩者qv相近，但泵H遠(yuǎn)小于管路系統(tǒng)所需H，

不能完成第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)

其他類型的泵2-5往復(fù)泵2.5A往復(fù)泵的工作原理2.5B往復(fù)泵的輸液量和流量調(diào)節(jié)2-6

旋轉(zhuǎn)泵除離心泵外，其他類型的泵：往復(fù)泵和旋轉(zhuǎn)泵都屬正位移泵，流量只與活塞和轉(zhuǎn)子的位移有關(guān)第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-5往復(fù)泵2.5A往復(fù)泵的工作原理

往復(fù)泵（reciprocatingpump）主要由泵缸1,活塞或柱塞2，吸入閥3，排出閥4等所組成當(dāng)活塞自左至右移動時，工作室容積增大，形成低壓,吸入管內(nèi)液體推開吸入閥進(jìn)入工作室當(dāng)活塞由右至左移動時，吸入閥受壓而關(guān)閉，排出閥被高壓液體推開，缸內(nèi)液體被壓入排出管路。第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三往復(fù)泵有多種形式壓頭較高的液體輸送用柱塞泵柱塞泵輸送腐蝕性強(qiáng)的液體用隔膜泵隔膜泵2－柱塞5－隔膜第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.5B往復(fù)泵的輸液量和流量調(diào)節(jié)1.

往復(fù)泵的輸液量單缸單動往復(fù)泵的理論平均流量：單缸雙動：三柱塞往復(fù)泵：qvt=3Asn實際平均輸出液量：s—沖程，m第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.往復(fù)泵的特性曲線理論上往復(fù)泵流量qv與壓頭H無關(guān)象往復(fù)泵這類泵，流量只與活塞的位移有關(guān)而與管路無關(guān)；而其揚(yáng)程只與管路情況有關(guān)而與流量無關(guān)：此即為正位移泵其特性曲線：qvt與H無關(guān)qv當(dāng)H較大↑而稍有↓3.流量調(diào)節(jié)(1)改變s和n(2)安回流支路第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-6

旋轉(zhuǎn)泵旋轉(zhuǎn)泵（rotarypump）依靠泵體內(nèi)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)作用而吸入和排出液體旋轉(zhuǎn)泵也屬于正位移泵羅茨泵滑板泵

齒輪泵螺桿泵第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)風(fēng)機(jī)氣體輸送機(jī)械可按其終壓分成四類1.通風(fēng)機(jī)終壓p2

≤

15kPa(表壓),壓縮比p2/p1=1~1.152.鼓風(fēng)機(jī)終壓p2:15~300kPa(表壓)，p2/p1<43.壓縮機(jī)p2>300kPa(表壓)，p2/p1>44.真空泵使p1<p2，一般p2=pa通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)通稱為風(fēng)機(jī)第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-7通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)2.7A通風(fēng)機(jī)食品工業(yè)中常用的通風(fēng)機(jī)（fan）有軸流式和離心式兩類。廣泛使用離心式通風(fēng)機(jī)（centrifugalfan）。按風(fēng)壓大小分：（1）低壓離心通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓≤1kPa(表壓)（2）中壓離心通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為1~3kPa(表壓)（3）高壓離心通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為3~15kPa(表壓)1.

離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)類似離心泵，主要由葉輪、機(jī)殼和機(jī)座組成第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)(1)風(fēng)量qv

以吸入狀態(tài)計的體積流量，常用m3/h(2)風(fēng)壓全風(fēng)壓(Pa)（z2-z1）較小,ρΣhf也可忽略pt=(p2-p1)+ρu22/2

(Pa)式中，p2

-p1=pst稱靜風(fēng)壓ρu22/2=pd

稱動風(fēng)壓pt=pst+pd第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三(3)功率有效功率

Pe=ptqv(W)(4)效率

ηη=Pe/P2.7B鼓風(fēng)機(jī)1.離心鼓風(fēng)機(jī)單級離心鼓風(fēng)機(jī)pt≤30kPa需風(fēng)壓較高，采多級鼓風(fēng)機(jī)（幾個葉輪串聯(lián)）2.旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)pt≤80kPa羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理與羅茨泵相似，橢圓形機(jī)殼內(nèi)裝有兩個轉(zhuǎn)子。定n時，qv與pt無關(guān)。第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)

氣體壓縮2-8往復(fù)壓縮機(jī)的工作原理

2.8A理想壓縮循環(huán)2.8B有余隙壓縮循環(huán)2-9往復(fù)壓縮機(jī)的性能2.9A往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù)2.9B多級壓縮壓縮機(jī)(compressor)是應(yīng)用較廣的氣體輸送機(jī)械之一第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-8往復(fù)壓縮機(jī)的工作原理2.8A理想壓縮循環(huán)理想壓縮循環(huán)假設(shè)：①理想氣體，②無阻力損失，③無泄漏，④無余隙理想壓縮循環(huán)四步構(gòu)成：吸氣、壓縮、排氣和瞬時降壓pVp14123p2Ⅰ.吸氣過程(4→1)

WI=-p1V1Ⅱ.

壓縮過程

(1→2）第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三（1）壓縮是等溫過程如果可逆（2）壓縮是絕熱過程k-氣體的絕熱指數(shù)，（3）壓縮是多變過程m-氣體的多變指數(shù)1<m<kpVp1p2Vp14123p2第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三III.排氣過程(2→3）WIII=p2V2IV.瞬時降壓（3→4）WIV=0四步構(gòu)成壓縮循環(huán)，總功：p14123p2VWI=-p1V1第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.8B有余隙壓縮循環(huán)設(shè)：V=V1-V3為活塞掃過體積Ve=V1-V4為吸氣體積定義ε=V3/V為余隙因數(shù)設(shè)：為容積因數(shù)若余隙氣體膨脹過程3→4是個多變過程pV3V4V1Vp14123p2第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-9往復(fù)壓縮機(jī)的性能2.9A

往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù)1.排氣量單動理論吸氣量雙動多缸實際排氣量式中λd－送氣因數(shù),一般λd=0.8～0.95λv

2.

功率若膨脹和壓縮都是絕熱過程理論功率：軸功率：

第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.9B多級壓縮多級壓縮的優(yōu)點：1.避免排出氣體溫度過高

2.減少功耗雙級壓縮比單級壓縮節(jié)省理論功3.提高氣缸容積利用率p2/p1↑：λv↓第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題9（p.79）空氣p1=105PaP2=9×105Pa兩方案：①用單級壓縮機(jī)②用雙級壓縮機(jī)（中間冷卻）若空氣初溫和中冷后溫度皆20℃,ε=0.07,k=1.4比較兩方案的理論功和容積因數(shù)。解

(1)

單級

p2/p1=9設(shè)空氣1kg,=

4.14×105J0.73第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

(2)雙級p2/p1=3×3=9W2=W1=1.08×105JW=W1+W2=2.16×105J0.92

0.84雙級比單級W↓,λv↑第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)

真空技術(shù)2-10

真空技術(shù)的物理基礎(chǔ)2.10A真空的基本概念2.10B低壓稀薄氣體的流動2-11真空泵

2-11A真空泵的分類和性能

2.11B幾種常用的真空泵第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2-10

真空技術(shù)的物理基礎(chǔ)2.10A

真空的基本概念可按絕對壓力pab劃分真空區(qū)域（1）粗真空

pab：102~1kPa（2）低真空

pab

：103~0.1Pa（3）高真空

pab：0.1~10-5Pa1.

分子數(shù)密度n單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)按Boltzmann常量k=R/NA=1.381×10-23J/K第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.平均自由程ud用分子的相對運動速度●●uu√2u平均自由程常溫的空氣，T=298K，d=3.72×10-10m若p=1.01×105Pa,=6.63×10-8mp=10-4Pa,則=6.70×10-3/p!第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三本次習(xí)題p.78469第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3.分子撞擊率－單位時間內(nèi)撞擊在單位壁面上的分子數(shù)分子平均速度x-向分速度dAux真空度↑：pab↓，n↓，↑，↓第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.1B低壓稀薄氣體的流動1.流動區(qū)域的劃分單位時間內(nèi)氣體分子間的碰撞次數(shù)單位時間內(nèi)氣體分子與器壁碰撞次數(shù)第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三可以按X/Y的大小劃分氣體的狀態(tài)：當(dāng)X/Y>100,氣體為黏性態(tài)；當(dāng)100>X/Y>1/3,氣體為過渡態(tài)；當(dāng)X/Y<1/3,氣體為分子態(tài)。(1)低壓氣體的狀態(tài)(2)低壓氣體流動區(qū)域的劃分設(shè)：管道是直徑為D的圓管諾森數(shù)1/3100分子流中間流粘性流第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.真空導(dǎo)管中氣體的流量（1）體積流量qv

qv=Au(m3/s)（2）分子流量NN=qvn(s-1)（3）通流量q'v

q'v=qvp3.流導(dǎo)C三種流量的關(guān)系式：q'v=qvp=qvnkT=NkT穩(wěn)定流動：N=qv1n1=qv2n2N=C（n1-n2）(s-1)或類似于歐姆定律C－導(dǎo)管的流導(dǎo),m3/s1/C－導(dǎo)管的流阻第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三q'v=C(p1-p2)對于長徑比L/D≥20的圓長管，層流時，N=C（n1-n2）第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三4.抽速泵的抽速Sp，單位為m3/s

SpCpppS導(dǎo)管流導(dǎo)為C,容器抽速S=?q'v=S·p=Sp·pp=C(p-pp)Sp·pp=Cp-Cpp(Sp+C)Pp=Cp真空技術(shù)的基本方程第47頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

例用流導(dǎo)40L/s的管道連以泵抽速為120L/s的真空泵使罐中氣體抽去0.6m3,需時多少?解t=V/S=600/30=20sC=40L/s