流体及流体输送设备课件

多媒体教学课程：冶金设备基础,昆明理工大学冶金与能源工程学院,第,*,页/共28页,1,Faculty of Metallurgical and Energy Engineering,Kunming University of Science and Technology,多媒体教学课程：冶金设备基础,昆明理工大学冶金与能源工程学院,任课教师：徐瑞东,学习目的与要求,复习并掌握流体的基本概念、牛顿流体，柏努利方程，管内流动状态，流体阻力与管路计算等基本知识；,掌握离心泵、活塞泵、隔膜泵等流体输送设备的工作原理、特点、设计选择与功率计算。,第1章 流体及流体输送设备,1.1 流体流动的基本知识,1.流体的流动性,(宏观流体模型),2.流体的密度与相对密度,3.流体的压缩性和膨胀性,4.流体的粘性(牛顿型流体),5.流体的流动型态(雷诺准数),6.边界层的概念,雷,诺,实,验,气体,，kg/m,3,d(无因次量),气体,，kg/m,3,d(无因次量),空气,1.293,1.293 10,-3,水,1000,1.00,氧气,1.429,1.42910,-3,汽油,760,0.76,氢气,0.089,0.08910,-3,HNO,3,，92%,1500,1.50,氩气,1.781,1.78110,-3,H,2,SO,4,，98%,1830,1.83,二氧化碳,1.976,1.97610,-3,HCl(发烟),1210,1.21,氯气,3.170,3.17010,-3,NaOH，30%(液),1330,1.33,一氧化碳,1.250,1.25010,-3,汞,13600,13.60,雷诺准数意义,:反映流体惯性力与粘滞力之间对比关系。即Re为惯性力与粘性力之比。,1.若流体流速大，或粘度小时，Re数值较大，表明流动时惯性力占主导地位，易促使扰动的发展和扩大，使流动湍动程度增大而呈现紊流状态，惯性力是加速滞动的。,2.若流体流动速度较小或粘度较大时，Re值较小，表明粘性力占主导地位，能够削弱甚至消除因干扰造成的流体扰动，使流体保持在层流状态，粘性力是抑制湍动的。,1.2 流体输送理论柏努利方程,意义:流体通过1-1截面输入的位能、动能、静压能之和加上泵输入的外加功等于由2-2截面上输出的位能、动能、静压能和系统损失的能量。,应用柏努利方程的步骤：作图；,选取截面；,选取基准；,单位统一；,立算式求解,例题：某车间用压缩空气来传送98%浓硫酸，从低层压至三楼计量槽内，每批压送量为300dm,3,，要求在10min内完成，硫酸温度为20，设压头损失为0.8m硫酸柱，试求压缩空气最低压强。压送装置如附图所示,。,1.3 流体阻力与管路的计算,直管阻力,局部阻力,流体阻力,管路的计算,五条原则:材质选择，连接方式，流速的确定，阻力计算，布置系统,三类问题:已知管径、管长和流量，求流体通过管路所需的外能；已知管径、管长和允许的外能损耗，求流量；已知管径、流量和允许的外能损耗，求管径。,减少流动阻力的途径,尽量缩小管路长度，以减少直管阻力；,在满足生产要求的前提下，应尽量减少管件或阀门的数,量，同时尽量减少流道的突然变形，如可用渐扩或减缩,代替突扩 或突缩，用圆拐弯代替直角拐弯等,;,适应增大直径，流动阻力与管径的五次方成反比，若管,径增大一倍，则摩擦阻力可减少为原来的,1/32,左右。,流量和流速是流体输送基本参数。流体输送的实际问题中常用流量；在柏努利方程中常用流速。,1.4 流速的测定,测速管,测量局部速度,孔板流量计,测量流过某截面的流量,转子流量计,定压流量计,激光测速计,科研测定某点的瞬间流速,1.5流体输送设备,液体输送设备：离心泵、往复泵、高油压泵、旋转泵气体输送设备：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵,离心泵,离心泵的主要构造,离心泵的工作原理,“气缚”现象,离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小在叶轮中心中只能产生很小的低压，形不成所需要的压差，虽启动离心泵，但液体仍不能上升到叶轮中心，不能完成输送液体的目的，该现象称为“气缚”,现象,。,离心泵的构造装置图,1-叶轮 2泵壳 3,叶片 4吸入导管,5-底阀 6-压出导管 7-泵轴,离心泵的主要性能参数,离心泵主要性能参数有流量、扬程、有效功率和效率。,（,1,）流量,泵的流量即单位时间内泵所输送的液体体积。用符号,Q,表示，其单位为,m,3,/s,。,（,2,）扬程,泵的扬程又叫作泵的压头，指单位重量流体流经泵所获得的能量，用符号,H,表示，单位为,m,。扬程的大小取决于泵的结构,(,叶轮直径的大小，叶片弯曲程度等,),、转速及流量。,(3)有效功率和效率,轴功率N：由电机输入离心泵的功率,有效功率,Ne：,效率：有效功率与轴功率之比,根据泵的轴功率，可选用电机功率。但实际生产中为了避免电机烧毁，在选取电机功率时，要用求出的轴功率乘上一安全系数.,泵的轴功率与安全系数,泵的轴功率/kW,0.53.75,3.7537.5,37.5,安全系数,1.2,1.15,1.1,一离心泵将碱液输送到吸收塔顶部，经喷头喷出作吸收剂用，泵的吸入导管直径1084.5mm，管中碱液流速为1.5m/s，泵的压出导管直径762.5mm。设碱液池内碱液深度为1.5m，池底面至塔顶喷头上方的垂直距离为20m，在输送系统中的压头损失为3m碱液柱，碱液进喷头以前的静压强为30400Pa(表压)。碱液的密度为1100kg/m,3,，泵的总效率为60%，试求泵的杨程和所需的功率。,现场作业,题,流量、扬程、效率和功率是离心泵的主要性能参数。工厂生产的泵都有一定的牌号，其扬程、流量、功率、转速都有一定值，且生产厂家已将其产品性能参数用曲线表示出来，这就是离心泵的特性曲线。,对于一定转速的泵，存在以下三种关系曲线，即：,(1)H=f,1,(Q)，,扬程与流量的关系；,(2)N=f,2,(Q)，,轴功率与流量的关系；,(3),=f,3,(Q)，,效率与流量的关系。,离心泵的特性曲线,4B20型离心泵在n=2900r/min下的特性曲线：,H-Q曲线：,泵的扬程随流量的增大而平稳下降；,N-Q曲线,：表明泵的轴功率随流量的增加而平稳上升；,-Q,曲线：,最高点为离心泵的设计点，与此最高效率点相对应的,Q，H，N,值称为最佳工况参数，或叫设计点参数。,管路特性的表达方式：,离心泵总是安装在特定的管路中运行的，泵在实际工作中的流量和压头等不仅取决于离心泵的特性，而且还与管路特性有关。两者必须统一，并使泵在高效下运行，完成流体输送任务。,管路的特性可用管路特性方程(管路中流量(或流速)与压头的关系)和管路特性曲线来表达。例如对标准管路系统，若贮槽和高位槽两液面维持恒定，则泵对单位重量液体提供的能量为：,对一定操作条件下的特定管路，与 均与流量无关，可用常数：表示，且 ，,则上式可写为：,其中：,离心泵的工作点及流量调节,如果把离心泵特性曲线与管路特性曲线绘于同一坐标图内，两曲线交点,A,即为离心泵在该管路中工作点。,A,点所对应的流量,Q,A,和扬程,H,A,就是泵在此管路中运转的实际流量和扬程。,管路特性曲线与泵的工作点A,改变管路特性,改变泵的特性曲线,当叶轮旋转时，液体在叶轮上流动的速度和压力是变化的。通常在叶轮入口处最低，当此处压力等于或低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体将部分气化，生成大量的蒸气泡。含气泡的液体进入叶轮而流至高压区时，由于气泡周围的静压大于气泡内的蒸气压力，而使气泡急剧凝结而破裂。气泡的消失产生了局部真空，使周围的液体以极高的速度涌向原气泡中心，产生很大的压力，造成对叶轮和泵壳的冲击，叶轮很快就被冲蚀成蜂窝状或海绵状，使其震动并发出噪音。,离心泵工作时的气蚀现象,离心泵,按输送液体的性质,单吸泵,双吸泵,清水泵,泥浆泵,耐腐蚀泵,油泵,低温泵,热水泵,液下泵,单级泵,多级泵,按工作的特点,按吸入方式,按叶轮数目,离心泵的类型,离心泵的选用：,根据被输送液体的性质和操作条件进行选择；,根据已知管路条件，确定被输送液体需要的压头H，按已知的流量Q和计算的H，在泵的系列特性曲线上找到该点，确定泵的型号和转速；,被输送液体的粘度、密度较大时，须对所选择泵的特性曲线换算，对He、Ne重新校核，并注意工作点是否在高效率区；,根据实际需要选配合适的电动机。,往复泵工作示意图,1-泵缸 2-活塞 3-活塞杆,4-吸入活门 5-排出活门,1.5.2 往复式活塞泵,工作原理,：,利用活塞的推力把流体提升，完成液体输送任务。,适用于高扬程、低流量的输液过程，尤其是输送高粘度液体,如重油。,双动泵工作示意图,1-吸入管路 2-填料函 3-活塞,4-压出导管,隔膜泵示意图,1-球形活门 2-泵体 3-隔膜,4-汽缸 5-活塞,1.5.3 隔膜泵,适用于输送腐蚀性或悬浮液，技术要求复杂，易损坏难维修,。,工作原理,：,与往复泵基本相同，区别是活塞不是直接作用于输送的流体上，而是通过油作用于薄膜上，再传给输送的流体。,活塞式油压泥浆泵示意图,1空气室 2出料阀 3进料阀 4矿浆观察阀5液面观察阀,6油观察阀 7供油阀 8油箱9油缸 10活塞,1.5.4 高压油泵,工作原理：,活塞向右移动时，排料活门紧闭，吸入活门开启，料浆便进入油箱下半部；当活塞向左运动时，进料活门闭死，出料活门开启，料浆排出。,特点：油箱上半部及活塞缸中充满矿物油，活塞及缸体不会磨损，使用寿命长。由于密度不同，油与泥浆不混溶，油的消耗少。,旋转泵(转子泵),借泵内转子的旋转作用而吸入和排出液体。,可用于输送粘稠液体甚至膏状物科，但不适于输送含固体颗粒的悬浮液。,齿轮泵示意图,类型,离心泵,往复泵,旋转泵,流量,(1)均匀；,(2)量大；,(3)流量随管路情况变化。,(1)不均匀；,(2)量不大；,(3)流量恒定，几乎不因压头变化而变化。,(1)比较均匀；,(2)量小；,(3)流量恒定，与往复泵相同。,扬程,(1)一般不高；,(2)对一定流量只能提供一定的扬程,(1)较高；,(2)对一定流量可提供不同扬程，由管路系统确定。,同往复泵。,效率,(1)最高为70%左右；,(2)在设计点最高，偏离愈远，效率愈低。,(1)为80%左右；,(2)供应不同扬程时，效率仍保持最大值。,(1)介于6080%左右；,(2)在扬程高时容易漏，使效率降低。,结构,(1)简单、价廉、安装容易,(2)高速旋转，可直接与电动机相连；,(3)输送同一流量体积小；,(4)轴封装置要求高，不能漏气。,(1)零件多，构造复杂；,(2)震动甚大，不可快速，安装较难；,(3)体积大，占地多；,(4)需吸入，排出活门；,(5)输送腐蚀性液体时，构造更复杂。,(1)没有活门；,(2)可与电动机直接连接；,(3)零件较少，但制造精度要求高。,几种液体泵的比较,1.5.6 气体输送设备,气体输送设备的主要特点：,气体输送设备的分类：,气体密度小，体积流量大，因此气体输送设备的体积大。,流速大。在相同直径的管道内转送同样质量的流体，气体的阻力损失比液体的阻力损失要大得多。,由于气体的可压缩性，当气体压力变化时，体积和温度同时发生变化，这对气体输送设备的结构形状有很大的影响,。,通风机、鼓风机、压缩机、真空泵,1.通风机,通风机主要有离心式和轴流式两种类型。轴流通风机由于其所产生的风压很小，一般只作通风换气用。冶金厂应用最广的是离心通风机。离心通风机按其所产生风压大小可分为以下三种：,低压离心通风机：,风压1103(表压),中压离心通风机,：风压在11033103(表压),高压离心通风机,：风压在310315103(表压),离心式通风机示意图,2.鼓风机,(1)离心鼓风机：转速高，排气量大，结构简单。但单级风机由于只有一个叶轮，不可能产生较大的风压.,(2)旋转鼓风机-罗茨鼓风机,：,转速高，无阀门，结构简单，重量轻，排气均匀，风量变动范围大，可在2500范围内变动，但效率低，其容积效率一般为0.70.9。,罗茨鼓风机结构示意图,1同步齿轮,2转子,3气缸