化工原理第二章 流体输送机械

*,西,安,交,大,化,工,原,理,电,子,课,件,返回主题,后页,前页,第二章 流体输送机械,21 概 述,22速度式流体输送机械,23容积式流体输送机械,24真空泵,25流体输送机械的特点,21 概 述,流体输送机械的分类,工作原理,液体输送机械,气体输送机械,速度式,离心式,离心泵、旋涡泵,离心风机、离心压缩机,轴流式,轴流泵,轴流式通风机,喷射式,喷射泵,容积式,往复式,往复泵、隔膜泵、计量泵,往复式压缩机,回转式,齿轮泵、螺杆泵,罗茨风机、液环压缩机,22速度式流体输送机械,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,2,2,2,离心泵与离心通风机的性能,2,2,3,离心泵与通风机的特性曲线,2,2,4,离心泵与通风机的工作点和流量调节,2,2,5,离心泵与通风机的安装和选用,2,2,6,离心鼓风机与离心压缩机,2,2,7,轴流泵和轴流通风机,2,2,8,旋涡泵,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,1.离心泵,的结构、工作原理与分类,(1)离心泵结构,离心泵部件可分为旋,转部件和静止部件。旋,转部件包括叶轮和转轴,等；静止部件包括吸入,室、蜗壳等，如图所示。,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,(2)离心泵工作原理,原动机,轴,叶轮,，,旋转,离心力,叶片间液体,中心,外围,液体被做功,动能,高速离开叶轮,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,泵壳,：,液体的汇集与能量的转换,（,动,静,）,吸上原理,与气缚现象,叶轮中心低压的形成,p,泵内有气，则,泵,入口压力,液体不能吸上,气缚,故离心泵在启动前必须灌泵,液体高速离开,轴封的作用,平衡孔的作用,消除轴向推力,导轮的作用,减少能量损失,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,(3)离心泵分类,按液体吸入方式分为单吸式泵（液体从叶轮的一面进入）和双吸式泵（液体从叶轮的两面进入）；,按叶轮级数分为单级泵（泵轴上只装有一个叶轮）和多级泵（泵轴上装有串联的两个以上的叶轮）,按其用途来分类，常用的类型有：水泵、耐腐蚀泵、油泵和杂质泵等。,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,1.离心通风机的,结构、工作原理与分类,(1)基本结构：,离心式通风机的主要部件包括,叶轮,和,机壳,两部分。,为适应,大,风量，通常叶片数较多且叶轮直径较大；根据叶轮上叶片尺寸和形状的不同，可分为多翼式和涡轮式,风机。,与离心泵相似,机壳内逐渐扩大的通道及出口截面有矩形和圆形两种，低中压风机多用矩形。,2,2,1,离心泵与通风机的结构、工作原理与分类,(2),工作原理,与离心泵相似,(3)分类,通常根据离心通风机终压（表压）的大小分为低压（流量是单位时间内输送出去的流体量。通常用,Q,来表示体积流量，单位,m,3,/s。,-通风机流量也常称为风量，并以进口处为准。通风机铭牌上的风量是在“标准条件”下，即压力1.013,10,5,Pa，,温度20,C,下的气体体积。,2,2,2,离心泵与离心通风机的性能,2.压头（或称扬程）,H,和风压,p,t,离心泵的压头,H,和风机的风压,p,t,都是指流体通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。,根据伯努利方程，单位体积气体通过通 风机所获得的压头为,式中 分别为通风机进口和出口速度，,m/s,2,2,2,离心泵与离心通风机的性能,压头计算,式中，称为通风机的静压头，,称为通风机的动压头，称为全压头，单位为,m,。,通风机铭牌上的风压是用空气测定的，其“标准条件”为压力,pa=101.3kPa，,温度20,C,，,此时空气密度,0,=1.2,kg/m3。,如果操作条件与“标准条件”不同，则操作条件下的风压,pt,可用下式换算,选择风机时应以 为准,2,2,2,离心泵与离心通风机的性能,3.效率,效率反映了泵与风机中能量的损失程度,容积效率,v,：,考虑流量泄漏所造成的能量损失,水力效率,H,：,考虑流动阻力所造成的能量损失,机械效率,m,：,考虑轴承、密封填料和轮盘的摩 擦损失。,离心泵与通风机的总效率为,:,一般来讲，在设计流量下泵与风机的效率最高。,2,2,2,离心泵与离心通风机的性能,4.,功率,功率分为有效功率和轴功率,有效功率,N,e,轴功率,N,流体经过泵或风机后获得的实际功率。,对于离心泵,对于风机,原动机传到泵轴上的功率,离心泵的轴功率,通风机的轴功率,有效功率和轴功率的关系,2,2,3,离心泵与通风机的特性曲线,离心泵特性曲线及通风机特性曲线,2,2,3,离心泵与通风机的特性曲线,1.,曲线讨论,（1）压头（风压）,流量（,H,Q,、,p,t,Q,）,曲线,它是判断离心泵或风机是否满足管路使用要求的重要依据。,通风机流量,Q,自零开始增加，风压,p,t,先上升，后下降，风压最大值不在,Q,=0,时。,（2）轴功率曲线（,NQ,）,轴功率一般随流量的增大而增大，当流量为零时，功率最小，因此离心泵与风机应在出口阀关闭下启动，以防止电机过载。,（3）效率曲线（,Q,）,效率曲线有一最高点，称为设计点。因为离心泵与风机在最高效率点工作时最经济，所以其所对应的流量、压头（风压）、轴功率为最佳工况参数。一般选用离心泵或风机时，其工作区应处于最高效率点的92%左右。,2,2,3,离心泵与通风机的特性曲线,1.,流体物性对特性曲线的影响,（1）流体密度的影响,离心泵的压头和流量与被输送流体的密度无关。泵的效率一般也和流体的密度无关。但是泵的轴功率随流体密度变化而变化，可按下式校正,对于通风机，风压和轴功率都和密度有关，因为，所以,2,2,3,离心泵与通风机的特性曲线,2.,流体物性对特性曲线的影响,当被输送液体的运动粘度小于20,10,-6,m,2,/s,时，泵的特性曲线变化很小，可不作修正；当输送液体的运动粘度大于20,10,-6,m,2,/s,时，泵的特性曲线变化较大，必须修正。常用的方法是在原来泵的特性曲线下，对每一点利用换算系数进行换算。,2,2,3,离心泵与通风机的特性曲线,3.叶轮尺寸与转速对离心泵特性曲线的影响,（1）叶轮外径的影响,式（,2-23,）称为泵的切削定律,（2）转速的影响,在转速变化小于,20%,时，也可近似认为叶轮出口的速度三角形、泵的效率等基本不变。,2,2,4,离心泵与通风机的流量调节,1.,离心泵与通风机的流量调节,离心泵或通风机的工况调节有三种途径：,1,）改变离心泵或通风机的特性曲线；,改变转速，切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联。,2,）改变管路的特性曲线；,管路特性曲线的改变一般通过调节管路阀门的开度实现。,3,）同时改变离心泵（或通风机）和管路的特性曲线。,2,2,5,离心泵与通风机的安装和选用,1.,离心泵的汽蚀余量,z,见图，液面,0,0,与泵吸入口截面,1,1,之间的垂直距离,Z,为离心泵的安装高度。,Z,，,则,p,1,叶轮中心液体汽化汽泡,当,p,1,p,v,被抛向外围,压力升高,p,v,局部真空,汽泡破裂，蒸汽凝结,汽,蚀现象,周围液体高速冲向汽泡中心,撞击叶片,(,水锤,),叶片冲击与腐蚀,2,2,5,离心泵与通风机的安装和选用,伴随现象：,泵体振动并发出噪音,；,H,Q,严重时不送液,；,水锤冲击和化学腐蚀,，,损坏叶片,安装高度,汽蚀,问题：如何确定,Z,的上限,泵的允许安装高度,当泵刚发生汽蚀时，,p,K,等于所输送液体的饱和,蒸汽压,p,v,，,相应地,p,1,也将达到某一最小值,p,1min,，,此时,2,2,5,离心泵与通风机的安装和选用,上式表明：在泵刚发生汽蚀条件下，泵进口处液体的,总压头 比液体的饱和蒸汽压对应的静压头,高出某一定值，常将这一差值称为泵的最小汽蚀余量 ：,为确保泵正常工作不发生汽蚀，根据有关规定，将 作为允许值，称为允许汽蚀余量 ，此值列入泵的样本，由离心泵厂向用户提供。又称为净正吸上压头，用（,Net Positive Suction Head,）,表示。,2,2,5,离心泵与通风机的安装和选用,1.,安装高度,最大安装高度,Z,max,为防止汽蚀，相应地将最大安装高度减去,0.3,m,作为安全量，称为允许安装高度,Z,。,泵的实际安装高度,Z,Z,2,2,5,离心泵与通风机的安装和选用,（5,）,允许汽蚀余量的校正,h20,清水，条件不同时要校正，校正曲线,说明书,讨论,（1,）,汽蚀现象产生的原因,：,安装高度太高,；,被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高,；,吸入管路阻力或压头损失太高。,（2,）,计算出,的,Z,max,70,MPa,）,下工作。,2,5,流体输送机械的特点,(1)运动机构的尺寸确定后，工作腔的容积变化规律也就确定了，因此机械转速改变对工作腔容积变化规律不发生直接的影响，故机械工作的稳定性较好。,(2)流体的吸入和排出是靠工作腔容积变化，与流体性质关系不大，故容易达到较高的压力。,(3)容积式机械结构复杂，易于损坏的零件多。而且往复质量的惯性力限制了机械转速的提高。此外，流体吸入和排出是间歇的，容易引起液柱及管道的振动。,2.容积式流体输送机械的特点,