资源描述
化工原理电子教案/目录1目录第二节 其它类型泵 一、其它叶片式泵二、容积式泵三、各类泵在化工生产中的应用第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵一、离心通风机二、往复压缩机第1页/共67页2/67第二章 流体输送机械流体输送机械 真空泵真空泵压缩机压缩机鼓风机鼓风机通风机通风机气体压送机械气体压送机械泵泵液体输送机械液体输送机械第2页/共67页3/67第二章 流体输送机械按泵的工作原理分:特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能 特点：机械内部的工作容积不断发生变化。 泵泵等等。其其它它式式：射射流流式式、旋旋涡涡、回回转转式式等等往往复复式式容容积积式式：如如轴轴流流式式、混混流流式式等等、离离心心式式叶叶片片式式：如如泵泵特点：工作原理无法归到上述两者的泵第3页/共67页4/67第一节 离心泵一、离心泵的构造和工作原理 ：、：、：、泵轴及轴封装置泵轴及轴封装置泵壳泵壳叶轮叶轮321底底阀阀泵泵 轴轴叶叶轮轮压压出出导导管管泵泵壳壳吸入导管吸入导管1、离心泵的构造： 思考：u为什么叶片弯曲？u泵壳呈蜗壳状？请点击观看动画答案见后面的内容第4页/共67页5/67一、离心泵的构造和工作原理2、离心泵的工作原理请点击观看动画请点击观看动画思考： 流体在泵内都获得了哪几种能量？ 其中哪种能量占主导地位？思考：泵启动前为什么要灌满液体气缚现象答案：动能和静压能，其中静压能占主导第5页/共67页6/67二离心泵主要构件的结构及功能1叶轮 半闭式叶轮半闭式叶轮敞式叶轮敞式叶轮闭式叶轮闭式叶轮闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，敞式叶轮的内漏最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象请点击观看动画思考：三种叶轮中哪一种效率高？叶轮是离心泵的心脏部件，有2 至6 片弯曲的叶片。 第6页/共67页7/67二离心泵主要构件的结构及功能思考：泵壳的主要作用是什么？2泵壳汇集液体，并导出液体；能量转换装置（动能变静压能）呈蜗牛壳状 思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？3导轮请点击观看动画答案见后面的内容固定不动 第7页/共67页8/67二离心泵主要构件的结构及功能4. 轴封装置 机械密封机械密封填料密封填料密封填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维和膨胀石墨等，请点击观看动画-减少泵内高压液体外流，或防止空气侵入泵内。由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成，动环随轴转动，静环装在泵壳上固定不动，二者在泵运转时保持紧贴状态以防止渗漏。填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。请点击观看动画 对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多用机械密封。第8页/共67页9/67三离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 允许汽蚀余量允许汽蚀余量轴功率和效率轴功率和效率压头压头流量流量转速转速铭牌第9页/共67页10/67三离心泵的主要性能参数 转速H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。可用如图装置测量。Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。可测量。 流量计 真空表 压力表 h0 c b Hgugpbb22 fcchhgugp 022 gppHbc gppbc )()(真真表表 n，单位或在泵进口b 、泵出口 c 间列机械能衡算式： 允许汽蚀余量允许汽蚀余量轴功率和效率轴功率和效率压头压头流量流量转速转速v流量v压头第10页/共67页11/67三离心泵的主要性能参数 多多，且且叶叶片片厚厚度度不不计计。叶叶轮轮的的叶叶片片数数目目为为无无穷穷流流体体为为理理想想流流体体)2()1(理论压头-理想情况下单位重量液体所获得的能量称为 理论压头，用H 表示。由由(1) 液液体体在在泵泵内内无无摩摩擦擦阻阻力力损损失失由由( (2 2) ) 流流体体与与叶叶片片的的相相对对运运动动的的运运动动轨轨迹迹 可可视视为为与与叶叶片片形形状状相相同同。 泵的压头H与影响因素的关系式只能由实验测定，但理想情况下的关系式则可理论推导得到。 思考：由（1）、（2）可以得出什么结果？第11页/共67页12/67理论压头H c2 2 c1 1 r液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:u周向运动：沿叶片表面的运动：处处与叶片相切，速度wu2u1w1w2思考：u1、u2孰大？ w1 、w2孰大？第12页/共67页13/67理论压头H c2 2 c1 1 H gpp 12gcc22122 在1与2之间列伯努利方程式，得：理论压头H 22121222122221122121uurrdrrppdrFrrrrc gpp 12 产生的原因：原因一：离心力作功1 kg液体受到的离心力为： rFc2 第13页/共67页14/67理论压头H c2 2 c1 1 H gpp 12gcc22122 理论压头H 22122112uupp gwwgpp22221212 原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大， w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。原因一：离心力作功第14页/共67页15/67理论压头H gccgwwuuH22212222212122 c2 2 c1 1 u2u1w1w2根据余弦定理可知：111212121cos2 ucucw 222222222cos2 ucucw gucucH111222coscos 第15页/共67页16/67理论压头H c2 2 c1 1 12u22u1w1w2理论压头H Q又又rcbr2222 22222cot2 brQucu 2222cot ruccugucgucHu22222cos 离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90则cos1=0。于是 r2b2c2uc2c2rc2uc2rgucucH111222coscos 第16页/共67页17/67理论压头H c2 2 c1 1 12u22u1w1w2理论压头H r2b2c2uc2c2rc2uc2r 2222222222cot21cot21 bQrgbrQuugH思考：与H有关的因素有哪些？分别是怎样的关系？ 讨论： （1） H与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径越大、转速越大，则H越大；第17页/共67页18/67叶片后弯，20， 即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，cot2=0， 即H不随流量而变化；叶片前弯，290，cot290第18页/共67页19/67理论压头H 似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H 为最高。但实际上泵的设计都采用后弯叶片。Why？c2w2u2后弯叶片c2w2u2径向叶片c2w2u2前弯叶片c2小，泵内流动阻力损失小回忆：思考： 为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？思考： 为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？第19页/共67页20/67理论压头H 2222222222cot21cot21 bQrggbrQuugH（4）理论压头H与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单位重量流体所能提供的能量是相同的。第20页/共67页21/67实际压头H实际压头比理论压头要小。具体原因如下： 此损失只与叶片数、液体黏度等有关，与流量几乎无关。（1）叶片间的环流运动请点击观看动画 考虑这一因素后，图中理论压头线a变为直线b 。 b第21页/共67页22/67实际压头H（2）阻力损失 考虑到这项损失后，压头线变为曲线c 。 此损失可近似视为与流速的平方呈正比。bc第22页/共67页23/67实际压头H（3）冲击损失 在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，则冲击损失越大。设计流量 w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1bcd 考虑到这项损失后，压头线应为曲线d。 第23页/共67页24/67三离心泵的主要性能参数 轴功率和效率 允许汽蚀余量允许汽蚀余量轴功率和效率轴功率和效率压头压头流量流量转速转速轴功率， 用N表示，单位W 或kW NNe NgHQ 电电机机 泵泵 电功率电N电 出 传传传电电出出 NNNNe电电电电出出电电功功率率 N NNe效率，无量纲有效功率Ne=msweQgH，单位W 或kW 三者关系（如图）：第24页/共67页25/67三离心泵的主要性能参数 轴功率和效率 允许汽蚀余量允许汽蚀余量轴功率和效率轴功率和效率压头压头流量流量转速转速NNe机械损失容积损失水力损失小型水泵：一般为5070% 大型泵：可达90%以上（1）容积损失： （2）水力损失（3）机械损失内漏与效率有关的各种能量损失：环流损失、阻力损失和冲击损失 泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦第25页/共67页26/67三离心泵的主要性能参数 允许汽蚀余量允许汽蚀余量轴功率和效率轴功率和效率压头压头流量流量转速转速允许汽蚀余量将在后面介绍。第26页/共67页27/67四离心泵的特性曲线NQ曲线Q曲线 测定条件： 固定转速， 20C清水 上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由厂家测定，并用曲线表示出来，称为离心泵特性曲线。常用的共有三条线，如图。 驼峰型驼峰型陡降型陡降型平坦型平坦型HQ曲线第27页/共67页28/67四离心泵的特性曲线设计点2高高效效区区最高效率58区域为泵高效区由图可见： Q，H ，N，有最大值（设计点）。思考：离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开，why？为什么Q0时，N0？第28页/共67页29/67离心泵特性曲线的影响因素v液体性质 密度:黏度:Why？当比20清水的大时，H，N， 实验表明，当20倍清水的黏度（ 20 ）时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。对HQ曲线、Q曲线无影响，但 gHQN 故，NQ曲线上移。第29页/共67页30/67离心泵特性曲线的影响因素v 叶轮转速 当转速变化不大时（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若不变，则 NNe NgHQ 比例定律思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？第30页/共67页31/67离心泵特性曲线的影响因素HnnHQnnQ 2222QnnBAHnn 22QBnnAH H n 0 Qn 2BQAH 泵在原转速n下的特性曲线方程转速增大第31页/共67页32/67离心泵特性曲线的影响因素22222 DDHHDDQQ322 DDNN切割定律v 叶轮直径当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，则若不变，则思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？第32页/共67页33/67五、离心泵的工作点与流量调节泵-供方管路-需方 H泵的特性曲线 Q 工工作作点点匹配：1、管路特性曲线泵提供的流量 = 管路所需的流量泵提供的压头H = 管路所需的压头he-管路所需压头he与流量关系曲线对如图所示的管路列机械能衡算式：第33页/共67页34/67五、离心泵的工作点与流量调节H泵的特性曲线 Qfehgugpzh 22 252282Qgdlelgudlelhf QfA 2BQAhe A 工工作作点点管路特性方程完全湍流时，与流量无关与流量有关第34页/共67页35/67五、离心泵的工作点与流量调节H泵的特性曲线 Q 改改变变泵泵的的特特性性曲曲线线改改变变管管路路特特性性曲曲线线2、流量调节 调节阀门（改变曲线中的B）改变n、切割叶轮 2252282BQAQgdlelgugpzhe 阀门开大阀门关小工作点两种方法缺点：多耗动力，并可能使泵低效率区工作优点：迅速、方便，可在某一最大流量与零之间随意变动。 不经常改变流量时用，大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术 第35页/共67页36/67习题课 操作型操作型设计型设计型-根据流量、压头选泵 将流量、压头裕量控制在10%左右。maxmax)15. 11 . 1()1 . 105. 1(HHQQ 第36页/共67页37/67设计型问题计算举例【解】 题中已给出最大流量为： Q=80 m3h-1mhgpuzhfe18301522 取he的1.051.1倍则为18.919.8m。查图2-18得：IS100-80-125，n2900 rmin-1另：IS125-100-250，n1450 rmin-1泵虽同样合用，但泵体较大，一般情况下都选前者。 【例1】要用泵将水送到15 m高之处，最大流量为80 m3h-1。此流量下管路的压头损失为3 m。试在IS 型泵中，选定合用的一个。作业：第37页/共67页38/67习题课 操作型操作型设计型设计型-泵已经在运行，但操作中某些操作条件变了，如电机转速、液面高度等，从而引起流量、扬程、压力等的变化。这类问题称为。第38页/共67页39/67操作型问题分析举例H 0 Q pa 【例2】用离心泵将江水送至高位槽。若管路条件不变，则下列参数随着江面的下降有何变化？（设泵仍能正常工作） 流量、压头， 管路总阻力损失hf， 泵出口处压力表读数， 泵入口处真空表读数。管路特性曲线 平行上移222BQAhgugpzhef 不变江面下降，泵特性曲线不变 工作点左移方法：画图找新工作点【解】第39页/共67页40/67操作型问题分析举例 pa H 0 Q2332fwEtEt 2 211 2pgppH )(12真真 （真）（真）1p3 3不含动能 流量、压头， 管路总阻力损失hf， 泵出口处压力表读数， 泵入口处真空表读数。第40页/共67页41/67 P2 P1 0 0练习 图示为离心泵性能测定装置。若水槽液面上升，则Q、H、N、hf 、p1和p2（均为读数）如何变化？ （真真）1p 2p答：Q不变，H不变，N不变，hf不变 第41页/共67页42/67 如图所示，高位槽上方的真空表读数为p，现p增大，其它管路条件不变，则管路总阻力损失。（写出分析过程）A增大B减小C不变D不确定 p pa 补充作业：第42页/共67页43/67操作型问题计算举例 201. 030VH 204. 010Vhe ehH mhhmVe26203 （20，26）【例】某离心泵工作转速为（转/min），其特性曲线方程为H=300.01V2 。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为he=100.04V2，式中V的单位为m3/h，H及he的单位均为m。求：（1）阀全开时，泵的输水量为多少？（2）要求所需供水量为上述供水量的75%时： a若采用出口阀调节，则多损失的压头为多少m水柱？ b若采用变速调节，则泵的转速应为多少？ 【解】 （1）第43页/共67页44/67hmV315%7520 mVH75.271501. 03001. 03022 mhe191504. 0102 m75. 81975.27 多多损损失失（20，26）（15，19）（15， 27.75） 2015Hhe(2)多损失的压头为多少m水柱？ a. 采用调节出口阀门的方法多损失的201. 030VH 204. 010Vhe 泵特性曲线方程管路特性曲线方程第44页/共67页45/67201. 030VH 204. 010Vhe 泵特性曲线方程管路特性曲线方程hmV315%7520 mhe191504. 0102 （20，26）（15，19）22201. 030VnnHnn 221501. 029003019 n.2441mprn b. 采用调节转速的方法，则泵的转速应为多少？ 2015注意：以下解法错误!mprnVVn.2175290075. 0 新转速下泵的特性曲线方程为： 因为比例定律只适用于泵，而不能用于由泵和管路特性曲线共同决定的工作点（管路特性曲线过坐标原点时除外）。he第45页/共67页46/67作业：第46页/共67页47/67六、离心泵的安装高度ZS1、什么是安装高度？ 泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用ZS表示。可正可负。思考：安装高度为什么受限制？ 第47页/共67页48/67六、离心泵的安装高度ZS思考：安装高度为什么受限制？ 为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度ZS,max。汽蚀现象： 叶片背面 当pkpv 时，K处发生部分汽化现象。 叶片表面产生蜂窝状腐蚀 ；泵体震动，并发出噪音；流量、压头、效率都明显下降；严重时甚至吸不上液体。第48页/共67页49/67六、离心泵的安装高度ZS2、最大安装高度ZS,max和允许汽蚀余量h允许esfeesshgugpzgp 22 min,max,esfeesshgugpgpz 22 min,max, 刚好发生汽蚀时， pkpv， pe达到最小值pe,min。在s-s面、e-e面间列机械能衡算：esfeeshgpgugpgpp 22min,最小汽蚀余量又称最小净正吸上高度（NPSH，Net Positive Suction Head） 第49页/共67页50/67六、离心泵的安装高度ZSgpgugphee 22min,min令令esfsshhgppz minmax, 于于是是3 . 0min hh允许允许一般规定，允许汽蚀余量h允许是泵的特性参数之一，由厂家测定。 esfsshhgppz 允允许许允允许许相相应应地地，允允许许安安装装高高度度 hmin的实验测定：用20清水测定。以泵的扬程较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志，测定泵刚好发生汽蚀时的pe即可。-最小汽蚀余量实际的安装高度还应比允许值低0.51m。第50页/共67页51/67六、离心泵的安装高度ZS当输送条件与测定条件不同时，则要对h允许值进行校正。求校正系数的曲线载于泵的说明书中。校正系数常小于1，故为简便计，也可不校正，而将其视为外加的安全因数。h允许的校正：第51页/共67页52/67七、离心泵的类型、选用、安装与操作 冷凝水泵冷凝水泵锅炉给水泵锅炉给水泵杂质泵杂质泵耐腐蚀泵耐腐蚀泵油泵油泵清水泵清水泵按用途分按用途分 双吸泵双吸泵单吸泵单吸泵按吸入方式分按吸入方式分 多级泵多级泵单级泵单级泵按叶轮级数分按叶轮级数分 立式立式卧式卧式按转轴的位置分按转轴的位置分类型：不下百种 请点击观看动画第52页/共67页53/67七、离心泵的类型、选用、安装与操作 设计点 Q高效区选用原则： 定类型-根据流体性质及操作条件 定规格-根据流量、压头大小，高效返回目录第53页/共67页54/67第二节 其它类型泵 涡涡泵泵等等其其他他形形式式：射射流流泵泵、旋旋轮轮泵泵、螺螺杆杆泵泵等等、隔隔膜膜泵泵、计计量量泵泵、齿齿往往复复式式容容积积式式：如如轴轴流流式式、混混流流式式等等、离离心心式式速速度度式式：如如泵泵一、其它速度式泵第54页/共67页55/67第二节 其它类型泵二、容积式泵1、往复泵工作原理：与离心泵比较：结构：泵缸、活塞、阀门、传动机构 利用容积的变化给流体加静压能 工作循环：一次吸液，一次排液 单缸单动泵 H 0 Q-具有自吸能力，不必灌液 -安装高度也受限制，但无汽蚀现象v启动前是否需要灌液？v安装高度是否有限制？v流量Q与压头H关系？-流量与压头几乎无关 由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。 压头越大，漏损越大.请点击观看动画第55页/共67页56/671、往复泵与离心泵比较： 数数改改变变活活塞塞行行程程或或往往复复次次旁旁路路调调节节流流量量调调节节方方法法旁路 H 0 Q 单缸单动泵v输液量均匀性？连续性？v流量调节方法？-输液量不均匀、不连续 -流量调节不可用出口阀门调节方法。 v适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体。v效率高，通常为7293%。 请点击观看动画第56页/共67页57/672、其他容积式泵：齿齿轮轮泵泵、螺螺杆杆泵泵等等、隔隔膜膜泵泵、计计量量泵泵、往往复复式式容容积积式式：如如第57页/共67页58/67三、各类泵在化工生产中的应用请点击观看动画 离心泵应用范围最广。特别适用于化工生产的原因是它的流量均匀而易于调节，又能输送有腐蚀性、含悬浮物的液体。 往复泵往复泵只宜在压头高、流量也较大的情况下使用。返回目录第58页/共67页59/67第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵 容积式容积式速度式速度式按工作原理分按工作原理分 真空泵真空泵压缩机压缩机鼓风机鼓风机通风机通风机按用途分按用途分 p2 p1终压p21.15atm，压缩比15. 1112 pp终压p24atm，压缩比412 pp终压为大气压，压缩比近似第59页/共67页60/67第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵工作原理：结构：主要性能参数及特性曲线：与离心泵相似特点：叶片数目多、短，有径向、前弯、后弯等， 通道多呈矩形 风量、风压、静风压、轴功率、效率与离心泵相同风量Q：以进口状态计 一、离心通风机第60页/共67页61/67第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵一、离心通风机 p2 p1静静风风压压 pst-每每米米3气气体体通通过过风风机机所所获获得得的的能能量量，3mJ（Pa）ttgHp 2221122212uuppgHptt 动动风风压压 pk)(01表表压压 p01 u22222uppt 风压pt：在风机进出口间列机械能衡算方程式： 又称全风压,Pa2 . 10 ttpp若使用条件与测定条件不同，需换算： -用1atm、20空气测定的风压 标准全风压pt0第61页/共67页62/67第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵一、离心通风机 ttQpgQHN pt0 N pst Q全压效率70%90% 效率： 功率N：第62页/共67页63/67二、往复压缩机结构、工作原理与往复泵相似。 但因气体密度小、可压缩的特性，决定了压缩机的阀门更加轻巧、灵活。 工作循环： 压缩排气膨胀吸气 绝热压缩思考：为什么压缩比p2/p1不能过大？等温压缩pV1吸气排气压缩膨胀V4V3余隙p2p1 由于余隙的存在，压缩比p2/p1过大时，新鲜吸气量会过小。 压缩比一般取57以内。超过此值，需用多级压缩。 请点击观看动画第63页/共67页64/67二、往复压缩机 p p2 p1余隙 V3 V4 V1吸气排气压缩膨胀多级压缩 在一个气缸里压缩了一次的气体，送入中间冷却器冷却之后再送入次一气缸进行压缩，经几次压缩再达到所需的终压。 压缩机的级数愈多，构造便愈复杂，因此常用的多为2至6级，每级压缩比约为3至5。 第64页/共67页65/67第二章 小结设计型、操作性问题计算第65页/共67页66/67第二章 小结往复泵： （与离心泵对比）往复泵： （与离心泵对比） 工作原理工作原理 特性曲线的形状特性曲线的形状 流量调节方法流量调节方法 安装安装 通风机： （与离心泵对比）通风机： （与离心泵对比） 主要性能参数：风量、风压、功率、效率主要性能参数：风量、风压、功率、效率 特性曲线的形状特性曲线的形状 第66页/共67页67/67感谢您的观看。第67页/共67页
展开阅读全文