第二章流体输送机械01节

上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29第二章流体输送机械概述流体从低处→高处；低压处→高压处；所在地→较远处；需要对流体做功，增加流体的机械能。流体输送设备（通用机械）：液体输送设备——泵；气体输送设备——通风机、鼓风机、压缩机或真空泵；作用：向系统输入能量，补充所需机械能；用于流体的输送或加压。特点：机械内部的工作容积不断发生变化。按泵的工作原理分:、回转式等往复式容积式：如轴流式、喷射式等、离心式速度式：如泵特点：使流体获得速度上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29第一节离心泵离心泵外形：上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29第一节离心泵蜗壳（外壳）；叶轮：敞式,半蔽式,蔽式单吸式、双吸式。附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔、轴封。一、离心泵的基本结构，工作原理(1)离心泵的结构主要结构：上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29第一节离心泵•由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。•叶轮紧固于泵轴上泵轴与电机相连，可由电机带动旋转。•吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装一止逆阀。•泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29一、离心泵的基本结构，工作原理(2)离心泵的工作过程：•开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。•开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很高的速度（15-25m/s）流入泵壳。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29•在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口流入排出管道。•泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。一、离心泵的基本结构，工作原理(3)工作原理(a)排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳(动能→静压能)→流向输出管路。(b)吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内。气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。离心泵结构示意图上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29气缚离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调节流量。一、离心泵的基本结构，工作原理上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29二、离心泵的主要部件与作用（1）1、泵壳：蜗形壳作用汇集液体泵壳的结构特点：泵壳有两个口：一个在泵的中心(轴向),叶轮的眼,为液体吸入口。另一个在泵截面的最大处(切向)为液体的出口。转能装置：获得离心力的液体将动能转化为静压能。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29二、离心泵的主要部件与作用（2）2.叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的动能和静压能。叶轮形式：叶轮由6～12片叶片组成。按叶片两侧有无盖板:敞式、半蔽式、蔽式。叶轮的类型(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式按吸液方式：单吸式、双吸式。蔽式叶轮：适用于输送清洁液体敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。单吸式与双吸式叶轮上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29二、离心泵的主要部件与作用（3）3、轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称轴封。作用：防止液体漏出及空气逆向漏入。1)填料密封；2)机械密封等。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29三、离心泵的主要性能参数(五个)(1)1、流量Q(体积流量m³/s、m³/h)单位时间内泵的输送液体的体积，决定离心泵的结构尺寸。Q与质量流量ms的关系：ms=Qρ2、压头(扬程)H[m]=We/g单位质量的液体通过泵后所获得的能量(或能量的增加值)也是泵提供给液体的有效压头。该值一般由实验测定。0pHhgp真压列柏努利方程：在真空表与压力表之间上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29三、离心泵的主要性能参数(五个)（2）3、泵的有效功率Ne:单位时间内流体流动流经泵所得到的有效功率值，即液体所需要的功率。WsJgQHWNe/ems泵的轴功率N：电机传给泵轴的功率；即泵轴所需要的轴功率。4、泵的效率η：表示泵在运转中动力有效利用的程度。kWNNNNee/%;1005、泵的转速(转数)n上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29三、离心泵的主要性能参数(五个)（3）使泵的效率η＜100%的原因分析如下：a.水力损失b.容积损失c.机械损失泵的铭牌上或性能表上所列的Q、H、N、η、n的值为η最大的对应值。泵的设计点：泵的η最高时对应的Q、H、N称为泵的设计点。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29四、泵的性能曲线(工作曲线)及应用(1)离心泵的H、η、N都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：H～Q、η～Q、N～Q——离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29四、泵的性能曲线(工作曲线)及应用(2)1、Q～H曲线Q↑，H↓2、Q～N曲线Q=0，N最小(但不为0)；Q↑，N↑3、Q～η曲线：Q=0时η=0Q↑η先↑后↓;P点为η最大值点称设计点(最佳效率点)。最佳工作区(最佳工况区)：设计点左右、效率最高点区域。①Q～H②Q～N③Q～η上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29五、影响离心泵性能的主要因素(1)•1、液体性质的影响•1）液体密度的影响sin2222cbrQT离心泵的流量与液体密度无关。离心泵的压头gcuH/cos222与液体的密度无关H～Q曲线不因输送的液体的密度不同而变。泵的效率η不随输送液体的密度而变。/gQHN离心泵的轴功率与输送液体密度有关。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29五、影响离心泵性能的主要因素(2)2）粘度的影响当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，•泵的压头减小•泵的流量减小•泵的效率下降•泵的轴功率增大•泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤油等粘度的影响可不进行修正。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29五、影响离心泵性能的主要因素(3)2、转速对离心泵特性的影响当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：nnQQ''2)'('nnHH3)'('nnNN——比例定律3、叶轮直径的影响1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相似，b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29五、影响离心泵性能的主要因素(4)2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小，b2/D2变大若切削使直径D2减小的幅度在20%以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等,此时有：22''DDQQ222)'('DDHH322)'('DDNN---------切割定律上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六、离心泵的工作点与流量调节(1)1、管路特性曲线:2gHZ12对于确定的管路，将液体由液面1送到液面2，则△Z=Z2-Z1为液体的升扬高度[m];由1面至泵的吸入口高度为泵的吸上高度Hg；管路所需要的总扬程为He应由柏努利方程解决：上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29五离心泵的工作点与流量调节（2）21f22gugPZHeHgudllHef222222se)d4Q(uu,d4VQQu)l(的关系如下：和为定值，和、l上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29五离心泵的工作点与流量调节(3)245222221f824)(HQddllggQddllee)(8,452ddllgBgpZAe令。上式称为管路特性方程2QHeBA上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节（4）gPZHeQQBQgPZHe，＝时，＝当＝管路特性曲线为，0f02gPzHeQQ~HeQeHeMHN,η上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节(5)2、离心泵的工作点M：将泵的特性曲线与管路的特性曲线放在同一张图中，泵所提供的流量Q和扬程H，恰是管路所需要得的流量Qe和扬程He，则两条特性曲线的交点M称为----工作点：H=HeQ=Qe上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节(6)3、离心泵的流量调节1）改变出口阀开度---改变管路特性曲线•阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；•当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节(7)特点：调节方便，可连续操作，实用广泛，利用阀门开度到达调节目的。缺点：阀门增加了阻力损失，运转不经济。此种方法多用于：①流量调节幅度不太大，但需经常调节；②满足工作需要而不是以经济效果考虑时。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节(7)2)改变转速n的调节:改变泵的特性曲线若把泵的转速提高到n1：则H~Q线上移，工作点由M移至M1，流量由QM加大到QM1；•若把泵的转速降至n2：则H~Q线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节(8)3)切割叶轮直径来调节：改变泵的特性曲线特点：将泵的叶轮切削利用改变泵的大小方法调节流量，是改变泵的特性曲线的调节方法。4)离心泵的串、并联：特点：如果需要增加送液量，则将两泵并联，但达不到单泵的2倍。如果需要增加扬程，则将两泵串联，但达不到单泵的2倍。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节（9）上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29六离心泵的工作点与流量调节（10）结论：泵的并联或串联操作按下列三个原则选择：⑴当单台泵的压头低于管路系统所要求的压头时，只能选择泵的串联操作；⑵对高阻力型管路系统，两台泵串联可获得较大的压头；⑶对低阻型管路系统，两台泵并联可获得较大的流量。上一内容下一内容回主目录返回2020/2/29例题例题1将浓度为95%的