大学化工原理第二章 流体输送设备

第二章流体输送机械教学要求§2-0概述§2-1液体输送机械§2-2气体输送和压缩机复习FI锅炉供水接真空去高压锅炉材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械2/31教学要求重点：离心泵的特性和选用。覆盖内容：离心泵的结构（主要部件及其作用）；工作原理；类型；气缚现象产生的原因及消除措施；离心泵的理论流量与理论扬程、离心泵的基本方程式及影响扬程、流量的主要因素；离心泵的主要性能参数（流量、扬程、轴功率、效率）；特性曲线的测定、换算和应用；离心泵的工作点及其调节；气蚀现象（避免措施）、临界气蚀余量、必须气蚀余量、最大吸上真空高度；允许吸上真空高度等概念及测定；泵的安装高度的确定；泵的主要型号及选择原则；正位移式输送设备的特点及操作要点。材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械3/31§2-0概述◆原因：能量损失、低位向高位、低压向高压◆方法：使流体获得机械能←（流体输送设备）◆流体输送机械的分类：➣按工作原理：动力式、容积式（正位移式）、其它类型。➣按被输送流体：泵——输送液体；气体——通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。1122◆管路特性曲线He~Qe的关系曲线材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械4/31§2-0概述取1-1、2-2截面，基准面：1-1对单位重量的流体列柏努利方程：fHgpguZHegpguZ2222121122只要管路系统的布置确定，则Z1、Z2、p1、p2为定值，即上式可变形为：ffHAHeHguuZZgppHe2)(21221212动压头差可忽略不计材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械5/31§2-0概述22211428)(BQeAHeBQeHQegdHfNiMjiijif221142)(iiiMjijNiiiifdQeugudlHQeHeAζ增加QeHeAΔZ或Δp/ρg↑He~Qe的关系只与管路的布置有关。材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械6/31§2-0概述◆评价流体输送设备性能的重要参数➣扬程：单位重量流体从流体输送设备上获得的机械能，以H表示，也称为压头。➣流量：单位时间内，流体输送设备提供给管路系统的流体体积量，以Q表示。➣效率➣轴功率➣允许吸上真空度或必须气蚀余量材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械7/31§2-1液体输送机械§2-1-1离心泵一、离心泵的工作原理与主要部件1、工作原理灌泵启动气缚现象2、主要部件➣叶轮——闭式、半闭式、开式单吸式、双吸式➣密封装置：填料密封、机械密封。➣泵壳：汇集液体、能量转换装置作用:机械能转移何种叶轮的效率高?为什么?材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械8/31§2-1液体输送机械二、离心泵的基本方程离心泵在理想工作状况下时，从理论上表示离心泵的扬程与、泵的结构、尺寸、转速及流量等因素间的关系。➣离心泵的理想工作状况：理想流体、叶轮的叶片数量为无穷多➣液体通过叶轮的流动速度三角形：D2211w1c1u1w2c2u2D12材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械9/31§2-1液体输送机械gwgugcHHHgcHgwguHiiicipiTiiciiipi222222222222动能：；势能：➣离心泵的理论扬程推导方法：1）离心力作功；2）欧拉平衡方程+离心力场中的机械能守衡；3）动量矩增量与作功的关系。gcuHgccgwwguuHHHTTTTi2229021222122212212cos222材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械10/31§2-1液体输送机械➣理论流量QT则:QT=πD2b2cr2TTTrrQbDgctguguHDnRnubDQcctgcuc2222222222222222260602cos材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械11/31§2-1液体输送机械HTQT➣离心泵基本方程式的讨论◆叶轮的直径与转速:n↑或D2↑，则HT↑◆叶片形状：后弯叶片、径向叶片、前弯叶片。β90°β=90°β90°为什么工业上常采用后弯叶片？◆QT对理论扬程的影响：TTQbDgctguguH222222材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械12/31§2-1液体输送机械三、离心泵的主要性能参数与特性曲线➣离心泵的主要性能参数◆流量（Q）：L/s或m3/h。Q=f（结构、尺寸、转速）。安装在管路中离心泵的流量还与管路特性有关。◆扬程（H）：m。H=F(结构、尺寸、转速、流量）。安装在管路中离心泵的扬程还与管路特性有关。◆效率：容积效率（容积损失），水力效率（水力损失），机械效率（机械损失）.η=0.5~0.7扬程理论扬程实际扬程各种原因引起的能量损失流量材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械13/31§2-1液体输送机械◆轴功率(N):W(kW)gHQN机械损失容积损失水力损失NNe➣离心泵的特性曲线◆实验测定泵的特性曲线（一定转速下）◆H~Q曲线：◆η~Q曲线◆N~Q曲线材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械14/31§2-1液体输送机械3''2'/'',,nnNNnnHHnnQQ四、离心泵性能改变和换算➣液体物性的影响◆密度◆粘度(ν20×10-6m2/s)➣离心泵转速(20%)u2u2r2w2w2c22c2rc2rc2不同转速下的速度三角形➣离心泵叶轮直径32'2'22'2'2'2',,DDNNDDHHDDQQ材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械15/31§2-1液体输送机械五、离心泵的气蚀现象与安装高度➣气蚀现象思考题:1)产生气蚀现象有什么后果？2)气蚀现象与气缚现象有什么异同？？Hgp00011p1➣安装高度(Hg)材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械16/31§2-1液体输送机械gppHasmin1'max,)(5.0'max,'ssHH➣允许吸上真空高度(Hs’)Hgp00011p110,21'max2fsHguHHg1000))24.01081.9()10((3'vasspHHH'',)(ssHQQfH材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械17/31§2-1液体输送机械KKP11➣必须气蚀余量(NPSH)rkfkvckfkvHgugpgugpNPSHHgugpgugp1,221min11,221122)()(225.0)()(crNPSHNPSH)()(QNPSHr10,0max)(frvHNPSHgppHg考虑泵运行期间的生产条件波动,则实际的安装高度:)1~5.0(maxHgHg材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械18/31§2-1液体输送机械六、离心泵的工作点与调节流量Q扬程H管路特性曲线泵的特性曲线工作点Q1H1➣工作点：◆泵的特性曲线◆管路特性曲线◆工作点：H=He,Q=Qe➣流量调节◆改变出口阀开度——改变管路的特性曲线◆改变转速——改变泵的特性曲线材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械19/31§2-1液体输送机械➣组合操作（同型号：H=C-KQ2）◆并联并联后H’=H,Q’=2Q并联后的特性：H’=C-K(Q’/2)2◆串联（同型号）：串联后H’=2H,Q’=Q。串联后的特性：H’=2C-2KQ2◆选择原则：单台：H=C-KQ2，管路：He=A+BQe2。1）CA只能选择串联；2）B较小，并联；3）B较大，串联操作。材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械20/31§2-1液体输送机械七、离心泵的类型➣清水泵（IS型、D型、Sh型）：用于输送清水及与水物性相似的液体。IS型：Q=4.5~360m3/h，H=8~98m。D型：级数一般为2~9级，最多可达12级。Q=10.8~850m3/h;H=14~351m，。Sh型：Q=1120~12500m3/h,H=9~140m，。IS65-40-250:65—吸入口直径；40—排除口直径；250—叶轮直径➣耐腐蚀泵（F型）40FM1-26：40—吸入口直径，M—与流体接触部件的材料代号，1—轴封类型代号；26—扬程材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械21/31§2-1液体输送机械➣油泵（Y型）：双吸式为YS。100Y-120×2A：2—叶轮级数，A—叶轮切割次数➣杂质泵（P型）➣液下泵➣屏蔽泵八、泵的选用与校核及使用泵的计算设计型操作型已知：管路布置情况，管路的流量任务。求：选择合适的泵，并确定泵在管路中的安装高度已知：管路布置情况，管路的流量任务，泵的型号。求：该泵是否合用，能否正常操作。选用校核材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械22/31§2-1液体输送机械➣离心泵的安装与使用◆最大安装高度◆灌泵◆出口阀◆定期检查和维修§2-1-2往复泵一、往复泵的工作原理二、往复泵的特性➣往复泵的扬程：往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关。➣往复泵的流量：往复泵的流量只与泵的几何尺寸、活塞的往复频率、冲程等有关。rTrTSnaAQASnQ)2(；双动：单动：➣理论流量：材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械23/31§2-1液体输送机械实际流量：Q=ηvQTηv，中型往复泵为0.9~0.95➣流量不均匀性➣特性曲线与工作点工作点流量不随管路特性改变。三、往复泵的流量调节➣旁路调节➣改变活塞冲程及频率※安装高度有限制吗？为什么？材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械24/31§2-1液体输送机械四、往复泵与离心泵的比较往复泵离心泵具有自吸能力、启动前不需灌泵，安装高度受限。不具有自吸能力、启动前需要灌泵，安装高度受限。流量不均匀、不连续。流量只与泵有关，扬程只与管路有关。流量均匀、连续。流量、扬程不仅与泵有关，还与管路有关。流量调节：旁路、改变冲程或频率。流量调节：出口阀、改变转速、组合操作启动：循环阀全开。适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体。效率高。启动：出口阀全关。材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械25/31§2-1液体输送机械§2-1-3其它类型泵一、计量泵适用于要求输液量十分准确或几种液体要求按一定配比输送。二、齿轮泵适用于输送高粘度液体或糊状物料。三、螺杆泵螺杆泵压头高、效率高、无噪音、适用于输送高粘度液体。四、隔膜泵五、旋涡泵材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械26/31§2-2气体输送和压缩机➣用途：输送气体、产生高压、产生真空。➣分类：工作原理：离心式、容积式。用途：通风机：出口压强不大于15kPa(表压)，压缩比为1～1.5鼓风机：出口压强为15kPa～0.3MPa(表压)，压缩比小于4压缩机：出口压强0.3MPa以上(表压)，压缩比大于4真空泵：用于减压抽吸，出口压强为大气压，材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械27/31§2-2气体输送和压缩机➣结构：与离心泵相似。➣特点：叶片数量多、短，有径向、前弯、后弯，流道多呈矩形。➣分类：一、离心通风机低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa(表压)中压离心通风机：出口风压1.0～3.0kPa(表压)高压离心通风机：出口风压3.0～15.0kPa(表压)➣主要性能参数风量(Q)风压(HT)、效率η、轴功率N材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械28/31§2-2气体输送和压缩机二、离心鼓风机和压缩机三、罗茨鼓风机◆结构及工作原理◆操作与调节四、往复式压缩机➣主要部件➣工作原理➣工作循环：压缩——排气——膨胀——吸气➣容积系数31410VVVV材料与化学工程系化学工程教研室化工原理流体输送机械29/3