2012工程流体力学---泵与风机

概述第十四章泵与风机的理论基础第十四章泵与风机的理论基础泵和风机则是将原动机的机械能转变为流体的势能和动能，并克服流体阻力。达到输送流体的目的。汽轮机、水轮机、泵和风机均为流体输送机械。汽轮机、水轮机是将流体的势能和动能转变为机械能。化工生产中，常需要利用流体输送机械将流体：从低处送到高处从低压处送到高压处从甲地送往乙地（如：管道运输石油、天然气）抽气（使设备维持一定的真空度）概述第十四章泵与风机的理论基础流体流经输送机械后即可获得能量，使流体的动能↑，或位能↑，或静压能↑，用于克服流体输送沿程中的机械能损失、提高位能以及提高流体压强（或减压）等。概述常用的流体输送机械：泵输送液体风机压缩机输送气体真空泵第十四章泵与风机的理论基础概述输送的流体种类和条件繁多：1、流体种类有清洁无毒的、强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和压强又有高低之分；3、生产过程所需提供的流量和压头各异。第十四章泵与风机的理论基础了解流体输送机械结构原理特性合理选择流体输送机械型号规格确定流体输送机械的安装高度气蚀与安装高度的关系掌握流体输送机械的输送量调节与控制工作点调节损失并串联概述本章学习要求：第十四章泵与风机的理论基础14.1泵与风机的分类及应用泵与风机的分类根据工作原理可以分为：叶片式、容积式及其它类型式。14.1.1叶片式泵与风机第十四章泵与风机的理论基础通过高速旋转的叶轮对流体做功，使流体获得能量。离心式、轴流式、混流式离心式泵14.1泵与风机的分类及应用第十四章泵与风机的理论基础回旋式—齿轮泵14.1.2容积式泵与风机通过工作室容积的改变对流体做功，使流体获得能量。往复式泵14.1泵与风机的分类及应用第十四章泵与风机的理论基础14.1.3其他类型的泵与风机射流泵、真空泵离心泵的应用状况广泛－－占化工用泵80-90％常见转速范围－－1200-3600转/分流量均匀、易调节、高效。发展趋向－－大型化、高速化17000-20450转/分，排出压达200-250大气压。第十四章泵与风机的理论基础14.2离心式泵与风机的构造及性能参数14.2.1离心式泵的基本结构离心泵的类型（按用途分）清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、液下泵、屏蔽泵、管道泵、低温用泵离心泵的特点离心泵结构简单，流量大而且均匀，操作容易，流量易于调节，且能适用于多种特殊性质物料。第十四章泵与风机的理论基础叶轮轴6~12片叶片泵壳等。蜗牛形通道；叶轮偏心放，有利于动能转化为静压能。叶轮泵壳底阀(防止“气缚”)滤网(阻拦固体杂质)离心泵的主要部件第十四章泵与风机的理论基础叶轮：对液体做功的部件，由泵轴带动旋转叶轮上的叶片为后弯型，叶片数为4-12叶轮分开式、半闭式和闭式三种。离心泵的主要部件第十四章泵与风机的理论基础叶轮实物照片泵壳:泵内液体的转能装置，通常为蜗牛形泵壳中央为吸入口，与吸入管路连接，泵的排出口位于泵壳侧周，与排出管路相连。第十四章泵与风机的理论基础离心泵的主要部件导轮－－在叶轮与泵壳间加装的一个带叶片的固定轮。对离开叶轮的液体流向泵壳起导向作用。离心泵的主要部件第十四章泵与风机的理论基础轴封装置－防泄漏装置防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。离心泵的主要部件第十四章泵与风机的理论基础填料密封主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成。第十四章泵与风机的理论基础机械密封主要由装在泵轴上的动环和固定于泵壳上的静环组成，两环端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。第十四章泵与风机的理论基础结构叶轮、蜗形机壳低压：方形通道1、离心通风机14.2.2离心式风机的基本结构第十四章泵与风机的理论基础低压离心通风机低压离心通风机高压离心式通风机高压离心式通风机结构类似多级离心泵。三级离心鼓风机2、离心鼓风机与压缩机离心鼓风机的压缩比不高，无需冷却装置。结构多级鼓风机各级叶轮直径相近。多级离心鼓风机（内部结构）2、离心鼓风机与压缩机结构多级离心压缩机（外型）级数增多，以几级作一段，段间可能加冷却器。2、离心鼓风机与压缩机离心压缩机离心压缩机叶轮2、离心鼓风机与压缩机（1）离心泵的流量Q(m3/s)又称送液能力指泵在单位时间内能够输送的液体体积量。离心泵流量的大小取决于泵的结构、尺寸和转速。1、离心泵的主要性能参数14.2.2离心式泵与风机的性能参数第十四章泵与风机的理论基础（2）离心泵的扬程H(单位m或J/N)又称泵的压头指单位重量液体流经泵后所获得的能量。扬程的大小，取决于泵的结构、转速及流量。1、离心泵的主要性能参数14.2.2离心式泵与风机的性能参数第十四章泵与风机的理论基础（3）离心泵的效率η液体获得的能量与泵对液体做功所付出的能量之比。由于存在着不可避免的能量损失，离心泵所做的功并不全部为液体所获得。效率η反映其能量损失，主要的为容积损失，水力损失和机械损失。1、离心泵的主要性能参数14.2.2离心式泵与风机的性能参数第十四章泵与风机的理论基础离心泵的效率η不等于100%，原因是存在以下三部分损失容积损失－泵的泄漏损失造成的。（闭式0.85-0.95）水力损失－液体在泵内流动时的阻力损失。（额定流量下，0.8-0.9）机械损失－轴承、轴封等处的机械摩擦损失。（0.96-0.99）第十四章泵与风机的理论基础（4）轴功率N（单位为W或kW）泵轴从电机处获得的功率。WNNeWgQHNekWHQWHQWgQHNNe102102.01、离心泵的主要性能参数14.2.2离心式泵与风机的性能参数第十四章泵与风机的理论基础2、离心通风机性能参数（1）风量Q：以风机进口处的气体状态计算的气体排出体积流量。单位m3/h（2）全风压Ht：单位体积的气体从风机处获得的能量，J/m3，即Pa14.2.2离心式泵与风机的性能参数第十四章泵与风机的理论基础21,212212122)()(fthguuppgzzH2)(2212uppHt12ppHst称为动风压称为静风压，222uHst14.2.2离心式泵与风机的性能参数2、离心通风机性能参数第十四章泵与风机的理论基础(kw)1000tQHN（3）功率N与效率η的关系：2、离心通风机性能参数14.2.2离心式泵与风机的性能参数第十四章泵与风机的理论基础泵提供给单位重量液体的能量称为泵的压头，用H表示，单位m。离心泵的压头离心泵的压头是表征离心泵作功能力的的一个重要性能参数，其值与泵的构造、尺寸、叶轮转速、所输送的液体流量等有关。14.3泵的基本方程第十四章泵与风机的理论基础方程推导的假定前提1、叶片无限多且无限薄2、理想流体离心泵基本方程式从理论上表达了泵的压头与其结构尺寸，转速及流量等因素之间的关系。它是用于计算离心泵理论压头的基本公式。14.3泵的基本方程第十四章泵与风机的理论基础1.液体通过叶轮的流动离心泵工作时，液体一方面随叶轮作旋转运动，同时又经叶轮流道向外流动。液体在叶轮中的流动14.3泵的基本方程速度三角形的α表示绝对速度c与圆周速度u两矢量之间的夹角，β表示相对速度w与圆周速度u反方向延线的夹角，一般称为流动角。2.离心泵基本方程式的推导由余弦定律，得：cos2222cuuc在叶轮进口与出口列柏努利方程gcgpHgcgp22222211gccgppH2212212第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程2.离心泵基本方程式的推导gccgppH2212212静压头△p/ρg增加，原因有二：离心作用，接受外功(u22-u12)/2g通道截面积↑，ω↓；即动能转换为静压能。每kg液体静压能增加了(ω12-ω22)/2g第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程2.离心泵基本方程式的推导gccgppH2212212g2ccg2g2uuH212222212122)(1)coscos(11122111222uucucugcucugHcos2222cuuc设计时，一般都设计为2/1gcugcuHu//cos22222第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程(14-7)gcuH222cosrTcbDQ222又22222cosctgcucrTQgbDctguguH2222226022nDu其中离心泵基本方程式方程表明了H∞与QT、叶轮转速、构造及尺寸（β2、D2、b2）之间的关系。gctgcuguHr22222第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程2222222sincbDcbDQrT理论流量3.离心泵基本方程式讨论第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程TTrTTQgbnctgngDHctgcuugHgcuH22222222222222603600)(1cos理论压头及其影响因素1、n与D2、几何形状3、理论流量3.离心泵基本方程式讨论第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程w2w2w2222后弯叶片径向叶片前弯叶片叶片的几何形状后弯叶片径向叶片前弯叶片guHctgo2222,0,90guHctgo2222,0,90guHctgo2222,0,903.离心泵基本方程式讨论TQgbDctguguH22222214.3泵的基本方程叶片后弯，290，ctg20，即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，ctg2=0，即H不随流量而变化；叶片前弯，290，ctg20，即H随流量增大而增大。3.离心泵基本方程式讨论TQgbDctguguH222222第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程叶片前弯，290，H随流量增大而增大。3.离心泵基本方程式讨论虽然前弯叶片所产生的H∞最大，但实际上离心泵多采用后弯叶片，原因是：H∞包括压头和静压头，即我们希望获得的是静压头，因为动压头的增大伴随有较大的能量损失。TQgbDctguguH222222pcHHH第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程理论压头与液体密度无关。即同一台泵无论输送何种液体，所能提供的理论压头是相同的。TQgbDctguguH2222223.离心泵基本方程式讨论第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程理论压头与液体在叶片内的流动无关。仅与流体在叶片的进出口速度有关。4.离心泵理论压头与实际压头比较第十四章泵与风机的理论基础14.3泵的基本方程(1)扬程－流量曲线(H-Q线)离心泵的特性曲线通常：流量增大，泵的扬程减小。5、离心泵的实际特性曲线离心泵的特性曲线（2）效率－流量曲线(η-Q线)效率在某－流量出现最大值，该点为泵的设计点，也称最为经济点。5、离心泵的实际特性曲线离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。5、离心泵的实际特性曲线（3）轴功率－流量曲线(N-Q线)流量为零时，轴功率不为零。但此时的轴功率最小。离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机5、离心泵的实际特性曲线离心泵的特性曲线是在固定转速和常温、常压下以清水为介质测定的，若输送液体与水的物理性质差别较大时，泵的特性曲线必须进行校正。5、离心泵的实际特性曲线液体物性的影响（1）密度的影响－密度仅对轴功率有影响。102HQN（2）粘度的影响粘度增大，下降，增大。Q、H、N6、影响离心泵性能的因素和性能换算第十章流体输送机械cQ、cQH、cHQH