搜索
泵与压缩机泵与压缩机中国石油大学中国石油大学（华东）（华东）化学工程学院化工装备与控制工程化学工程学院化工装备与控制工程2011.10油气储运工程专业油气储运工程专业课程目标：油气储运工程专业技术基础课培养对泵和压缩机合理选型、使用维护、调节控制和技术改造的工程应用能力预修课程：工程力学、工程流体力学、工程热力学基本要求：1.了解泵与压缩机的典型结构和技术特点2.掌握泵与压缩机的工作原理和基本方程3.熟悉泵与压缩机的性能特点和性能参数4.熟悉泵与压缩机的工程应用技术（调节和选型）课程简介教材课程教学内容教学内容结构流体机械结构型式原理流体力学工程热力学性能能量转换质量守恒应用调节控制选型操作课程内容第一章离心泵第二章离心压缩机第三章往复活塞式压缩机第四章其它型式的泵油气储运工程：储存和运输石油（液体介质）或天然气（气体介质）储运设备：管输机械即流体机械流体机械：对流体介质（液、气及散状固体）传递能量（输入或输出能量）机械用途：通用机械设备矿山、冶金、石化、机械、国防、交通、农业其中：泵：输送液体介质并提高其能头压缩机：输送气体介质并提高其能头泵与压缩机：连接管道与储罐的输送动力长输油气管线的输送机械动力仪表控制循环的动力机械引言泵与压缩机分类分类工作机（泵与压缩机）原动机速度式（动力式）叶片式（透平式）离心（泵、压缩机、风机）轴流（泵、压缩机）、混流泵旋涡泵、水轮泵汽轮机、燃气轮机风力发电机、水轮机螺旋桨推进器喷射式（流体作用式）射流泵、喷射器喷气发动机喷水推进器容积式往复式往复（泵、压缩机）活塞泵、柱塞泵、隔膜泵柴油发动机汽油发动机回转式齿轮泵、螺杆（泵、压缩机）罗茨（泵、腰轮鼓风机）齿轮马达螺杆马达其他形式水锤泵、电磁泵酸蛋（液体活塞）液压马达第一章离心泵第一节离心泵的工作原理及分类第二节离心泵的基本方程式第三节液体所获能头的分析第四节有限叶片数对理论扬程的影响第五节离心泵的性能曲线第六节离心泵的相似原理及其应用第七节离心泵的汽蚀与吸入特性第八节输送粘液时离心泵性能曲线的换算第九节离心泵的装置特性与工况调节第十节离心泵的系列及选用第十一节离心泵的主要零部件第十二节离心泵的节能第一节离心泵的工作原理及分类要求了解离心泵的基本构成和分类掌握离心泵的工作原理掌握离心泵的主要工作参数内容一、离心泵的基本构成二、离心泵的工作原理三、离心泵的分类四、离心泵的主要工作参数一、离心泵的基本构成叶轮吸入室泵体(蜗壳)口环(叶轮前密封)密封部件(叶轮后密封)泵轴轴承一、离心泵的基本构成一、离心泵的基本构成工作部件：流体做功叶轮、（诱导轮）过流部件：导流转能吸入室、蜗壳、（导叶）密封部件：防止泄漏口环（叶轮前泄漏）轴封（叶轮后轴端泄漏）[填料、机械密封]其它部件：传动支承轴（传动）、轴承平衡盘[鼓]（轴向力）、泵体等二、离心泵的工作原理灌泵（叶轮存液）→叶轮旋转→液体离心甩出叶轮中心真空→液体吸入补充→循环输送液体三、离心泵的分类1．吸入方式：单吸式、双吸式泵2．叶轮级数：单级（悬臂、双吸、通轴）多级（分段、蜗壳、径向剖分、筒形）3．壳体剖分：（水平）中开式、（多级）分段式4．泵体形式：蜗壳泵、双蜗壳泵、筒式泵5．输送介质：清水泵、油泵、污水泵、杂质泵耐腐蚀泵、液态烃泵等三、离心泵的分类双吸式泵三、离心泵的分类多级泵四、离心泵的主要工作参数1.流量泵在单位时间内输送的液体量体积流量Q，m3/s（m3/h，L/s）质量流量m，kg/s（kg/h）式中ρ——流体密度，kg/m3Qmρ=2.扬程H单位质量流体由泵获得能量增值，J/kg或m即(kg-m)/kg利用管路进出口参数计算：（下标A、B）J/kg（1-1）m式中pA、pB——吸、排液罐液面压力，PaHA、HB——吸、排液罐液面高度，mcA、cB——吸、排液罐液面流体平均流速，m/sΣhf——吸、排管路总流动阻力损失，J/kg或m四、离心泵的主要工作参数jABABABhccHHgppH∑+−+−+−=2)(22ρjABABABhgccHHgppH∑+−+−+−=2)(22ρ2.扬程H利用泵进出口参数计算：（下标S、D）J/kgm（1-2）式中ZSD——泵进口到出口垂直距离扬程H与压差∆p关系∆p＝ρＨPa（H单位J/kg）∆p＝ρgＨPa（H单位m）四、离心泵的主要工作参数222SDSDSDccZgppH−++−=ρgccZgppHSDSDSD222−++−=ρ3.转速n泵轴单位时间内旋转的次数，r/min（rpm或r/s）（另有比转速ns参数）4.功率N（轴功率）单位时间内做功，kW有效功率kW（1-4）5.效率η有效功率Ne与轴功率N之比，％（1-5）其他参数：汽蚀余量∆h；吸入真空度Hs等（第七节）四、离心泵的主要工作参数％100×=NNeη1000QHNeρ=第一节离心泵的工作原理及分类小结◆离心泵主要由叶轮（工作部件）及其他部件组成◆离心泵主要有单、双吸式，单、多级等类型◆离心泵中液体从叶轮获得能量，增加压能和动能◆离心泵主要有流量、扬程、转速、功率和效率等工作参数第二节离心泵的基本方程式要求了解离心泵叶轮中液体流动的速度三角形掌握离心泵的基本方程式内容一、液体在叶轮中的流动——速度三角形二、离心泵的基本方程式一、液体在叶轮中的流动——速度三角形wω(a)相对运动uω(b)圆周运动wcuω(c)绝对运动一、液体在叶轮中的流动——速度三角形叶轮透平机械理论基础，适用压缩机、泵、汽轮机等速度三角形：叶轮中任一液体质点的三个速度矢量组成的封闭三角形相对速度w、圆周速度u和绝对速度c下标：1—叶轮进口截面；2—叶轮出口截面A—叶片；T—理论参数∞—叶片无限多（薄，不占体积）速度参数：绝对速度（气流速度）c、c2、c1相对速度（流动速度）w、w2、w1牵连速度（圆周速度）u、u2、u1u＝πDn（转速）一、液体在叶轮中的流动——速度三角形图1-8速度三角形一、液体在叶轮中的流动——速度三角形分速度：绝对速度c两个分量径向分速度cr、c2r、c1r，c径向分量，圆周速度u垂直流量（流速）有关周向分速度cu、c2u、c1u，c周向分量，圆周速度u平行能量（扬程）有关液流角度：α——绝对速度c与圆周速度u夹角α1（∠c1，u1）；α2（∠c2，u2）β——相对速度w与圆周速度反向-u夹角β1（∠w1，-u1）；β2（∠w2，-u2）一、液体在叶轮中的流动——速度三角形结构角度：叶片角βA——叶片切线与圆周速度反向-u间夹角（出口叶片角）β2A，（∠出口叶片切线，-u2反向）与流动和介质无关（理想状况β2＝β2A）后弯叶片型β2A＜90˚（常用）前弯叶片型β2A＞90˚径向叶片型β2A＝90˚其他参数：D——叶轮直径，mb——叶轮轴面流道宽度，mz——叶片数目欧拉方程（叶轮机械基本能量方程、理论扬程方程式）动量矩定理推导，理想情况下泵内无损失叶轮叶片数无限多（薄）情况下的理论扬程HT∞：J/kgJ/kg（1-7,9）mm（1-7,9）前为理论表达式，后为实用表达式无预旋（轴向吸入室液流进入流道无预旋，c1u＝0）简化公式或（1-7b,c）二、离心泵的基本方程式2222122222121221122∞∞∞∞∞∞∞−+−+−=−=ccwwuucucuHuuTgccgwwguugcucuHuuT2222122222121221122∞∞∞∞∞∞∞−+−+−=−=∞∞=uTcugH221∞∞=uTcuH22（欧拉方程）说明：1.适用叶轮式输送机械（离心、轴流压缩机，泵）也适用叶轮式原动机械（汽轮机、燃气轮机，符号改变）2.适用任何流体（气、液），与介质（密度ρ、温度t）无关（输水、输气能头相同，但出口压力不同）3.物理意义（3部分能量）：离心力做功转静压能＋w减速转静压能＋动能增量4.增加理论能头措施：HT∞↑：叶轮直径D2↑，转速n↑，→圆周速度u2↑5.（流体进入）无预旋c1u＝0；忽略u1c1u∞项二、离心泵的基本方程式第二节离心泵的基本方程式小结◆叶轮中流体绝对速度c、相对速度w和圆周速度u三个速度矢量组成速度三角形◆速度三角形中绝对速度径向分速度cr和周向分速度cu是与流量和扬程有关的重要参数◆离心泵的基本方程式为欧拉方程，即理论扬程方程式第三节液体所获能头的分析要求了解液体从叶轮获得能头的状况了解叶轮叶片型式对能头的影响内容一、泵使液体获得能头的分析二、叶轮叶片型式对能头的影响叶轮叶片进出口伯努利方程HT∞式中p1、p2——叶片进、出口液流静压力，PaZ1、Z2——叶片进、出口位高，m一、泵使液体获得能头的分析J/kg)(212212212ZZgccppHT−+−+−=∞∞∞ρm)(212212212ZZgccgppHT−+−+−=∞∞∞ρ理论扬程HT∞（单位质量液体从叶轮中获得的能量）HT∞两种形式：（压力能）静扬程（动能）动扬程反作用度ρR∞＝Hpol/HT∞（静扬程与理论扬程之比）希望叶轮ρR∞大，静扬程在HT∞中比例大，泵效率高一、泵使液体获得能头的分析J/kg222212222212122∞∞∞∞∞−+−+−=ccwwuuHT2222212122∞∞−+−=wwuuHpol22122∞∞−=ccHdyn一、泵使液体获得能头的分析出口叶片角β2A影响理论扬程HT∞、静扬程Hpol和动扬程Hdynβ2A↑，HT∞↑，但静扬程Hpol↓，动扬程Hdyn↑β2A↓，HT∞↓，但静扬程Hdyn↑，动扬程Hpol↓理论HT∞—QT关系为线性关系β2A＞90º时HT∞—QT为上升直线β2A＝90º时HT∞—QT为水平直线β2A＜90º时HT∞—QT为下降直线((a)a)后弯型叶片后弯型叶片((b)b)径向叶片径向叶片((c)c)前弯型叶片前弯型叶片二、叶轮叶片型式对能头的影响二、叶轮叶片型式对能头的影响图1-14各种β2A时的出口速度三角形出口叶片角β2A有一定范围二、叶轮叶片型式对能头的影响βA2HT∞HdynρT∞βA2maxρR∞＝0Hpol＝0Hhyn＝HT∞βA2minρR∞＝1Hpol＝HT∞Hhyn＝0βA2＝90ºρR∞＝1/2Hpol＝HhynHhyn＝½HT∞常用βA215º～40º后弯叶片型前弯叶片型H二、叶轮叶片型式对能头的影响叶轮型式（叶片）叶片出口角β2A扬程（能量头）HT静能头比例（压力）动能头比例（速度）说明后弯型（后向）＜90˚小↓大↑小↓常用叶弯旋转反向（泵通用）径向型＝90˚中中中直叶片前弯型（前向）＞90˚大↑小↓大↑少用叶弯旋转同向（极少通风机）第三节液体所获能头的分析小结◆离心泵理论扬程HT∞包括静扬程Hpol和动扬程Hdyn◆希望静扬程Hpol在理论扬程HT∞中的比例较大为好即反作用度ρR∞越大越好◆后弯叶片型叶轮（β2A＜90º）有较大反作用度ρR∞◆离心泵常用后弯叶片型叶轮第四节有限叶片数对理论扬程的影响要求了解有限叶片数对离心泵性能的影响内容一、液体在有限叶片数叶轮中的流动二、有限叶片数对理论扬程的影响叶片数目有限叶轮流道中液体惯性形成轴向漩涡运动产生与u2反向的附加相对速度∆w2u相对速度w变小方向由β2A变为β2一、液体在有限叶片数叶轮中的流动轴向旋涡运动出口速度三角形偏移c2u＜c2u∞，HT＜HT∞滑移（环流）系数μ（半经验公式计算）反映叶轮叶片数有限对理论扬程HT∞的影响有限叶片数叶轮理论扬程HT＝μHT∞＝μu2c2u∞（1-12）二、有限叶片数对理论扬程的影响122==∞∞uuTTccHHμ图1-18有限叶片数对出口速度三角形的影响cω2c2∞u2w2w2w2∞c2u2ucΔc2uΔβ22∞β第四节有限叶片数对理论扬程的影响小结◆离心泵叶片数有限时在叶轮流道中产生轴向旋涡◆叶片数有限轴向旋涡使叶轮出口速度三角形偏移◆叶片数有限轴向旋涡使液体获得理论能头减少第五节离心泵的性能曲线要求了解离心泵的各种损失掌握离心泵的各种功率和效率掌握离心泵的实际性能曲线内容一、离心泵的各种损失二、离心泵的各种功率和效率三、离心泵的实际性能曲线理想状态下泵性能曲线（后弯叶片型叶轮）扬程—流量HT∞—QT性能下降直线（β2A＜90°）功率—流