矿大北京化工原理01

1、中国矿业大学（北京）1课件下载地址：Password: huagongyuanli中国矿业大学（北京）2第第 二二 章章中国矿业大学（北京）3本章学习要求本章学习要求理解理解： 离心泵的构造和工作原理，主要性能参数及特离心泵的构造和工作原理，主要性能参数及特性曲线性曲线应用应用： 离心泵的操作、利用特性曲线分析和调节离心离心泵的操作、利用特性曲线分析和调节离心泵的工作点，确定安装高度泵的工作点，确定安装高度了解了解： 了解其它化工生产用泵的构造和工作原理、性了解其它化工生产用泵的构造和工作原理、性能、操作及适用范围能、操作及适用范围中国矿业大学（北京）4输送输送液体液体的机械的机械泵泵； 输送

2、输送气体气体的机械的机械按产生压强低按产生压强低高分为：高分为：通通风机、鼓风机、压缩机风机、鼓风机、压缩机。第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 从工作原理分：从工作原理分：离心式离心式：离心泵、旋涡泵、鼓风机、离心通风机：离心泵、旋涡泵、鼓风机、离心通风机往复式往复式：往复泵、计量泵、压缩机：往复泵、计量泵、压缩机旋转式旋转式：齿轮泵、双螺杆泵、蠕动泵：齿轮泵、双螺杆泵、蠕动泵流体动力式流体动力式：蒸汽喷射泵：蒸汽喷射泵中国矿业大学（北京）5 即使即使同型式同型式的输送机械也因气体的可压缩性和的输送机械也因气体的可压缩性和流体流体(气、液气、液)密度差异而在结构及特性上有区别。密度差异而

3、在结构及特性上有区别。 同为离心泵同为离心泵，也因输送的物料不同分为水泵、，也因输送的物料不同分为水泵、油泵、泥浆泵等等。当然结构上也有区别。油泵、泥浆泵等等。当然结构上也有区别。 本章主要介绍常用输送机械的本章主要介绍常用输送机械的基本结构基本结构、工作工作原理和特性原理和特性，学习如何，学习如何选择选择、安装安装设备，令设备在设备，令设备在尽可能高的效率下运作。尽可能高的效率下运作。中国矿业大学（北京）6第一节第一节 液体输送设备液体输送设备 在众多形式、类型的液体输送机械中，在众多形式、类型的液体输送机械中，离心泵离心泵的应用最广泛，其优点是：的应用最广泛，其优点是：结构简单；结构简单；

4、流量均匀；流量均匀；流量、压头的适用范流量、压头的适用范围较广；围较广；适于输送腐蚀性或含悬浮物的液体。适于输送腐蚀性或含悬浮物的液体。 其它类型泵其它类型泵有各自的特点和适用场合，离心泵有各自的特点和适用场合，离心泵往往不能替代。使用者应视具体情况进行选择。往往不能替代。使用者应视具体情况进行选择。中国矿业大学（北京）72-1-1 离心泵离心泵一、离心泵的工作原理和主要部件一、离心泵的工作原理和主要部件 (一一)离心泵的工作原理离心泵的工作原理 电机轴与泵轴相连，带有若干叶片电机轴与泵轴相连，带有若干叶片的叶轮固定在泵轴上；泵轴和的叶轮固定在泵轴上；泵轴和蜗壳形泵壳间用填料函密封。启动前，蜗

5、壳形泵壳间用填料函密封。启动前，将泵灌满水将泵灌满水(叶片间充满水叶片间充满水)。启动电机，。启动电机，泵轴带动叶轮旋转，液体在离心力下向泵轴带动叶轮旋转，液体在离心力下向叶轮四周抛出，被泵壳汇集并由排出口送出。叶轮四周抛出，被泵壳汇集并由排出口送出。中国矿业大学（北京）8叶轮叶轮 吸入口因液体的抛出造成吸入口因液体的抛出造成“低压区低压区”，只要吸入管侧储槽液面上方与叶轮吸入口间的压强只要吸入管侧储槽液面上方与叶轮吸入口间的压强差差足以克服该段内的全部流动阻力，液体便源源不断足以克服该段内的全部流动阻力，液体便源源不断地经吸入管进入泵的吸入口，由地经吸入管进入泵的吸入口，由叶轮提高能量叶轮提

6、高能量，经，经泵壳转换能量泵壳转换能量后，送入排出管，调节阀控制流量保后，送入排出管，调节阀控制流量保证生产。证生产。 若泵未灌满，形成的若泵未灌满，形成的“压强差压强差”不足以使液不足以使液体进入叶轮体进入叶轮气缚气缚(对泵无伤害对泵无伤害)。中国矿业大学（北京）9(二二)离心泵的主要部件离心泵的主要部件旋转部分旋转部分静止部分静止部分叶轮叶轮泵轴泵轴 叶轮叶轮关键部件关键部件作用作用 把原动机把原动机(电机电机)的机械能的机械能(离心力离心力)液体的静液体的静 压能和动能。压能和动能。构造构造 通常由通常由612片片后弯叶片后弯叶片组成。有：组成。有：闭式闭式、半半 闭式闭式和和开式开式。

7、泵壳泵壳轴承和填料函轴承和填料函( (密封圈密封圈) )中国矿业大学（北京）10 充斥于叶片间的液体在离心力作用下被高充斥于叶片间的液体在离心力作用下被高速速(1525m/s)地抛向外缘，液体的动能大大地地抛向外缘，液体的动能大大地提高。提高。 叶片间流道随叶轮叶片间流道随叶轮R 而渐宽，而渐宽，部部分动能分动能静压能。静压能。 又，又， 叶轮中心叶轮中心低压，外低压，外缘缘高压，高压，部分流体便由叶轮与部分流体便由叶轮与壳体的缝隙向低压区壳体的缝隙向低压区“回流回流”。中国矿业大学（北京）11轴向轴向“窜动窜动”，导致叶轮与壳体接触、磨损、甚至，导致叶轮与壳体接触、磨损、甚至使泵振动使泵振动

8、无法正常操作。无法正常操作。最简单的解决最简单的解决 前盖板侧压强更低些，前盖板侧压强更低些，叶轮沿泵轴向叶轮沿泵轴向吸入口侧滑动，由于回流液量不稳定，产生吸入口侧滑动，由于回流液量不稳定，产生办法办法：后盖钻几个：后盖钻几个“平衡孔平衡孔”，降低后盖，降低后盖后侧压力。但泵效也降低了。后侧压力。但泵效也降低了。好办法好办法：用：用“双吸式双吸式”泵。泵。半闭、开式叶轮泵效较低。半闭、开式叶轮泵效较低。中国矿业大学（北京）12 泵壳泵壳 通常为蜗牛壳状。叶轮在壳中沿蜗形流道渐通常为蜗牛壳状。叶轮在壳中沿蜗形流道渐扩的方向旋转。液体的部分动能在蜗壳中转换为静扩的方向旋转。液体的部分动能在蜗壳中转

9、换为静压能。压能。 为了进一步减少能量在壳中的损失，可以为了进一步减少能量在壳中的损失，可以安装一个安装一个导轮导轮，它能有效地减少液体，它能有效地减少液体与壳壁的碰撞，并能将部分动能转为与壳壁的碰撞，并能将部分动能转为静压能。导轮中叶片弯曲的方向与流静压能。导轮中叶片弯曲的方向与流体运动的方向一致。体运动的方向一致。中国矿业大学（北京）13 轴封装置轴封装置 用于防止高压液体外泄或外界空气漏入。用于防止高压液体外泄或外界空气漏入。填料函填料函浸油或涂石墨的石棉绳之类的软填料。浸油或涂石墨的石棉绳之类的软填料。靠挤压变形减小泵壳与泵轴间隙，使轴可自由转动靠挤压变形减小泵壳与泵轴间隙，使轴可自由

10、转动而气、液不漏。而气、液不漏。优优：价廉；：价廉；缺缺：不耐磨，需常调紧、：不耐磨，需常调紧、更换。更换。机械密封装置机械密封装置动、静环动、静环间的接触面光洁度高、平行度间的接触面光洁度高、平行度高。摩擦小、密封性好。高。摩擦小、密封性好。机械密封图机械密封图中国矿业大学（北京）14机械密封图机械密封图中国矿业大学（北京）15二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式 从理论上表达了从理论上表达了泵的压头泵的压头 HT (理论值理论值)与与泵的泵的结构结构(主要指叶轮的结构，后同主要指叶轮的结构，后同)、尺寸尺寸、转速转速及及流流量量等因素的关系。基本方程式用于计算理论压头。等因素的关系

11、。基本方程式用于计算理论压头。 在如下的在如下的理想情况理想情况推导：推导： (1)叶轮有无限多叶片叶轮有无限多叶片(叶片无限薄叶片无限薄)，液体质点，液体质点完全沿着叶片表面流动；完全沿着叶片表面流动； (2) 输送的是理想流体。输送的是理想流体。( = 0 hf = 0)中国矿业大学（北京）16(一一)液体通过叶轮的流动液体通过叶轮的流动u1c1R2u2 2w2c2R1w1 2ui圆周速度圆周速度wi相对速度相对速度ci绝对速度绝对速度 中国矿业大学（北京）17 ui、wi 和和 ci 三个速度组成的矢量图三个速度组成的矢量图“速速度三角形度三角形”。其中，。其中， 、 称为称为“流动角流

12、动角”，大，大小小与叶片的形状有关。与叶片的形状有关。由余弦定律可以确定由余弦定律可以确定各速度间的关系：各速度间的关系：111212121cos2 ucucw (2-1)222222222cos2 ucucw (2-1a)u2 2w2c2 2中国矿业大学（北京）18 单位重量单位重量的的理想液体理想液体通过离心泵叶片入口截通过离心泵叶片入口截面面1-1到叶片出口截面到叶片出口截面2-2 所获得的机械能所获得的机械能：(二二)离心泵的基本方程式的推导离心泵的基本方程式的推导(离心作用功离心作用功)gccgppHHHcpT2212212 (2-2)理想流体经过理想叶轮后静理想流体经过理想叶轮后静

13、 / / 动压头的增量动压头的增量中国矿业大学（北京）19静压头增量主要来源于：静压头增量主要来源于：1) 离心力做功离心力做功guuRRgdRgRdRgFRRRR2)(221222122222121 2 RF Ru 2) 能量转换能量转换 流体通过逐渐变宽的叶片间流道时流体通过逐渐变宽的叶片间流道时部分动能部分动能静压能，其量为：静压能，其量为：gww22221 中国矿业大学（北京）20于是：单位重量液体通过叶轮后静压强增量于是：单位重量液体通过叶轮后静压强增量代入代入(2-2) ：由余弦定律：由余弦定律：gwwguuHp2222212122 (2-3)gccgwwguuHT22221222

14、2212122 (2-4)gcucuHT111222coscos (2-5) 1=90 ，即，即cos 1=0离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式iiiiiiucucw cos2222 中国矿业大学（北京）21(三三)离心泵的基本方程式的讨论离心泵的基本方程式的讨论gcuHT222cos (2-5a)( 1=90 时时)222bDcQrT (2-6)理论流量：理论流量：c2u2 2w2 2cr2cu2由叶轮出口的速度三角形得：由叶轮出口的速度三角形得：222222cos)( ctgcuccru (2-7)液体径向速度液体径向速度叶轮出口面积叶轮出口面积中国矿业大学（北京）22 (2-8)反映了

15、离心泵的反映了离心泵的HT 与与QT、n、D2和叶和叶片几何形状间的关系。片几何形状间的关系。其中：其中：60/22nDu 于是，由于是，由(2-5a) (2-6) (2-7)得得 ：TTQbDgctguguH222222 (2-8)TBQA (2-10)中国矿业大学（北京）23 叶轮的转速和直径叶轮的转速和直径 当当QT、 2、b2一定时，一定时，n 、D2 HT 2. 叶片的几何形状叶片的几何形状 若固定若固定D2 、n、b2及及QT，则：，则：径向径向叶片叶片 = = =前弯前弯叶片叶片 2 90 ctg 2u22/gTTQbDgctguguH222222 可见，前弯叶片产可见，前弯叶片

16、产生的理论压头最大。生的理论压头最大。 290 (前弯前弯)HT QT=后弯后弯叶片叶片 90 (前弯前弯) = HT QT (2-10)显示显示HT 与与QT的线性的线性关系，斜率随关系，斜率随 2变：变： 实际生产中，实际生产中，叶片是有限的，液体流动时会叶片是有限的，液体流动时会产生与流动方向不一致的产生与流动方向不一致的“轴向涡流轴向涡流”H ；实实际际流体与叶轮、泵壳等流道上的元件间不可避免的能流体与叶轮、泵壳等流道上的元件间不可避免的能量损失量损失H ；泵内各种泄漏损失：高压液体的部泵内各种泄漏损失：高压液体的部分回流、平衡孔的回流液、轴封处的泄漏分回流、平衡孔的回流液、轴封处的泄漏Q 。3.理论流量理论流量 H Q冲击损失冲击损失环流环流磨损、泄漏磨损、泄漏TTBQAH 图中图中后弯叶后弯叶片片的的HT QT 线线离心泵理论特性曲线。离心泵理论特性曲线。中国矿业大学（北京）26 虽然，离心泵