化工原理第二章流体输送机械

1、第二章 流体输送机械 21 概 述 22速度式流体输送机械 23容积式流体输送机械 24真空泵 25流体输送机械的特点 21 概 述 流体输送机械的分类流体输送机械的分类 工作原理液体输送机械气体输送机械速度式离心式离心泵旋涡泵离心风机离心压缩机轴流式轴流泵轴流式通风机喷射式喷射泵 容积式往复式往复泵、隔膜泵、计量泵往复式压缩机回转式齿轮泵 螺杆泵罗茨风机液环压缩机22速度式流体输送机械速度式流体输送机械 221离心式流体输送机械的基本方程 222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类 223离心泵与离心通风机的性能 224离心泵与通风机的特性曲线 225离心泵与通风机的工作点和流量调节 226

2、离心泵与通风机的安装和选用 227离心鼓风机与离心压缩机 228轴流泵和轴流通风机 229旋涡泵 221离心式流体输送机械的基本方程离心式流体输送机械的基本方程的推导离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假设基于三个假设： 叶片的数目无限多，叶片无限薄，流动的每条流线都具有与叶片相同的形状。（2）流动是轴对称的相对定常流动，即在同一半径的圆柱面上，各运动参数均相同，而且不随时间变化。（3）流经叶轮的是理想流体，粘度为零，因此无流动阻力损失产生。221离心式流体输送机械的基本方程 离心泵和离心式风机的基本方程式 gucucH/coscos111222其中单位重量流体通过无限多叶片的旋转叶轮所

3、获得的能量，称为理论压头H。 w是流体具有的与叶片相切的相对速度；u是随叶轮一起转动的圆周速度，两者的合成速度为绝对速度c。 图2-1 流体进入与离开叶轮时的速度r121r2w1Ac2sin2u2u1w2c2212c1一般离心泵，为提高H，使1=90，即cos1=0。此时 222cosucH2222sin2cbrQ 离心泵的流量可表示为 式中，r2为叶轮出口半径，b2表示叶轮出口处叶轮的宽度，其它参数见图2-1所示。 222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类 1.1.离心泵离心泵的结构、工作原理与分类的结构、工作原理与分类 (1)离心泵结构 离心泵部件可分为旋转部件和静止部件。旋转部件包括叶

4、轮和转轴等；静止部件包括吸入室、蜗壳等，如图所示。 222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类 (2)离心泵工作原理 原动机轴叶轮，旋转离心力叶片间液体中心外围液体被做功动能高速离开叶轮222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类泵壳：液体的汇集与能量的转换（动静）吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成p泵内有气， 则泵入口压力液体不能吸上气缚故离心泵在启动前必须灌泵液体高速离开轴封的作用平衡孔的作用消除轴向推力导轮的作用减少能量损失222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类 (3)离心泵分类 按液体吸入方式分为单吸式泵（液体从叶轮的一面进入）和双吸式泵（液体从叶轮的两面进入）； 按叶轮级数分为单

5、级泵（泵轴上只装有一个叶轮）和多级泵（泵轴上装有串联的两个以上的叶轮） 按其用途来分类，常用的类型有：水泵、耐腐蚀泵、油泵和杂质泵等。 222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类 1.1.离心通风机的离心通风机的结构、工作原理与分类结构、工作原理与分类 (1)基本结构： 离心式通风机的主要部件包括叶轮和机壳 两部分。 为适应大风量，通常叶片数较多且叶轮直径较大；根据叶轮上叶片尺寸和形状的不同，可分为多翼式和涡轮式风机。与离心泵相似 机壳内逐渐扩大的通道及出口截面有矩形和圆形两种，低中压风机多用矩形。222离心泵与通风机的结构、工作原理与分类(2)工作原理 与离心泵相似 (3)分类 通常根据离心

6、通风机终压（表压）的大小分为低压（流量是单位时间内输送出去的流体量。通常用Q来表示体积流量，单位m3/s。 -通风机流量也常称为风量，并以进口处为准。通风机铭牌上的风量是在“标准条件”下，即压力1.013105Pa，温度20C下的气体体积。 223离心泵与离心通风机的性能 2.2.压头（或称扬程）压头（或称扬程）H和风压和风压pt 离心泵的压头H和风机的风压pt都是指流体通过离心泵或通风机后所获得的有效能量。 根据伯努利方程，单位体积气体通过通 风机所获得的压头为guugppHt2)(/ )(212212式中 分别为通风机进口和出口速度，m/s 21,uu223离心泵与离心通风机的性能压头计算

7、式中， 称为通风机的静压头， 称为通风机的动压头， 称为全压头，单位为m。 gppHp/)(12guuHc2)(2122tH通风机铭牌上的风压是用空气测定的，其“标准条件”为压力pa=101.3kPa，温度20C，此时空气密度0=1.2kg/m3。如果操作条件与“标准条件”不同，则操作条件下的风压pt可用下式换算2 . 1000tttppp选择风机时应以 为准 0tp223离心泵与离心通风机的性能 3.3.效率效率 效率反映了泵与风机中能量的损失程度 容积效率v：考虑流量泄漏所造成的能量损失水力效率H：考虑流动阻力所造成的能量损失机械效率m：考虑轴承、密封填料和轮盘的摩 擦损失。 离心泵与通风

8、机的总效率为 :mHv一般来讲，在设计流量下泵与风机的效率最高。 223离心泵与离心通风机的性能 4.功率功率 功率分为有效功率和轴功率有效功率Ne 轴功率N 流体经过泵或风机后获得的实际功率。 对于离心泵 gQHNe对于风机 teQpN原动机传到泵轴上的功率 离心泵的轴功率通风机的轴功率 gHQN QpNt有效功率和轴功率的关系 eNN 224离心泵与通风机的特性曲线 QN QH hmQ/,3mH,NQ离心泵特性曲线及通风机特性曲线缺224离心泵与通风机的特性曲线 1.曲线讨论曲线讨论（1）压头（风压）流量（HQ、 ptQ）曲线 它是判断离心泵或风机是否满足管路使用要求的重要依据。 通风机流

9、量Q自零开始增加，风压pt先上升，后下降，风压最大值不在Q=0时。 （2）轴功率曲线（NQ） 轴功率一般随流量的增大而增大，当流量为零时，功率最小，因此离心泵与风机应在出口阀关闭下启动，以防止电机过载。 （3）效率曲线（Q） 效率曲线有一最高点，称为设计点。因为离心泵与风机在最高效率点工作时最经济，所以其所对应的流量、压头（风压）、轴功率为最佳工况参数。一般选用离心泵或风机时，其工作区应处于最高效率点的92%左右。 224离心泵与通风机的特性曲线 1.流体物性对特性曲线的影响流体物性对特性曲线的影响 （1）流体密度的影响 离心泵的压头和流量与被输送流体的密度无关。泵的效率一般也和流体的密度无关

10、。但是泵的轴功率随流体密度变化而变化 ，可按下式校正 对于通风机，风压和轴功率都和密度有关，因为，所以 NN2 . 10ttpp2 . 1NN224离心泵与通风机的特性曲线 2.流体物性对特性曲线的影响流体物性对特性曲线的影响 当被输送液体的运动粘度小于2010-6m2/s时，泵的特性曲线变化很小，可不作修正；当输送液体的运动粘度大于2010-6m2/s时，泵的特性曲线变化较大，必须修正。常用的方法是在原来泵的特性曲线下，对每一点利用换算系数进行换算。 224离心泵与通风机的特性曲线 3.3.叶轮尺寸与转速对离心泵特性曲线的影响叶轮尺寸与转速对离心泵特性曲线的影响 （1）叶轮外径的影响 DDQ

11、Q2DDHH3DDNN式（2-23）称为泵的切削定律 （2）转速的影响 nnQQ2nnHH3nnNN在转速变化小于20%时，也可近似认为叶轮出口的速度三角形、泵的效率等基本不变。 225离心泵与通风机的工作点和流量调节离心泵与通风机的工作点和流量调节 1.1.管路特性曲线管路特性曲线 管路特性曲线表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。 流体流过管路所需要的压头： fehgpZh式中 2252282BQQdllggudllheef ， gpZA 528dllgBe令 2BQAhe则 管路特性曲线 (方程)225离心泵与通风机的工作点和流量调节离心泵与通风机的工作点和流量调节 管路特性

12、曲线的特点 0phzg 表示的是管路流动所需要的最小外加压头； 阻力平方区，与Q无关，此时管路特性系数B为常数；管路特性曲线为一过(0,h0)点的二次曲线； 高阻管路曲线陡(B大)；低阻管路曲线平缓(B小)。 表示管路流量Q与所需外加压头he间的曲线关系，B值与Q的单位有关；物理意义： 对于曲线在纵轴上截距h0 ：2ehABQ225离心泵与通风机的工作点和流量调节离心泵与通风机的工作点和流量调节 2.2.离心泵与通风机的工作点离心泵与通风机的工作点 泵的特性曲线(HQ)与管路特性曲线的交点225离心泵与通风机的工作点和流量调节离心泵与通风机的工作点和流量调节说明工作点泵的特性 与 管路的特性工

13、作点确定联解两特性方程作图，得两曲线交点泵装于管路时：工作点 （H,Q)Q=泵供流量=管路流量Q=泵供压头=流体得压头工作点（Q,H,N, ） 泵的实际工作状态，若该点在泵的高效区，则该工作点是适宜的。风机的工作点求法与泵类似。225离心泵与通风机的工作点和流量调节离心泵与通风机的工作点和流量调节 3.3.离心泵与通风机的流量调节离心泵与通风机的流量调节 离心泵或通风机的工况调节有三种途径：1）改变离心泵或通风机的特性曲线； 改变转速，切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联。 2）改变管路的特性曲线； 管路特性曲线的改变一般通过调节管路阀门的开度实现。 3）同时改变离心泵（或通风机）和管路的特性曲

14、线。 226离心泵与通风机的安装和选用离心泵与通风机的安装和选用 1.离心泵的汽蚀余量离心泵的汽蚀余量 z 见图，液面00与泵吸入口截面11之间的垂直距离Z为离心泵的安装高度。 Z，则p1 叶轮中心液体汽化汽泡当p1pv,被抛向外围压力升高pv局部真空汽泡破裂，蒸汽凝结汽蚀现象周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤) 叶片冲击与腐蚀226离心泵与通风机的安装和选用离心泵与通风机的安装和选用伴随现象：泵体振动并发出噪音；H , Q , 严重时不送液；水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片安装高度 汽蚀问题：如何确定Z的上限 泵的允许安装高度当泵刚发生汽蚀时，pK等于所输送液体的饱和蒸汽压pv，相应地p1

15、也将达到某一最小值p1min，此时KfKvhgugpgugp1221min122226离心泵与通风机的安装和选用离心泵与通风机的安装和选用上式表明：在泵刚发生汽蚀条件下，泵进口处液体的总压头 比液体的饱和蒸汽压对应的静压头高出某一定值，常将这一差值称为泵的最小汽蚀余量 ： gugp221min1gpvminhKfKvhgugpgugph1221min1min22为确保泵正常工作不发生汽蚀，根据有关规定，将 作为允许值，称为允许汽蚀余量 ，此值列入泵的样本，由离心泵厂向用户提供。又称为净正吸上压头，用（Net Positive Suction Head）表示。 )3 . 0(minhh226离心泵与通风机的安装和选用离心泵与通风机的安装和选用 1.安装高度安装高度 最大安装高度Zmax min) 10(12) 10(max2hhgpgphguhgpgpZfvaKfKfva 为防止汽蚀，相应地将最大安装高度减去0.3m作为安全量，称为允许安装高度Z。 hhgpgpZfva10泵的实际安装高度ZZ 226离心泵与通风机的安装和选用离心泵与通风机的安装和选用（5）允许汽蚀余量的校正 h20清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书讨论 （1）汽蚀现象产生的原因：安装高度太高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过