化工原理2012-2 流体输送机械 03

1、1第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 液体输送机械液体输送机械-泵泵 叶片式、容积式、其他形式 气体输送机械气体输送机械-风机、压缩机、真空泵风机、压缩机、真空泵2第一节第一节 离心泵离心泵一、离心泵的操作原理与构造一、离心泵的操作原理与构造1、 工作原理工作原理在操作中应避免产生在操作中应避免产生“气缚现象气缚现象”3离心泵外形离心泵外形4第一节第一节 离心泵离心泵2、基本部件与、基本部件与 构造构造叶轮：开式、半开式、闭式；叶轮：开式、半开式、闭式；泵壳泵壳轴封装置：填料密封、机械密封轴封装置：填料密封、机械密封5叶轮：开式、半开式、闭式叶轮：开式、半开式、闭式第一节第一节 离心泵离心

2、泵6第一节第一节 离心泵离心泵泵壳泵壳截面积逐步扩大的蜗牛壳形通道蜗壳液体量大降低速度7第一节第一节 离心泵离心泵导轮导轮泵壳内在叶轮外周安装的一个固定的带叶片的环8第一节第一节 离心泵离心泵轴封装置轴封装置： 填料密封填料密封(填料函填料函) 密封圈密封圈, 填入柔性填料填入柔性填料 机械密封机械密封 由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成 9第一节第一节 离心泵离心泵吸液方式：单吸、双吸吸液方式：单吸、双吸10二、离心泵的理论压头和实际压头二、离心泵的理论压头和实际压头1、压头和升扬高度、压头和升扬高度第一节第一节 离心泵离心泵泵向单位重量液体提供的机械能

3、泵向单位重量液体提供的机械能H mfehgpguzhgpguz2222121122fehgpguzh22112、理论压头、理论压头H假设：假设：（1）叶片无数多）叶片无数多（2）液体为理想流体）液体为理想流体可以在叶轮的进、出可以在叶轮的进、出口列柏努利方程，推口列柏努利方程，推导出理论压头导出理论压头(推导见教材推导见教材56-58页）页）第一节第一节 离心泵离心泵1222121222122221122121uurrdrrppdrFrrrrcgpp 12 产生的原因：原因一：离心力作功1 kg液体受到的离心力为： rFc2 H gpp 12gcc22122 gwwgpp22221212 原因

4、二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大， w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。13r液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:u周向运动：沿叶片表面的运动：处处与叶片相切，速度wgccgwwuuH22212222212122 根据余弦定理可知：111212121cos2 ucucw 222222222cos2 ucucw 14 Q又又rcbr2222 222222 ctgbrQucu 2222 ctgccuru gucgucHu22222cos 离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90则cos1=0。于是 gucucH111222coscos 22222222222121 ctgbQrgc

5、tgbrQuugH15讨论：H与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关； 叶轮直径越大、转速越大，则H越大； 在叶轮转速、直径一定时，流量Q与理论压头H的关系受装置角2的影响如下 : 22222222222121 ctgbQrgctgbrQuugH163、实际压头：、实际压头：叶片间的环流叶片间的环流叶片数、黏度阻力损失阻力损失流速（流量）平方冲击损失冲击损失额定设计第一节第一节 离心泵离心泵17三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数1、压头、压头H和流量和流量Q转速转速n、流量、流量Q、压头、压头H、轴功率、轴功率N、效率、效率、汽蚀余量等、汽蚀余量等bcfbcb

6、cbchguugppzzH)()2()()(22第一节第一节 离心泵离心泵gQHNNe182、有效功率和轴功率、有效功率和轴功率3、效率、效率容积损失容积损失水力损失水力损失机械损失机械损失容积损失：泵壳与叶轮之间有缝隙，从叶轮四周送出的压力较高的液体会有小量漏回到叶轮的中央入口，这部分液体所引起的能量损失较容积损失。水力损失：液体流过叶轮、泵壳时的摩擦阻力，流体入口处流动方向改变及边界层的分离导致的水力损失。机械损失：轴承、密封的机械部件的摩擦损失。大型泵效率可达90%；小型泵效率一般为5070%。第一节第一节 离心泵离心泵为泵的效率为泵的流量；为泵的压头；;为轴功率为有效功率；N 式中：e

7、QHN1920四、离心泵的特性曲线及其应用四、离心泵的特性曲线及其应用1、特性曲线、特性曲线NQ曲线：功率随流曲线：功率随流量的增大而上升：量的增大而上升： Q曲线：效率随流曲线：效率随流量的增大先增大，量的增大先增大， 到最大后下降到最大后下降HQ曲线：压头随流曲线：压头随流量的增大而下降；量的增大而下降；第一节第一节 离心泵离心泵213、转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响、转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响转速影响：比例定律转速影响：比例定律叶轮尺寸的影响：切割定律叶轮尺寸的影响：切割定律2、液体性质对离心泵特性的影响、液体性质对离心泵特性的影响密度的影响密度的影响:流量、压头不变；功率流量、

8、压头不变；功率变变粘度的影响：粘度大时考虑修正粘度的影响：粘度大时考虑修正32)()(nnNNnnHHnnQQ；，第一节第一节 离心泵离心泵2223五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节1、管路特性方程、管路特性方程He=B+AQ2 2、离心泵的工作点、离心泵的工作点3、流量调节、流量调节改变阀门开度调节改变阀门开度调节改变转速调节改变转速调节改变叶轮尺寸调节改变叶轮尺寸调节HQA2425六、离心泵的安装高度六、离心泵的安装高度ZsHg(ps-p1)/ g-u12/2g- hf动能忽略动能忽略1001261、“汽蚀汽蚀”现象现象2、汽蚀余量、汽蚀余量 p1 pv会发生汽蚀。会

9、发生汽蚀。汽蚀余量汽蚀余量 h= (pe / g +ue2/2g)- pv/ g ， h愈大，愈能愈大，愈能防止汽蚀防止汽蚀 hmin(pemin / g +ue2/2g)- pv/ g h允许允许= hmin +0.34、离心泵的安装高度、离心泵的安装高度Zs允许允许(ps-pV)/ g- hf- h允许允许饱和蒸汽压饱和蒸汽压27输送高温或低沸点的液体时，由于其饱和蒸汽压输送高温或低沸点的液体时，由于其饱和蒸汽压高，允许的吸上高度就会很小，甚至出现负值，高，允许的吸上高度就会很小，甚至出现负值，就需采取以下措施：就需采取以下措施：（1）尽量减小吸入管内的压头损失。例如：不将）尽量减小吸入管

10、内的压头损失。例如：不将调节阀安在进口管路上。调节阀安在进口管路上。（2）将泵安装在液面下方，使液体自灌而不是吸）将泵安装在液面下方，使液体自灌而不是吸入。入。28用油泵从密闭容器中送出用油泵从密闭容器中送出30的丁烷。容器内丁烷液面上方的的丁烷。容器内丁烷液面上方的绝对压力为绝对压力为343kN/m343kN/m2 2。输送到最后，液面将降到泵入口中心线以。输送到最后，液面将降到泵入口中心线以下下2.8m2.8m。液体丁烷在。液体丁烷在30时的密度时的密度580kg/m580kg/m3 3, ,饱和蒸汽压饱和蒸汽压304kN/m304kN/m2 2。吸入管的压头损失估计为。吸入管的压头损失估

11、计为1.5m1.5m。所选油泵汽蚀余量。所选油泵汽蚀余量3m.3m.问这个泵能否正常操作？问这个泵能否正常操作？29类型：类型：水泵水泵悬臂式泵、多级或双吸式泵悬臂式泵、多级或双吸式泵耐腐蚀泵耐腐蚀泵油泵油泵杂质泵杂质泵七、离心泵的选用、安装与操作七、离心泵的选用、安装与操作301、选用、选用原则：根据液体性质及操作条件确定泵的类型原则：根据液体性质及操作条件确定泵的类型 根据流量、压头确定泵的型号根据流量、压头确定泵的型号2、安装与操作、安装与操作注意安装高度不得高于允许值注意安装高度不得高于允许值启动前必须在泵内充满液体；启动前必须在泵内充满液体；启动时出口阀门应关闭；启动时出口阀门应关闭

12、；离心泵应尽可能在高效率区工作；离心泵应尽可能在高效率区工作；离心泵工作时应注意轴发热情况。离心泵工作时应注意轴发热情况。313233第二节第二节 其他类型泵其他类型泵一、往复泵一、往复泵34二、计量泵二、计量泵35三、旋转泵三、旋转泵36四、螺杆泵四、螺杆泵2022-6-1第二章 流体的流动与输送37三、三、 气体输送机械气体输送机械输送和压缩气体的设备统称气体压送机械。用途：输送和压缩气体的设备统称气体压送机械。用途：气体输送气体输送产生高压气体产生高压气体产生真空产生真空输送机械出口压强（表压）压缩比通风机（Fan） 15 kPa1 1.5鼓风机（Blower）15 kPa 0.3 MP

13、a 0.3MPa 4真空泵（Vacuum pump）大气压减压抽吸38一、通风机一、通风机1、结构、结构2、性能参数和特性曲线、性能参数和特性曲线3、选用、选用39二、离心鼓风机和压缩机二、离心鼓风机和压缩机三、往复压缩机三、往复压缩机四、真空泵四、真空泵绝热压缩绝热压缩等温压缩等温压缩2022-6-1第二章 流体的流动与输送401、通风机（Fan）工业上常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为： 低压离心通风机：出口风压小于1.0 kPa（表压）中压离心通风机：出口风压1.

14、03.0 k Pa（表压）高压离心通风机：出口风压3.015.0 k Pa（表压）2022-6-1第二章 流体的流动与输送411机壳 2叶轮 3吸入口 4排出口2022-6-1第二章 流体的流动与输送42离心通风机 （Centrifugal Fan ）9-19D高压离心通风机GY4-73 型锅炉离心通、引风机DKT-2系列低噪声离心通风机B30防爆轴流通风机高温离心通风机2022-6-1第二章 流体的流动与输送432、鼓风机 （Blower）工作原理：与齿轮泵相似。结构：由机壳和腰形转子组成。两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。工业上常用的

15、鼓风机主要有旋转式和离心式两种类型。 特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工作温度不能超过 85，以防转子因热膨胀而卡住。罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。 2022-6-1第二章 流体的流动与输送44罗茨鼓风机L6LD 系列L10WDA 系列L4LD 系列3R5WD 系列2022-6-1第二章 流体的流动与输送45离心鼓风机 （透平鼓风机 Turboblower ）工作原理：与离心泵相同。单级风机的风压较低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。多级低速

16、离心鼓风机离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过 0.3 MPa（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。 2022-6-1第二章 流体的流动与输送46离心鼓风机 （透平鼓风机 Turboblower ）2022-6-1第二章 流体的流动与输送473、压缩机（Compressor）工业上使用的压缩机主要有往复式和离心式两种类型。 结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。工作原理：与往复泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替动作将气体吸入和压出。气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。2022-6-1第二章 流体的流动与输送48离心式压缩机又称透

17、平压缩机，其主要结构和工作原理与离心鼓风机相似，但压缩机有更多的叶轮级数，通常在10级以上，因此可产生很高的风压。由于压缩比较高，气体体积收缩大，温升也高，所以压缩机也常分成几段，每段又包括若干级，叶轮直径逐级减小，且在各段之间设有中间冷却器。离心式压缩机流量大，供气均匀，体积小，维护方便，且机体内无润滑油污染气体。离心式压缩机在现代大型合成氨工业和石油化工企业中有很多应用，其压强可达几十MPa，流量可达几十万m3/h。 2022-6-1第二章 流体的流动与输送49旋片式压缩机 螺杆式压缩机可连续输出流量超过400 m/min，压力高达1 MPa。和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出连续的无

18、脉动的压缩空气。2022-6-1第二章 流体的流动与输送50涡旋式压缩机20 世纪 90 年代开发的高科技压缩机，结构简单，只有四个运行部件。压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而到压缩和排出空气。特点：效率高、可靠性好，是最节能压缩机。低噪声、长寿命，被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。2022-6-1第二章 流体的流动与输送514、真空泵 （Vacuum Pump）水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为30%50%，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。 由圆形的泵壳和带有辐射状叶片的叶轮组成。叶轮偏心安装。泵内充有一定量的水，当叶轮旋转时，水在离心力作用下形成水环，将叶片间的空隙分隔为大小不等的气室，当气室由小变大时、形成真空吸入气体；当气室由大到小时，气体被压缩排出。2022-6-1第二章 流体的流动与输送52 由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成。泵工作时，旋片始终将泵腔分为吸气、