化工原理第02章课件-

1、2.1 概述目的：给流体加入机械能2.1.1 管路特性流体对输送机械的能量要求从1至2截面 第2章 流体输送机械高度湍流，K与流量无关2.1.2 管路特性的影响因素阻力部分：管径d管长l、le或势能增加部分：位差z压差p密度= 过程分析法及其在泵流管路问题上的应用过程分解法 当一个过程由若干个子过程综合而成，各个过程之间无交互影响或影响微弱而可忽略，则对子过程分别研究解决，然后通过一定的原则或方法加以综合，可使整个过程得到简化并解决。泵流管路问题的解决方案 应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡的原则加以解决。 2.1.3 流体输送机械分类按作用原理分

2、： 动力式(叶轮式)：离心式，轴流式； 容积式(正位移式)：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。按流体可压缩性分： 液体输送机械：统称为泵； 气体输送机械：通风机 鼓风机 压缩机 真空泵 流体输送机械的主要技术指标压头H扬程，即提供给单位重量流体的能 量，单位m 风压，即提供给单位体积流体的能 量，单位Pa流量qv规定的输送量，单位m3/h， m3/s。效率选择输送机械必须考虑的指标。 （本章的主线）2.2 离心泵2.2.1 离心泵的工作原理2.2.1.1 主要构件(录像)叶轮：迫使液体高速旋转，形成离心力场中心加入低势能、低动能液体外缘输出高势能、高动能液体蜗壳：流道逐渐扩大，

3、将动能部分转化成势能 2.2.1.2 等角速度旋转运动的流体能量关系假定：理想流体，定态流动 叶片无限薄，无限多 , , 得或 2.2.1.3 理论压头以静止系考察：势能 ，动能 c绝对速度总机械能变化通常，泵设计点(额定流量下)1=90流量 或 2.2.1.4 理论压头的影响因素 (1)叶片弯角2和流量qV(2)叶轮转速n u2=nD2 如果qVn，那么HTn2 (3)液体密度不出现 pgHT , 气缚现象(录像) 灌泵吸入管装单向阀， 泵启动前:灌泵排气当H一定，则 当泵启动时，泵内充满空气，造成泵吸入口的真空度太小无法吸入液体。这种现象称为“气缚”现象。2.2.2 离心泵的特性曲线（1）

4、泵的有效压头泵内损失：容积损失:部分流体漏回入口处水力损失:0,叶片数目有限机械损失:轴承、轴封的摩擦（2）泵的有效功率 Pe=gqVHe Pa基本上随流量qV单调上升 泵启动时关出口阀（3）泵的效率容积损失：根据需要可选用不同类型的叶轮 水力损失：流体的粘性而产生的阻力损失（主要部分）机械损失：轴与轴封，叶轮与流体间磨擦。 泵的特性曲线测定(录像)d吸=38mm,d出=25mm,测得水流量qV=510-4m3/s,p压=0.2MPa,p真=27kPa。求：He=? 解：由泵进、出口列方程（4）特性曲线的影响因素密度: 对HeqV,qV无影响;对PaqV有影响黏度: 对HeqV,qV，PaqV

5、都有影响转速: 当n变化20%时，比例定律：如果则有 液体黏度对特性曲线的影响 泵厂是用20度清水标定泵的。 如液体黏度发生变化，特性曲线也将发生变化。 从右图可见，黏度上升 扬程（压头）下降； 效率下降； 所需功率上升。 所以在选泵的时候要对特性曲线进行修正。 具体方法可查有关手册。2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作2.2.3.1 工作点工程处理方法：过程分解法2.2.3.2 流量调节(1)出口阀开度优点：调节简便、灵活缺点：能耗(2)改变转速n节能，但不方便 新老泵特性曲线关系 时， (等效率点) 例1 已知：充分湍流，=常数，现将离心水泵由输水改为输送CCl4, =1630kg/m3

6、求：当p1=p2时,qV ,H , ,p出 ,Pe ;当p1p2时，qV ,H , ,p出 ,Pe 。解：管路特性不变,工作点不变, qV不变, H不变, 不变。由点3至2排能量方程 管路特性曲线下移，因 ，图解思维qV，H，不定 例2 图示管路输送液体,泵转速n=2900r/min时，泵特性曲线为He=40-0.1qV2(He单位为m,qV单位为m3/h)流量为10m3/h, 现欲采用降低转速的办法使流量减少30% (流动处于阻力平方区) 。求：转速n应降至多少？解：管路H=12+KqV2原工作点A: qV=10m3/hH=(40-0.1)102=30m代入管路方程 新工作点B: qV=7m

7、3/h; H=12+0.1872=20.82m将 ,同时代入泵特性方程H=40-0.1qV2得新泵特性方程 将B点qV=7m3/h; H=20.82m代入得 n=0.80182900=2325 r/min 易犯错误：解： =2030r/min对工作点的含义毫无认识。2.2.3.3 组合操作(1)串联组合同样流量下，两泵压头相加 H单=(qV)， H串=2(qV) 例如： H单=20-2qV2 H串=40-4qV2 工作点 H 2H(2)并联组合同样压头下，两泵流量相加 H单=(qV)，例如： H单=20-2qV2 H并=20-0.5qV2 工作点 qV2qV如图： 串联 并联可见串联后压头并不

8、是原来的两倍；同样并联后流量也不是原来的两倍；并且串并联的数量越多，增幅越小。(3)组合方式的选择当 时，必须串联 本次讲课习题：第二章 1, 2, 3，4，5离心泵 返回气缚现象 返回泵的测定 返回2.2.4 离心泵的安装高度2.2.4.1 汽蚀现象(录像)叶轮入口K处压强最低，Hg太大时，pKpV,液体汽化，形成汽泡，受压缩后溃灭。后果：叶轮受冲击而出现剥落； 泵轴振动强烈，甚至振断。 在研究中，曾测得汽蚀时水击的频率达每秒25000次，局部压强30MPa。在连续压力波的作用下，叶轮金属表面出现一个个凹坑，产生严重的点蚀。泵的零件在这样大的周期性作用力下，将引起泵的振动。汽蚀的主要危害是：

9、1）泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体间 的能量传递受到干扰，流道受气泡堵塞，流动损失增 大，扬程突然下降，严重时泵中流动中断，泵不能工作；2）泵产生严重的振动和噪音；3）泵的过流部件的表面受到机械性质的破坏（主要 的），及化 学性质的破坏（次要的）。2.2.4.2 汽蚀余量NPSH由1至K：pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小, 定义临界汽蚀余量(NPSH)c由0至K：pK=pV时 规定必需汽蚀余量 (NPSH)r=(NPSH)c+,进泵样本，与流量有关实际汽蚀余量须比(NPSH)r大0.5m以上，最大允许安装高度Hg为实际安装高度HgHg=3m两槽液面之间列管路方程 H=Z+Hf

10、=20+1+6=27m0.3MPa(表) 真空泵：生成负压，进口0.1MPa, 出口0.1MPa2.5.3 通风机2.5.3.1 常用类型 轴流式通风机 离心式通风机2.5.3.2 离心式通风机(录像)原理与离心泵相同，不同之处：(1)风压 pT(2)动能在总机械能中所占比重明显2.5.3.3 特性曲线 参数：风量qV, 风压pT,pS, 功率P, 效率出厂标准：0.1MPa,20空气, =1.2kg/m3以入口状态为基准： qV pT使用中注意换算例1 某离心风机铭牌给出全压1.8103Pa, 现用于输送=1.5kg/m3的气体。求：PT=?解： 2.5.4 鼓风机 罗茨风机(录像)注意：正

11、位移特性 温度过高会使转子卡住2.5.5 压缩机 往复式压缩机(录像) 原理与往复泵相同。余隙容积：当压缩比 达到上限时,VB=VC ,撞缸,流量为零主要指标：生产能力qV , 以吸入常温常压空气测定 排出压强p2 , 注意：空气的1.4（ ( -1)/ =0.286），石油气的=1.2 （ ( -1)/ =0.167） 。设计时压缩机输送石油气，但空气试车或用氮气置换是压缩机可能超温。压缩机的两个问题：1）从上式可见，压缩比大，温升也大，使工作环境恶化；2）压缩比大，余隙的影响也大，使效率降低。解决方法：采用多级压缩，中级冷却。离心压缩机：工作原理与离心鼓风机同，也称透平压缩机。与往复式压缩

12、机相比，其优点是，体积小、重量轻、运转平稳、调节容易、维修方便、流量大而均匀、压缩气无油污染。出口压强一般在2530MPa。由于转速高，一般在10000/min左右，制造要求特别高，另流量偏离额定值效率降低。2.5.6 真空泵目的：获得和维持负压主要性能参数：(1) 极限真空：能达到的稳定的最低压强， 用绝对压强表示(2) 抽气速率：以吸入口状态为基准，m3/h真空泵抽的是什么？ 真空泵抽漏入系统的空气；系统内产生的不凝性气体；部分物料(占有一定的分压)。选真空泵时注意：抽气速率要大于漏气速率;被带走的物料量的多少。真空泵种类 实际前面讲的气体输送机械只要把进气口接在需要负压的设备上，进行排气

13、即可。对于几十Pa到上千Pa的真空度，普通通风机和鼓风机就可；绝对压20kPa以下的，需要专用的真空泵；0.1Pa以下的超高真空需应用扩散、吸附原理的专用设备。1）往复式真空泵 原理：同往复式压缩机，但压缩比很大。吸入排出活门更加轻巧。2）水环真空泵 原理：偏心的叶轮在转动时，使叶片间的容积发生变化进行抽气。 吸气中允许有液体，是湿式真空泵。水起密封作用，也起冷却作用，因此要不断补水。水环真空泵可作鼓风机用，出口表压0.1MPa。3）液环真空泵 原理：外壳椭圆型，爪型叶轮，有两个工作腔，也是利用爪型叶片间的容积变化吸气。也可用作压缩机，出 口表压0.50.6MPa。 由于液体被甩向内壁， 输送气体与内壁不接 触，使制造输送腐蚀 气体的液环真空泵成本下降。 4）旋片真空泵 原理：偏心转子的旋片紧贴内壁，转动时使 容积发生变化吸气。可达到较高的真空度，绝 对压为0.67Pa。旋片真空泵的主要部件浸没在 真空油中，为密封各部件的间隙，充填余隙和 润滑部件。属于干式真空泵。5）喷射真空泵原理：利用压强能与速度能的转换造成真空。工作流体为蒸汽或水。单级蒸汽喷射真空泵仅能达到90%的真空度，工业上最多的五级蒸汽喷射泵，可达到绝对压1.3Pa。优点：工作压强范围光、抽气量大、结构简单、适应性强（可抽含颗粒、腐蚀性、易燃易爆气体）。缺点：效率低，1025，不能用于输送。