第二章 流体输送机械2杜可杰

第二章流体输送机械授课人：杜可杰第二章流体输送机械2.0概述2.1离心泵2.2其它类型化工用泵2.3气体输送机械一、往复泵往复泵是一种容积式泵，应用很广。（一）构造与工作原理主要部件：1、泵缸2、活塞

3、活塞杆4、5吸入排出单向阀一、往复泵工作原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。——活塞对流体直接做功，提供静压能行程：活塞在泵缸内两端间移动的距离死点：活塞在泵缸内左右移动所达到的顶点。冲程S：两死点间的距离，即活塞的行程。转速：一般n=80-200r/min，吸入高度为4-5米一、往复泵往复泵的输出流量：单动往复泵流量不连续，流量曲线与活塞排液冲程的速度变化规律相一致，是半周正弦曲线。后果：引起流体的惯性阻力损失，增加能量消耗，诱发管路系统的机械振动。一、往复泵解决方法：（1）采用双动泵或多缸并联；（2）在往复泵的压出口与吸入口处设置空气室，利用气体的可压缩性来缓冲瞬间流量增大或减小。双冲程，吸液、排液各两次；排液连续，不均匀一、往复泵动画模拟4三台单动泵并联，一个工作循环，各进行一次吸液和排液；排液连续，较均匀一、往复泵（二）往复泵的性能参数①流量

往复泵的流量只与泵本身的几何尺寸和活塞的往复次数有关，而与泵的压头无关；理论流量QT取决于活塞扫过泵缸的全部体积。单动泵：理论流量实际流量V——泵的容积效率，在0.9~0.97之间。——流量由泵特性决定，而与管路特性无关。一、往复泵（二）往复泵的性能参数一、往复泵双动泵：QT=(2F-f)·S·n=π(2D2–d2)S·n/4三动泵：QT=3F·S·n=3πD2·S·n/4活塞杆截面积活塞杆直径实际流量Q：Q=ηQ·QT小型泵（QT

=0.1～30m3/h）：ηQ=0.85～0.90中型泵（QT

=30～300m3/h）：ηQ=0.90～0.95大型泵（QT

≥300m3/h）：ηQ=0.95～0.99流量流量调节方法：(1)旁路流程：这种调节不经济，但简单易行，只适用于变化幅度小的经常性调节。(2)改变电机转速或活塞冲程：带有变速装置的电动往复泵采用改变转速来调节流量是一种较经济且常用的方法。一、往复泵在电机功率范围内，由管路特性决定。——正位移特性流量只与泵特性有关，而压头只与管路特性有关一、往复泵压头活塞对单位重量流体所作的功，H，m通过活塞将机械能以压力能的形式传递给液体——往复泵的总效率适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。功率效率计入容积损失、水力损失和机械能损失的泵的效率；由于液体在往复泵内的流动情况较离心泵简单，故效率较高，一般η=0.65~0.85。一、往复泵一、往复泵

往复泵的流量与管路特性曲线无关，所提供的压头完全取决于管路情况；只要泵的机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就能提供多大的压头；实际上，由于活塞环、轴封、吸入和排出阀等处的泄漏，往往降低了往复泵可能达到的压头。正位移泵工作点一、往复泵往复泵的安装高度相同点：借助贮槽上方压力与泵内的压力差吸入液体；往复泵的吸上真空度亦随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的限制。不同点：往复泵内的低压，是靠工作室的扩张来造成的，所以在开动之前，泵内无须充满液体，即往复泵有自吸作用，启动前不需要灌泵。3S2系列高压往复泵XPB-90B型三缸高压旋喷注浆泵具有正位移特性—利用高压挤出液体二、齿轮泵

主要部件是泵壳和转子；工作原理与往复泵类似；通过转子旋转使工作室容积变化实现吸入和排出液体；又称转子泵，属于容积式泵二、齿轮泵优点：成本低，容易制造，工作可靠，有自吸能力，维修方便；缺点：效率低，操作时振动，有噪音

齿轮泵可产生较高的扬程，但流量小。适用于输送高粘度液体或糊状物料，但不宜输送含固体颗粒的悬浮液。三、螺杆泵双螺杆泵与齿轮泵十分类似，一根螺杆转动，带动另一根转动，液体被拦截在啮合室内，沿杆轴方向移动，最后挤向中央排出。特点：压头高、效率高、无噪音、无振动、流量均匀；适用于高压下输送高粘度液体。（一）结构一种特殊的离心泵。三、旋涡泵一种特殊类型的离心泵。叶轮为一圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列，叶片数目可多达几十片。叶轮旋转过程中泵内液体随之旋转的同时，又在径向环隙的作用下多次进入叶片反复作旋转运动，从而获得较高能量。三、旋涡泵（二）特点1.启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；2.能量损失大，效率低（20%~40%），不适合输送高粘度液体；3.压头比离心泵高2~4倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。三、旋涡泵第二章流体输送机械2.0概述2.1离心泵2.2其它类型化工用泵2.3气体输送机械概述共性：气体和液体同为流体，输送机械工作原理基本相似。特性：气体密度远较液体小，且可压缩。(1)一定质量流量下气体体积流量大，输送机械的体积较大；(2)气体输送常用流速要比液体大得多(一般约10倍)。而通常流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流量，气体输送要求提供的压头相应也更高；(3)由于气体可压缩，在输送机械内部气体压强变化时，其体积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选用上必须考虑的影响因素也更多。按出口压力或压缩比分为：通风机p出(表)<15kPaγ=1～1.15

鼓风机p出(表)=15~300kPaγ<4

压缩机p出(表）>300kPaγ>4

真空泵p出(表）=0压缩比由真空度决定分类①气体输送：为了克服输送过程中的流动阻力，需要提高气体的压强。②产生高压气体：有些化学反应或单元操作需在高压下进行，如氨的合成、冷冻等，需要将气体的压强提高至几十、几百甚至上千个大气压。③产生真空：有些化工单元操作，如过滤、蒸发、蒸馏等，往往要在低于大气压的压强下进行，这就需要从设备中抽出气体，以产生真空。作用：

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。低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa（表压）中压离心通风机：出口风压1.0～3.0kPa（表压）高压离心通风机：出口风压3.0～15.0kPa（表压）离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为：轴流式离心式按其结构形式一、通风机（一）离心通风机工作原理与结构一、通风机主要部件：机壳、叶轮、机轴、吸气口、排气口；轴承、底座等部件。

当电动机转动时，风机的叶轮随着转动。叶轮在旋转时产生离心力将空气从叶轮中甩出，空气从叶轮中甩出后汇集在机壳中，由于速度慢，压力高，空气便从通风机出口排出流入管道。当叶轮中的空气被排出后，就形成了负压，吸气口外面的空气在大气压作用下又被压入叶轮中。

因此，叶轮不断旋转，空气也就在通风机的作用下，在管道中不断流动。一、通风机离心式通风机工作原理与离心泵相同，结构也大同小异。但由于输送对象的不同，相对于离心泵而言，存在以下特点：①为适应输送风量大的要求，通风机的叶轮直径一般是比较大的。②叶轮上叶片的数目比较多。③叶片有平直的、前弯的、后弯的。通风机的主要要求是通风量大，在不追求高效率时，用前弯叶片有利于提高压头，减小叶轮直径。（离心泵的叶片通常为后弯）④机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形。一、通风机一、通风机

离心式通风机机壳蜗壳型

气体流道为矩形：低、中压风机

圆形：高压风机根据叶轮形状1）多翼式风机叶轮内外径之比较大，叶片数目多（36-64）尺寸小，大风量、低风压低转速，用于空调等设备2）涡轮式风机叶片数目少（12-24）风压高，性能稳定、效率高

（二）性能参数与特性曲线1.性能参数（1）风量qV单位时间从风机出口排出的气体体积，m3/h或m3/s。注意：qV应以风机进口状态计。风量取决于风机的结构、尺寸(叶轮直径与叶片宽度)和转速。一、通风机（2）全风压pt与静风压ps全风压：单位体积的气体经风机后所获得的能量，Pa或mmH2O离心通风机的风压取决于风机的结构、叶轮尺寸、转速与进入风机的气体密度。以单位质量的气体为基准

（二）性能参数与特性曲线一、通风机以通风机进口、出口为1、2截面，忽略阻力损失，列柏努利方程：

（2）全风压pt与静风压ps以单位体积的气体为基准

（二）性能参数与特性曲线一、通风机动风压静风压全风压测定通风机特性曲线的依据（二）性能参数与特性曲线一、通风机（二）性能参数与特性曲线一、通风机（3）轴功率与效率2.特性曲线

用20℃、101.3kPa的空气（=1.2kg/m3）测定。风机的全风压与气体的密度成正比。~qVP~qVqVpt~qVpS~qVn一定（二）性能参数与特性曲线一、通风机(三)离心通风机的选用

1.计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；3.根据qV、pt0

选风机的型号。

qV

>

qV需，pt0>pt0需2.根据气体的性质(如清洁空气，易燃、易爆或腐蚀性气体以及含尘气体等)与风压范围，定风机类型。一、通风机9-19D高压离心通风机G\Y4-73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（一）离心鼓风机二、鼓风机工作原理：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。离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过0.3MPa（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。特点：外形离心泵外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多转速较高（一）离心鼓风机二、鼓风机多级单级（二）罗茨鼓风机（旋转式鼓风机）罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。二、鼓风机

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。二、鼓风机

结构简单，无吸入和排出活门，排气均匀而连续；制造技术复杂，效率较低；适用于压力不高而流量较大的场合。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80kPa（表压），出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。说明：特点：二、鼓风机二、鼓风机结构:三叶型罗茨鼓风机其工作原理与结构和传统二叶型相仿，主要由机壳和转子组成，只是转子的结构有所不同，为三叶结构。三叶罗茨鼓风机二、鼓风机特点:三叶型罗茨鼓风机比传统的二叶型罗茨鼓风机节能10～23%，当工作压力在规定范围内变动时，其流量变化小。工作压力选择范围宽，气体脉动变化小、噪声低、结构简单，维修方便，振动小，使用寿命长。三叶罗茨鼓风机（一）离心压缩机三、压缩机在工厂中常用的压缩机有往复式和离心式两种类型。离心式压缩机又称涡轮压缩机、透平压缩机，其构造与离心鼓风机相似，由转子和定子组成。

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。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。（一）离心压缩机三、压缩机【转子】主轴、多（单）级叶轮、轴套及平衡元件；【定子】气缸和隔板。特点：多级（10级以上）大叶轮；高转速（n>5000rpm）（一）离心压缩机三、压缩机工作原理:①气体沿轴向进入各级叶轮中心处，被旋转的叶轮做功，受离心力的作用，以很高的速度离开叶轮，进入扩压器。②气体在扩压器内降速、增压。③经扩压器减速、增压后气体进入弯道，使流向反转180度后进入回流器，经过回流器后又进入下一级叶轮。弯道和回流器是沟通前一级叶轮和后一级叶轮的通道。如此，气体在多个叶轮中被增压数次，能以很高的压力能离开。（一）离心压缩机三、压缩机离心式压缩机的特点与往复压缩机相比，离心式压缩机有如下优点：①体积和重量都很小而流量很大；②供气均匀；运转平稳；③易损部件少、维护方便。【说明】除非压力要求非常高，离心式压缩机已有取代往复式压缩机的趋势。而且，离心式压缩机已经发展成为非常大型的设备，流量达几十万立方米/时，出口压力达几十兆帕。（一）离心压缩机三、压缩机（二）往复式压缩机三、压缩机（二）往复式压缩机三、压缩机1.工作过程假设理想气体；气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计；压缩机无泄漏。

（1）理想压缩循环压缩过程（12）当活塞由右向左运动时，气缸内气体体积减小而压力上升。直到压力上升到p2，排气阀被顶开为止。此时的缸内气体状态如1点表示。恒压排气过程（23）排出阀被顶开后，活塞继续向左运动，缸内气体被排出。这一阶段缸内气体压力不变，体积不断减小，直到气体完全排出体积减至零。这一阶段属恒压排气阶段。此时的状态为3点表示。恒压吸气过程（41）活塞从最左端退回，缸内压力立刻由p2降到p1，状况达到D。此时排气阀受压关闭，吸气阀受压打开，气缸又开始吸入气体，体积增大，压力不变，因此为恒压吸气阶段，直到1点为止。三、压缩机（1）理想压缩循环等温压缩绝热压缩三、压缩机（2）实际压缩循环余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。12压缩过程23排气过程41吸气过程34膨胀过程余隙气体膨胀吸气压缩排气三、压缩机（3）余隙系数与容积系数

Ⅰ.余隙系数低压气缸：ε<8%，高压气缸：ε可达12%。Ⅱ.容积系数三、压缩机二者关系：讨论：三、压缩机（二）往复式压缩机三、压缩机可分为单缸和多缸往复式压缩机。2.多级压缩三、压缩机避免排出气体温度过高；减少功耗，提高压缩机的经济性；提高气缸容积利用率；使压缩机结构更合理。一般当时，采用多级压缩，常用2~6级，每级压缩比为3~5。三、压缩机说明：①设置中间冷却器，降低被压缩后的气体温度；设置气液分离器用以分离气体中夹带的液相；②气体被压缩后，V↓，P↑

→气缸直径↓，壁厚↑；③理论上，级数越多，所需的外功越接近于等温压缩过程的外功，但流程复杂，阻力损失↑，故：一般多采用2～6级压缩，每级压缩比为3～5；三、压缩机四、真空泵定义利用机械、物理、化学或物理化学的方法，对容器进行抽气，使之获得、改善或维持真空的机器或器械都称为真空泵。性能：（1）真空度或极限剩余压力；（2）抽气速率：单位时间在极限剩余压力下吸入的气体体积。真空泵的分类

（1）机械真空泵①油（水）封机械真空泵（水环真空泵）；②往复真空泵；④无油机械泵；⑤机械增压泵（罗茨真空泵）（2）蒸汽流泵①扩散泵；②喷射泵；③扩散喷射泵四、真空泵（一）往复式真空泵四、真空泵

工作原理同往复式压缩机，只是因抽吸气体压强很小，结构上要求排出和吸入阀门更加轻巧灵活，易于启动；达到较高真空度时，泵的压缩比很高，如95%的真空度，压缩比约为20左右，为减少余隙的不利影响，真空泵气缸设有一连通活塞左、