冶金设备基础第1章流体输送设备及管路计算课件

1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒体教学课程：冶金设备基础任课教师：徐瑞东学习目的与要求复习并掌握流体的基本概念、牛顿流体，柏努利方程，管内流动状态，流体阻力与管路计算等基本知识；掌握离心泵、活塞泵、隔膜泵等流体输送设备的工作原理、特点、设计选择与功力计算。第1章流体及流体输送设备1.1流体流动的基本知识1.流体的流动性(宏观流体模型)2.流体的密度与相对密度3.流体的压缩性和膨胀性4.流体的粘性(牛顿型流体)5.流体的流动型态(雷诺准数)6.边界层的概念雷诺实验1.3流体阻力与管路的计算直管阻力局部阻力流体阻力管路的计算五条原则:材质选择，连接方式，流速的确定，阻力计算，布置系统三类问题:已知管径、管长和流量，求流体通过管路所需的外能；已知管径、管长和允许的外能损耗，求流量；已知管径、流量和允许的外能损耗，求管径。减少流动阻力的途径尽量缩小管路长度，以减少直管阻力；在满足生产要求的前提下，应尽量减少管件或阀门的数量，同时尽量减少流道的突然变形，如可用渐扩或减缩代替突扩或突缩，用圆拐弯代替直角拐弯等;适应增大直径，流动阻力与管径的五次方成反比，若管径增大一倍，即变为时，则摩擦阻力可减少为原来的

1/32左右。

流量和流速是流体输送基本参数。流体输送的实际问题中常用流量；在柏努利方程中常用流速。1.4流速的测定测速管—测量局部速度孔板流量计—测量流过某截面的流量转子流量计—定压流量计激光测速计—科研测定某点的瞬间流速1.5流体输送设备液体输送设备：离心泵、往复泵、高油压泵、旋转泵

气体输送设备：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵1.5.1离心泵离心泵的主要构造离心泵的工作原理“气缚”现象

离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小在叶轮中心中能产生很小的低压，形不成所需要的压差，虽启动离心泵，但液体仍不能上升到叶轮中心，不能完成输送液体的目的，该现象称为“气缚”现象。离心泵的构造装置图1-叶轮2–泵壳3–叶片4–吸入导管5-底阀6-压出导管7-泵轴(3)有效功率和效率轴功率N：由电机输入离心泵的功率有效功率Ne：

效率：有效功率与轴功率之比

根据泵的轴功率，可选用电机功率。但实际生产中为了避免电机烧毁，在选取电机功率时，要用求出的轴功率乘上一安全系数，常取安全系数如上表所示.泵的轴功率与安全系数泵的轴功率/kW0.5～3.753.75～37.5>37.5安全系数1.21.151.1

流量、扬程、效率和功率是离心泵的主要性能参数。工厂生产的泵都有一定的牌号，其扬程、流量、功率、转速都有一定值，且生产厂家已将其产品性能参数用曲线表示出来，这就是离心泵的特性曲线。对于一定转速的泵，存在以下三种关系曲线，即：

(1)H=f1(Q)，扬程与流量的关系；(2)N=f2(Q)，轴功率与流量的关系；(3)η=f3(Q)，效率与流量的关系。

离心泵的特性曲线4B20型离心泵在n=2900r/min下的特性曲线：H-Q曲线：泵的扬程随流量的增大而平稳下降；N-Q曲线：表明泵的轴功率随流量的增加而平稳上升；η-Q曲线：最高点为离心泵的设计点，与此最高效率点相对应的Q，H，N值称为最佳工况参数，或叫设计点参数。管路特性的表达方式：

离心泵总是安装在特定的管路中运行的，泵在实际工作中的流量和压头等不仅取决于离心泵的特性，而且还与管路特性有关。两者必须统一，并使泵在高效下运行，完成流体输送任务。管路的特性可用管路特性方程(管路中流量(或流速)与压头的关系)和管路特性曲线来表达。例如对标准管路系统，若贮槽和高位槽两液面维持恒定，则泵对单位重量液体提供的能量为：

对一定操作条件下的特定管路，与均与流量无关，可用常数：表示，且，

则上式可写为：

其中：

当叶轮旋转时，液体在叶轮上流动的速度和压力是变化的。通常在叶轮入口处最低，当此处压力等于或低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体将部分气化，生成大量的蒸气泡。含气泡的液体进入叶轮而流至高压区时，由于气泡周围的静压大于气泡内的蒸气压力，而使气泡急剧凝结而破裂。气泡的消失产生了局部真空，使周围的液体以极高的速度涌向原气泡中心，产生很大的压力，造成对叶轮和泵壳的冲击，叶轮很快就被冲蚀成蜂窝状或海绵状，使其震动并发出噪音。离心泵工作时的气蚀现象离心泵按输送液体的性质

单吸泵双吸泵清水泵泥浆泵耐腐蚀泵油泵低温泵热水泵液下泵单级泵多级泵按工作的特点按吸入方式按叶轮数目离心泵的类型离心泵的选用：根据被输送液体的性质和操作条件进行选择；根据已知管路条件，确定被输送液体需要的压头H，按已知的流量Q和计算的H，在泵的系列特性曲线上找到该点，确定泵的型号和转速；被输送液体的粘度、密度较大时，须对所选择泵的特性曲线换算，对He、Ne重新校核，并注意工作点是否在高效率区；根据实际需要选配合适的电动机。往复泵工作示意图1-泵缸2-活塞3-活塞杆4-吸入活门5-排出活门1.5.2往复式活塞泵工作原理：利用活塞的推力把流体提升，完成液体输送任务。适用于高扬程、低流量的输液过程，尤其是输送高粘度液体,如重油。双动泵工作示意图1-吸入管路2-填料函3-活塞4-压出导管活塞式油压泥浆泵示意图1—空气室2—出料阀3—进料阀4—矿浆观察阀5—液面观察阀6—油观察阀7—供油阀8—油箱9—油缸10—活塞1.5.4高压油泵工作原理：活塞向右移动时，排料活门紧闭，吸入活门开启，料浆便进人油箱之下半部；当活塞向左运动时，进料活门闭死，出料活门开启，料浆排出。特点：油箱上半部及活塞缸中充满矿物油，活塞及缸体不会磨损，使用寿命长。由于密度不同，油与泥浆既相混溶，油的消耗少。1.5.5旋转泵(转子泵)

借泵内转子的旋转作用而吸入和排出液体。可用于输送粘稠液体甚至膏状物科，但不适于输送含固体颗粒的悬浮液。齿轮泵示意图类型离心泵往复泵旋转泵流量(1)均匀；(2)量大；(3)流量随管路情况变化。(1)不均匀；(2)量不大；(3)流量恒定，几乎不因压头变化而变化。(1)比较均匀；(2)量小；(3)流量恒定，与往复泵相同。扬程(1)一般不高；(2)对一定流量只能提供一定的扬程(1)较高；(2)对一定流量可提供不同扬程，由管路系统确定。同往复泵。效率(1)最高为70%左右；(2)在设计点最高，偏离愈远，效率愈低。(1)为80%左右；(2)供应不同扬程时，效率仍保持最大值。(1)介于60~80%左右；(2)在扬程高时容易漏，使效率降低。结构(1)简单、价廉、安装容易(2)高速旋转，可直接与电动机相连；(3)输送同一流量体积小；(4)轴封装置要求高，不能漏气。(1)零件多，构造复杂；(2)震动甚大，不可快速，安装较难；(3)体积大，占地多；(4)需吸入，排出活门；(5)输送腐蚀性液体时，构造更复杂。(1)没有活门；(2)可与电动机直接连接；(3)零件较少，但制造精度要求高。几种液体泵的比较1.通风机

通风机主要有离心式和轴流式两种类型。轴流通风机由于其所产生的风压很小，一般只作通风换气用。冶金厂应用最广的是离心通风机。离心通风机按其所产生风压大小可分为以下三种：

低压离心通风机：风压≤1×103(表压)

中压离心通风机：风压在1×103~3×103(表压)

高压离心通风机：风压在3×103~15×103(表压)离心式通风机示意图2.鼓风机

(1)离心鼓风机：转速高，排气量大，结构简单。但单级风机由于只有一个叶轮，不可能产生较大的风压.(2)旋转鼓风机---罗茨鼓风机：转速高，无阀门，结构简单，重量轻，排气均匀，风量变动范围大，可在2~500范围内变动，但效率低，其容积效率一般为0.7~0.9。罗茨鼓风机结构示意图1—同步齿轮2—转子3—气缸4—盖板3.压缩机

有往复压缩机和离心压缩机两种。(1)往复压缩机的构造及工作原理往复压缩机的构造主要由气缸、活塞、吸气阀和排气阀组成。(2)往复压缩机的工作过程(1)余隙中的气体膨胀；(2)活门打开，从外界吸气；(3)活门关闭，压缩气体；(4)排出活门打开，压出气体。立式单动双缸压缩机示意图1-排气阀2—吸气阀3—气缸体4—活塞5—连杆6—曲柄

本章小结1.1流体流动的基本概念流体的流动性流体的密度与相对密度流体的压缩性和膨胀性流体的粘性(牛顿型流体