化工原理(第二版)第二章

第二章流体保送机械Fluid-movingMachinery1第一节概述流体保送机械：对流体做功使其机械能增大的安装。保送机械的作用：流体的动能↑，或位能↑，静压能↑，抑制沿程阻力，或兼而有之对流体做功，使流体E↑,结果23泵按任务原理分为:特点：有可旋转的叶轮特点：机械内部的任务容积不断发生变化。本章主要引见离心泵的构造、任务原理及特性和如何根据保送义务，合理地选择保送机械的型号和规格，确定保送机械在管路中的安装、耗费的功率和有效合理地调理控制方法，以保证保送机械的高效运转。4第二节离心泵centrifugalpump离心泵的外观5一主要部件和任务原理〔1〕叶轮——叶片〔+盖板〕1、主要部件67闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞景象8轴向力叶轮轴向力将导致轴及叶轮的窜动和叶轮与泵壳的相互研磨。94-8个叶片〔前弯、后弯，径向〕液体通道。前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮半开式开式10思索：泵壳的主要作用是什么？①聚集液体，并导出液体；②能量转换安装〔2〕泵壳：泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩展的蜗牛壳形通道液体入口——中心出口——切线11〔3〕轴封安装减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调理到有液体成滴状向外浸透。常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或石棉。1213离心泵安装简图142．离心泵的任务原理原动机——轴——叶轮，旋转〔1〕离心力叶片间液体中心外围——液体被做功动能高速分开叶轮15〔2〕泵壳：液体的聚集与能量的转换〔动静〕〔3〕吸上原理与气缚景象airbinding叶轮中心低压的构成p泵内有气，那么泵入口压力液体不能吸上——气缚启动前灌泵—液体高速分开16〔4〕导轮的作用——减少能量损失17压头：泵提供应单位分量液体的能量称为泵的压头，用H表示，单位m。二．离心泵的实际压头和实践压头18实际压头：理想情况下单位分量液体所获得的能量称为实际压头，用H表示。1920阐明：〔1〕安装角：>90度—前弯叶片<90度—后弯~流动能量损失小=90度—径向叶片〔2〕后弯叶片，ctg>0b、r、,那么HQ，那么H〔线性规律〕〔3〕实际压头H与流体的性质无关〔4〕H与H的差距—叶片间环流；阻力损失；冲击损失21问：为什么泵采用后弯叶片的居多？后弯叶片：实际压头随流量增大而减少；径向：无关；前弯：增大。在一定的叶轮尺寸、转速和流量下，前弯叶片产生的实际压头最大。但压头的提高包括静压头和动压头的提高。对后弯叶片静压头的提高大于动压头的提高，而对前弯叶片那么相反，液体动压头的提高较大，同时液体在泵壳流动部分动压头转换为静压头时能量损失较大。为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片方式222.离心泵的实践压头实践压头比实际压头要小。详细缘由如下：〔1〕叶片间的环流运动主要取决于叶片数目、安装角2、叶轮大小、液体粘度等要素，而几乎与流量大小无关。c2c223〔2〕水力损失阻力损失24冲击损失在设计流量下，此项损失最小。流量假设偏离设计量越远，冲击损失越大。设计流量25〔3〕容积损失以走漏流量q大小来估算。可以证明，当泵的构造不变时，q值与扬程的平方根成正比。设计流量Hq-Hq26三．离心泵的主要性能参数〔1〕(叶轮)转速n：1000~3000rpm；2900rpm常见〔2〕(体积)流量Q:m3/h，~叶轮构造、尺寸和转速〔3〕压头〔扬程〕H：1N流体经过泵获得的机械能。J/N,m~Q、叶轮构造、尺寸和n有关。Hz〔4〕轴功率N：单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率Ne：单位时间液体获得的能量27H，又称扬程，泵对单位分量流体提供的有效能量，m。可丈量Q，泵单位时间实践输出的液体量，m3/s或m3/h。可丈量在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：转速流量压头n，单位r.p.s或r.p.m讨论：28轴功率和效率N，又称功率，单位W或kW29与效率有关的各种能量损失：NNe机械损失容积损失水力损失30〔5〕效率：=Ne/N<100%——容积损失，水力损失，机械损失2．离心泵的性能曲线characteristiccurvesH~QN~Q~Q厂家实验测定产品阐明书

20C清水31离心泵特性曲线32阐明：①H~Q曲线，Q，H。Q很小时能够例外②N~Q曲线：Q，N。大流量大电机封锁出口阀启动泵，启动电流最小③~Q曲线：小Q，；大Q，。max泵的铭牌~与max对应的性能参数选型时max高效区333．离心泵特性的影响要素〔1〕流体的性质：密度的影响粘度的影响液体粘度大于20厘斯时,泵的特性参数需按下式进展校正.34qv’=CqqvH’=CHHη’=CηηCq、CH、Cη分别为流量、压头、和效率的校正系数，经过图查取例2-1:附图为某型号离心泵保送清水的特性曲线,最高效率点对应的流量为2.84m3min-1,压头为30.5m.试求用此离心泵保送密度为900kg/m3,过去粘度为175×10-6m2/s的油品的特性曲线，并绘于同一坐标图上。35——n20%以内(3)叶轮直径——切割定律——D-5%以内〔2〕转速——比例定律36思索：假设泵在原转速n下的特性曲线方程为那么新转速n下泵的特性曲线方程表达式如何？37四、离心泵的任务点和流量调理问题：任务时，Q,H,N,=?1.管路特性曲线38泵------供方管路------需方394041阐明①任务点泵的特性&管路的特性任务点确定：联解两特性方程作图，两曲线交点②泵装于管路任务点~〔H,Q)Q=泵供流量=管得流量H=泵供压头=流体得压头③任务点~〔Q,H,N,〕~泵的实践任务形状42五、离心泵的安装高度安装高度:问题：液面到泵入口处的垂直间隔(Hg)安装高度有无限制？430-0~1-1，B.E.Hg，那么p1当p1pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结部分真空压力升高周围液体高速冲向汽泡中心撞击叶片(水锤)伴随景象①泵体振动并发出噪音②H,Q,严重时不送液；③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片44安装高度，汽蚀问题：如何确定Hg的上限——允许安装高度〔1〕三个根本概念：2．汽蚀余量与允许安装高度①(有效)汽蚀余量ha:泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)45ha的物理意义：ha，p1汽蚀②必需汽蚀余量hr:——发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量汽蚀时，1处：动压头+静压头=——用实验测定③允许汽蚀余量h比最小汽蚀余量大0.3米46正常运转的泵〔2〕由h计算允许安装高度Hgmax47〔3〕允许汽蚀余量的校正h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线阐明书3．允许吸上真空度HHs，max=〔Pa-P1〕/ρgHs=Hs，max-0.3Hg=Hs-u12/2g-Hf,o-1Hs是泵消费厂家用20℃水作为实验介质，在贮槽液面压强为大气压下测定的结果。假设运用条件与此不符的时，应作如下的校正：Hs’={Hs+〔Ha–10.33〕-[Pv/(9.81×1000)-0.24]}1000/ρ483．讨论〔1〕汽蚀景象产生的缘由：①安装高度太高；②被保送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路阻力或压头损失太高。〔2〕计算出的Hgmax<0,低于贮槽液面安装49〔3〕Hgmax大小~Q。Q，那么Hgmax，保险。〔4〕安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。(5)历史上允许吸上真空度允许汽蚀余量Hgmax用能够的最大Q计算Hgmax50例2-2：用某一离心泵将密闭容器中80℃的热盐水送入高位槽，在保送要求下离心泵的允许吸上真空度为4.6m,密闭容器中液面上方的绝对压强为80KPa,溶液的蒸汽压近似取同温度下水的饱和蒸汽压,设盐水的密度与水的密度相近,吸入管路的压头损失为0.5m,试确定泵的安装高度.解:Hs’={Hs+〔Hs–10.33〕-[Pv/(9.81*1000)-0.24]}1000/ρ=-2.17mHg=Hs-u12/2g-Hf,o-1=-2.17-0.5=-2.67m为平安起见,再降低0.5米,实践安装高度为-3.17m.51六离心泵的类型、选用、安装与操作1离心泵的类型：按保送液体的性质不同〔1〕清水泵：保送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。构造简单，造价低。——IS〔2〕耐腐蚀泵：保送腐蚀性的液体，用耐腐蚀资料制成，要求密封可靠。——F〔3〕油泵：保送石油产品的泵，要求有良好的密封性。——Y52〔4〕杂质泵：保送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮番道宽，叶片数少。——P单吸泵；双吸泵53单级泵；多级泵串联组合；并联组合54八、离心泵的类型、选用55对泵产品样本常见型号简介如下:型号为40IS54A40泵吸入口直径mmIS单级单吸悬臂式离心泵54扬程式A表示根本型号的叶轮经第一次切削40FM1-2640泵吸入口直径mmF悬臂式耐腐蚀离心泵M与液体接触部件的资料代号26泵的扬程1轴封式代号(1代表单端面密封)50Y-60×250泵吸入口直径mmY单吸离心泵60泵的单级扬程m2叶轮的级数562离心泵的选用〔1〕根据液体的性质确定类型〔2〕确定管路流量和所需外加压头。Q消费义务，H管路的特性方程。〔3〕根据所需Q和H确定泵的型号①查性能表或曲线，要求泵的H和Q与管路所需相顺应。②假设需Q有变，以最大Q为准，H应以最大Q值查找。③假设泵的H和Q与管路所需不符，在邻型号中找H和Q都稍大一点的。57⑤假设液体性质与清水相差大，那么应对所选泵的特性曲线和参数进展校正，看能否能满足要求。④假设几个型号都行，应选在操作条件下最高者⑥为保险，所选泵可以稍大；但假设太大，能量利用程度低。3离心泵的安装与操作安装①安装高度应小于允许安装高度②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调理阀应装于出口管路。58操作①启动前应灌泵，并排气。②应在出口阀封锁的情况下启动泵③停泵前先封锁出口阀，以免损坏叶轮④经常检查轴封情况591、并联四、离心泵的组合操作——串、并联602、串联四、离心泵的组合操作——串、并联61第三节其它类型泵一往复泵1．构造和任务原理主要部件：泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀任务原理：阐明：①活塞往复运动，直接以静压能方式向液体供能②单动泵，供液不延续；双动泵，延续。③为耐高压，活塞和连杆用柱塞替代。62632．往复泵的流量和压头〔1〕实际平均流量单动双动〔2〕实践平均流量=容积效率实际平均流量~与压头无关〔3〕瞬时流量的不均匀性单动泵，吸、排液不延续64曲柄连杆，活塞运动速度~时间正弦规律〔4〕流量的准确性Q仅~活塞面积、冲程、往复频率〔5〕往复泵的压头挤压供液，H恣意高。~资料强度，密封，电机负载最终取决于管路特性65〔6〕特性曲线Q仅~泵，与管路(和H〕无关H仅~管路，与泵(和Q)无关—正位移特性高阻高压！6667•适用于小流量、高压头的情况下保送高粘度的液体。旁路由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不能够无限增大。压头越大，漏损越大。68二计量泵1外观692任务原理往复泵的一种原动机偏心轮转动柱塞的往复运动3流量调理调整偏心度柱塞冲程变化流量调理。4运用场所保送量或配比要求非常准确70三隔膜泵1外观2运用场所腐蚀性的液体、固体悬浮液71四齿轮泵1剖开722流量调理3运用场所转速或旁路高压头、小流量。粘稠以致膏状物。固体悬浮液73五螺杆泵1外观742任务原理旋转泵的一种螺纹在旋转时有推进作用单螺杆双螺杆三螺杆753流量调理转速或旁路4运用场所高压头、小流量。粘稠以致膏状物。固体悬浮液76六旋涡泵1任务原理特殊类型的离心泵77叶轮－开有凹槽的圆盘引水道叶轮旋转，凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间往反多次，被多次做功。运用场所Q↓，H↑↑高压头，较小流量×固体悬浮液，高粘度流体78第四节气体保送机械一概述1．气体保送机械在工业消费中的运用①气体保送压力不高，但量大，动力耗费大②产生高压气体：终到设备压力高③消费真空：上游设备负压操作2．气体保送机械的普通特点①动力耗费大79②设备体积庞大③特殊性——气体的可紧缩性3．气体保送机械的分类任务原理——离心式、旋转式、往复式、放射式等口压力〔终压〕和紧缩比①通风机：终压15kPa，紧缩比1至1.15②鼓风机：终压15~300kPa，紧缩比小于4。③紧缩机：终压300kPa以上，紧缩比大于4。④真空泵：呵斥负压，终压p0，紧缩比由真空度决议。80二离心式通风机811．离心式通风机的构造特点①叶轮直径较大——顺应大风量②叶片数较多③叶片有平直、前弯、后弯不求高效率时——前弯④机壳内逐渐扩展的通道及出口截面常为为矩形822．性能参数和特性曲线〔1〕风量：按入口形状计的单位时间内的排气体积。m3/s，m3/h〔2〕全风压：单位体积气体经过风机时获得的能量J/m3，Pa风机进、出口之间写B.E.忽略忽略能量损失83阐明①气体获能=进出口静压差(静风压)+动能差