氣壓機工作原理

1、第二章第二章 流體輸送機械流體輸送機械 一、流體輸送機械：為流體提供外加能量的機械（機器和設(shè)備）。 二、分類 泵， 液體輸送 按流體種類分 風機或壓縮機或真空泵， 氣體輸送 離心式 往復式 按原理分 旋轉(zhuǎn)式 流體動力作用式 第一節(jié) 液體輸送機械液體輸送機械 一、離心泵 1結(jié)構(gòu)：見圖2-1。 2原理：甩出、真空、吸入。 葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片之間的液體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體沿葉片間的通道從葉 輪中心被甩到葉輪外圍，具有很高的能量，從而液體可流到所需場所。 當液體被甩出后，在葉輪中心就會形成一定的真空，外界壓力與該真空的壓差就使液體經(jīng)底 閥，吸入管道流入葉輪中心。這樣，只要葉輪不停地旋轉(zhuǎn)

2、，液體就源源不斷地被吸入和排出。 3氣縛：葉輪旋轉(zhuǎn)時不能輸送液體的現(xiàn)象。 若離心泵啟動前未充滿液體，則葉片間必充滿氣體。由于氣體密度很小，所產(chǎn)生的離心力也 很小。所以在葉輪中心形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)，這時葉輪雖然旋轉(zhuǎn)，但不能輸送 液體。 4主要部件 (1) 葉輪：見圖2-2和圖2-3。 敞式 （開式） 按葉片的形式分 半蔽式 （半閉式） 蔽式 （閉式） 單吸 按吸入方式分 雙吸 (2) 泵殼：見圖2-4。 泵殼一般制成蝸牛殼形，以便動能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能，為了進一步提高轉(zhuǎn)化率，有時在葉轉(zhuǎn) 與泵殼之間裝有一個導輪。 (3) 軸封（裝置）：旋轉(zhuǎn)的泵軸與固定的泵體之間的密封。 a. 填料密封

3、 填料一般采用浸油或涂石墨的石棉繩。結(jié)構(gòu)簡單，但功率消耗大，且有一定程度的泄漏。 b. 機械（端面）密封 動環(huán)硬度大，常用硬質(zhì)合金、陶瓷等，而靜環(huán)硬度較小，常用石墨制品、聚四氟乙烯等 5. 基本方程 假定： (1) 葉輪為具有無窮多個葉片、每個葉片無限薄的理想葉輪，即液體質(zhì)點嚴格沿葉片表面而流動， 在同一圓周上所有液體質(zhì)點的所有物理量都各自相等。 (2) 流過葉輪的液體為理想液體，即液體流過葉輪時無能量損失。 在1、2兩點間列某一時刻流線柏努利方程： 所以 z x y g 2 r r 由流線柏努利方程的最初形式： 對理想流體，有 對勻速離心力場和重力場中的穩(wěn)定流動或某一時刻，有 對不可壓縮流體

4、沿流線進行不定積分，得 站在葉輪上，在1、2兩點間列同一時刻流線柏努利方程，則 所以 理論壓頭(2-4)(P87) 由余弦定理 得 基本方程(2-5)(P87) 在離心泵的設(shè)計中，一般使1=90，則cos1=0 所以 將 代入上式，得 又將 代入上式，得 6基本方程的討論 (1) 理論壓頭與葉輪直徑及轉(zhuǎn)速成正比。 (2) 葉片的幾何形狀對理論壓頭的影響： a. 后彎葉片，290，ctg20， b. 徑向葉片，2=90，ctg2=0， C. 前彎葉片，290，ctg20， 由上可見，2值越大，HT值越高，似乎前彎葉片較好。但由于2大于90以后，隨2的增加， 動壓頭增加，靜壓頭反而減小，從而能量損

5、失大，效率低。因此，實際上離心泵的葉片總是 后彎的。 (3) 理論流量對理論壓頭的影響 當葉輪的幾何尺寸(D2、b2、2)和轉(zhuǎn)速(n)一定時，理論壓頭與理論流量呈線性關(guān)系。 a. 290，QT，HT b. 2=90，QT，HT C. 290，QT，HT 實際上，葉輪的葉片數(shù)是有限的，液體也是非理想液體，所以實際壓頭和實際流量的關(guān)系曲 線應在理論壓頭和理論流量的關(guān)系曲線的下方。 7性能參數(shù) (1) 流量：單位時間內(nèi)泵所輸送的液體體積，Q，m3/s、m3/h或L/s。 (2) 揚程（壓頭）：單位重量的液體流經(jīng)泵后所獲得的能量，H，m液柱。 揚程（一般）由實驗測定，裝置如圖，原理如下： QQT或 H

6、HT或 在真空表和壓力表之間列柏努利方程： 式中 He葉輪提供給單位重量的液體的能量，m液柱。 所以 所以 式中 分別是壓力表和真空表的讀數(shù)，Pa。 （3）有效功率：液體流經(jīng)泵后所獲得的功率，Ne，W。 顯然 （4）效率：有效功率與軸功率之比，即 容積損失v，高壓液體泄漏到低壓處，Q 能量損失 機械損失m，軸與軸承，軸封的摩擦 水力損失h，液體內(nèi)摩擦及液體與泵殼的碰撞，H 所以 1 2 0 h （5）軸功率：電機提供給泵軸的功率，N，W。 由 得 或 8 特性曲線：反應揚程、軸功率、效率和流量之間函數(shù)關(guān)系的曲線，一般用20C的 清水在特定轉(zhuǎn)速下由實驗測定。由軸功率特性曲線知，啟動泵時， 應關(guān)閉

7、出口閥門，以保護電機。 由效率特性曲線知，泵的工作點 應在高效率區(qū)(92%)。 9各因素對特性曲線的影響 (1) 密度的影響 a. 由泵的基本方程可知，揚程和流量均與液體的密度無關(guān)，所以HQ曲線不變。 b. 由， 可知軸功率與密度成正比，否則軸功率不能與有效功率同步， 所以效率也與密度無關(guān)，Q曲線不變。 C. 由 知，NQ曲線有變。 H N min2900rpn (2) 粘度 粘度增大，能量損失增大，因此泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大。 即 ，H，Q，N 特性曲線的改變可按下式進行換算： 式中 CQ，CH，C換算系數(shù)，可由圖2-13及圖2-14查得。 (3) 轉(zhuǎn)速 當液體粘度不

8、大，且轉(zhuǎn)速變化不大時，有以下近似關(guān)系： 比例定律 (4) 葉輪直徑 當葉輪直徑變化不大時，有以下近似關(guān)系： 切割定律 10氣蝕現(xiàn)象：液體汽化后又凝結(jié)，且對葉輪產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。 當葉輪入口處壓力等于或低于液體的飽和蒸汽壓時，該處就會汽化并產(chǎn)生汽泡，這些汽泡 流到高壓處又重新凝結(jié)，凝結(jié)時會產(chǎn)生很高的局部壓力，會使葉輪因疲勞而破壞成蜂窩或海 綿狀，而且會產(chǎn)生很大的噪音和強烈的振動。 11允許吸上真空度 (1) 定義 式中 p1泵入口處允許達到的最低絕對壓力，Pa； 用液柱高度來表示的泵入口處允許達到的最高真空度，m液柱，通常在 10mH2O(9.807104Pa)的大氣壓下，用20C的清水由實驗測定

9、。 (2) 允許安裝高度Hg與 的關(guān)系 在貯槽液面與泵入口處之間列柏努利方程， 則 所以 若 則 （3） 若輸送其它液體，且操作條件與上述的實驗條件不符時，可按下式換算： 00 0 p g H 1 1 12汽蝕余量 (1) 定義 式中 h泵入口處靜壓頭和動壓頭之和超過飽和蒸汽壓頭的允許最小值，也用20C的清水由 實驗測定。 (2) Hg與h的關(guān)系 （3）校正：通常不校正而把它作為安全系數(shù)。 13. 管路特性曲線及泵的工作點 在1、2兩截面間列柏努利方程，得 又 2 1 2 1 令 則 管路特性曲線 工作點：泵的特性曲線與管路特性曲線的交點。當泵在管路系統(tǒng)中工作時，流經(jīng)管路的流量就是 流經(jīng)泵的流

10、量；管路所需要的外加能量就是液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。 14流量調(diào)節(jié) (1) 改變閥門的開度 實質(zhì)是改變管路特性曲線。 能損大，但方便，多采用。 (2) 改變泵的轉(zhuǎn)速 實質(zhì)是改變泵的特性曲線。 能損小，但昂貴，少采用。 (3) 改變?nèi)~輪的直徑 實質(zhì)也是改變泵的特性曲線。 不方便，相當于換一臺泵，極少采用。 15并聯(lián) 當一臺泵的流量不夠時，可以用兩臺泵并聯(lián)操作， 以增大流量。 兩臺相同的泵并聯(lián)時，其聯(lián)合特性曲線為單臺特 性曲線在流量上的兩倍。 但并聯(lián)后的流量并非單臺泵流量的兩倍，因為流 量增大，管路阻力增加。 16串聯(lián) 當一臺泵的揚程不夠時，可以用兩臺泵串聯(lián)操作， 以提高揚程。 兩臺相同的泵串聯(lián)

11、時，其聯(lián)合特性曲線為單臺特性 曲線在揚程上的兩倍。 但串聯(lián)后的揚程并非單臺泵揚程的兩倍，因為揚程 提高，管路阻力也增加。 1類型 (1) 分類 單級，B型 單吸 水泵 雙級，D型，揚程高 雙吸，Sh型，流量大 耐腐蝕泵，F(xiàn)型，耐腐蝕 油泵， Y型，密封性好 污水泵，PW型 雜質(zhì)泵，P型， 砂泵， PS型 防堵、耐磨 泥漿泵，PN型 低溫泵，隔熱性好 (2) 型號舉例 3 B 33 A 葉輪外徑比基本型號小一級 揚程為33mH2O 單級單吸水泵 入口直徑為3in(英寸) (3) 系列特性曲線 將同一類型的各種型號泵的較高效率范圍內(nèi)的HQ曲線繪在一個總圖上（如圖2-27，P111）， 以方便選用。

12、 18選擇 (1) 確定輸送系統(tǒng)的流量和揚程 生產(chǎn)任務流量 管路系統(tǒng)揚程 (2) 選擇泵的類型和型號 液體性質(zhì) 操作條件 流量 揚程 (3) 核算泵的特性曲線 若液體的密度和粘度與水相差很大，則應核算泵的特性曲線： 然后根據(jù)核算后的泵的特性曲線確定泵的型號。 二. 其它類型泵 1往復泵 （1） 結(jié)構(gòu) （2） 原理 類型 型號 當活塞向右運動時，工作室的容積增大，形成負壓，將液體經(jīng)吸入閥吸入工作室；當活塞向左運 動時，工作室的容積縮小，形成高壓，將液體經(jīng)排出閥排出工作室。 (3) 分類 單動 雙動 三聯(lián) (4) 特點 a. 容積式泵：往復一次，就排出一定體積的液體，而與壓頭無關(guān)。 單動泵： 理論

13、流量： 雙單泵： 由于泄漏，實際流量低于理論流量。 b. 壓頭無限：只要泵的機械強度和原動機功率允許。是正位移泵之一。 c. 有自吸能力 d. 用旁路調(diào)節(jié)流量 2計量泵：裝有可調(diào)偏心輪的往復泵，通過調(diào)節(jié)偏心輪來調(diào)節(jié)沖程，從而嚴格地調(diào)節(jié)流量。 3旋轉(zhuǎn)泵：正位移泵之一。 (1) 齒輪泵：互相嚙合的兩齒撥開形成低壓，兩齒合攏形成高壓，將液體排出。 (2) 螺桿泵：原理上與齒輪泵相似，它利用互相嚙合的兩螺桿來排送液體。 4. 旋渦泵：一種特殊的離心泵，啟動前要灌滿液體，啟動時要全開出口閥，并用回路調(diào)節(jié)流量。 第二節(jié) 氣體輸送和壓縮機械氣體輸送和壓縮機械 一、用途 1輸送氣體 2產(chǎn)生高壓氣體 3產(chǎn)生真空

14、 二、分類 通風機 終壓14.7kPa (表) 鼓風機 終壓=14.7294kPa(表)，壓縮比4 按出口的氣體的壓強分 壓縮機 終壓294kPa (表)，壓縮比4 真空泵 終壓=Pa (大氣壓)，初壓為負壓 三、離心通風機 1分類 低壓離心通風機 終壓0.9807kPa (表) 中壓離心通風機 終壓 =0.98072.942kPa (表) 高壓離心通風機 終壓 =2.94214.7kPa (表) 2原理： 與離心泵相似 3結(jié)構(gòu)： 與離心泵相似，但葉片的數(shù)目較多、較大，氣體流道的斷面有方形和原形兩種 4性能參數(shù) (1) 風量：單位時間內(nèi)排出的氣體體積，并換算成吸入狀態(tài)的數(shù)值，Q，m3/h。 (

15、2) 風壓：單位體積的氣體流徑風機后，所獲得的能量，HT，J/m3=Pa，mmH2O。 風壓也由實驗測定，裝置與測泵揚程的裝置相似，原理如下： 在風機進出口之間列柏努利方程，得 所以 校正 （3）軸功率與效率 5特性曲線： 反應HT、HST、N、與Q之間函數(shù)關(guān)系的曲線。 6選擇 (1) 確定輸送系統(tǒng)的風量和風壓 生產(chǎn)任務進口(吸入)態(tài)風量Q 管路系統(tǒng)實際風壓 實驗風壓HT (2) 確定風機的類型和型號 氣體性質(zhì) 實驗風壓范圍 進口(吸入)態(tài)風量 實驗風壓HT QHT QHst Q QN 類型 型號 四、離心鼓風機 又稱透平鼓風機，結(jié)構(gòu)和原理與多級離心泵類似，但葉輪級數(shù)多一些，轉(zhuǎn)速也較高，固能產(chǎn)

16、生更 高的壓強。 五、離心壓縮機 結(jié)構(gòu)和原理與離心鼓風機的相似，只是離心壓縮機的級數(shù)更多，可十級以上，一般要分段，段間 設(shè)置中間冷卻器，且葉輪逐級縮小。 六、羅茨鼓風機 結(jié)構(gòu)如圖，原理與齒輪泵相似。 七、液環(huán)壓縮機 結(jié)構(gòu)如圖，原理為：當葉輪旋轉(zhuǎn)時，液體被拋向殼體，形成一層橢圓型的液環(huán)，在橢圓型長軸兩 端形成兩個月牙型空間。當葉輪旋轉(zhuǎn)一周時，月牙型空間的內(nèi)的小室大小的變化使氣體吸入或排 出。 八、真空泵 1水環(huán)真空泵 結(jié)構(gòu)如圖，原理與液環(huán)壓縮機相似。 2噴射泵 結(jié)構(gòu)如圖，原理為動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。 九、往復壓縮機 1結(jié)構(gòu)如圖 2原理 一、往復壓縮機的工作過程： 假設(shè)： 理想氣體 無氣閥阻力 無泄漏

17、 1 p 2 p (1) 理想壓縮循環(huán)： 活塞與氣缸端蓋之間沒有空隙 或沒有余隙。 a. 過程： 吸氣壓縮 排氣 （如右圖所示） 等溫壓縮，4123 絕熱壓縮，412/ 3 多變壓縮，412/ 3 循環(huán)功： 式中 m多變指數(shù)。 (2) 實際壓縮循環(huán)：活塞與氣缸端蓋之間有空隙或有余隙。 a. 過程：吸氣壓縮 余隙絕熱膨脹 排氣 （如右圖所示） 4123 1 b. 循環(huán)功 c. 余隙系數(shù)：余隙體積與活塞掃過體積之比，即 d. 容積系數(shù)：吸氣體積與活塞掃過體積之比，即 1 p 2 p 4 3 1 2 , 2 ,2 V p V 1 p 2 p 4 3 1 2 p e. 0與的關(guān)系 式中 m多變指數(shù)，1mk； k絕熱指數(shù)。 所以 當壓縮比高到一定程度的時候，容積系數(shù)可能變?yōu)榱恪?3性能參數(shù) (1) 排氣量：單位時間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)的數(shù)值，Vmin，m3/min。 a. 理想循環(huán) b. 實際循環(huán) (2) 軸功率與效率 a. 有效功率（理論功率） b. 效率 流動阻力 能量損失a 部件摩擦 c. 軸功率 4多級壓縮