2013化工原理第二章流體輸送機(jī)械

第二章第一節(jié)

離心離心泵的操作原理、構(gòu)造與類離心泵的基本方程離心泵的主要性能參數(shù)與特性線離心泵性能的改離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上度離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)其他類型的第一he

z

u2g

hhe是流體輸送機(jī)械對單位重量流體所做的問題的提出 u2 u2 2g

2z2 2g

hf流體輸送機(jī)械：向流體作功以提高流體機(jī)械能的裝置輸送液體的機(jī)械通稱為例如：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵輸送氣體的機(jī)械按不同的工況分別稱為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵本章的目的操作原理、基本構(gòu)造與性能選擇其類型、決定規(guī)格、計(jì)離心一．離心泵的操作原理、構(gòu)造與類1、操作原 吸位于泵殼與吸入管路相連，并在吸入管底部裝離心泵的工作過程 很高的速度（15-25m/s）流入泵殼。在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴(kuò)大，液體的流速減慢，離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵為了使啟動前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開2、基本部件和構(gòu)葉將 的機(jī)械能傳給液體,使液體的動能有所提高

葉片的內(nèi)側(cè)帶有前后蓋板

泵 軸封裝AB

機(jī)械密封主要由裝在泵軸上隨之轉(zhuǎn)動的動環(huán)

起到密封作用 3、離心泵的分按照軸上葉輪數(shù)目的多

軸上不止一個葉輪的離心泵，可以達(dá)到較高的按葉輪上 的數(shù)單吸泵葉輪上只有一個 ，適用于輸送量不大的情況

按離心泵的不同用 少的液體的泵,（B型）耐腐蝕接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料 輸送石油產(chǎn)品的泵，要求密封完善。（Y型雜質(zhì) 輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的二、離心泵的基1、離心泵基本方程式的導(dǎo)假設(shè)如下理想情況葉片數(shù)目為無限多個，也就是說葉片的厚度為無限薄，液體質(zhì)點(diǎn)沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。輸送的是理想液體，流動中無流動阻力液體隨葉輪旋經(jīng)葉輪流道向外流動u1

u2

兩個速度的合成速度就是液體質(zhì)點(diǎn)在點(diǎn)1或點(diǎn)2處相對于靜作理論壓頭，用H∞表示單位重量液體由點(diǎn)1到點(diǎn)2獲得的機(jī)械能為P C2CHH

Hc

2g HP:液體經(jīng)葉輪后靜壓能的增加靜壓能增加項(xiàng)HP221 1

u11

r2

dr

2

) 22

2單位重量流體經(jīng)葉輪后的靜壓能增加為u2u 2HP

2g

2gu2u

2

c2cH

2g

2g

2g

2c2u22cu 2c2u22cu H

cos1)/

一般離心泵的設(shè)計(jì)中，為提高理論壓頭，使α1=90Hu2c2cos2/理論壓頭與理論流量QT關(guān)QT

c2

代入 u2(ucsin

)1

2u2QTctg2 1

)2

2 2b2

表示離心泵的輪的幾何形狀對于某個離心泵（即其β2、γ2、b2固定），當(dāng)轉(zhuǎn)速ω一定時HA2、離心泵基本方程當(dāng)葉片幾何尺寸（b，）與理論流量一定時，離心泵的論壓頭隨葉輪的轉(zhuǎn)速或直徑的增加而加大。根據(jù)葉片出口端傾角β2的大小,葉片形狀可分為三種后彎葉片(β2<90，b)，ctgβ2>0。泵的理論壓頭隨流量Q徑向葉片（β2=90。，圖a），ctgβ2=0。隨流量QT而變化前彎葉片(β2>90。，圖c)，ctgβ2<0。泵的理論壓頭u2u 2 H

c12c12

2c3、實(shí)際壓三．離心泵的主1、離心泵的性能參離心泵的流般用Q表示，單位為m3/h離心泵的壓2H2

(r)2

2b 實(shí)驗(yàn)測H的計(jì)算可根據(jù)b、c兩截面間的柏努利方程 u u b H 2gP

ZP

c 2gu2u

(hf

)bcHZ

bg

2g

(hf

)bcH

(c

b)/離心泵的效軸轉(zhuǎn)動所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率η軸功率及有效功有效功率：排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表軸功率和有效功率之間的關(guān)系為

NNeNeN2、離心泵的特性曲離心泵的H、ηN都與離心泵的Q有關(guān)，它們之間的H～Q、η～Q、——1）H～Q曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓2）N～Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小，以保η～Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達(dá)到一個最大值，以后流量再增與最高效率點(diǎn)所對應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)注意：在選用離心泵時，應(yīng)使離心泵在該點(diǎn)附近工作。四、離心泵性能的改1、液體性質(zhì)的液體密度的影

QT

H

cos2/

H～Q曲線不因輸送的液體的密度不同而變。泵的效率η不隨輸送液體的密度而變NQHg/離心泵的軸功率與輸送液體密度成正比。粘度的影當(dāng)液體的運(yùn)動粘度小于2×10-5m2s-1時，如汽油、柴油、煤油2、轉(zhuǎn)速對離心泵特性的影Q'n'

H'H

(n')2n

N'N

(n')3n3、葉輪直徑的影

似，b2/D2保持不變，當(dāng)泵的效率不變時相等,此時有：Q'Q

H'H

(D2')2

N'N

(D2')3 六、離心泵的工1、管路特性曲線與泵的工管路特性曲管路特性曲線流體通過某特定管路時所需的壓頭與液體在截面1-1′2-2′利方程式，并以1-1′截面為基準(zhǔn)水平面，則液體流過管路所He

z

p

u22g

H式中 zg

u02g

He

HH

lle

d4

)2(12g令

lle

0)

HeHeKBQ量Q的平方而離心泵的工作M點(diǎn)所對應(yīng)的流量Qe和壓頭He表示離心泵在該特定管路中2、離心泵的流量1）改變出口閥開——改變管路特性曲優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：改變泵的轉(zhuǎn)速——改變泵的特性曲若把泵的轉(zhuǎn)速提高到n1：則H~Q線上移，工作點(diǎn)由M移 例2-1.確定泵是否滿足輸送要求。將濃中去，要求輸送量為36m3/h,液體的揚(yáng)該泵是否合用036900.015式

u u2g

H

uu2g

p2

H

7m,p1

p2

u2管內(nèi)流速

u

1.99m/管路壓頭損失

l u

H

e

2g

2管路所需要的壓頭He

z1H

7

以（L/s）計(jì)的管路所需流量Q

10L/由附表可以看出，該泵在流量為12L/s時所提要的10L/s，它所提供的壓頭將會更高于管路流量為10L/s時該泵的效率大約為43%。因此我由柏努利方程可得管路的特性方程He

7

其中流量單位為03697據(jù)此，可以作出管路的特性曲線和泵的特性曲線，如圖所示。兩曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)，其對應(yīng)的壓頭為14.8m；流量為11.4L/s；效率0.45；軸功率可計(jì)算如下：N102

14.8*11.410102*

H,H, 806 Q,五、離心泵的氣1、氣蝕現(xiàn) ps

pK u

zs

2ghf(sK2．汽蝕余量與允許安裝高①汽蝕余量NPSH：泵處的動壓頭與靜壓頭之pe

u2 NPSH

e 2g h的物理意義越小，表明 允前已，為避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵處壓力(NPSH)表示，即允(NPSH)允

u u2g 0.5m以上。（2）

NPSH允許計(jì)算泵的允許安裝高

z允 e e zs

pspeu2

pspeu2pv

hf(se) e hf e hf

g ps

NPSH

f

ps

NPSH

f

z允（3）允許汽蝕余量的校

是在一個大氣壓下用20℃的清水 3、離心泵的并聯(lián)和供的。對于低阻輸送管路a，并聯(lián)組合泵流量的增大幅度大于對于高阻輸送管路b，串聯(lián)組合泵的流量增大幅度大于 七、離心泵的選用、安裝與操1、離心泵的選 效率η在此條件下是否比較大3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時，

2、離心泵的安裝泵的安裝高低吸入管路的阻力啟動前關(guān)泵的步關(guān)泵時，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機(jī)。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉其他類型一、往復(fù)泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞桿、吸入單向閥和排出單向閥?；钊?jīng)傳動和機(jī)械在外力作用下在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動?；钊c單向閥之間的空隙稱為。工作原理當(dāng)活塞自左向右移動時，的容積增大，形成低壓，貯池內(nèi)的液體經(jīng)吸入閥被吸入泵缸內(nèi)，排出閥受排出管內(nèi)液體壓力作用而關(guān)閉。當(dāng)活塞移到右端時，的容積活塞由右向左移動時，泵缸內(nèi)液體受擠壓，壓強(qiáng)增大，使吸入閥關(guān)閉而推開排出閥將液體排出，活塞移到左端時， 有關(guān)，而與泵的壓頭無關(guān)。無論在什么壓頭下工作，只要

QTQT

(2A及原的功率允許，輸送系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復(fù)泵就限制。但往復(fù)泵的低壓是靠的擴(kuò)張來造成的，所以在用回路調(diào)節(jié)往復(fù)泵適用于小流量、高壓強(qiáng)的場合，輸送高粘度液體時的效果也比離心泵好，但不能輸送腐濁性液體和固體粒子二、計(jì)量計(jì)量泵就是往復(fù)泵的一種。通過偏心輪把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成柱塞的往復(fù)運(yùn)動。偏心輪的偏心距離可以調(diào)整，使柱三、旋轉(zhuǎn)1、齒輪到排出腔，排出腔內(nèi)兩輪的齒互相合攏，形成高壓而排出2、螺桿，將液體沿軸向推進(jìn)，最終沿排出口排出。（b）螺桿泵的壓頭高，效率高，無噪音，往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵均屬于正位移泵 3、旋渦旋渦泵是一種特殊類型的離心泵，第二流體輸送機(jī) 一、離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)與壓縮第二氣體輸送和壓縮

二、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)、壓縮與真空按照終壓與壓縮通風(fēng)機(jī)：終壓不大于14.7×103Pa(表壓鼓風(fēng)機(jī)：終壓為14.7×103~294×103Pa，壓縮比小于4壓縮機(jī)：終壓在294×103Pa以上，壓縮比大于4一、離心式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮1、離心式通風(fēng)低壓出口風(fēng)壓低于0.9807×103Pa(表壓)；高壓離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)與特性曲風(fēng)量指氣體通過進(jìn)風(fēng)口的體積流率，以Q表示，單H(z z

(pp)(u2u2)/

uHt

(

1) 2（P2－P1）稱為靜風(fēng)壓，以HSt表2u22

風(fēng)壓與被輸送氣體的密度ρ成正比壓是按“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”下(20℃，1.01×105Pa)的風(fēng)壓HT’換算為試驗(yàn)條件下的風(fēng)壓HT，然后按HT的數(shù)值來HT功率和效

HT''

'1.2'

HT特性曲 中2、離心鼓風(fēng)機(jī)和1）離心鼓風(fēng)氣體由吸進(jìn)入后，經(jīng)過第一級的葉輪和導(dǎo)輪，然后轉(zhuǎn)入離心通風(fēng)機(jī)的送氣量大，但所產(chǎn)生的風(fēng)壓仍不太高，出口表壓強(qiáng)一般不超過294×103Pa。由于在離心鼓風(fēng)機(jī)中，氣體離心壓縮離心鼓風(fēng)機(jī)相似。離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)是葉輪級數(shù)多，通常在優(yōu)點(diǎn)：流量大而均勻，體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，容易調(diào)節(jié)，維二、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)1、羅茨鼓風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理與齒輪泵相似，機(jī)殼內(nèi)有兩個漸縫隙很小，使轉(zhuǎn)子 運(yùn)動而無過多的泄漏，兩轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，可使氣體從技巧一側(cè)吸入，從另一側(cè)排出風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速一定時，出口壓力提高，風(fēng)輸氣量范圍：2~500m3/min。出口表壓在80kPa以內(nèi)且流量調(diào)節(jié)一般用支路調(diào)節(jié)2、液環(huán)壓縮組成，葉輪在存有適量液體的殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由葉片帶動，液體在離心力作用下拋向殼體周邊形成橢圓形液環(huán)。橢圓形長軸處則形成兩個月牙形空隙，供氣體吸入和排出。當(dāng)葉輪旋。液環(huán)壓縮機(jī)使氣體只與葉輪接觸而不與殼體接觸，可用3、真空從設(shè)備中或系統(tǒng)中抽出氣體，使其處于絕對壓強(qiáng)低于外泵也是氣體壓縮機(jī)