流體輸送機械課件

流體輸送機械第二章流體輸送機械第二章流體輸送機械

2.1液體輸送機械2.2氣體輸送與壓縮機械流體輸送機械

2.1液體輸送機械流體輸送機械

2.1液體輸送機械

液體輸送在食品工廠各生產(chǎn)過程起著十分重要的作用，由于食品生產(chǎn)中被輸送的液體性質(zhì)各異，要求輸入設(shè)備必須符合食品生產(chǎn)要求，于是，出現(xiàn)了各種材質(zhì)的液體輸送設(shè)備，如耐腐蝕、耐氧化等材料制成的液體輸送設(shè)備等。輸送液體的機械統(tǒng)稱為泵。食品工廠所用泵以離心泵最多，旋轉(zhuǎn)泵其次，往復(fù)泵較少，故本節(jié)將重點介紹離心泵。流體輸送機械2.1液體輸送機械流體輸送機械

2.1.1離心泵

1．離心泵的構(gòu)造、工作原理（1）離心泵的構(gòu)造如圖2-1是離心泵裝置簡圖。其基本工作部件是葉輪和泵殼。葉輪是由若干個彎曲的葉片組成，葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并固定在泵軸上，泵的吸入口與吸入管相連，泵殼側(cè)邊的排出口與排出管（或稱壓出管）連接。吸入管路的末端裝有底閥及濾網(wǎng)。底閥也稱止逆閥，是用來防止停車時泵內(nèi)液體倒流回到貯槽，它還可以保證第一次開泵時，使泵內(nèi)容易充滿液體；濾網(wǎng)可以防止液體中的固體物質(zhì)進入泵內(nèi)堵塞管道及泵殼。排出管上裝有調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)泵的流量。

流體輸送機械2.1.1離心泵二、管路的連接管路的連接包括管子與管子、管子與各種管件、閥門及設(shè)備接口等處的連接。目前比較普遍采用的有：承插式連接、螺紋連接、法蘭連接及焊接。二、管路的連接1．承插式連接鑄鐵管、耐酸陶瓷管、水泥管常用承插式連接。管子的一頭擴大成鐘形，使一根管子的平頭可以插入。環(huán)隙內(nèi)通常先填塞麻絲或石棉繩，然后塞入水泥、瀝青等膠合劑。它的優(yōu)點是安裝方便，允許兩管中心線有較大的偏差，缺點是難于拆除，高壓時不可靠。1．承插式連接2．螺紋連接螺紋連接常用于水、煤氣管。管端有螺紋，可用各種現(xiàn)成的螺紋管件將其連接而構(gòu)成管路。螺紋連接通常僅用于小直徑的水管、壓縮空氣管路、煤氣管路及低壓蒸汽管路。用以連接直管的管件常用的有管箍和活絡(luò)管接頭。2．螺紋連接3．法蘭連接法蘭連接是常用的連接方法。優(yōu)點是裝拆方便，密封可靠，適用的壓強、溫度與管徑范圍很大。缺點是費用較高。鑄鐵管法蘭是與管身同時鑄成，鋼管的法蘭可以用螺紋接合，但最方便還是用焊接法固定。法蘭連接時，兩法蘭間需放置墊圈起密封作用。墊圈的材料有石棉板、橡膠、軟金屬等，隨介質(zhì)的溫度壓強而定。3．法蘭連接4．焊接連接焊接法較上述任何連接法都經(jīng)濟、方便、嚴(yán)密。無論是鋼管、有色金屬管、聚氯乙烯管均可焊接，故焊接連接管路在化工廠中已被廣泛采用，且特別適宜于長管路。但對經(jīng)常拆除的管路和對焊縫有腐蝕性的物料管路，以及不允許動火的車間中安裝管路時，不得使用焊接。焊接管路中僅在與閥件連接處要使用法蘭連接。4．焊接連接三、管路的熱補償管路兩端固定，當(dāng)溫度變化較大時，就會受到拉伸或壓縮，嚴(yán)重時可使管子彎曲、斷裂或接頭松脫。因此，承受溫度變化較大的管路，要采用熱膨脹補償器。一般溫度變化在32℃以上，便要考慮熱補償，但管路轉(zhuǎn)彎處有自動補償?shù)哪芰?，只要兩固定點間兩臂的長度足夠，便可不用補償器?；S中常用的補償器有凸面式補償器和回折管補償器。三、管路的熱補償1．凸面式補償器圖2-11凸面式補償器凸面補償器可以用鋼、銅、鋁等韌性金屬薄板制成。圖2-11表示兩種簡單的形式。管路伸、縮時，凸出部分發(fā)生變形而進行補償。此種補償器只適用于低壓的氣體管路（由真空到表壓為196kPa）。1．凸面式補償器圖2-11凸面式補償器圖2-11凸面式補償器圖2-12回折管補償器圖2-11凸面式補償器圖2-12回折管補償器2．回折管補償器回折管補償器的形狀如圖2-12所示。此種補償器制造簡便，補償能力大，在化工廠中應(yīng)用最廣?；卣酃芸梢允峭獗砉饣娜鐖D2-12（a）所示，也可以是有折皺的如圖2-12（b）所示。前者用于管徑小于250mm的管路，后者用于直徑大于250mm的管路?；卣酃芎凸苈烽g可以用法蘭或焊接連接。2．回折管補償器四、管路布置的基本原則化工廠的管路為了便于安裝、檢修和操作管理，多數(shù)是明線敷設(shè)的。管路布置應(yīng)考慮到減少基建投資、保證生產(chǎn)操作安全，便于安裝和檢修、節(jié)約動力消耗，美觀整齊等。四、管路布置的基本原則流體輸送機械

圖2-1離心泵裝置簡圖1葉輪2泵殼3泵軸4吸入口5吸入管流體輸送機械圖2-1離心泵裝置簡圖流體輸送機械

離心泵的主要構(gòu)件為葉輪，泵殼和軸封裝置。

①葉輪。葉輪是離心泵的核心構(gòu)件，葉輪內(nèi)有彎曲的葉片，葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向可逆，其作用是將原動機的機械能通過葉輪傳給液體轉(zhuǎn)變成液體的動能和靜壓能。離心泵的葉輪主要有三種形式，即閉式、半開式和開式。如圖2-2所示。圖中(a)為閉式葉輪，葉片兩側(cè)均有前蓋板和后蓋板，液體從葉輪中央入口進入后，在兩蓋扳和葉片間的流道中流動，閉式葉輪效率較高，但由于其不便于清洗，容易堵塞，故食品生產(chǎn)中常采用葉片少的閉式葉輪離心泵，所輸送的液體是不含雜質(zhì)的清潔液體；圖中（b）為半開式葉輪，葉片只有后蓋板而無前蓋板，這種葉輪工作效率較低，適于輸送含固體顆粒的懸浮液；圖中（c）為開式葉輪。葉片沒有前蓋板和后蓋板，因其葉輪流道不容易堵塞，且清洗方便，故常用于輸送漿液或含有固體懸浮物的液體，但由于沒有蓋板，液體在葉片間流動時容易發(fā)生倒流，故效率較低，很少采用。流體輸送機械離心泵的主要構(gòu)件為葉輪，泵殼和流體輸送機械

圖2-2離心泵的葉輪

流體輸送機械圖2-2離心泵的葉輪流體輸送機械

②泵殼。如圖2-3所示，離心泵的泵殼內(nèi)壁與葉輪邊緣之間形成了一條截面積逐漸擴大的蝸牛殼形通道，故將泵殼又稱為蝸殼。葉輪帶動液體在殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴大的方向旋轉(zhuǎn)，從葉輪外緣甩出的高速液體沿蝸輪流道流動，并逐漸減速，將減少的動能轉(zhuǎn)變成靜壓能。因此泵殼即是匯集液體裝置，又是將液體部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置。蝸殼用于單級泵（只有一個葉輪的泵）和多級泵（幾個葉輪同裝在一個軸上，使泵內(nèi)液體順次通過葉輪，最后獲得較高的壓頭）的最后一級。此外為了減少液體由葉輪進入泵殼時因碰撞產(chǎn)生的機械能損失，在葉輪和泵殼之間常安裝一個固定不動而帶有葉片的圓盤稱為導(dǎo)輪，導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但效率較高。流體輸送機械②泵殼。如圖2-3所示，離心泵流體輸送機械

圖2-3泵殼1泵殼2葉輪流體輸送機械圖2-3泵殼流體輸送機械

③軸封裝置。由于泵軸轉(zhuǎn)動而泵殼固定不動，因此泵軸和泵殼之間必然有縫隙，這種縫隙如果與泵內(nèi)高壓液體相通，則液體將從泵殼沿軸的四周漏出；如果縫隙和泵的吸入口相通，則因吸入口為低壓區(qū)，外界空氣就會沿軸進入泵殼內(nèi)，會影響泵的正常工作，造成物料的浪費甚至有毒液體的污染導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，需將泵軸和泵殼之間的縫隙加以密封，稱為軸封。流體輸送機械③軸封裝置。由于泵軸轉(zhuǎn)動而泵殼固定不動流體輸送機械

常用的軸封裝置有填料密封和機械密封。填料密封又稱填料函，選用浸油或滲涂石墨的石棉繩作為填料，由于填料密封裝置在泵運轉(zhuǎn)時必須保持濕潤狀態(tài)，否則會因填料與泵軸干摩擦產(chǎn)生高溫而被燒毀，或軟填料變硬而不能密封，因此，填料密封已不能滿足生產(chǎn)需要。對于輸送食品或酸、堿、油等液體的離心泵，一般采用密封性能較好的機械密封裝置。它是由一個裝在軸上的動環(huán)和另一個固定在泵殼上的靜環(huán)所組成，動環(huán)由硬質(zhì)金屬材料制成，靜環(huán)由浸漬石墨等非金屬材料制成，兩者在泵運轉(zhuǎn)時，始終保持貼緊狀態(tài)作相對運動，起到密封作用。

流體輸送機械常用的軸封裝置有填料密封和機械密封。填流體輸送機械

（2）離心泵的工作原理啟動離心泵之前，泵內(nèi)要先灌滿所輸送的液體。啟動后，電機帶動泵軸及葉輪旋轉(zhuǎn)，充滿在葉片間的液體，在離心力的作用下，從葉輪中心被拋向葉輪的邊緣，并以很大的速度進入蝸形泵殼，在蝸形泵殼中，由于流道逐漸擴大，液體流速逐漸降低，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的靜壓能進一步提高，最終在較高壓強下，液體沿切線方向由泵的排出口進入排出管道，輸送到所需要的地方，實現(xiàn)輸送液體的目的。流體輸送機械（2）離心泵的工作原理流體輸送機械

當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向葉輪邊緣時，葉輪中心處形成低壓區(qū)，于是在貯槽液面壓力（通常為大氣壓）與葉輪中心處（負壓）之間所產(chǎn)生的壓強差的作用下，液體經(jīng)過濾網(wǎng)和底閥沿吸入管進入泵內(nèi)，此為離心泵的吸液原理。這樣葉輪不停地轉(zhuǎn)動，液體便不斷地吸入和排出，完成輸送液體的任務(wù)。必須注意，離心泵在啟動前，必須將泵殼和吸入管路充滿被輸送的液體，否則泵殼內(nèi)將存有空氣，而空氣的密度遠小于液體密度，葉輪帶動含有空氣的液體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力較小，不足以達到吸上液體所需要的負壓，致使離心泵不能工作，這種現(xiàn)象稱為“氣縛”。流體輸送機械當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向葉輪流體輸送機械

2．離心泵的主要性能（1）離心泵的主要性能參數(shù)要正確選擇和使用離心泵，必須了解其工作性能參數(shù)，離心泵泵體銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)主要有流量、揚程、軸功率和效率等。

①流量。離心泵的流量是指單位時間內(nèi)，泵所排出的液體的體積，也稱為泵的輸液能力，用符號qv表示，單位為m3/s或m3/h,離心泵的流量與泵葉輪直徑、葉片寬度以及葉輪轉(zhuǎn)速有關(guān)。

②揚程。在液體輸送中離心泵給予單位重量（1N）液體的能量，稱為泵的揚程，又稱泵的壓頭，用符號H表示，單位m，泵的揚程由實驗測得，泵的揚程取決于泵的結(jié)構(gòu)（葉輪直徑，葉片的彎曲情況）、轉(zhuǎn)速和流量。流體輸送機械流體輸送機械

③軸功率和效率。離心泵的軸功率是電動機傳給泵軸的功率，用P表示，單位W。單位時間內(nèi)液體從泵實際獲得的能量，稱為有功功率，用P有表示，單位W。P有=qvHρg(2-1)式中P有—離心泵的有功功率，W；

qv

—離心泵的流量，m3/s；H—離心泵的揚程，m

；

ρ—離心泵所輸送液體的密度，kg/m3。流體輸送機械③軸功率和效率。離心泵的軸功率流體輸送機械

由于泵在輸送液體時會產(chǎn)生各種能量損失，所以原動機傳給泵軸的能量不可能全部傳給液體成為有效功率，即有功功率P有總是小于軸功率P，二者之比稱為泵的效率，用符號η表示η=(2-2)由于P有<P，所以η<1，導(dǎo)致泵機械能損失的原因主要有三方面：流體輸送機械由于泵在輸送液體時會產(chǎn)生各種能流體輸送機械

a．容積損失。離心泵運轉(zhuǎn)中，由于泵殼與葉輪之間有縫隙，部分高壓液體流回到葉輪低壓區(qū)，導(dǎo)致泵輸送液體的量減少，所造成的能量損失；b．水力損失。液體流經(jīng)葉輪和泵殼時，由于流動方向發(fā)生改變互相撞擊而產(chǎn)生的能量損失；c．機械損失。泵軸與軸封裝置，葉輪蓋扳與液體間摩擦而引起的能量損失。流體輸送機械a．容積損失。離心泵運轉(zhuǎn)中，由于流體輸送機械

（2）離心泵的性能曲線上面所述及離心泵的揚程、效率及軸功率都與流量有關(guān)，其關(guān)系曲線有三條，分別為H-qv

線、P-qv

線和η-qv線，稱為離心泵的特性曲線，特性曲線由泵的制造廠提供，附于樣品本或說明書中供選用。流體輸送機械（2）離心泵的性能曲線流體輸送機械

圖2-4離心泵的性能曲線流體輸送機械圖2-4離心泵的性能曲線流體輸送機械

離心泵的特性曲線是用常溫、常壓清水在一定轉(zhuǎn)速下由實驗測得相應(yīng)參數(shù)繪成的曲線。圖2-4所示為4B2O型離心泵在n=2900轉(zhuǎn)/min時的特性曲線圖，圖中繪有三條曲線，其意義如下：

①H-qv線。表示離心泵的揚程與流量的關(guān)系。泵的揚程隨流量增大而減小。

②P-qv線。表示離心泵的軸功率與流量的關(guān)系。泵的軸功率隨流量增大而增大。當(dāng)泵啟動時流量是零，軸功率最小，所以離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉泵出口閥，使啟動功率最小以保護電機。流體輸送機械離心泵的特性曲線是用常溫、常壓流體輸送機械

③η-qv線。表示離心泵的效率與流量的關(guān)系。流量增大，效率隨之上升達到最大值，而后流量再增大，效率會下降。由此說明，離心泵在一定條件下工作時有一效率最高點，與最高效率點相對應(yīng)的流量、揚程、軸功率為離心泵的最佳工作參數(shù)，在選用離心泵時，應(yīng)該使泵在工作效率不低于最高效率的92%的范圍內(nèi)工作。流體輸送機械③η-qv線。表示離心泵的效率流體輸送機械

（3）影響離心泵性能的因素

①液體物理性質(zhì)的影響。因泵生產(chǎn)部門所提供的特性參數(shù)或特性曲線是用常溫清水做實驗測定的，當(dāng)所輸送的液體種類或輸送條件發(fā)生改變時，流體的物理性質(zhì)將發(fā)生變化，則要對原參數(shù)和特性曲線進行修正。a．液體密度的影響。離心泵的流量、揚程和效率均與密度無關(guān)，所以H-

qv線、η-

qv線保持不變。泵的軸功率則與密度成正比，因此泵的原P-qv線應(yīng)進行修正。b．液體黏度的影響。離心泵所輸送的液體黏度增大，則泵的流量、揚程、效率均變小，而軸功率增大，此時，泵的三條特性曲線均應(yīng)進行修正。流體輸送機械（3）影響離心泵性能的因素流體輸送機械

②離心泵轉(zhuǎn)速的影響。對于同一型號的泵，當(dāng)效率不變（轉(zhuǎn)速變化小于15～20%時可認為效率不變）、葉輪直徑不變時，泵的流量、揚程、軸功率均隨泵軸轉(zhuǎn)速的變化而變化，其變化關(guān)系為：，，（2-3）式中qv1、H1、P1

—

葉輪轉(zhuǎn)速時泵的性能參數(shù)；

qv2、H2、P2—

葉輪轉(zhuǎn)速時泵的性能參數(shù)；n1、n2—

改變前、后葉輪的轉(zhuǎn)速。式（2-3）稱為離心泵的比例定律。流體輸送機械②離心泵轉(zhuǎn)速的影響。對于同一型流體輸送機械

③葉輪直徑的影響。對于同一型號的泵，在同一轉(zhuǎn)速下，當(dāng)葉輪直徑變化不超過20%時，可以為效率不變，此時，泵的流量、揚程、軸功率與葉輪直徑的關(guān)系式為：，，（2-4）上式稱為離心泵的切割定律。式中qv1、H1、P1

—葉輪直徑D1時泵的性能參數(shù)；

qv2、H2、P2—

葉輪直徑D2時泵的性能參數(shù)；

D1、D2—改變前、改變后葉輪的直徑。流體輸送機械③葉輪直徑的影響。對于同一型號流體輸送機械

例2-1某離心泵在轉(zhuǎn)速為1200r/min下輸送20℃清水時得到下列數(shù)據(jù)：流量為60m3/h,軸功率為10.9kW，泵入口處真空表讀數(shù)為-0.02MPa（真），出口處壓力表讀數(shù)為0.47MPa（表），兩表間的垂直距離為0.5m，若泵的吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為300mm和250mm，試求:（1）泵的揚程；（2）泵的效率；（3）轉(zhuǎn)速為1450r/min時，泵的流量、揚程和軸功率。(阻力忽略不計)解（1）泵的揚程根據(jù)柏努利方程式流體輸送機械例2-1某離心泵在轉(zhuǎn)速為12流體輸送機械

已知Z2-Z1=

0.5m,p1-p2=0.47+0.02=0.49MPa

=4.9×105PaP=10.9kW，h損=0

則流體輸送機械已知Z2-Z1=0.5m,p1-流體輸送機械

(2)泵的效率因有功功率P有=qvHρg==8.24kW則泵的效率η=P有/P=8.24/10.9=75.6%(3)由已知n1=1200r/min,n2=1450r/min則,可認為泵的效率不變，流體輸送機械(2)泵的效率流體輸送機械

由比例定律，=72.5m3/h，=73.7m,=19.2kW流體輸送機械由比例定律流體輸送機械

3.離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度是指泵的吸入口軸線到貯槽液面的垂直高度，用符號Hg表示，單位，m。如泵的安裝高度為正值，表明離心泵應(yīng)安裝在貯槽液面以上；反之，則說明離心泵應(yīng)安裝在貯槽液面以下。離心泵的安裝高度是由泵所能達到的吸上液體的高度（簡稱允許吸上高度或允許安裝高度）決定的。

流體輸送機械流體輸送機械

⑴離心泵的安裝高度的計算

如圖2-5所示以儲槽液面為基準(zhǔn)面，在儲槽液面和離心泵吸入口處截面之間列柏努利方程式，得（2-5）式中Hg—離心泵的安裝高度，m；

p0、p1—儲槽液面和泵入口處的絕對壓強，Pa；u1—泵入口處的液體流速,m/s；h損—液體流經(jīng)吸入管路的全部壓頭損失,m；

ρ—液體密度,kg/m3。流體輸送機械⑴離心泵的安裝高度的計算流體輸送機械

圖2-5離心泵的安裝高度

流體輸送機械圖2-5離心泵的安裝高度流體輸送機械

由式（2-5）可知，（p0-p1）是液體被吸入泵內(nèi)的推動力，p1越小，則泵的安裝高度越高，當(dāng)p1降到等于或小于輸液溫度下該液體的飽和蒸汽壓pv時，液體就在該處發(fā)生汽化產(chǎn)生大量氣泡，同時原來溶于液體中的氣體也將析出。這些氣泡隨液體進入葉輪高壓區(qū)而被壓縮，迅速凝結(jié)成液體，體積縮小，周圍液體以極高的速度沖向原來氣泡所占據(jù)的空間，在沖擊點處產(chǎn)生很大的沖擊壓力，該沖擊力作用于葉輪及泵殼時，會使其出現(xiàn)斑痕及裂縫，日久葉輪出現(xiàn)海綿狀，甚至脫落，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕”。氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時，因沖擊而使泵體震動，并發(fā)出噪音，嚴(yán)重時泵不能工作。因此，為防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)使p1>pv，故安裝高度Hg將受到限制。我國的離心泵規(guī)格中，采用兩種指標(biāo)對Hg加以限制，即允許吸上真空度和允許汽蝕余量。流體輸送機械由式（2-5）可知，（p0-流體輸送機械

（1）允許吸上真空度指泵入口處允許達到的最大真空度，以壓頭形式表示，故也稱為允許吸上真空高度，用符號H允表示，單位m。其定義式為：

H允=（2-6）式中H允—從泵性能表上所查得的該泵的允許吸上真空度,m；

p0、p1—貯槽液面和泵入口處的絕對壓強，Pa；ρ—液體密度,kg/m3。流體輸送機械（1）允許吸上真空度流體輸送機械

將式（2-6）代入式（2-5），得泵的安裝高度Hg=H允--h損（2-7）式（2-7）中的H允由泵的生產(chǎn)廠通過實驗測定，H允測定的實驗條件是大氣壓為10mH2O柱，293K清水為工質(zhì)進行的。如泵使用條件與實驗條件不同，則H允應(yīng)換算成操作條件下的H允值，換算關(guān)系式如下：流體輸送機械將式（2-6）代入式（2-5），得泵的安裝高度流體輸送機械

①輸送與實驗條件不同的清水時，換算式為：H允＇=H允+（Ha-10）-(Hv-0.24)(2-8)式中H允—從泵性能表上所查得的該泵的允許吸上真空度,m；Ha—泵工作地區(qū)的大氣壓，mH2O,此值與當(dāng)?shù)睾０胃叨扔嘘P(guān)；

Hv—操作條件下水的飽和蒸氣壓，mH2O；10—實驗條件下的大氣壓力，mH2O；0.24—實驗溫度（293K）下水的飽和蒸汽壓，mH2O。流體輸送機械①輸送與實驗條件不同的清水時，流體輸送機械

②輸送與實驗條件不同的液體時，先按式（2-8）求得H允＇值，再用下式計算允許吸上真空度H允＇＇H允＇＇=H允＇×（2-9）式中ρH2O—操作溫度下水的密度，kg/m3；

ρ—操作溫度下被輸送液體的密度，kg/m3。流體輸送機械②輸送與實驗條件不同的液體時，流體輸送機械

（2）允許汽蝕余量指為防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵入口處液體的靜壓頭與動壓頭之和必須超出操作溫度下液體的飽和蒸氣壓頭的某一指定最小值，用符號Δh表示，單位mΔh=（+）-（2-10）流體輸送機械（2）允許汽蝕余量流體輸送機械

將式（2-10）代入式（2-5）得Hg=--Δh-h損（2-11）式中p0—貯槽液面處的絕對壓強，Pa；pv—操作溫度下液體的飽和蒸氣壓強，Pa；Δh—允許汽蝕余量，m；Δh也是由實驗測得的，使用時也應(yīng)根據(jù)操作條件進行校正。由式（2-7）和式（2-11）計算求得的Hg值均為泵允許安裝高度的最大值，為安全起見，泵的實際安裝高度應(yīng)比Hg值小0.5~1.0m。流體輸送機械將式（2-10）代入式（2-5）得流體輸送機械

例2-2用3B55型泵從敞口容器中將水送到它處，其輸送流量范圍為45~55m3/h，在最大流量下吸入管路的壓頭損失為1m，液體在吸入管路中的動壓頭可忽略。試計算：（1）輸送20℃水時，泵的安裝高度；（2）若改為輸送60℃的水時，泵的安裝高度。已知3B55泵的性能數(shù)據(jù)如下：（泵安裝地區(qū)的大氣壓強為10mH2O柱）流體輸送機械例2-2用3B55型泵從敞口流體輸送機械

解（1）輸送20℃水時，根據(jù)式2-7，

Hg=H允--h損因h損=1m，=0，泵的安裝高度應(yīng)以能保證安全運轉(zhuǎn)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的H允為準(zhǔn)，取最大流量時所對應(yīng)的H允=3.0m，泵使用條件（溫度20℃、壓強為10mH2O柱）與測定H允時條件相符，所以Hg=H允--h損=3.0-0-1=2m,為安全起見，泵的安裝高度應(yīng)為2-0.5=1.5m,即泵應(yīng)安裝在水槽液面上方1.5m以下。流體輸送機械解（1）輸送20℃水時，根據(jù)式2-7，流體輸送機械

(2)輸送60℃的水時由于表中所列H允是水溫20℃時測定的，現(xiàn)水溫為60℃，所以需按式2-8進行換算，即H允＇=H允+（Ha-10）-(Hv-0.24)式中H允=3mHa==10mH2O，流體輸送機械(2)輸送60℃的水時流體輸送機械

60℃時水的飽和蒸汽壓及密度為

pv=1.99×104

Pa,ρ=983.2kg/m3Hv===2.06m所以H允＇=3+（10-10）-(2.06-0.24)=1.18m根據(jù)式2-7計算泵的安裝高度Hg=1.18-0-1=0.18m為安全起見，泵的安裝高度應(yīng)為0.18-0.5=-0.32m,即泵應(yīng)安裝在水槽液面下方0.32m以下。流體輸送機械60℃時水的飽和蒸汽壓及密度為流體輸送機械

4.離心泵的工作點及工作點的調(diào)節(jié)液體輸送系統(tǒng)是由離心泵和管路系統(tǒng)組成，安裝在某一管路系統(tǒng)中的離心泵其工作流量、揚程等參數(shù)值不僅要符合泵本身的性能，還要滿足管路系統(tǒng)要求，既泵的實際工作點是由泵的特性曲線和管路特性曲線共同決定的。（1）管路特性曲線管路特性曲線是指某特性管路所需要的外加壓頭與流量之間的關(guān)系，其關(guān)系式為H=ΔZ+Δ+Δ+h損流體輸送機械流體輸送機械

對于一定的管路系統(tǒng)，貯液槽與受液槽的截面都很大，則Δ≈0，且ΔZ+Δ為定值，令A(yù)=ΔZ+Δ因h損=令B=，則h損=Bqv2

所以H=A+Bqv2（2-12）流體輸送機械對于一定的管路系統(tǒng)，貯液槽與受液槽的截面都很大流體輸送機械

式（2-12）即為管路特性曲線方程，將式（2-12）在壓頭、流量坐標(biāo)圖上進行標(biāo)繪，即得圖2-6（曲線I）的H-qv線，稱為管路特性曲線，該曲線由管路鋪設(shè)情況及操作條件確定，與離心泵的性能無關(guān)。圖2-6（曲線II）為安裝在管路上的離心泵的特性曲線（H-qv線）。流體輸送機械式（2-12）即為管路特性曲線流體輸送機械

圖2-6離心泵的工作點

流體輸送機械圖2-6離心泵的工作點流體輸送機械

（2）離心泵的工作點離心泵工作時泵所提供的壓頭和流量必須與管路所需的壓頭和流量相等，所以將泵的性能曲線H-qv線（曲線II）與其所在的管路特性曲線H-qv線（曲線I）用同樣的比例尺標(biāo)繪在同一張坐標(biāo)圖上，兩線交點M所對應(yīng)的流量和揚程，即能滿足管路系統(tǒng)的要求又是離心泵所提供的，M點就是泵在此管路中的工作點，它表示泵安裝在此管路中實際輸送液體的流量和所提供的壓頭。流體輸送機械（2）離心泵的工作點流體輸送機械

（3）離心泵工作點的調(diào)節(jié)離心泵在一定的管路系統(tǒng)中工作時，會出現(xiàn)工作點偏離高效區(qū)或生產(chǎn)任務(wù)變化等情況，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)流量，即改變離心泵的工作點調(diào)節(jié)流量。因離心泵的工作點是由泵特性曲線和管路特性曲線決定的，所以流量調(diào)節(jié)可采用改變兩曲線之一方法實現(xiàn)。流體輸送機械（3）離心泵工作點的調(diào)節(jié)流體輸送機械

①改變管路特性曲線。常用的改變管路特性曲線的方法是調(diào)節(jié)離心泵出口處管路閥門的開度來增加或減少流量，如圖2-7所示，離心泵的原工作點為M，加大閥門開度可使流量由原qv增加到qv2，泵的工作點由M移至M2；相反，減小閥門開度可使流量由qv減少到qv1，泵的工作點由M移至M1。這種方法的優(yōu)點是方法簡便、靈活，應(yīng)用范圍廣。缺點是局部阻力損失大，易導(dǎo)致泵效率降低，經(jīng)濟上不合理。流體輸送機械①改變管路特性曲線。常用的改變流體輸送機械

圖2-7離心泵工作點的調(diào)節(jié)1改變管路特性曲線2改變泵的特性曲線

流體輸送機械圖2-7離心泵工作點的調(diào)節(jié)流體輸送機械

②改變泵的特性曲線。前已述及與泵性能參數(shù)有關(guān)的因素除被輸送液體的物理性質(zhì)外，還有構(gòu)成泵的葉輪的直徑及葉輪的轉(zhuǎn)速，因此改變泵的轉(zhuǎn)速或切削葉輪均可以改變泵的特性曲線。同理，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)數(shù)由n增加到n1(或泵的葉輪的直徑由D增加到D1)時，流量qv由增加到qv1，工作點由M移至M1。此方法適于生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)幅度較大且調(diào)節(jié)后穩(wěn)定周期較長情況。

流體輸送機械②改變泵的特性曲線。前已述及與泵性能參流體輸送機械

5．離心泵的類型和選用（1）離心泵的類型離心泵因其應(yīng)用范圍廣，所以其類型多種多樣。按所輸送的液體性質(zhì)不同，將其分為水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵等；按葉輪的吸入方式不同，將其分為單吸泵和雙吸泵；按葉輪的數(shù)目不同，將其分為單級泵和多級泵?，F(xiàn)就生產(chǎn)中常用的各類型離心泵的特點作簡要介紹。流體輸送機械流體輸送機械

①水泵。凡輸送清水以及物理、化學(xué)性質(zhì)與水接近的清潔液體，都可選用水泵。水泵分為B型、D型、Sh型三種。B型:單級單吸懸臂式離心清水泵，系列代號為“B”，又稱B型水泵，應(yīng)用范圍廣泛。D型：多級泵，系列帶號為“D”，適用于輸送液體所需壓頭高而流量小情況。Sh型：雙吸泵，系列代號“Sh”，適用于輸送液體所需流量大而所需壓頭低的情況。

流體輸送機械①水泵。凡輸送清水以及物理、化學(xué)流體輸送機械

②耐腐蝕泵（F型）。輸送酸、堿等不含顆粒的腐蝕性液體。

③油泵（Y型）。輸送石油產(chǎn)品，為防止易燃、易爆物的泄露，密封性要好。

④雜質(zhì)泵（P型）。輸送含有固體顆粒的懸浮液及稠厚的漿液。流體輸送機械②耐腐蝕泵（F型）。輸送酸、堿等流體輸送機械

（2）離心泵的選用選用離心泵時，既要考慮生產(chǎn)任務(wù)要求又要了解泵制造廠所供應(yīng)的泵的類型、規(guī)格、性能、材質(zhì)和價格等。在滿足工藝要求的前提下，力求做到經(jīng)濟合理。通常按下列步驟進行選泵：①根據(jù)所輸送的液體的性質(zhì)確定泵的類型。②確定輸送系統(tǒng)的流量和所需外力壓頭。流體的流量（輸送量）由生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定，根據(jù)輸送系統(tǒng)的管路安排，用管路特性方程計算出此流量下管路所需外加壓頭；流體輸送機械（2）離心泵的選用流體輸送機械

③確定泵的型號。按規(guī)定的流量和計算的外加壓頭，從泵產(chǎn)品目錄中選出合適的泵，確定泵的型號時要注意以下幾項：a.查泵的性能表或性能曲線時，要使泵的揚程、流量與管路需求相適應(yīng)；b.在泵的流量適用范圍內(nèi)，與滿足要求的流量相對應(yīng)的泵的揚程應(yīng)等于或稍大于外加壓頭，以保證泵工作安全；c.若滿足生產(chǎn)要求的泵有幾個，應(yīng)選擇操作條件下效率最高的泵；d.確定泵的型號后，要查出泵的性能參數(shù)；

流體輸送機械③確定泵的型號。按規(guī)定的流量和流體輸送機械

④核算泵的軸功率。若輸送液體的密度與水的密度相差較大時，應(yīng)對泵的軸功率進行校正，校正式為P＇=（ρ＇/ρ）P（2-13）如圖2-8所示為離心泵生產(chǎn)廠家提供的B型水泵系列特性曲線圖，曲線上黑點指該泵效率最高點對應(yīng)的泵的性能，圖中扇形面上方弧線代表泵的基本型，下方弧線表示泵的變型如A型、B型等。

流體輸送機械④核算泵的軸功率。若輸送液體的流體輸送機械

圖2-8B型水泵系列特性曲線圖

流體輸送機械圖2-8B型水泵系列特性曲線流體輸送機械

現(xiàn)以4B91A-2900-40為例，說明泵型號的含義：式中4—泵的吸入口直徑為4英寸，即425=100mm；B—單級單吸懸臂式離心水泵；91—泵的揚程，m；A—泵的葉輪直徑比基本型號（4B91）小一級，即葉輪外緣經(jīng)過了一次切割；2900—泵軸轉(zhuǎn)速，r/min；40—電機功率，KW。流體輸送機械現(xiàn)以4B91A-2900-40為流體輸送機械

例2-3用泵將水從江中打入一蓄水池。水由池底進入，池中水面高出江面20m，所用管路為內(nèi)徑100mm的鋼管，管路總長（包括局部阻力的當(dāng)量長度）為50m，水在管內(nèi)流速為1.5m/s。管路的摩擦因數(shù)取0.02。試選出適合的離心泵。解輸送液體為水，應(yīng)選水泵。（1）根據(jù)已知條件計算所需外加壓頭根據(jù)柏努利方程式流體輸送機械例2-3用泵將水從江中打入一流體輸送機械

已知Z2-Z1=

20m,p2-p1=0,u=1.5m/s,d=100mm=0.1m,λ=0.02,,

h損=h直+h局=則H=20+0+0+1.1=21.1m流體輸送機械已知Z2-Z1=20m,p2流體輸送機械

（2）計算流量

1.18×10-2m3/s=42.4m3/h查離心水泵性能表得，3B33A符合要求。3B33A泵在最高效率時的性能如下：流量45m3/h，揚程22.5m，軸功率3.87kW，效率71.2%，允許吸上真空度5.0mH2O。流體輸送機械（2）計算流量流體輸送機械

2.1.2其他類型泵

1．往復(fù)泵

（1）往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)

如圖2-9所示為往復(fù)泵裝置簡圖。往復(fù)泵主要部件是泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥?；钊ㄟ^活塞桿與傳動機械連接，并在泵缸中作往復(fù)運動，活塞與吸入閥和排出閥之間的容積稱為工作室，吸入閥和排出閥均為單向閥。

流體輸送機械2.1.2其他類型泵流體輸送機械

圖2-9往復(fù)泵裝置簡圖1泵缸2活塞3活塞桿4吸入閥5排出閥流體輸送機械圖2-9流體輸送機械

（2）往復(fù)泵的工作原理往復(fù)泵是依靠作往復(fù)運動的活塞進行工作，當(dāng)活塞由連桿帶動由左向右移動時，工作室的容積逐漸增大，泵缸內(nèi)形成低壓，貯槽內(nèi)液體受液面上壓強與泵缸內(nèi)壓強差的作用，由吸入閥進入泵缸，此時排氣閥因受排出管內(nèi)液體壓力作用而處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)活塞移動到泵缸右端點時，工作室容積最大，吸入液體最多，吸液過程結(jié)束。此后，活塞便開始由右向左移動，工作室容積逐漸減小，泵缸內(nèi)液體的壓力逐漸加大，吸入閥受壓而關(guān)閉，排出閥被高壓液體推開，液體進入排出管，活塞移至左端點時排液過程結(jié)束。至此，活塞泵完成一個工作循環(huán)，此后，活塞又重復(fù)以上移動過程，完成吸液、排液過程。因此隨著活塞往復(fù)運動，將液體不斷地交替吸入和排出。流體輸送機械（2）往復(fù)泵的工作原理流體輸送機械

（3）往復(fù)泵的種類往復(fù)泵按照活塞的構(gòu)造不同分為：活塞泵、柱塞泵和隔膜泵；按照吸液和排液是否連續(xù)可分為單動泵和雙動泵，單動泵吸液和排液是間斷的，雙動泵吸液和排液是連續(xù)的。（4）往復(fù)泵的應(yīng)用范圍往復(fù)泵適用于壓頭高且流量大的液體輸送，可用于輸送黏度很大的液體，也可用于輸送固定流量的液體（計量泵），其工作效率為（70~90）%。流體輸送機械（3）往復(fù)泵的種類流體輸送機械課件流體輸送機械

2．旋轉(zhuǎn)泵旋轉(zhuǎn)泵依靠泵內(nèi)一個或多個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來吸入和排出液體，又稱為轉(zhuǎn)子泵。旋轉(zhuǎn)泵的形式很多，現(xiàn)就食品廠常用的齒輪泵和螺桿泵介紹如下：（1）齒輪泵

①齒輪泵的構(gòu)造。按齒輪嚙合方式不同，將齒輪泵分為外嚙合泵和內(nèi)嚙合泵兩種，食品工廠中主要用外嚙合泵，如圖2-10所示，它主要由主動齒輪、從動齒輪、泵體和泵蓋組成，泵體、泵蓋和齒輪的各個齒間槽形成密封的工作室。

流體輸送機械流體輸送機械

圖2-10外嚙合齒輪泵1吸入腔2主動齒輪3排出腔4從動齒輪5泵外殼體

流體輸送機械流體輸送機械

②齒輪泵的工作原理。齒輪泵互相嚙合的兩個齒輪，其中一個是主動齒輪，由電動機帶動旋轉(zhuǎn)；另一個從動齒輪與主動齒輪相嚙合著以相反的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩齒輪的齒互相撥開，工作室的容積逐漸增大，形成了低壓而將液體經(jīng)吸入管吸入，吸入的液體沿泵體壁被齒輪擠壓推入排出管。主動、從動齒輪不斷旋轉(zhuǎn)，泵便不斷地吸入和排出液體。

③齒輪泵的適用范圍。齒輪泵的揚程較高而流量小，適于輸送黏度較大而不含固體顆粒的液體。流體輸送機械②齒輪泵的工作原理。齒輪泵互相流體輸送機械

（2）螺桿泵

①螺桿泵的構(gòu)造。螺桿泵由泵殼和一根或幾根螺桿構(gòu)成。螺桿泵有單螺桿、雙螺桿和多螺桿等幾種。按螺桿軸向安裝裝置，可分為臥式和立式兩種。食品廠多用單螺桿臥式泵。如圖2-11所示。

②單螺桿泵的工作原理。單螺桿泵是一種內(nèi)嚙合的密閉式泵。螺桿在有內(nèi)螺旋的殼內(nèi)偏心轉(zhuǎn)動，改變泵內(nèi)工作空間，靠擠壓作用將料液吸入并沿軸向推進擠壓到排出口。單螺桿泵能均勻連續(xù)地輸送液體。

③單螺桿泵的適用范圍。單螺桿泵可用于高黏度液體及帶有固體物料的醬液的輸送，如番茄醬生產(chǎn)線上常用這種泵。流體輸送機械（2）螺桿泵流體輸送機械

圖2-11單螺桿臥式泵1螺桿2螺腔3填料函4平行銷連桿5套軸6軸承7機座

流體輸送機械圖2-11單螺桿臥式泵流體輸送機械

2.2氣體輸送與壓縮機械

氣體輸送與壓縮機械在食品生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，主要用于以下幾方面：

①通風(fēng)。多用于車間通風(fēng)換氣或某些設(shè)備的通風(fēng)制冷等，常用的設(shè)備是通風(fēng)機和鼓風(fēng)機；

②產(chǎn)生高壓氣體。用于噴霧干燥中的氣流霧化和蒸汽壓縮式制冷、固體物料輸送等，所用設(shè)備為壓縮機；

③產(chǎn)生真空。某些蒸餾、蒸發(fā)、干燥、物料輸送等有時要在減壓下進行，所用設(shè)備是真空泵。流體輸送機械2.2氣體輸送與壓縮機械流體輸送機械

氣體輸送與壓縮機械按其終壓（出口壓力）或壓縮比（氣體加壓后與加壓前的壓力比）分成四類：

①通風(fēng)機。終壓p2不大于15kPa（表壓），壓縮比在1~1.15之間；

②鼓風(fēng)機。終壓p2在15~300kPa（表壓）之間，壓縮比小于4；

③壓縮機。終壓p2大于300kPa（表壓），壓縮比大于4；

④真空泵。終壓p2為當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?壓縮比范圍很大，根據(jù)所需的真空度而定；流體輸送機械氣體輸送與壓縮機械按其終壓（出流體輸送機械

2.2.1風(fēng)機

1.通風(fēng)機食品工業(yè)中常用的通風(fēng)機主要是離心式通風(fēng)機。（1）離心式通風(fēng)機的分類離心式通風(fēng)機按所產(chǎn)生的風(fēng)壓不同，分為：

①低壓離心通風(fēng)機。出口風(fēng)壓不大于1kPa（表壓）；

②中壓離心通風(fēng)機。出口風(fēng)壓為1~3kPa（表壓）；

③高壓離心通風(fēng)機。出口風(fēng)壓為3~15kPa（表壓）。中、低壓離心通風(fēng)機主要作為車間通風(fēng)換氣用，高壓離心通風(fēng)機主要用于氣體輸送。流體輸送機械2.2.1風(fēng)機流體輸送機械

（2）離心式通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)離心式通風(fēng)機的基本結(jié)構(gòu)與離心泵相似，主要由蝸殼形的機殼和葉輪構(gòu)成。與離心泵相比，構(gòu)成離心通風(fēng)機的葉輪上葉片數(shù)目較多且比較短，葉片是徑向的風(fēng)機是低壓通風(fēng)機；葉片向后彎或向前彎的風(fēng)機是高壓或中壓通風(fēng)機。如圖2-12所示為低壓通風(fēng)機。

流體輸送機械（2）離心式通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)流體輸送機械

圖2-12低壓離心通風(fēng)機1機殼2葉輪3吸入口4排出口流體輸送機械圖2-12低壓離心通風(fēng)機流體輸送機械

（3）離心式通風(fēng)機的工作原理離心式通風(fēng)機依靠機殼內(nèi)高速轉(zhuǎn)動的葉輪帶動氣體作旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力來提高氣體的壓強，實現(xiàn)氣體輸送目的。（4）離心式通風(fēng)機的性能參數(shù)

①風(fēng)量。單位時間內(nèi)流過風(fēng)機的氣體體積（以吸入狀態(tài)計）,用符號qv表示,單位m3/s或m3/h；

②風(fēng)壓(也稱全風(fēng)壓)。單位體積氣體流過風(fēng)機時所獲得的能量，用符號p表示，單位Pa。流體輸送機械（3）離心式通風(fēng)機的工作原理流體輸送機械

③軸功率和效率P=(2-14)式中P—離心式通風(fēng)機的軸功率，W；

p—離心式通風(fēng)機的全風(fēng)壓，Pa；

qv—離心式通風(fēng)機的風(fēng)量，m3/s；η—離心式通風(fēng)機的的效率。

流體輸送機械③軸功率和效率流體輸送機械

（5）離心式通風(fēng)機的選用根據(jù)任務(wù)要求的風(fēng)量、風(fēng)壓從產(chǎn)品目錄中查得風(fēng)機類型，由于離心式通風(fēng)機的性能參數(shù)是由實驗測得的，因此，如果操作條件與實驗條件不同，需將實際操作條件下的風(fēng)壓p

＇換算成出廠前風(fēng)機實驗條件下風(fēng)壓p，換算式為p=p

＇（2-15）式中ρ—氣體在實際操作條件下的密度，kg/m3；1.2—實驗條件下空氣的密度,kg/m3。流體輸送機械（5）離心式通風(fēng)機的選用流體輸送機械

2．鼓風(fēng)機常用的鼓風(fēng)機有離心鼓風(fēng)機和旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機兩種。（1）離心鼓風(fēng)機離心鼓風(fēng)機根據(jù)葉輪的個數(shù)不同分為單級離心鼓風(fēng)機和多級離心鼓風(fēng)機。單級離心鼓風(fēng)機的出口表壓力不超過30kPa，多級離心鼓風(fēng)機出口表壓力可達300kPa；離心鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、工作原理、選用方法及適用場合與離心通風(fēng)機相似。流體輸送機械流體輸送機械

（2）旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機的出口風(fēng)壓不超過80kPa（表壓），常用的旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機是羅茨鼓風(fēng)機。羅茨鼓風(fēng)機是由機殼和兩個漸開擺線形的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。其依靠兩個轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)，使機殼內(nèi)形成兩個空間，即低壓區(qū)和高壓區(qū)，氣體由低壓區(qū)進入，從高壓區(qū)排出。羅茨鼓風(fēng)機主要用在風(fēng)壓恒定，需調(diào)節(jié)風(fēng)量的場合。流體輸送機械（2）旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機流體輸送機械

2.2.2壓縮機

食品生產(chǎn)中經(jīng)常用到壓縮空氣或其他壓縮氣體。如奶粉、奶油粉、蛋粉等產(chǎn)品的生產(chǎn)要采用氣流霧化方法進行噴霧干燥、食品冷凍制冷等均需要壓縮機。壓縮機主要有往復(fù)式壓縮機、離心式壓縮機和螺桿式壓縮機，其中離心式壓縮機構(gòu)造及工作原理與離心式鼓風(fēng)機相似，只是葉輪個數(shù)增多，氣體終壓較高。螺桿式壓縮機構(gòu)造與螺桿泵相似，是一種新型的制冷壓縮機。目前食品廠所用壓縮機多為活塞式（往復(fù)式）壓縮機，其原因是其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、操作穩(wěn)定、維護方便。下面主要對往復(fù)式壓縮機予以介紹。流體輸送機械2.2.2壓縮機流體輸送機械

1．往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)往復(fù)式壓縮機的基本構(gòu)造及工作原理與往復(fù)泵相似，其主要工作部件也是氣缸、活塞、吸氣閥和排出閥。與往復(fù)泵不同的是往復(fù)壓縮機在氣缸外壁裝有冷卻裝置以降低氣體的溫度；在壓出階段結(jié)束時，必須控制活塞與氣缸端蓋之間的間隙容積以防止活塞與氣缸端蓋碰撞。流體輸送機械流體輸送機械

2．往復(fù)式壓縮機的工作原理往復(fù)式壓縮機依靠作往復(fù)運動的活塞，使氣缸的工作容積增大或減小，因而氣缸即交替地吸進低壓氣體和排出高壓氣體，達到氣體壓縮目的。如圖2-13是單動往復(fù)式壓縮機工作循環(huán)曲線，該曲線表示氣缸內(nèi)氣體的壓強p與容積V之間的關(guān)系，故稱為壓容圖。往復(fù)式壓縮機每一個工作循環(huán)包括四個階段，即吸氣階段、壓縮階段、排氣階段和膨脹階段。現(xiàn)以單動往復(fù)式壓縮機為例加以討論。首先，為防止活塞在排氣終了時碰撞氣缸蓋，活塞的極限位置與缸蓋間必須留有余隙，即氣缸的余隙體積，用V3表示。流體輸送機械流體輸送機械

圖2-13單動往復(fù)式壓縮機工作循環(huán)曲線

流體輸送機械流體輸送機械

（1）壓縮過程圖2-13中1→2過程。吸氣結(jié)束后，活塞位于右死點（端點），氣缸中氣體體積為V1（稱為氣缸的工作容積），壓強為p1，氣缸內(nèi)氣體相應(yīng)狀態(tài)點為點1（V1，p1）；當(dāng)活塞從右死點向左移動時，吸入閥關(guān)閉，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，壓強逐漸升高，直至缸內(nèi)氣體體積減為V2，壓強增至等于排出管中的壓強p2為止，氣缸內(nèi)氣體相應(yīng)狀態(tài)點為點2（V2，p2）；流體輸送機械（1）壓縮過程流體輸送機械

（2）排氣過程圖2-13中2→3過程。壓縮過程結(jié)束時，氣缸內(nèi)氣體壓強已達p2，活塞再繼續(xù)向左移動，氣缸內(nèi)氣體壓強將大于p2，故排氣閥打開進行恒壓排氣，至活塞到達左死點為止。此時氣缸內(nèi)氣體的體積為V3，壓強為p2，氣體相應(yīng)狀態(tài)點為點3（V3，p2）；

流體輸送機械（2）排氣過程流體輸送機械

（3）膨脹過程圖2-13中3→4過程。排氣過程結(jié)束時，氣缸內(nèi)氣體達到左死點狀態(tài)為點3，活塞由左死點右移，排出閥自動關(guān)閉，因氣缸余隙容積中氣體的壓強大于吸入管內(nèi)的壓強，吸入閥仍處于關(guān)閥狀態(tài)。余隙容積中的氣體隨活塞向右移動而逐漸膨脹至V4，同時壓強降低至p1，氣缸內(nèi)氣體對應(yīng)狀態(tài)點為點4（V4，p1）；流體輸送機械（3）膨脹過程流體輸送機械

（4）吸氣過程圖2-13中4→1過程?；钊蔂顟B(tài)4點繼續(xù)右移，氣體體積增大，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體的壓強略低于吸入管中的壓強p1時吸入閥自動開啟，氣體在恒壓p1下進入氣缸，至活塞到達氣缸右死點為止，氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)點為點1（V1，p1）。綜上所述，活塞往復(fù)一次，完成了一個實際工作循環(huán)，每一個工作循環(huán)均由吸氣、壓縮、排氣和余隙氣體膨脹四個過程組成，其工作過程在p-V圖上可以封閉曲線1-2-3-4-1表示。流體輸送機械（4）吸氣過程流體輸送機械

3．往復(fù)壓縮機的主要性能參數(shù)（以單動往復(fù)壓縮機為例）（1）排氣量指壓縮機在單位時間內(nèi)排出的氣體體積，其數(shù)值按吸入狀態(tài)計算。又稱為壓縮機的生產(chǎn)能力。用符號qv

表示，單位m3/s或m3/h；qv=（2-16）式中qv—單動往復(fù)式壓縮機排氣量（m3/s)；D—活塞直徑，m；S—活塞沖程，m；n—活塞往復(fù)次數(shù)，1/s；Z—壓縮機氣缸數(shù)；

λ—送氣系數(shù)，由實驗測得或取自經(jīng)驗數(shù)據(jù)。一般數(shù)值為0.7~0.9。流體輸送機械流體輸送機械

（2）軸功率和效率以絕熱過程為例，往復(fù)式壓縮機的理論功率為P理=（2-17）壓縮機的軸功率為P=P理/η（2-18）式中P理—按絕熱壓縮計的壓縮機的理論功率，W；p1—壓縮機的進氣壓強，Pa；

qv—壓縮機的排氣量,m3/s；

γ—絕熱指數(shù)，是氣體的定壓比熱與定容比熱之比。單原子氣體γ=5/3，雙原子氣體γ=7/5，三原子氣體γ=9/7；

P—壓縮機的軸功率,W；η—絕熱總效率,η=0.7~0.9。流體輸送機械（2）軸功率和效率流體輸送機械

例2-4某單級單動往復(fù)壓縮機，其活塞直徑為200mm，沖程為150mm，活塞往復(fù)次數(shù)為240次/分，送氣系數(shù)為0.7，求其生產(chǎn)能力(m3/h)。若其進氣壓強為大氣壓強1at，排氣壓強為4.5at（表壓），絕熱總效率為0.8，求此壓縮機的軸功率。解(1)由式2-16，qv=已知λ=0.7，D=200mm=0.2m,S=150mm=0.15m,n=240次/分=4Hz，Z=1,η=0.8則qv===0.0132m3/s=47.52m3/h流體輸送機械例2-4某單級單動往復(fù)壓縮機流體輸送機械

(2)由式2-17及式2-18進行計算，

P理=已知γ=0.8,p1=1at=98.07×103Pa,p2=5.5at,qv=0.0132m3/s則P理==5.2kW軸功率P=P理/η==6.5kW流體輸送機械(2)由式2-17及式2-18進流體輸送機械

4．往復(fù)式壓縮機的類型和選用（1）往復(fù)式壓縮機的類型往復(fù)式壓縮機的分類方法,通常有以下幾種:

①按壓縮機吸、排氣方式分類。單動式(壓縮機只有活塞一側(cè)吸排氣),雙動式(壓縮機在活塞兩側(cè)均吸排氣)往復(fù)式壓縮機；

②按氣體被壓縮的次數(shù)分類。單級、雙級和多級往復(fù)壓縮機；

流體輸送機械流體輸送機械

③按壓縮氣體的終壓分類。低壓（980kPa以下）、中壓（980~9800kPa）、高壓（9800~98000kPa）和超高壓（98000kPa以上）往復(fù)壓縮機；

④按壓縮機的生產(chǎn)能力分類。小型（10m3/min以下）、中型（10~30m3/min）和大型（30m3/min以上）往復(fù)式壓縮機；

⑤按壓縮氣體種類分類。空氣壓縮機、氨壓縮機、氟利昂壓縮機等；

⑥按氣缸的放置方式分類。立式、臥式、角式往復(fù)式壓縮機；流體輸送機械③按壓縮氣體的終壓分類。低壓（9流體輸送機械

（2）往復(fù)式壓縮機的選用步驟①根據(jù)壓縮氣體的性質(zhì)，確定使用壓縮機的種類；②根據(jù)廠房的具體條件選定壓縮機結(jié)構(gòu)形式，如立式、臥式或角式；③根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)要求的排氣量和出口的排氣壓力，在產(chǎn)品目錄中選擇合適的型號。流體輸送機械（2）往復(fù)式壓縮機的選用步驟流體輸送機械

2.2.3真空泵

隨著食品行業(yè)的迅猛發(fā)展，真空技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)真空技術(shù)的主要設(shè)備—真空泵，是利用機械方法或物理化學(xué)吸附方法進行抽氣或吸附氣體以獲得真空的機械，主要用于真空輸送、真空過濾、真空蒸發(fā)、真空干燥及真空包裝等食品生產(chǎn)過程。

流體輸送機械2.2.3真空泵流體輸送機械

1．真空泵的分類（1）往復(fù)式真空泵往復(fù)式真空泵的構(gòu)造及工作原理與往復(fù)壓縮機基本相同，也是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運動，達到吸氣、排氣目的。只是真空泵在低壓下操作，氣缸內(nèi)、外壓差很小，要求真空泵的吸入閥、排出閥必須更為輕巧，以便及時啟動；此外氣缸內(nèi)余隙中氣體對吸氣有很大影響，要求真空泵余隙必須很小。為降低余隙的影響，在氣缸左右兩端之間設(shè)有平衡氣道，活塞排氣結(jié)束時平衡氣道相通，在很短時間內(nèi)，余隙中的氣體從活塞一側(cè)流至另一側(cè)。往復(fù)真空泵其極限壓力為5kPa，常用于食品真空濃縮、真空干燥等。

流體輸送機械流體輸送機械

(2)旋轉(zhuǎn)式真空泵用于真空封罐和真空濃縮。是利用葉輪或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)使泵腔內(nèi)工作容積大小發(fā)生變化而產(chǎn)生吸氣作用達到真空的目的。下面以食品廠最常用的水環(huán)式真空泵為例說明旋轉(zhuǎn)式真空泵的工作原理，如圖2-14所示，泵殼內(nèi)安有偏心葉輪，葉輪上有輻射狀的葉片，泵內(nèi)充有適量的水（約為泵殼內(nèi)容積的一半），當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，水受離心力作用被拋向泵殼壁形成一個偏心的密封水環(huán)，此水環(huán)與葉片間形成許多小室，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，小室容積由小變大，于是產(chǎn)生真空并吸氣，葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，此空間又由大變小，氣體被壓縮并由排出管排出。流體輸送機械(2)旋轉(zhuǎn)式真空泵流體輸送機械

圖2-14水環(huán)式真空泵1吸入管2吸入口3水環(huán)4葉輪5排出口6排出管流體輸送機械圖2-14水環(huán)式真空泵流體輸送機械

（3）噴射真空泵是利用流體流動時動能和靜壓能相互轉(zhuǎn)化達到吸、送流體的目的。生產(chǎn)中常用于抽氣以造成真空，故稱為噴射真空泵。

①蒸汽噴射真空泵。如圖2-15所示為單級蒸汽噴射泵。工作蒸汽在高壓下以很高的流速（1000~1400m/s）從噴嘴噴出，蒸汽的靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽a(chǎn)生低壓使氣體由吸入口吸入，吸入的氣體與蒸汽混合后進入擴散管，動能逐漸減小，靜壓能逐漸增加，