第二章流体输送设备_2

化工原理教学与实验中心Page105:20:39化工原理PrinciplesofChemicalEngineering主讲：易均辉化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心Page205:20:40第二章流体输送机械化工原理教学与实验中心Page305:20:40化工原理教学与实验中心Page405:20:40化工原理教学与实验中心Page505:20:40化工原理教学与实验中心Page605:20:40化工原理教学与实验中心Page705:20:40化工原理教学与实验中心Page805:20:411.本章学习的目的通过学习，了解化工中常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并使之在高效率下可靠运行。2.本章重点掌握的内容离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型。化工原理教学与实验中心Page905:20:41§2.0概述§2.1液体输送机械-离心泵§2.2其它类型液体输送机械§2.3气体输送和压缩机械第二章流体输送机械化工原理教学与实验中心Page1005:20:41低压高压低处高处近处远处流体物性不同操作条件各异对于这些情况，都必须通过向流体提供机械能的方法来实现。向流体提供机械能的设备称为流体输送机械。生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：概述化工原理教学与实验中心Page1105:20:41流体输送设备分类：输送液体—泵(pumps)输送气体—通风机、鼓风机、压缩机及真空泵按流体类型按工作原理动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。包括离心式、轴流式输送机械容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量。包括往复式、旋转式输送机械流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵化工原理教学与实验中心Page1205:20:42§2.0概述§2.1液体输送机械-离心泵§2.2其它类型液体输送机械§2.3气体输送和压缩机械第二章流体输送机械化工原理教学与实验中心Page1305:20:422.1.1离心泵工作原理和主要部件2.1离心泵化工原理教学与实验中心Page1405:20:42固定的泵壳（Volute）旋转的叶轮(impeller)1、离心泵的工作原理1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴；4-吸入管；5-底阀；6-压出管离心泵装置简图化工原理教学与实验中心Page1505:20:43化工原理教学与实验中心Page1605:20:43叶轮中部低压液体吸入灌泵叶轮高速旋转离心作用静压能和动能叶轮外缘流道扩大动能静压能液体排出排液过程吸液过程泵壳化工原理教学与实验中心Page1705:20:43气缚现象：启动时泵内需灌满液体气缚现象不能启动无自吸液能力离心作用小若泵内存留空气装设底阀(单向阀)(止逆阀)化工原理教学与实验中心Page1805:20:43离心泵结构示意图化工原理教学与实验中心Page1905:20:432、离心泵的主要部件（1）叶轮作用：将原动机的能量传给液体，使液体静压能及动能都有所提高——给能装置分类：根据结构闭式叶轮开式叶轮半闭式叶轮叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。化工原理教学与实验中心Page2005:20:43a闭式b半闭式c开式化工原理教学与实验中心Page2105:20:43按吸液方式单吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可以从两侧吸入液体，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。化工原理教学与实验中心Page2205:20:43双吸式：①吸液量大②无轴向推力双吸单吸化工原理教学与实验中心Page2305:20:44A.泵壳的作用汇集液体，作导出液体的通道；使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。（2）泵壳化工原理教学与实验中心Page2405:20:44为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。B.导叶轮化工原理教学与实验中心Page2505:20:44（3）轴封装置A、轴封的作用为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。B轴封的分类轴封装置填料密封：机械密封：主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上的静环组成，两个环形端面密封：端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。化工原理教学与实验中心Page2605:20:44化工原理教学与实验中心Page2705:20:45化工原理教学与实验中心Page2805:20:45化工原理教学与实验中心Page2905:20:45化工原理教学与实验中心Page3005:20:45化工原理教学与实验中心Page3105:20:452.1.2、离心泵的基本方程1）离心泵基本方程式的导出假设如下理想情况：1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任何环流现象。2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：液体随叶轮旋转；经叶轮流道向外流动。化工原理教学与实验中心Page3205:20:45速度三角形液体在离心泵中流动的速度三角形化工原理教学与实验中心Page3305:20:45w2c2222u2w1c111u1液体与叶轮一起旋转的速度u1或u2方向与所处圆周的切线方向一致，大小为：60211nru60222nru液体沿叶片表面运动的速度w1、w2，方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关。两个速度的合成速度就是液体质点在点1或点2处相对于静止的壳体的速度，称为绝对速度，用c1、c2来表示。化工原理教学与实验中心Page3405:20:45单位重量理想液体，通过无数叶片的旋转，获得的能量称作理论压头，用H∞表示。单位重量液体由点1到点2获得的机械能为:cpHHHgCCgPP2212212HC:液体经叶轮后动能的增加HP:液体经叶轮后静压能的增加；化工原理教学与实验中心Page3505:20:462）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，液体通过时部分动能转化为静压能，这部分静压能的增加可表示为：guurrgdrgrdrgFrrrr2)(22122212222212122221ww静压能增加项HP主要由于两方面的因素促成：1）液体在叶轮内接受离心力所作的外功，单位重量液体所接受的外功可以表示为：化工原理教学与实验中心Page3605:20:46单位重量流体经叶轮后的静压能增加为:gwwguuHP2222212122222212222212122gccgwwguuH（a）根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：111212121cos2ucucw222222222cos2ucucww2c2222u2w1c111u1化工原理教学与实验中心Page3705:20:46代入（a）式，并整理可得到：gcucuH/)coscos(111222(b)——离心泵的基本方程式一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使α1=90°，即cosα1=0gcuH/cos222——离心泵理论压头的表达式化工原理教学与实验中心Page3805:20:46流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积222222csinTrrQDbcc，其中从点2处的速度三角形可以得出22222cosrcuccot222222221,u,60TucotDnuQnggDb其中为转速——离心泵基本方程式表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状间的关系。2222()ruuccotg222cos/THucg代入化工原理教学与实验中心Page3905:20:46TBQAH2）离心泵基本方程式的讨论（1）理论压头与流量Q、叶轮转速n、叶轮的尺寸和构造r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；（4）在叶轮转速、直径一定时，流量Q与理论压头H的关系受装置角2的影响如下：对于某个离心泵（即其β2、r2、b2固定），当转速n一定时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：（3）理论压头H与液体密度无关。这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单位重量流体所能提供的能量是相同的。HT∞QT化工原理教学与实验中心Page4005:20:47叶片后弯，290，cot20，即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，cot2=0，即H不随流量而变化；叶片前弯，290，cot20，即H随流量增大而增大。w2w2w2222后弯叶片径向叶片前弯叶片22222212TTuQcotHuggrb化工原理教学与实验中心Page4105:20:47HT∞与QT的关系曲线22ugoβ=90oβ90＞oβ90＜HT∞QT化工原理教学与实验中心Page4205:20:47前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式的叶片吗？NO！H静压头的增加：gwwguu2222212122动压头的增加：g2cc2122前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。一般都采用后弯叶片。化工原理教学与实验中心Page4305:20:473、实际压头离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流2）流体的阻力损失3）冲击损失化工原理教学与实验中心Page4405:20:48理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为化工原理教学与实验中心Page4505:20:48例2-1(P94)已知某离心泵叶轮外径为192mm，叶轮出口宽度为12.5mm，叶片出口流动角为35°，若泵的转速为1750r/min，试求该泵的基本方程式（即理论压头和理论流量的关系）。解：由下式知：22222212TTuQcotHuggrb2260Dnu代入上式得：将化工原理教学与实验中心Page4605:20:482.1.3、离心泵的主要性能参数和特性曲线1.离心泵的主要性能参数H，泵对单位重量流体提供的有效能量（扬程），m。允许汽蚀余量轴功率和效率压头流量转速Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。n，单位r/s或r/minN，电机输入离心泵的功率，单位W或kW。△h，泵抗气蚀性能参数，m。化工原理教学与实验中心Page4705:20:482B31型离心泵铭牌上标注的参数型号2B31流量20m3/h扬程30.8m气蚀余量4.2m转速2900r/min效率64％轴功率2.6kW重量363N(1)流量(Q):单位时间由泵排到管路的液体体积，m3/s。常用单位为L/s或m3/hQ与泵的结构、尺寸、转速等有关，实际流量还与管路特性有关。化工原理教学与实验中心Page4805:20:49(2)扬程或压头(H):供给1N液体的有效机械能，mH与泵的结构、转速和流量有关确定转速一定时，泵的压头与流量之间的关系靠实验测定流量计真空表c压力表h0b在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：22bbbpuZHgg22cccfpuZHgg0cbppHhggppbc)()(真表由于管路很短，期间阻力可忽略不计化工