化工原理(第四版)王志魁 第二章 流体输送机械

2019/8/141工作介质：液体——泵气体——风机或压缩机工作原理：动力式(叶轮式)：离心式、轴流式等；容积式（正位移式）：往复式、旋转式等；流体作用式：喷射式。分类：第二章流体输送机械2019/8/142一、离心泵的工作原理叶轮泵壳吸入管路排出管路泵轴底阀第一节离心泵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2019/8/143由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为气缚现象。——表明离心泵无自吸能力充液（灌泵）排液:出口切线方向吸液：叶轮中心2019/8/144二、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——给能装置半开（闭）式闭式开式按结构分为：2019/8/145（2）泵壳作用：汇集叶轮甩出的液体；实现动能到静压能的转换——转能装置；减少能量损失。（3）轴封装置作用：防止高压液体沿轴漏出；防止外界气体进入泵壳内。2019/8/146三、离心泵的主要性能参数①流量qV单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或m3/h。②压头或扬程H单位重量的液体经泵后所获得的能量，J/N或m液柱。③效率容积损失；水力损失；机械损失一般，小型泵，效率为60~85%，大型泵效率可达90%。2019/8/147④轴功率P轴功率P，有效功率PeWeVPqHg而%100PPe9.81kW1000102VVeqHqHP或kW102VqHP2019/8/148四、离心泵的特性曲线H~qV、P~qV、~qV：厂家实验测定一定转速、常压、20℃清水（一）离心泵的特性曲线2019/8/149离心泵特性曲线VqH~Vq~~VPqn一定HPVq2019/8/1410①H~qV曲线：较大范围内，qVH②P~qV曲线：qVPqV=0时，PPmin•离心泵启动时，应关闭出口阀门2019/8/1411③~qV曲线：离心泵在一定转速下有一最高效率点——离心泵的设计点离心泵铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下之值。离心泵的高效工作区：max%922019/8/1412（二）离心泵性能的改变与换算（1）密度的影响qV不变，H不变，基本不变，P随变化。（2）粘度的影响H，qV,，而P2019/8/1413（3）离心泵转速的影响当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变，有：23222222111111()()VVqnHnPnqnHnPn——比例定律2019/8/1414（一）管路特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节在截面1-1´与2-2´间列柏努利方程，有：22fpuHzHgg特定的管路系统：一定p、z、、dlle一定操作条件一定：022gu其中：2019/8/1415258ellkgd令0pHzg令22222512248eeVfeVllllquHdgdgdllqgd而认为流体流动进入阻力平方区，变化较小。为一常数亦为一常数2019/8/1416则20VHHkq——管路特性方程管路特性曲线HqVgpz管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求泵特性曲线工作点2019/8/1417（二）工作点解析法：管路特性方程泵特性方程()VHfq()VHq工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。（三）流量调节改变管路特性：调出口阀门；改变泵特性：调转速。2019/8/1418qVqVM2qVMqVM1M1M2MH(1)改变出口阀门开度适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。关小出口阀leqV,H管特线变陡工作点左上移特点：方便、快捷，流量连续变化；阀门消耗阻力，不经济。2019/8/1419(2)改变泵的转速qVM1qVMqVqVM2(D1DD2)n1nn2n2(D2)n(D)n1(D1)M2MM1H适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。n泵H～qV曲线上移工作点右上移，H，qV特点：泵在高效率下工作，能量利用经济;需变速装置或切削叶轮。2019/8/1420（3）离心泵的组合操作①并联操作H并H单HqV单qV并qVBAqV并2qV单H并H单2019/8/1421②串联操作H单H串HqV单qV串qVBAqV串qV单H串2H单2019/8/1422③组合方式的选择HqV22’1’1并联串联低阻高阻低阻时，并联优于串联；高阻时，串联优于并联。)(gpz，则只能采用串联操作；如果单台泵所提供的最大压头小于管路两端的2019/8/1423六、离心泵的汽蚀现象与安装高度（一）汽蚀现象11’00’离心泵的安装高度Hg叶轮入口处最低压力，液体汽化，产生汽泡，受压缩后破灭，周围液体以高速涌向汽泡中心。叶轮受冲击而出现剥落，泵体振动并发出噪音。VKpp2019/8/1424（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量212Vappuhg1gg有效汽蚀余量必需汽蚀余量rh允许汽蚀余量0.3rhh1g212puggVpkgp泵入口处压头叶轮压力最低处压头饱和蒸汽压头必需汽蚀余量hr有效汽蚀余量ha2019/8/1425判别汽蚀条件：hahr,pkpv时，不汽蚀ha＝hr,pk＝pv时，开始发生汽蚀hahr,pkpv时，严重汽蚀2019/8/1426（三）离心泵的安装高度在0-0’和1-1’间列柏努利方程：001VgfppHhHg允11’00’离心泵的安装高度Hg最大安装高度001VgrfppHhHgmax最大允许安装高度2019/8/1427七、离心泵的类型与选用（一）离心泵的类型（1）清水泵（IS型、D型、Sh型）（2）耐腐蚀泵（F型）（3）油泵（Y型）2019/8/1428（二）离心泵的选用（1）确定泵的类型；（2）确定输送系统的流量和压头；（3）选择泵的型号；qV泵qV需,H泵H需（4）核算泵的功率。2019/8/1429第二节其他类型化工用泵一、往复泵（一）构造与工作原理主要部件：泵缸、活塞和单向活门。2019/8/1430工作原理：——活塞对流体直接做功，提供静压能单动往复泵——流量不均匀2019/8/1431双动往复泵：2019/8/1432（二）往复泵的性能参数①流量单动泵：理论流量VqASn理实际流量VVVqq理V——泵的容积效率，在0.9~0.97之间。——流量由泵特性决定，而与管路特性无关。2019/8/1433流量调节方法：1.改变活塞的往复次数或冲程；2.旁路调节。2019/8/1434②压头（扬程）在电机功率范围内，由管路特性决定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV——正位移特性流量只与泵特性有关，而压头只与管路特性有关qVqV理2019/8/1435③功率与效率VqHgP——往复泵的总效率，一般为0.65~0.85。适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。2019/8/1436二、齿轮泵具有正位移特性。2019/8/1437三、旋涡泵（一）结构一种特殊的离心泵。2019/8/1438（二）特点1.启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；2.能量损失大，效率低（20%~40%），不适合输送高粘度液体；3.压头比离心泵高2~4倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。2019/8/1439分类：按出口压力或压缩比分为：通风机p出(表)15kPaγ=1～1.15鼓风机p出(表)=15~300kPaγ4压缩机p出(表）300kPaγ4真空泵p出(表）=0压缩比由真空度决定第三节气体输送机械2019/8/1440（一）工作原理与结构一、离心式通风机2019/8/1441（二）性能参数与特性曲线1.性能参数（1）风量qV单位时间从风机出口排出的气体体积，m3/h或m3/s。注意：qV应以风机进口状态计。2019/8/1442（2）全风压pt与静风压ps全风压：单位体积的气体经风机后所获得的能量，Pa或mmH2O221211221122efppzguWzguΣh22212121()()()2tefpWzzgppuuΣh以单位质量的气体为基准以单位体积的气体为基准2019/8/144322122)(upppt动风压222dpu静风压12ppps全风压tsdppp0)(12gzz0fΣh01u2019/8/1444（3）轴功率与效率WVtqpP2.特性曲线用20℃、101.3kPa的空气（=1.2kg/m3）测定。•风机的全风压与气体的密度成正比。~qVP~qVqVpt~qVpS~qVn一定2019/8/1445(三)离心通风机的选用1.计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；tttppp2.1003.根据qV、pt0选风机的型号。qVqV需，pt0pt0需2.根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；2019/8/1446二、鼓风机（一）离心鼓风机特点：外形离心泵外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多转速较高单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0.3MPa2019/8/1447（二）罗茨鼓风机2019/8/1448•流量调节——旁路调节或调转速；•开机时打开出口阀门；•操作温度85℃，以免转子受热卡住。——正位移特性2019/8/1449三、压缩机（一）离心压缩机特点：•多级（10级以上）；•大叶轮；•高转速（n5000rpm）2019/8/1450（二）往复式压缩机2019/8/14511.工作过程假设•理想气体；•气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计；•压缩机无泄漏。2019/8/1452（1）理想压缩循环压缩过程（12）恒压排气过程（23）恒压吸气过程（41）理想压缩循环功：123421SVdpWpp等温绝热2019/8/145311221221112111.11kkkkkkkpVpVpVConstpTTppkWpVkp•等温压缩122212112211lnln.ppVpppVpWConstpVVpVp•绝热压缩2019/8/1454（2）实际压缩循环余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。12压缩过程23排气过程41吸气过程34膨胀过程余隙气体膨胀吸气压缩排气2019/8/1455（3）余隙系数与容积系数Ⅰ.余隙系数低压气缸：ε8%，高压气缸：ε可达12%。Ⅱ.容积系数313VVV活塞推进一次扫过体积余隙体积余隙系数31410VVVV活塞推进一次扫过体积实际吸气体积容积系数2019/8/1456二者关系：111120kpp吸气量一定时)1(012pp为压缩极限。，不再吸气，此时吸气量一定时120120120,,,)2(pppppp讨论：2019/8/14572.多级压缩2019/8/1458•避免排出气体温度过高；•减少功耗，提高压缩机的经济性；•提高气缸容积利用率；•使压缩机结构更合理。一般当时，采用多级压缩，常用2~6级，每级压缩比为3~5。218pp2019/8/1459四、真空泵性能：（1）真空度或极限剩余压力；（2）抽气速率：单位时间在极限剩余压力下吸入的气体体积。（一）往复式真空泵2019/8/1460（二）水环真空泵2019/8/1461（三）喷射泵