2第二章 流体输送机械解析

《化工原理》电子教案/目录1目录第二章流体输送机械第一节离心泵一、离心泵的构造和工作原理二、离心泵主要构件的结构及功能三、离心泵的主要性能参数四、离心泵的特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节习题课六、离心泵的安装高度七、离心泵的类型、选用、安装与操作《化工原理》电子教案/目录2目录第二节其它类型泵一、其它速度式泵二、容积式泵三、各类泵在化工生产中的应用第三节通风机、鼓风机、压缩机和真空泵一、离心通风机二、往复压缩机第三版第18次印刷的教材更正《化工原理》电子教案/第二章3/62第二章流体输送机械流体输送机械真空泵压缩机鼓风机通风机气体压送机械泵液体输送机械《化工原理》电子教案/第二章4/62第二章流体输送机械按泵的工作原理分:特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能特点：机械内部的工作容积不断发生变化。、回转式等往复式容积式：如轴流式、喷射式等、离心式速度式：如泵《化工原理》电子教案/第二章5/62第一节离心泵一、离心泵的构造和工作原理：、：、：、泵轴及轴封装置泵壳叶轮321底阀泵轴叶轮压出导管泵壳吸入导管1、离心泵的构造：思考：为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？请点击观看动画答案见后面的内容《化工原理》电子教案/第二章6/62一、离心泵的构造和工作原理2、离心泵的工作原理p53请点击观看动画思考：流体在泵内都获得了哪几种能量？其中哪种能量占主导地位？思考：泵启动前为什么要灌满液体气缚现象答案：动能和静压能，其中静压能占主导《化工原理》电子教案/第二章7/621．叶轮2-2闭式叶轮图：敞式叶轮半闭式叶轮闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，敞式叶轮的内漏最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象思考：三种叶轮中哪一种效率高？叶轮是离心泵的心脏部件，有2至6片弯曲的叶片。一、离心泵的构造和工作原理《化工原理》电子教案/第二章8/62思考：泵壳的主要作用是什么？2．泵壳①汇集液体，并导出液体；②能量转换装置（动能变静压能）呈蜗牛壳状3．导轮引导液体在泵壳内平缓改变流向，提高能量转换效率固定不动一、离心泵的构造和工作原理《化工原理》电子教案/第二章9/624.轴封装置机械密封填料密封填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维和膨胀石墨等，----减少泵内高压液体外流，或防止空气侵入泵内。由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成，动环随轴转动，静环装在泵壳上固定不动，二者在泵运转时保持紧贴状态以防止渗漏。填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多用机械密封。一、离心泵的构造和工作原理《化工原理》电子教案/第二章10/62二．离心泵的理论压头与实际压头多，且叶片厚度不计。叶轮的叶片数目为无穷流体为理想流体)2()1(理论压头----理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头，用H表示。由(1)液体在泵内无摩擦阻力损失由(2)流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同。泵的压头H与影响因素的关系式只能由实验测定，但理想情况下的关系式则可理论推导得到。思考：由（1）、（2）可以得出什么结果？《化工原理》电子教案/第二章11/62理论压头Hc22c11Hgpp12gcc22122在1与2之间列伯努利方程式，得：理论压头H见P56图2-8和液体……22121222122221122121uurrdrrppdrFrrrrcgpp12产生的原因：原因一：离心力作功1kg液体受到的离心力为：rFc2《化工原理》电子教案/第二章12/62理论压头Hc22c11Hgpp12gcc22122在1与2之间列伯努利方程式，得：理论压头H22122112uuppgwwgpp22221212原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大，w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。《化工原理》电子教案/第二章13/62理论压头Hc22c11r液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:u周向运动：沿叶片表面的运动：处处与叶片相切，速度wu2u1w1w2思考：u1、u2孰大？w1、w2孰大？gccgwwuuH22212222212122根据余弦定理可知：111212121cos2ucucw222222222cos2ucucw《化工原理》电子教案/第二章14/62理论压头Hc22c1112u22u1w1w2理论压头HQ又rcbr2222222222ctgbrQucu2222ctgccurugucgucHu22222cos离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90则cos1=0。于是r2b2c2uc2c2rc2uc2rgucucH111222coscos《化工原理》电子教案/第二章15/62理论压头Hc22c1112u22u1w1w2理论压头Hr2b2c2uc2c2rc2uc2r22222222222121ctgbQrgctgbrQuugH思考：与H有关的因素有哪些？分别是怎样的关系？讨论：（1）H与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径越大、转速越大，则H越大；《化工原理》电子教案/第二章16/62叶片后弯，290，ctg20，即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，ctg2=0，即H不随流量而变化；叶片前弯，290，ctg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22222222222121ctgbQrgctgbrQuugH（3）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：2=90290《化工原理》电子教案/第二章17/62理论压头H似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H为最高。但实际上泵的设计都采用后弯叶片。Why？c2w2u2后弯叶片c2w2u2径向叶片c2w2u2前弯叶片c2小，泵内流动阻力损失小《化工原理》电子教案/第二章18/62理论压头H22222222222121ctgbQrgctgbrQuugH（4）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。《化工原理》电子教案/第二章19/62实际压头H实际压头比理论压头要小。具体原因如下：此损失只与叶片数、液体黏度等有关，与流量几乎无关。（1）叶片间的环流运动请点击观看动画考虑这一因素后，图中理论压头线a变为直线b。b《化工原理》电子教案/第二章20/62实际压头H（2）阻力损失考虑到这项损失后，压头线变为曲线c。此损失可近似视为与流速的平方呈正比。bc《化工原理》电子教案/第二章21/62实际压头H（3）冲击损失在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，则冲击损失越大。设计流量w2c2222u2w1c111u1bcd考虑到这项损失后，压头线应为曲线d。《化工原理》电子教案/第二章22/62三．离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数：设计值，即泵在最高效率下的值允许汽蚀余量轴功率和效率压头流量转速铭牌《化工原理》电子教案/第二章23/62三．离心泵的主要性能参数转速H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。可用如图装置测量。Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。可测量。流量计真空表压力表h0cbHgugpbb22fcchhgugp022gppHbcgppbc)()(真表n，单位r.p.s或r.p.m在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：允许汽蚀余量轴功率和效率压头流量转速流量压头《化工原理》电子教案/第二章24/62三．离心泵的主要性能参数轴功率和效率允许汽蚀余量轴功率和效率压头流量转速轴功率，用N表示，单位W或kWNNeNgHQ效率，无量纲有效功率Ne=mswe＝QgH，单位W或kW三者关系（如图）：《化工原理》电子教案/第二章25/62三．离心泵的主要性能参数轴功率和效率允许汽蚀余量轴功率和效率压头流量转速NNe机械损失容积损失水力损失小型水泵：一般为5070%大型泵：可达90%以上（1）容积损失（2）水力损失（3）机械损失内漏与效率有关的各种能量损失：环流损失、阻力损失和冲击损失泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦《化工原理》电子教案/第二章26/62三．离心泵的主要性能参数允许汽蚀余量轴功率和效率压头流量转速允许汽蚀余量将在后面介绍。例2-1《化工原理》电子教案/第二章27/62四．离心泵的特性曲线N~Q曲线~Q曲线测定条件：固定转速，20C清水上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由厂家测定，并用曲线表示出来，称为离心泵特性曲线。常用的共有三条线，如图。H~Q曲线《化工原理》电子教案/第二章28/62四．离心泵的特性曲线设计点０2高效区最高效率5％～8％区域为泵高效区由图可见：Q，H，N，有最大值（设计点）。思考：离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开，why？《化工原理》电子教案/第二章29/62离心泵特性曲线的影响因素液体性质密度:黏度:Why？gctgbQrgctgbrQuuH222222222222当比20℃清水的大时，H，N，实验表明，当20倍清水的黏度（20℃）时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。对H~Q曲线、~Q曲线无影响，但gHQN故，N~Q曲线上移。《化工原理》电子教案/第二章30/62离心泵特性曲线的影响因素叶轮转速当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形相似的近似假定，可推知：2nnHHnnQQ3nnNN若不变，则NNeNgHQ比例定律思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？gucgucHu22222cosQ又rcbr2222《化工原理》电子教案/第二章31/62离心泵特性曲线的影响因素HnnHQnnQ2222QnnBAHnn22QBnnAHHn0Qn2BQAH泵在原转速n下的特性曲线方程转速增大《化工原理》电子教案/第二章32/62离心泵特性曲线的影响因素22222DDHHDDQQ322DDNN切割定律叶轮直径当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，则若不变，则思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？注意：教材式（2-15）、（2-16c）有误《化工原理》电子教案/第二章33/62五、离心泵的工作点与流量调节泵----供方管路--需方H泵的特性曲线Q工作点匹配：1、管路特性曲线泵提供的流量=管路所需的流量泵提供的压头H=管路所需的压头he---管路所需压头he与流量关系曲线对如图所示的管路列机械能衡算式：《化工原理》电子教案/第二章34/62五、离心泵的工作点与流量调节H泵的特性曲线Qfehgugpzh22252282QgdlelgudlelhfQfA2BQAheA工作点管路特性方程完全湍流时，与流量无关与流量有关《化工原理》电子教案/第二章