1、2.1 概述 目的：给流体加入机械能 2.1.1 管路特性 流体对输送机械的能量要求 从1至2截面,第2章 流体输送机械,高度湍流，K与流量无关 2.1.2 管路特性的影响因素 阻力部分：管径d 管长l、le或势能增加部分：位差z 压差p密度=,过程分析法及其在泵流管路问题上的应用 过程分解法当一个过程由若干个子过程综合而成，各个 过程之间无交互影响或影响微弱而可忽略，则对 子过程分别研究解决，然后通过一定的原则或方 法加以综合，可使整个过程得到简化并解决。泵 流管路问题的解决方案应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性 和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡 的原则加以解决。,2.1.3
2、流体输送机械分类 按作用原理分：动力式(叶轮式)：离心式，轴流式；容积式(正位移式)：往复式，旋转式；其它类型：喷射式，流体作用式等。 按流体可压缩性分：液体输送机械：统称为泵；气体输送机械：通风机鼓风机压缩机真空泵,流体输送机械的主要技术指标 压头H扬程，即提供给单位重量流体的能量，单位m风压，即提供给单位体积流体的能量，单位Pa 流量qv规定的输送量，单位m3/h， m3/s。 效率选择输送机械必须考虑的指标。（本章的主线）,2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理 2.2.1.1 主要构件(录像) 叶轮：迫使液体高速旋转，形成离心力场 中心加入低势能、低动能液体 外缘输出高势能、高动
3、能液体 蜗壳：流道逐渐扩大，将动能部分转化成势能,2.2.1.2 等角速度旋转运动的流体能量关系 假定：理想流体，定态流动叶片无限薄，无限多, , 得或,2.2.1.3 理论压头 以静止系考察：势能 ，动能 c绝对速度 总机械能变化通常，泵设计点(额定流量下)1=90 流量 或,2.2.1.4 理论压头的影响因素(1)叶片弯角2和流量qV,(2)叶轮转速nu2=nD2如果qVn，那么HTn2 (3)液体密度不出现pgHT , 气缚现象(录像)灌泵吸入管装单向阀，泵启动前:灌泵排气当H一定，则 当泵启动时，泵内充满空气，造成泵吸入口的真空度太小无法吸入液 体。这种现象称为“气缚”现象。,2.2.
4、2 离心泵的特性曲线 （1）泵的有效压头 泵内损失： 容积损失:部分流体漏回入口处 水力损失:0,叶片数目有限 机械损失:轴承、轴封的摩擦 （2）泵的有效功率Pe=gqVHe Pa基本上随流量qV单调上升泵启动时关出口阀 （3）泵的效率,容积损失： 根据需要可选用不同类型的叶轮 水力损失：流体的粘性而产生的阻力损失（主要部分）机械损失：轴与轴封，叶轮与流体间磨擦。,泵的特性曲线测定(录像)d吸=38mm,d出=25mm, 测得水流量 qV=510-4m3/s, p压=0.2MPa, p真=27kPa。求：He=?,解：由泵进、出口列方程,（4）特性曲线的影响因素 密度: 对HeqV,qV无影响
5、;对PaqV有影响 黏度: 对HeqV,qV，PaqV都有影响 转速: 当n变化20%时，比例定律：如果则有,液体黏度对特性曲线的影响泵厂是用20度清水标定泵的。如液体黏度发生变化， 特性曲线也将发生变化。从右图可见，黏度上升扬程（压头）下降；效率下降；所需功率上升。所以在选泵的时候要对 特性曲线进行修正。具体方法可查有关手册。,2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作 2.2.3.1 工作点 工程处理方法：过程分解法,2.2.3.2 流量调节 (1)出口阀开度 优点：调节简便、灵活 缺点：能耗 (2)改变转速n 节能，但不方便新老泵特性曲线关系时， (等效率点),例1 已知：充分湍流， =常数
6、，现将离心水泵 由输水改为输送CCl4, =1630kg/m3 求：当p1=p2时, qV ,H , ,p出 ,Pe ; 当p1p2时， qV ,H , ,p出 ,Pe 。,解：管路特性不变,工作点 不变, qV不变, H不变, 不变。由点3至2排能量方程,管路特性曲线下移，因 ，图解思维qV，H，不定,例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为 He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量 减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n应降至多少？,解：管路H=12+KqV2 原工作点
7、A:qV=10m3/h H=(40-0.1)102=30m 代入管路方程新工作点B: qV=7m3/h; H=12+0.1872=20.82m 将 ,同时代入泵特性方程H=40-0.1qV2 得新泵特性方程,将B点qV=7m3/h; H=20.82m代入 得 n=0.80182900=2325 r/min 易犯错误：解： =2030r/min对工作点的含义毫无认识。,2.2.3.3 组合操作 (1)串联组合 同样流量下，两泵压头相加H单=(qV)， H串=2(qV)例如： H单=20-2qV2H串=40-4qV2工作点H 2H,(2)并联组合 同样压头下，两泵流量相加H单=(qV)，例如： H
8、单=20-2qV2H并=20-0.5qV2工作点qV2qV,如图：串联 并联 可见串联后压头并不是原来的两倍； 同样并联后流量也不是原来的两倍； 并且串并联的数量越多，增幅越小。,(3)组合方式的选择当 时，必须串联,本次讲课习题： 第二章 1, 2, 3，4，5,离心泵返回,气缚现象返回,泵的测定返回,2.2.4 离心泵的安装高度 2.2.4.1 汽蚀现象(录像)叶轮入口K处压强最低，Hg太大时，pKpV, 液体汽化，形成汽泡，受压缩后溃灭。 后果：叶轮受冲击而出现剥落；泵轴振动强烈，甚至振断。,在研究中，曾测得汽蚀时水击的频率达 每秒25000次，局部压强30MPa。在连续压力波的作用 下
9、，叶轮金属表面出现一个个凹坑，产生严重的点蚀。 泵的零件在这样大的周期性作用力下，将引起泵的振 动。 汽蚀的主要危害是： 1）泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体间的能量传递受到干扰，流道受气泡堵塞，流动损失增大，扬程突然下降，严重时泵中流动中断，泵不能工作； 2）泵产生严重的振动和噪音； 3）泵的过流部件的表面受到机械性质的破坏（主要的），及化 学性质的破坏（次要的）。,2.2.4.2 汽蚀余量NPSH由1至K：pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小, 定义临界汽蚀余量(NPSH)c由0至K：pK=pV时,规定必需汽蚀余量(NPSH)r=(NPSH)c+, 进泵样本，与流量有关 实际汽
10、蚀余量须比(NPSH)r大0.5m以上， 最大允许安装高度Hg为实际安装高度HgHg即可。 另：吸入管径常大于压出管径；吸入管不装调节阀。,再沸器循环泵,例1 图示两槽间要安装一台离心泵， 常压下输送20水，流量qV=45m3/h, 现有一台清水泵, 在此流量下He=32.6m， (NPSH)r=3m, 已算得Hf吸入=1m， Hf压出(阀全开)=6m 。 试问：这台泵是否可用？,解：应当满足安装高度扬程=10.33-0.24-1-3.5=5.59mHg=3m 两槽液面之间列管路方程 H=Z+Hf=20+1+6=27m32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。,2.2.5 离心泵的
11、类型与选用 2.2.5.1 类型 (1)清水泵单级、多级、双吸 (2)耐腐蚀泵用耐腐蚀材料 (3)油泵密封良好 (4)液下泵转轴特别长 (5)屏蔽泵无密封、无泄漏 2.2.5.2 选用 (1)根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等确定泵的类型； (2)根据管路所需的qV，H，确定泵的型号。,选用泵型号最方便的图型谱图,查qV=10m3/h, He=30m, 可选50-32-160,n=2900rpm或65-40-315,n=1450rpm,2.3 往复泵(录像) 2.3.1 主要构件：泵缸、活塞、活门 2.3.2 工作原理：直接提供压强能(动画),2.3.3 流量特点： （1）正位移特性:流量由泵
12、决定, 与管路特性无关。 （2）流量: qV = A L n V A泵缸截面, L活塞行程, n转速, V容积效率。 （3）不均匀性: 加气室, 双动, 多缸。,（4）流量调节旁路阀改变转速和行程 2.3.4 扬程在电机功率范围内，由管路特性决定 2.3.5 操作一般无气缚，能自吸 2.3.6 安装不装出口调节阀也有汽蚀问题,2.4 其它化工用泵 2.4.1 非正位移泵 2.4.1.1 轴流泵2.4.1.2 旋涡泵,2.4.2 正位移泵,隔膜泵,计量泵,2.4.2 正位移泵,齿轮泵,螺杆泵,2.5 气体输送机械 2.5.1 气体输送特点 （1）流量：液1000气，当质量流量相同 时，qV气10
13、00qV液； （2）经济流速：水13m/s；空气1525m/su气10u液，动能项大；（3）管径 ，qm相同时，u10倍, 倍, d10倍,2.5.2 气体输送机械分类 按结构分：离心式 例：离心风机往复式 往复式压缩机旋转式 罗茨风机流体作用式 喷射泵 一般按进出口压强差分 ：通风机：出口压强15kPa(表)鼓风机：出口压强15kPa0.3MPa(表)压缩机：出口压强0.3MPa(表)真空泵：生成负压，进口0.1MPa, 出口0.1MPa,2.5.3 通风机 2.5.3.1 常用类型轴流式通风机 离心式通风机,2.5.3.2 离心式通风机(录像) 原理与离心泵相同，不同之处： (1)风压 p
14、T (2)动能在总机械能中所占比重明显,2.5.3.3 特性曲线参数：风量qV, 风压pT,pS, 功率P, 效率 出厂标准：0.1MPa, 20空气, =1.2kg/m3 以入口状态为基准：qV pT 使用中注意换算,例1 某离心风机铭牌给出全压 1.8103Pa, 现用于输送=1.5kg/m3 的气体。 求：PT=?解：,2.5.4 鼓风机罗茨风机(录像)注意：正位移特性温度过高会使转子卡住,2.5.5 压缩机往复式压缩机(录像) 原理与往复泵相同。余隙容积：当压缩比 达到上限时,VB=VC ,撞缸,流量为零主要指标：生产能力qV ,以吸入常温常压空气测定排出压强p2 ,注意：空气的1.4
15、（ ( -1)/ =0.286），石油气的 =1.2 （ ( -1)/ =0.167） 。设计时压缩机输送石油气， 但空气试车或用氮气置换是压缩机可能超温。 压缩机的两个问题： 1）从上式可见，压缩比大，温升也大，使工作环境恶化； 2）压缩比大，余隙的影响也大，使效率降低。 解决方法：采用多级压缩，中级冷却。,离心压缩机：工作原理与离心鼓风机同，也称透平压缩机。与往 复式压缩机相比，其优点是，体积小、重量轻、运转平稳、调节 容易、维修方便、流量大而均匀、压缩气无油污染。出口压强一 般在2530MPa。由于转速高，一般在10000/min左右，制造要 求特别高，另流量偏离额定值效率降低。,2.5
16、.6 真空泵 目的：获得和维持负压 主要性能参数： (1) 极限真空：能达到的稳定的最低压强，用绝对压强表示 (2) 抽气速率：以吸入口状态为基准，m3/h真空泵抽的是什么？,真空泵抽 漏入系统的空气； 系统内产生的不凝性气体； 部分物料(占有一定的分压)。选真空泵时注意： 抽气速率要大于漏气速率; 被带走的物料量的多少。,真空泵种类实际前面讲的气体输送机械只要把进气口接在需要负压的设 备上，进行排气即可。对于几十Pa到上千Pa的真空度，普通通 风机和鼓风机就可；绝对压20kPa以下的，需要专用的真空 泵；0.1Pa以下的超高真空需应用扩散、吸附原理的专用设备。 1）往复式真空泵原理：同往复式
17、压缩机，但压缩比很大。吸入排出活门更加 轻巧。 2）水环真空泵原理：偏心的叶轮在转动时，使叶片 间的容积发生变化进行抽气。吸气中允许有液体，是湿式真空泵。 水起密封作用，也起冷却作用，因此 要不断补水。水环真空泵可作鼓风机 用，出口表压0.1MPa。,3）液环真空泵原理：外壳椭圆型，爪型叶轮，有 两个工作腔，也是利用爪型叶片间的 容积变化吸气。也可用作压缩机，出口表压0.50.6MPa。由于液体被甩向内壁，输送气体与内壁不接触，使制造输送腐蚀气体的液环真空泵成本下降。4）旋片真空泵原理：偏心转子的旋片紧贴内壁，转动时使容积发生变化吸气。可达到较高的真空度，绝对压为0.67Pa。旋片真空泵的主要
18、部件浸没在真空油中，为密封各部件的间隙，充填余隙和润滑部件。属于干式真空泵。,5）喷射真空泵 原理：利用压强能与速度能的转换造成真空。工作流体为蒸汽 或水。单级蒸汽喷射真空泵仅能达到90%的真空度，工业上最 多的五级蒸汽喷射泵，可达到绝对压1.3Pa。 优点：工作压强范围光、抽气量大、结构简单、适应性强（可 抽含颗粒、腐蚀性、易燃易爆气体）。 缺点：效率低，1025，不能用于输送。,流体输送机械的安全问题 现象：烧保险丝、烧电机、毁坏设备 认识三点： PqV曲线的趋势； 正位移特性； 密度的大小(以入口状态为基准)。实例：某研究生用罗茨风机做小风量实验时，保险丝老是烧，换铜丝后，电机烧了；用旋涡泵输水，启动前关闭出口阀，结果启动时总是烧保险丝;用真空泵时，将真空泵入口接了大气，开了一会儿电机烧了。,本次讲课习题： 第二章 712,汽蚀现象返回,往复泵返回,往复泵工作原理返回,离心风机返回,罗茨风机返回,往复式压缩机返回,
