流体输送机械.docx

1、流体输送机械第二章流体输送机械授课时间：8学时授课方式：板书+幻灯片 授课内容提纲：离心泵结构、操作原理和类型；离心泵的理论压头和实际压头； 离心泵特性参数和特性曲线；管路特性曲线；离心泵的工作点和流量调节； 离心泵安装高度的确定； 离心泵的选用; 往复泵和其它类型泵；通风机、鼓风机、 压缩机和真空泵教学目的、要求：1.了解离心泵主要部件，重点掌握离心泵的工作原理，掌握离心泵基本方程式及应用，离心泵主要性能参数，重点掌握离心泵的特性曲线及其应用、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的安装高度及其计算， 熟悉离心泵的类型与选择。 了解往复泵、计量泵和旋转泵等其 他类型泵的工作原理和构造。2.了解离心

2、通风机、鼓风机与压缩机的构造和工作原理。 了解往复压缩机的构造及工作原理，压缩循环的有关计算。教学重点及难点：重点：离心泵操作原理；离心泵的工作点和流量调节；离心泵安装高度的确定。难点：离心泵特性参数和特性曲线；管路特性曲线。教学方法和教学手段：新课引入：1播放动画、2播放图片新课教学：1动画图示、2过程解析讨论：离心泵启动前为什么灌满液体；离心泵的安装高度目的本讲要点：离心泵的工作原理， 离心泵基本方程式及应用， 掌握离心泵的特性曲线及其 应用、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的安装高度及其计算。作业布置：3 ； 5教学内容:第二章流体输送机械如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂

3、与工厂之间联系的通道的话, 则流体输送机械是这种联系的动力所在。以供料点和需料点为截面列柏努利方程：2g其中He是流体输送机械对单位重量流体所做的功。从上式可以看出，采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也可能几 种目的兼而有之。流体输送机械目的：实现非自动化过程 流体输送机械的分类：(1)按输送流体的状态分:液体输送机械 女口：泵“气体输送机械 女口：风机、压缩机、真空泵(2)按工作原理通常分三大类：离心式 正位移式、流体动力作用式第一节离心泵一、离心泵的操作原理与构造1离心泵的构造：1、 叶轮：2、 泵壳：3、 泵轴及轴封装置：2操作原理：

4、离心泵结构示意图启动：1泵内灌满液体(灌泵)，2关出口阀，3开泵(开出口阀)。原理：(a)排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量流体流入涡壳 (动能-静压能)-流向输出管路。(b)吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成低压区 贮槽液面与泵入口形成压差 液体吸入泵内。离心泵之所以能够输送液体，主要依靠高速旋转的叶轮，产生离心力，在惯性作用下， 获得了能量以提高压强。气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将 液体吸上。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。3.离心泵的主要部件1） 叶轮：广敞式：结构简单，制造清洗方便，用于含较多固体

5、悬浮物的液体；液体回流，效率较低。半闭式：适于输送易于沉淀的液体，效率较低。I闭式：适于输送不含固体杂质的清洁液体，结构较复杂，效率较高。 （较多采用）叶轮后盖板上平衡孔的作用：平衡轴向应力吸液方式：单吸式和双吸式2） 泵壳蜗壳形汇集和导出液体通道，能量转换装置。3） 导轮固定不动；导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向， 使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率4）轴封装置泵轴与泵壳之间的密封。作用：防止液体外漏，气体进入。a.填料密封 结构简单，加工方便，功率消耗大，密封不严。b.机械密封 密封性好，功率消耗少，广泛使用，加工精度高，价格高。2.离心泵的理论压头

6、与实际压头1.压头 H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的机械能， m。因此，泵产生的压头主要用于使液体位置动压头的增量与其他项相比，一般可以忽略。 升高、静压头增大以及克服流动过程中的压头损失。2.离心泵的理论压头定义：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。理想情况：流体为理想流体（2）叶轮的叶片数目为无1多，且叶片厚度不计。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。P2 Pl c； c2g 2g在1与2之间列伯努利方程式，得：P； Pi产生的原因:g原因一：离心力作功；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

7、小，这部分能量将转化为静压能。3.实际压头H包括:实际压头比理论压头要小。原因：泵内各种能量损失,(1)叶片间的环流运动(2)阻力损失(3)冲击损失三离心泵的主要性能参数1.压头和流量前已述及，仅介绍方法。Pbg2Ub2gH pc g2uc2g九山H PcPbPc俵）Pb（真）gg如图，在泵进口 b、泵出口 c间列机械能衡算式:2.有效功率、轴功率和效率(1 )离心泵的 有效功率是指液体从叶轮获得的能量，单位为W或kW。Ne=Q gH=WsWe KW式中：Q 一泵在输送条件下的流量， m3/s; g重力加速度，m/s2H 泵在输送条件下的压头， m;输送液体的密度 kg/m3(2) 轴功率N是

8、指泵轴所需的功率，即电机传给泵轴的功率，单位为 W或kW。(3)效率=(Ne/N) X 100%小于1,离心泵在输送液体过程中存在能量损失，主要有三种：a.容积损失容积损失是指泵的泄漏所造成的损失；b.机械损失 由机械摩擦而引起的能量损失称为机械损失；c.水力损失 粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处而产生的局部阻力，统称为水力损失。4.离心泵的特性曲线及应用1.离心泵特性曲线离心泵的主要性能参数流量 Q、压头H、轴功率N及效率 间的关系曲线称为离心 泵的特性曲线或工作性能曲线， 离心泵的特性曲线只与叶轮的直径、 转速和测试时的工作介 质有关，它是在泵的制造厂通过实验作出来

9、的。图2-12为4B20型离心水泵在 2900r/min时的特性曲线，由 H-Q , N Q及h -Q三 条曲线所组成。特性曲线随转速而变，故特性曲线图上一定要标出实验时的转速。H Q曲线 Q H2N Q曲线 Q N Q 0 N 最小故离心泵启动时，应关闭出口阀 ，使启动电流减少以保护电机。3Q曲线 Q 0 0 Q 上升到最大值 Q图2-1离心泵在一定转速下有一最咼效率点 ，称为设计点。离心泵的工作范围称为泵的高效率区。通常为最高效率的 92%左右，离心泵最好在此范围内工作。A 最高效率点，称为设计点。泵在最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济， 所 以与最高效率点对应的 Q.H.N称为最佳

10、工况参数。离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效率最高点的状况参数， 根据输送条件的要求， 离心泵往往不可能正好在最佳状况点上运转，因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的 92%左右，如图中波折线所示的范围。2.液体性质对离心泵特性的影响(1)密度的影响离心泵的压头，流量均与液体的密度无关， 故泵的效率亦不随液体的密度而改变， 所以N-Q离心泵特性曲线中的 H-Q及h Q曲线保持不变。但是泵的轴功率随液体密度而改变, 曲线不再适用；用 Ne=Q gH校正。（2）粘度的影响若被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度， 则泵体内部液体的能量损失增大， 因此泵的压头，

11、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大，亦即泵的特性曲线发生改变。当液体的 运动粘度n大于20cSt（厘沲10-6m2/s）时，需校正。3转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响1）转速的影响离心泵的特性曲线都是在一定转速下测定的，改变转速时 ，泵的压头、流量、效率和轴功率也随之改变。当液体的粘度不大 ，假设泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系为Q nH心NQ nH nNn式中：Q H、N-为转速为n时泵的性能；Q、H、N-为转速为n时泵的性能2）叶轮直径的影响叶轮切削，直径改变不大时，其流量、压头和轴功率与叶轮直径之间的近似关系为式中：Q H、N-为直径为D时泵的性能;Q、H、N-为

12、直径为D时泵的性能5.离心泵的工作点与流量调节（一）管路特性曲线对下图所示的管路输送系统，在1-1与2-2 间列柏努利方程得:he2g2螢路系講.忿图对于一定的管路系统，上式中的厶Z与厶p/ g均为定值, 即: Z+ p/ g =AL Le u2d 2gbQ2式中：Q-管路系统的输送量，m3/s（旦）2/2g-d124则:HfBQ2he=A+BQ 2（2-19）（二）离心泵的工作点与流量调节1 .离心泵的工作点式2-10即为管路特性方程，表示管路所需压头He随液体流量Q的平方成正比；将其标绘在相应的坐标图上，称为管路特性 曲线，如图所示。管路特性曲线与泵特性曲线交点 M称为泵在管路上的工作占；

13、八、在 M 点处： Q=Qe H=H e；2.流量调节1）改变阀门的开度改变泵出口阀门的开度，即可改变管路特性曲线；阀门关小，特性曲线变陡，工作点由 M移至M1点，流量由大。官賭梅性曲挂与泵时工作玮Qm降至QM1;反之流量加2）改变泵的转速改变泵的转速，即可改变泵的特性曲线，转速提高， H-Q线向上移，Q增大，反之则Q减小。【习题课】P60【例2-1】；P63【例2-3】【补充例1】某离心泵工作转速为 n=2900r.p.m.（转/min ），其特性曲线方程为 H=30 0.01V2。 当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为 he=10+ 0.04V2，式中V的单位为m3/h, H及he的单位

14、均为 m。求：（1 ）阀全开时，泵的输水量为多少？a.若采用出口阀调节，则多损失的压头为多少 m水柱?b.若采用变速调节，则泵的转速应为多少 r.p.m. ？he 10 0.04VH 30 0.01V2H heV 20m3 hhe 26m(2)多损失的压头为多少 m水柱？a.采用调节出口阀门的方法V 20 75% 15mh2 2H 30 0.01V 30 0.01 152 27.75m2he 10 0.04 15 19m多损失 27.75 19 8.75 mb.采用调节转速的方法，则泵的转速应为多少 r.p.m. ?V 20 75% 15m3. hhe 10 0.04 1 52 1 9m新转速

15、下泵的特性曲线方程为：22nHn 230 0.01 V 2nn219 30n20.01 152 n2441 r. p.m.2900六、离心泵的安装高度Zs1、什么是安装高度？离心泵的安装高度是指要被输送的液体所在贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距离， 右图中的Zs。由此产生了这样一个问题，在安装离心泵时，安装高度是否可以无限制的高, 还是受到某种条件的制约。2.汽蚀现象对如图所示的入口管线，在 0-0和1-1间列柏努利方程,可得:0姦心泵吸裁示意囹Pcg式中：Hg 泵的允许安装高度HgP1gP 0-贮槽液面上方压强2U12gm;Pahf (0 1)Hf,0-1 液体流经吸入管路的压头损失， mP

16、 l泵入口处可允许的最小压强;Pa。当Hg增加到使P1下降至被输送流体在操作温度下的饱和蒸汽压时，则在泵内会产生:1被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量汽泡；2汽泡在由叶中心向周边运动时， 由于压力增加而急剧凝结， 产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；3当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片。这种现象成为“汽蚀”。离心泵在汽蚀状态下工作：1泵体振动并发出噪音； 压头、流量在幅度下降，严重时不能输送液体； 时间长久， 在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下，叶片表面出现斑痕和裂缝， 甚至呈海绵状逐渐脱落。通过以上讨论可以看出，安装高度

17、过度将会导致叶轮中心处的压力过低， 从而发生汽蚀。 以下讨论如何计算泵的允许安装高度， 只要泵的实际安装高度低于允许安装高度， 则操作时 就不会发生汽蚀。3.离心泵的允许汽蚀余量 h和允许最大安装高度 Zs,max(1)基本概念：(2)汽蚀余量NPSH泵入口处的动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在 操作温度下的饱和蒸汽压之差，即NPSHPe ue Pvg 2g g2允许汽蚀余量 NPSH允许:(NPSH )允一般由泵制造厂通过汽蚀实验测定， 并作为离心泵的性能列于泵产品样本中 (离心油泵的汽蚀余量用 h表示)。泵正常操作时，实际汽蚀余量 NPSH必须大于允许汽蚀余量(NPSH )允

18、，标准中规定应大于 0.5m以上。(3)由NPSH允许计算泵的允许安装高度 z允许一台泵的允许汽蚀余量数值由泵的生产厂家提供，供用户计算泵的允许安装高度。在 至e间列柏努利方程：Ps Pe2Uehf (s e)Ps Pe2UePvPvh f (s e)Zs2g2gg gg ggg邑 NPSHPvh f (s e)卫1 NPSH允Pvhf(s e)z允许gggg上式中最后一个等式即为允许安装高度的计算方法。 离心泵的安装高度只要低于允许安装高 度，就不会发生汽蚀。（ 3）允许汽蚀余量的校正NPSH允是在一个大气压下用 20C的清水测定的，当使用条件与此不同时， 应根据液体 密度、 蒸汽压和液面压

19、力进行修正， 然后才能用于允许安装高度的计算。 求校正系数的曲线 常载于泵的说明书中。4 讨论（1） 汽蚀是由于安装高度太高引起的，事实上汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因：离心泵的安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路的阻力或压头损失太高。 允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献。 由 此，我们又可以有这样一个推论： 一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生 汽蚀，如被输送物料的温度升高，或吸入管线部分堵塞。（2） 有时， 计算出的允许安装高度为负值， 这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。（3）允许安装高度z允许的大小与泵的流量有关。由

20、其计算公式可以看出，流量越大,计算出的z允许越小。因此用可能使用的最大流量来计算 z允许是最保险的。（4）安装泵时， 为保险计，实际安装高度比允许安装高度还要小 0.5 至 1米。 （如考虑 到操作中被输送流体的温度可能会升高； 或由贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高）七、离心泵的类型、选用、安装与操作1离心泵的类型（1） 清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体。结构简 单，操作容易。（2） 耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成， 要求密封可靠。（3） 油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。（4） 杂质泵：输送含固体颗粒的液体、

21、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。 单吸泵；双吸泵；单级泵；多级泵；2离心泵的选用（1） 根据被输送液体的性质确定泵的类型（2） 确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性 方程来定。（3） 根据所需流量和压头确定泵的型号1查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。2若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找， H也应以最大流量对应值查找。3若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找 H和Q都稍大一点的。4若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的5为保险， 所选泵可以稍大； 但若太大， 工作点离最高效率点太远， 则能量利用程度低。6若被输送液体的性质与

22、标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校 正，看是否能满足要求。【例2-5】 要用泵将水送到15 m高之处，最大流量为 80 m3 h-1。此流量下管路的压头损失为3 m。试在IS型泵中，选定合用的一个。【解】题中已给出最大流量为： Q= 80 m3 h-12u phe z hf 15 0 3 18m2 g取 he 的 1.05 1.1 倍则为 18.919.8m。查图 2-18 得：IS100-80-125 , n = 2900 r min-1另：IS125-100-250 ,n = 1450 r min-1泵虽同样合用，但泵体较大，一般情况下都选前者。 3离心泵的安装与操作(1

23、)安装:1安装高度不能太高，应小于允许安装高度。2设法尽量减少吸入管路的阻力， 以减少发生汽蚀的可能性。 主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调节阀应装于出口管路。(2)操作：1启动前应灌泵，并排气。2应在出口阀关闭的情况下启动泵3停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮4经常检查轴封情况第二节其它类型泵一、容积式泵(一 )往复泵1 往复泵的结构和工作原理主要部件：泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀。其中吸 入阀和排出阀均为单向阀。工作原理：1活塞由电动的曲柄连杆机构带动，把曲柄的旋转运动变为 活塞的往复运动；或直接由蒸汽机驱动， 使活塞做往复运动。2当活塞从

24、左向右运动时，泵缸内形成低压，排出阀受排出 管内液体的压力而关闭；吸出阀由于受池内液压的作用而打 开，池内液体被吸入缸内；3当活塞从右向左运动时，由于缸内液体压力增加，吸入阀 关闭，排出阀打开向外排液。说明：往复泵是依靠活塞的往复运动直接以压力能的形式 向液体提供能量。1单动泵，活塞往复运动一次，吸、排液交替进行，各一次， 输送液体不连续；双动泵，活塞两侧都装有阀室，活塞的每 一次行程都在吸液和向管路排液，因而供液连续。2为耐高压，活塞和连杆往往用柱塞代替。2.往复泵的流量和压头往复泵装置简图1泵缸;2活塞；3活塞杆;4吸入阀；5 排出阀(1)理论平均流量 Qt (m3/s)单动泵：Qt A

25、s n /60其中：A 活塞截面积，m2 s 活塞冲程，m； n 活塞往复频率，次/min双动泵：Qt 2A a sn/60 a 活塞杆的截面积，m2（2）实际平均流量Q : Q vQtV 容积效率。主要是由于阀门开、闭滞后，阀门、活塞填料函泄漏。（3 ）流量的不均匀性往复泵的瞬时流量取决于活塞截面积与活塞瞬时运动速度之积， 由于活塞运动瞬时速度的不断变化，使得它的流量不均匀。 为了提高流量的均匀性， 可以采用增设空气室，利用空气的 压缩和膨胀来存放和排出部分液体，从而提高流量的均匀性。（4 ）流量的固定性：往复泵的瞬时流量虽然是不均匀的， 但在一段时间内输送的液体量却是固定的， 仅取决于活塞

26、面积、冲程和往复频率流量的固定性。（5）往复泵的压头q因为是靠挤压作用压出液体，往复泵的压头理论上可以 任意高。但实际上由于构造材料的强度有限，泵内的部 件有泄漏，故往复泵的压头仍有一限度。3.往复泵的操作要点和流量调节往复泵的效率一般都在 70%以上，最高可达 90%它适 用于所需压头较高的液体输送。往复泵可用以输送粘度 很大的液体，但不宜直接用以输送腐蚀性的液体和有固 体颗粒的悬浮液，因泵内阀门、活塞受腐蚀或被颗粒磨 损、卡住，都会导致严重的汇漏。（1） 由于往复泵是靠贮池液面上的大气压来吸入液体，因而安装高度有一定的限制。（2） 往复泵有自吸作用，启动前无需要灌泵。（3 ）一般不设出口阀

27、，即使有出口阀，也不能在其关闭时启动。（4）往复泵的流量调节方法：1用旁路阀调节流量。泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池， 使主管中的流量发生变化。显然这种调节方法很不经济，只适用于流量变化幅度较小的经常性调节。2改变曲柄转速：因电动机是通过减速装置与往复泵相连的， 所以改变减速装置的传动比可以很方便地改变曲柄转速，从而改变活塞自往复运动的频率，达到调节流量的目的。（二） 隔膜泵隔膜泵属于往复泵的一种，专用于输送腐蚀性液体或含有悬浮物的液体。特点：用弹性薄膜将泵分隔成不连通的两部分， 被输送的液体位于隔膜一侧， 活柱位于另一侧，彼此不相接触。（三） 计量泵往复泵的一种，要求送入的液

28、体量十分准确而又便于调整。（四） 齿轮泵属于容积式泵的一种，可用于输送黏稠液体乃至膏状物料，但不宜输送含有固体颗粒 的悬浮液。（五） 螺杆泵（六）容积式泵的流量调节容积式泵的特点：只要活塞以一定往复次数运动， 或转子以一定转速旋转，就排出一定体积流量的液体。若将泵的出口关死，泵内压力急剧升高，会造成事故。容积式泵的流量调节：须在排出管上安装支路，用支路阀配合进行。二、 其他叶片式泵（一） 轴流泵（二） 旋涡泵三、 各类泵在化工生产中的应用第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵按照排气压力分，可分为四类：通风机鼓风机按用途分压缩机真空泵一、离心通风机1、结构：与离心泵相似特点：叶片数目多、短，有

29、径向、前弯、后弯等，通道多呈矩形 工作原理：与离心泵相同2、主要性能参数及特性曲线：风量、风压、静风压、轴功率、效率（1） 风量Q :按入口状态计的单位时间内的排气体积。 ms， m/h. 32 2(U2 Ui )2hf（2） 风压pt :单位体积气体通过风机时获得的能量， J/m，Pa在风机进、出口之间写柏努利方程： pt g（z2 zj （p2 pj式中，（Z2 zi） g可以忽略；当气体直接由大气进入风机时， ui 0,再忽略入口到出口的与离心泵一样，包括：Pt-Q、n -Q、N-Q三条曲线。（有些图还绘有静风压 Pst-Q、静压效率n st-Q曲线。） 如右图所示。【例2-6】P76（二）离心鼓风机和压缩机1.离心鼓风机（1 ）离心鼓风机工作原理同离心通风机。（2）离心压缩机主要结构，工作原理都与离心鼓风机的相似。2、 离心压缩机二、 旋转鼓风机和压缩机（一） 罗茨鼓风机（二） 液环压缩机三、 往复压缩