02 第二章 流体输送机械.pptx

第1页：第二章流体输送机械

第二章流体输送机械

第2页：第一节概述

第一节概述

供料点~需料点,B.E.

输送机械的作用:

流体的动能↑,或位能↑,静压能↑,

克服沿程阻力,或兼而有之

对流体做功,使流体E↑,结果

第3页：流体输送机械分类

流体输送机械分类

介质:

液体——泵

气体

气体——风机、压缩机

工作原理:

离心式

正位移式:往复式、旋转式

其它(如喷射式)

第4页：第二节离心泵

第二节离心泵

离心泵的外观

第5页：一主要部件和工作原理

一主要部件和工作原理

(1)叶轮

——叶片(+盖板)

第6页：4-8个叶片前弯、后弯,径向

4-8个叶片(前弯、后弯,径向)

◊液体通道。

前盖板、后盖板,无盖板

闭式叶轮

半开式

开式

液体入口——中心

(2)泵壳:

泵体的外壳,包围叶轮

截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道

出口——切线

(3)泵轴:垂直叶轮面,→叶轮中心。

第7页：离心泵装置简图

离心泵装置简图

第8页：2.离心泵的工作原理

2.离心泵的工作原理

原动机

原动机——轴——叶轮,旋转

(1)

离心力→

叶片间液体

中心→外围

——液体被做功

动能↑

高速离开叶轮

第9页：液体的汇集与能量的转换

(2)泵壳:

液体的汇集与能量的转换

(动→静)

(3)吸上原理与气缚现象

叶轮中心低压的形成

Δp∝ρ

泵内有气,则ρ↓

泵入口压力↑

液体不能吸上

——气缚

启动前灌泵

—液体高速离开

(4)轴封的作用

(5)平衡孔的作用

——消除轴向推力

第10页：导轮的作用

(6)导轮的作用

——减少能量损失

第11页：二离心泵的性能参数与特性曲线

二离心泵的性能参数与特性曲线

0.离心泵的理论压头

~叶片数∞

~叶片数∞——液体无环流

~理想流体——无能量损失

——离心泵基本方程

r—叶轮半径;π—叶轮旋转角速度;Q—泵的体积流量;b—叶片宽度;β—叶片装置角。

第12页：

第13页：装置角β:>90度—前弯叶片

说明:

(1)装置角β:>90度—前弯叶片

<90度—后弯~流动能量损失小

=90度—径向叶片

(2)后弯叶片,ctgβ>0

→b、r、π↑,则H∞↑

→Q↑,则H∞↓(线性规律)

(3)理论压头H∞与流体的性质无关

(4)H与H∞的差距—

叶片间环流;阻力损失;冲击损失

第14页：1.离心泵的主要性能参数

• 离心泵的主要性能参数
• (叶轮)转速n:
• ~3000rpm;2900rpm常见
• (体积)流量Q:
• m3/h,~叶轮结构、尺寸和转速
• 压头(扬程)H:
• N流体通过泵获得的机械能。
• J/N,m
• ~Q、叶轮结构、尺寸和n有关。
• H≠Δz
• 轴功率N:
• 单位时间原动机输入泵轴的能量
• 有效功率Ne:
• 单位时间液体获得的能量

第15页：容积损失,水力损失,机械损失

(5)效率η:η=Ne/N

η<100%

——

容积损失,水力损失,机械损失

2.离心泵的性能曲线

H~Q

N~Q

η~Q

厂家实验测定→产品说明书

↑

20℃清水

第16页：离心泵特性曲线

离心泵特性曲线

第17页：1H~Q曲线,Q↑,H↓

说明:

1H~Q曲线,Q↑,H↓。

Q很小时可能例外

2N~Q曲线:Q↑,N↑。

大流量→大电机

关闭出口阀启动泵,启动电流最小

3η~Q曲线:小Q↑,η↑;大Q↑,η↓。

→ηmax

泵的铭牌~与ηmax对应的性能参数

选型时→ηmax

第18页：3.离心泵特性的影响因素

3.离心泵特性的影响因素

(1)流体的性质:

密度:

ρ↑,(N、Ne)↑

(H,Q,η)与ρ无关;

粘度:

μ↑,(H,Q,η)↓;

N↑

工作流体~20℃水差别大

→参数和曲线变化

(2)转速

(2)转速——比例定律

第19页：叶轮直径——切割定律

——n±20%以内

(3)叶轮直径

(3)叶轮直径——切割定律

——D-5%以内

三离心泵的工作点和流量调节

问题:

工作时,Q,H,N,η=?

1.管路特性曲线

第20页：外加压头

外加压头

Q↑, ∑Hf↑,H↑

⇑H~Q

——管路特性(方程)

——管路流量~所需外加压头

管路压头损失

管路&流体一定

λ←Q

令

第21页：——管路特性方程曲线

于是

——管路特性方程(曲线)

说明:

1

曲线在H轴上截距;

管路所需最小外加压头

2阻力平方区,λ与Q无关,并忽略动能差

其中

3高阻管路,曲线较陡;低阻管路曲线较平缓。

管路特性系数

第22页：2.离心泵的工作点

2.离心泵的工作点

——泵的H~Q与管路的H~Q曲线的交点

第23页：1工作点

说明

1工作点

←泵的特性&管路的特性

工作点确定:

联解两特性方程

作图,两曲线交点

2泵装于管路

工作点~(H,Q)

Q=泵供流量=管得流量

Q=泵供压头=流体得压头

3工作点~(Q,H,N,η)

~泵的实际工作状态

第24页：3.离心泵的流量调节

3.离心泵的流量调节

改变流量

←改变泵的特性

←改变工作点

↑改变管路特性

(1)改变出口阀开度

~管路特性

关小出口阀→∑le↑

→H↑,Q↓

→管特线变陡

→工作点左上移

开大出口阀→∑le↓

→H↓,Q↑

→管特线变缓

→工作点右下移

(2)改变叶轮转速

~改变泵的特性

第25页：n↑→泵H~Q曲线上移

n↑→泵H~Q曲线上移

→工作点右上移,H↑,Q↑

(3)车削叶轮直径

例题1将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去,要求输送量为36m3/h,液体的扬升高度为7m。输送管路由内径为80mm的钢化玻璃管构成,总长为160m(包括所有局部阻力的当量长度)。现采用某种型号的耐酸泵,其性能列于本题附表中。问:(1)该泵是否合用?

(2)实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少?15129630Q(L/s)1214.416.517.91919.5H(m)44464230170η(%)

第26页：四离心泵的安装高度

四离心泵的安装高度

安装高度:

问题:

液面到泵入口处的垂直距离(Hg)

安装高度有无限制?

第27页：叶轮中心汽化→汽泡

0-0~1-1,B.E.

Hg↑,则p1↓

当p1≤pv,

叶轮中心汽化→汽泡

被抛向外围→

→凝结→局部真空

压力升高

→周围液体高速冲向汽泡中心

→撞击叶片(水锤)

伴随现象

1泵体振动并发出噪音

2H,Q↓↓,严重时不送液;

3时间长久,水锤冲击和化学腐蚀,损坏叶片

第28页：安装高度↑↑,→汽蚀

安装高度↑↑,→汽蚀

问题:如何确定Hg的上限

——允许安装高度

(1)三个基本概念:

2.汽蚀余量与允许安装高度

1(有效)汽蚀余量Δha:

泵入口处:动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)

第29页：Δha的物理意义

Δha的物理意义:

Δha↓,p1↓→汽蚀

2必须汽蚀余量Δhr:

——发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量

汽蚀时,1处:动压头+静压头=

——用实验测定

3允许汽蚀余量Δh

比最小汽蚀余量大0.3米

第30页：正常运转的泵

正常运转的泵

(2)由Δh计算允许安装高度Hgmax

第31页：允许汽蚀余量的校正

• 允许汽蚀余量的校正
• Δh~20度清水,条件不同时要校正,校正曲线←说明书
• 讨论
• 汽蚀现象产生的原因:
• 安装高度太高;
• 被输送流体的温度太高,液体蒸汽压过高;
• 吸入管路阻力或压头损失太高。
• 计算出的Hgmax<0,低于贮槽液面安装

第32页：安装泵时为保险

(3)Hgmax大小~Q。Q↑,则Hgmax↓,保险↑。

(4)安装泵时为保险,Hg比Hgmax还要小0.5至1米。

(5)历史上

允许吸上真空度

允许汽蚀余量

→Hgmax

用可能的最大Q计算Hgmax

第33页：六离心泵的类型、选用、安装与操作

六离心泵的类型、选用、安装与操作

1离心泵的类型:

按输送液体的性质不同

(1)清水泵:输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单,造价低。——IS

(2)耐腐蚀泵:输送腐蚀性的液体,用耐腐蚀材料制成,要求密封可靠。——F

(3)油泵:输送石油产品的泵,要求有良好的密封性。——Y

第34页：杂质泵:输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液

(4)杂质泵:输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液,叶轮流道宽,叶片数少。——P

单吸泵;双吸泵

第35页：单级泵;多级泵

单级泵;多级泵

串联组合;并联组合

第36页：2离心泵的选用

2离心泵的选用

(1)根据液体的性质确定类型

(2)确定管路流量和所需外加压头。

Q←生产任务,H←管路的特性方程。

(3)根据所需Q和H确定泵的型号

1查性能表或曲线,要求泵的H和Q与管路所需相适应。

2若需Q有变,以最大Q为准,H应以最大Q值查找。

3若泵的H和Q与管路所需不符,在邻型号中找H和Q都稍大一点的。

第37页：5若液体性质与清水相差大

5若液体性质与清水相差大,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。

4若几个型号都行,应选在操作条件下η最高者

6为保险,所选泵可以稍大;但若太大,能量利用程度低。

3离心泵的安装与操作

安装

1安装高度应小于允许安装高度

2尽量减少吸入管路阻力,短、直、粗、管件少;

调节阀应装于出口管路。

第38页：1启动前应灌泵,并排气

• 操作
• 启动前应灌泵,并排气。
• 应在出口阀关闭的情况下启动泵
• 停泵前先关闭出口阀,以免损坏叶轮
• 经常检查轴封情况

第39页：第三节其它类型泵

• 其它类型泵
• 一往复泵
• 结构和工作原理
• 主要部件:
• 泵缸;活塞;活塞杆;吸入阀、排出阀
• 工作原理:(动画解说)
• 说明:
• 活塞往复运动,直接以静压能形式向液体供能
• 单动泵,供液不连续;双动泵,连续。
• 为耐高压,活塞和连杆用柱塞代替。

第40页：2.往复泵的流量和压头

2.往复泵的流量和压头

(1)理论平均流量

单动

双动

(2)实际平均流量

=容积效率×理论平均流量

~与压头无关

(3)瞬时流量的不均匀性

υ单动泵,吸、排液不连续

第41页：π曲柄连杆

π曲柄连杆,活塞运动速度~时间→正弦规律

(4)流量的精确性

Q仅~活塞面积、冲程、往复频率

(5)往复泵的压头

挤压供液,H任意高。

~材料强度,密封,电机负载

最终取决于管路特性

第42页：特性曲线

(6)特性曲线

Q仅~泵,与管路(和H)无关

H仅~管路,与泵(和Q)无关

—正位移特性

高阻高压!

第43页：3.往复泵的操作要点和流量调节

• 往复泵的操作要点和流量调节
• 适用场合与流体(Q不太大,H较高,非腐蚀和悬浮物
• 安装高度有一定的限制
• 有自吸作用,启动前无需要灌泵
• 一般不设出口阀,有也必须打开启动
• 往复泵的流量调节方法:
• 用旁路阀调节流量
• 改变曲柄转速

第44页：二计量泵

二计量泵

1外观

第45页：2工作原理

2工作原理

往复泵的一种

原动机→偏心轮转动→柱塞的往复运动

3流量调节

调整偏心度→柱塞冲程变化→流量调节。

4应用场合

输送量或配比要求非常精确

第46页：三隔膜泵

三隔膜泵

1外观

第47页：2工作原理

2工作原理

往复泵的一种

动画解说

3流量调节

调整活柱往复频率或旁路

4应用场合

腐蚀性的液体、固体悬浮液

第48页：四齿轮泵

四齿轮泵

1剖开

第49页：2工作原理

2工作原理

旋转泵的一种

动画解说

3流量调节

4应用场合

转速或旁路

高压头、小流量。粘稠以至膏状物。

×固体悬浮液

第50页：五螺杆泵

五螺杆泵

1外观

第51页：2工作原理

2工作原理

旋转泵的一种

螺纹在旋转时有推进作用

单螺杆

双螺杆

三螺杆

第52页：3流量调节

3流量调节

转速或旁路

4应用场合

高压头、小流量。粘稠以至膏状物。

√固体悬浮液

第53页：六旋涡泵

六旋涡泵

1工作原理

特殊类型的离心泵

第54页：叶轮-开有凹槽的圆盘

叶轮-开有凹槽的圆盘

引水道

叶轮旋转,凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间往反多次,被多次做功。

2流量调节

Q↓,N↑

与正位移泵相同

3应用场合

Q↓,H↑↑

高压头,较小流量

×固体悬浮液,高粘度流体

第55页：第四节气体输送机械

• 气体输送机械
• 一概述
• 气体输送机械在工业生产中的应用
• 气体输送
• 压力不高,但量大,动力消耗大
• 产生高压气体:
• 终到设备压力高
• 生产真空:
• 上游设备负压操作
• 气体输送机械的一般特点
• 动力消耗大

第56页：2设备体积庞大

• 设备体积庞大
• 特殊性——气体的可压缩性
• 气体输送机械的分类
• 工作原理——离心式、旋转式、往复式、喷射式等
• 口压力(终压)和压缩比
• 通风机:终压≤15kPa,压缩比1至1.15
• 鼓风机:终压15~300kPa,压缩比小于4。
• 压缩机:终压≥300kPa以上,压缩比大于4。
• 真空泵:造成负压,终压p0,压缩比由真空度决定。

第57页：二离心式通风机

二离心式通风机

第58页：1.离心式通风机的结构特点

• 离心式通风机的结构特点
• 叶轮直径较大
• ——适应大风量
• 叶片数较多
• 叶片有平直、前弯、后弯
• 不求高效率时——前弯
• 机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为为矩形

第59页：2.性能参数和特性曲线

2.性能参数和特性曲线

(1)风量:按入口状态计的单位时间内的排气体积。

m3/s,m3/h

(2)全风压:单位体积气体通过风机时获得的能量

J/m3,Pa

风机进、出口之间写B.E.

忽略

忽略能量损失

第60页：说明1气体获能=进出口静压差静风压+动能

说明1气体获能=进出口静压差(静风压)+动能差(动风压

2出口速度很高,且压缩比小,动风压占比例很高

(3)轴功率和效率

性能表上参数(1atm、20℃)

→pt0,pst0

第61页：用空气测定、特性曲线

η~Q

N~Q

Q

pT~Q

pS~Q

p

(4)特性曲线

1atm、20℃用空气测定

→pt0~Q,pst0~Q,N~Q,η~Q

第62页：3.离心式通风机的选型

• 离心式通风机的选型
• 根据气体种类和风压范围,确定风机的类型
• 确定Q0和pt0
• 生产任务→Q
• 根据Q0和pt0查找合适型号

第63页：例题2用离心通风机将空气送至表压为490

例题2用离心通风机将空气送至表压为490.5Pa的锅炉燃烧室,通风机的特性曲线如图所示。已知在夏季(气温为20℃,大气压为101.3Kpa)管路中的气体流量为2.4kg/s,且流动已进入阻力平方区。试求在冬季气温降为-20℃、大气压不变的情况下,管路中的气体质量流量为多少?

A

1

2

1

2

3

第64页：三离心式的鼓风机

三离心式的鼓风机

结构特点

外形≈离心泵

蜗壳形通道常为圆形

外壳直径与厚度之比较大

叶片数目较多

转速较高

叶轮外周都装有导论

单级出口表压多在30kPa以内;多级可达0.3MPa

选型方法与离心通风相同

四离心式压缩机

1.结构

1.结构——定子与转子

第65页：转子:主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件

转子:主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件

定子:气缸和隔板

第66页：叶轮

叶轮

第67页：

第68页：2.工作原理

2.工作原理

气体→叶轮中心

离心力做功→高速到达外围

扩压器降速、增压

→弯道,回流器

→下一级叶轮中心

增压多次,高压离开

3.特性曲线

——与离心通风机相似

第69页：4.特点

4.特点

——与往复压缩机相比

体积和重量都很小而流量很大;

供气均匀;运转平稳

易损部件少、维护方便

已有取代往复式压缩机的趋势

第70页：五罗茨鼓风机

五罗茨鼓风机

工作原理≈齿轮泵

动画解说

正位移型:风量∝n,与出口压强无关

风量:2~500m3/min

出口表压可达80kPa

气体温度≤85℃

气体温度≤85℃——否则转子会因受热臌胀而卡住

第71页：六往复式压缩机

六往复式压缩机

第72页：1.操作原理与理想压缩循环

1.操作原理与理想压缩循环

第73页：1开始时刻

1开始时刻

P1,V1,

2压缩阶段

,活塞位于最右端,点1

向左运动

S关D关

直至2点,D被顶开之前

P2,V2,

3排气阶段

继续向左

D开排气

P2不变

直至最左端,V=0

点3

4吸气阶段

向右运动

P=P1

0→V1

点1

点2

2.压缩类型

等温压缩;绝热压缩;多变压缩

第74页：3.压缩功

3.压缩功

多变压缩,每一循环(J)

m——多变指数

——1-2-3-4所围成的面积

相对大小:等温<多变<绝热

第75页：4.有余隙的压缩循环

4.有余隙的压缩循环

余隙

余隙——排气结束活塞左侧留有一定空隙

余隙膨胀阶段——3→4

第76页：余隙的存在使吸、排气量减小

说明:

余隙的存在使吸、排气量减小

且ε↑,则λ↓,吸、排气量↓

压缩比↑,则λ↓,吸、排气量↓

5.多级压缩

——级间冷却

原因:

压缩比大时,则λ↓,吸、排气量↓

气体温度过高

机械结构不合理

第77页：级数越多,越接近等温压缩

• 级数越多,越接近等温压缩,结构越复杂
• 常用2-6级,级压缩比3~5
• 各级压缩比相等,则总压缩功最小
• 往复式压缩机的流量调节
• 调节原动机转速
• 旁路调节
• 改变气缸余隙体积

第78页：第六节真空泵

第六节真空泵

一真空泵的一般特点

二各种类型真空泵简介