第二章 流体输送机械oook.ppt

第二章  流体输送机械,一、输送流体所需的能量：,Bernoulli  equation: 阻力平方区(湍流）：此式称为管路特性方程，可用管路特性曲线表示二、输送机械的主要技术指标：,流量Q——输送流体，必须达到规定的输送量  扬程（压头）H——输送机械向单位重量流体提供的能量注意区别扬程（H)与升举高度,三、输送机械的分类：,流体输送机械分为：   工作机（流体输送机械）   原动机（透平机 turbine）工作机：      以输送流体为目的      以提高流体压力为目的，如气体压缩机输送液体的机械称为“泵”，输送气体的机械称为“风机”或“压缩机”，将某封闭空间的气体抽去，使该空间产生负压或真空的机械，称为“真空泵” 以输送流体为目的的机械可以分成两大类：“速度式”和“容积式”速度式”机械通过高速旋转的叶轮或高速喷射的工作流体传递能量容积式”机械依靠改变容积来压送和吸取流体，传递能量给流体心脏就是一个精巧的容积式泵  打气筒就是一个往复式压缩机,2.2 速度式流体输送机械,1.操作原理: 离心泵是依靠高速旋转的叶轮，（依靠离心力）向液体作功离心泵部件分旋转部件（叶轮和转轴）静止部件（吸入室和泵壳）动密封：（1） 填料函（柔软的石棉带） （2） 机械密封（迷宫密封）平衡孔起平衡轴向力的作用。

1)结构（2）操作原理：叶轮产生离心力，使流体的动能和静压能迅速增大；     泵壳是截面积逐渐增大的蜗壳，使大部分动能转换成压力能3）和管路相连，叶轮入口形成真空（负压），管路在压差推动下，液体经吸入管路进入泵内 4）“气缚”现象 空气的密度比液体小，叶轮产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度象这种因泵壳内存在气体而导致吸不上液体的现象，称为“气缚” 解决方法：启动前，让泵内充满液体，同时在吸入管路底部装止逆阀2、基本构件及构造（1）叶轮（书，P.95） 开式     半开式(半闭式)   闭式,(2) 泵壳作用：汇集液体、转换能量泵壳在叶轮四周形成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道，故称为蜗壳 目的是使液体的动能转变成静压能，以减少泵体内部的能量消耗   3、附件止逆阀、滤网(铅网),3. 化工生产中常用的离心泵：按叶轮级数分：单级泵和多级泵,按用途分类：(1) 水泵：输送清水或者物性与水相近、杂质很少的液体潜水泵，管道泵）(2) 耐腐蚀泵：输送有腐蚀性的液体用耐腐蚀性的材料制作，如：不锈钢、塑料、玻璃等3) 油泵：输送石油产品的泵要防止泄漏，要求密封完善，动密封的要求高。

4) 杂质泵：输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液细分为污水泵，砂泵，泥浆泵对这种泵的要求是不易堵塞，采用开式叶轮，叶片数少（使流道宽）IS50-32-125(课本337页) 表示单级单吸清水离心泵表示吸入口直径50mm，压出口直径32mm，叶轮直径125mm,2.2.1 离心式流体输送机械的基本方程,1、理论压头H∞：  理想情况假设 课本93页  　　①叶片数目无限多，液体完全沿着叶片弯曲表面流动，无任何倒流现象②液体为粘度等于零的理想流体，即没有阻力损失③流动是一个稳定过程2）离心泵基本方程的推导,1、理论压头H∞   选取进口截面为(1),出口截面为(2),根据动量矩定理，得到欧拉方程如下：式中：93页 2-4式  H∞ — 叶轮对液体所加的压头，m    w1、w2 — 1、2两点液体质点的相对速度，m/s    u1、u2 — 1、2两点的圆周速度，m/s    c1、c2 — 1、2两点液体质点的绝对速度，m/s 进一步推导后，得到 94页 2-8 2-9式 最后得到：该式表明离心泵理论压头H∞，与流量Q、转速w、叶轮尺寸（β2、r2、b2）。

3）离心泵基本方程的讨论基本方程的讨论：(1)后弯叶片β2＜90°；径向叶片β2＝90°；前弯叶片β2＞90°    应该采用前弯叶片，但理论压头H∞中动压头占的比例颇大，在转化为静压头的过程中，即液体在泵壳的流动过程中，会有大量的机械能损失，使泵的效率降低，因而一般采用后弯叶片2）从公式 中，可以看出：ω增大，H∞增大3）r2增大，H∞增大4）流体的密度ρ和粘度μ对理论压头没有影响2、实际压头      实际压头=理论压头－水力损失 水力损失包括：a) 叶片间的环流由于叶片数目并非无限多，因此液体不是严格按叶片的轨道流动，而是有环流出现，产生涡流损失此损失只与叶片数和液体粘度有关b) 阻力损失实际流体从泵的入口到出口有阻力损失，它与流速的平方成正比c) 冲击损失液体以绝对速度c2突然离开叶轮周边冲入沿蜗壳四周流动的液流中，产生冲击损失实际压头与流体的粘度μ有关，而与流体的密度ρ无关　   理论压头与实际压头的关系如下图：,2.2.3 离心泵的性能,1、离心泵的压头和流量  离心泵的主要性能参数  离心泵生产厂家在泵出厂前，将其主要性能参数列在一个铭牌上   例如： 离心清水泵 型号IS50-32-125   转速2900转/分 扬程20m               效率60% 流量12.5m3/h          轴功率1.13KW 气蚀余量2.0m     重量 生产单位注：铭牌上所列的数值是指泵在最高效率下的性能参数。

1)、  流量Q：  定义：离心泵输送液体的能力，与其结构、转数等有关单位：m3/h或m3/s,2、压头（扬程）H 在b、c两截面间列柏努利方程：定义：离心泵对单位重量液体所提供的能量单位：m,(3)、  轴功率N定义：轴功率是输入功率，即原动机传到泵轴上的功率单位：W测得在不同流量Q下的压头H，同时测得该流量Q下的轴功率(电机功率乘以0.6～0.7)　(4)、   效率曲线,2、有效功率、轴功率和效率：97页,有效功率Ne = HQρg = 轴功率－泵内机械能损耗 泵内机械能损耗包括：（1）容积损失（ηv）后盖板上开平衡孔，泵壳内的高压液体有一部分会通过平衡孔流会到叶轮中央入口，这部分液体取得的能量形同无用，造成容积损失2）水力损失（ηh）包括叶片间的环流，阻力损失和冲击损失（3）机械损失（ηm）轴承，密封圈等机械部件的摩擦而造成机械损失表示离心泵对外加能量的利用程度2.2.4 离心泵特性曲线,1.离心泵的特性曲线:(课本99页图2-6),离心泵的特性曲线是在某一固定转数下测出的不同型号的离心泵在不同转数下，其形状基本相似共同特点如下： （1）  H~Q曲线：压头随流量的增大而下降。

2）  N~Q曲线：轴功率随流量增大而上升注意：离心泵在启动前应关闭出口阀，以减小电动机的启动电流和避免出口管路的水力冲击3）  η ~Q曲线：效率 先随流量的增大而上升，达到最大值后便下降应使泵在最高效率点附近操作最高效率点附近一般规定在不小于92%ηmax的流量范围该流量范围称为泵的高效区2.液体性质对离心泵特性的影响液体性质包括：（1） 液体密度ρ对特性曲线的影响：（2）液体粘度μ对特性曲线的影响：   输送粘度较大的液体时，阻力损失增大，泵最高效率点处的Q、H、η减小，而N增大 具体修正方法参阅有关算图  当液体的运动粘度=  小于20厘斯（10-6m2/s）时,可不计粘度的影响3.转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响（1）转数n对特性曲线的影响：当离心泵的转数变化不大的情况下 假设：①     叶轮出口处的速度三角形相似，即α2 不变；②     离心泵效率η不变 则 此三个关系式称为转速对离心泵影响的比例定律2）叶轮尺寸（外径D）的影响： ①     切削离心泵的叶轮: 课本100页当外径变化不超过5%时，假设：叶轮切削前后，ⅰ)、叶轮出口处的速度三角形相似，即α2变化不大；ⅱ)、离心泵效率η不变；ⅲ)、叶轮出口截面积基本不变，即,,②     同一系列离心泵的叶轮直径不同：补充 课本没有的内容对于同一系列的泵，其几何形状完全相似，假设：ⅰ)、叶轮出口处的速度三角形相似，即α2变化不大；ⅱ)、离心泵效率η不变；ⅲ)、 叶轮直径与宽度之比是固定的，即,2.2.5 离心泵的工作点与流量调节,1、工作点：管路所需要的有效压头 ：所以：此式称为管路特性方程。

管路特性曲线的截距为 ，he 随 Q增大而增大再绘出离心泵的特性曲线，交点A交点A表示在流量QA 下，管路所需要的压头（能量）正好等于离心泵对液体提供的压头（能量）此时，管路的流量是QA ，泵的实际压头是HA ，管路的有效压头是heA 该点被称为离心泵的工作点2、流量调节,1） 改变管路特性曲线——阀门调节:改变阀门开度就是改变管路特性曲线的形状和位置缺点：①能量损失大；       ②可能使泵在低效率区工作优点：迅速、方便，且流量可在最大和零之间连续变化，适合化工连续生产的需要，因而应用十分广泛2） 改变离心泵特性曲线——改变转速调节:缺点：增添调整装置，调节不便优点：改变泵的特性曲线，保持管路特性曲线不变，运转效率降低较小与阀门调节法相比，无多余能量损失一般用于一次性调节幅度大，且调节后稳定周期较长的情况改变离心泵特性曲线——车削叶轮外径:可在较小范围内减小扬程和流量3）  同时改变离心泵特性曲线和管路特性曲线,1、离心泵的串联操作：两泵串联时，每台泵的流量相同，总扬程是每台泵的扬程之和即“同一流量，扬程相加2、离心泵的并联操作：两泵并联时，每台泵的扬程相同，总流量是每台泵的流量之和。

即“扬程相同，流量相加2.2.6 离心泵的安装高度,问题的产生:用离心泵从井中抽水，吸水量为20m3/h，吸水管直径为φ108×4mm，吸水管路总阻力系数为45，离心泵与井中的水面位差9m，求泵入口处的真空度为多少？1、离心泵的汽蚀现象 PK