谭天恩版-化工原理课件流体输送机械.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,《,化工原理,》,电子教案,/,第二章,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,1,目录,,第二节 其它类型泵,,一、其它叶片式泵,,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,2,第二章 流体输送机械,流体输送机械,3,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特点：工作原理无法归到上述两者的泵,4,第一节 离心泵,一、离心泵的构造和工作原理,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,5,一、离心泵的构造和工作原理,2,、离心泵的工作原理,请点击观看动画,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,6,二．离心泵主要构件的结构及功能,1,．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,请点击观看动画,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7,二．离心泵主要构件的结构及功能,思考：,泵壳的主要作用是什么？,2,．泵壳,①聚集液体，并导出液体；,,②能量转换装置〔动能变静压能〕,呈蜗牛壳状,,思考：,为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？,3,．,导轮,请点击观看动画,答案见后面的内容,固定不动,,8,二．离心泵主要构件的结构及功能,4.,轴封装置,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，,请点击观看动画,----,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请点击观看动画,对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多用机械密封9,三．离心泵的主要性能参数,离心泵的主要性能参数,铭牌,10,三．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，,m,3,/s,或,m,3,/h,。

可测量n,，单位或,在泵进口,b,、泵出口,c,间列机械能衡算式：,流量,压头,11,三．离心泵的主要性能参数,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那么可理论推导得到思考：由〔1〕、〔2〕可以得出什么结果？,12,理论压头,H,,液体在高速旋转的叶轮中的运动分为,2,种,:,周向运动：,沿叶片外表的运动：,处处与叶片相切，速度,w,u,2,u,1,w,1,w,2,思考：,u,1,、,u,2,孰大？,w,1,,、,w,2,孰大？,13,理论压头,H,,在,1,与,2,之间列伯努利方程式，得：,理论压头,H,,产生的原因：,原因一,：离心力作功,1 kg,液体受到的离心力为：,14,理论压头,H,,理论压头,H,,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，这局部能量将转化为静压能原因一,：,离心力作功,15,理论压头,H,,u,2,u,1,w,1,w,2,根据余弦定理可知：,16,理论压头,H,,,1,,2,u,2,,2,u,1,w,1,w,2,理论压头,H,,离心泵设计中，一般都使设计流量下的,,1,=90,那么cos1=0。

于是,r,2,b,2,c,2u,c,2,c,2r,c,2u,c,2r,17,理论压头,H,,,1,,2,u,2,,2,u,1,w,1,w,2,理论压头,H,,r,2,b,2,c,2u,c,2,c,2r,c,2u,c,2r,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，那么H越大；,18,,叶片后弯,，,,2,<90,,，,cot,,2,>0,，,,即,H,,随流量增大而减小；,叶片径向,，,,2,=90,,，,cot,,2,=0,，,,即,H,,不随流量而变化,；,叶片前弯,，,,2,>90,,，,cot,,2,<0,，,,即,H,,随流量增大而增大,2,=90,,,2,>90,,19,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,？,c,2,w,2,u,2,后弯叶片,c,2,w,2,u,2,径向叶片,c,2,w,2,u,2,前弯叶片,c,2,小，泵内流动阻力损失小,回忆：,,思考：,,为什么叶片弯曲？,,泵壳呈蜗壳状？,,思考：,,为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？,20,理论压头,H,,〔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21,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,22,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b,c,23,实际压头,H,〔3〕冲击损失,在设计流量下，此项损失最小流量假设偏离设计量越远，那么冲击损失越大设计流量,b,c,d,考虑到这项损失后，压头线应为曲线,d,24,三．离心泵的主要性能参数,轴功率和效率,轴功率， 用,N,表示，单位,W,或,kW,效率,，无量纲,有效功率,N,e,=,m,s,w,e,＝,Q,,gH,，,单位,W,或,kW,,三者关系〔如图〕：,25,三．离心泵的主要性能参数,轴功率和效率,N,Ne,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,26,三．离心泵的主要性能参数,允许汽蚀余量将在后面介绍。

27,四．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,28,四．离心泵的特性曲线,设计点,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翻开，why？,,为什么Q＝0时，N0？,29,离心泵特性曲线的影响因素,液体性质,,,密度,:,黏度,:,Why,？,当,,比,20℃,清水的大时，,H,,，,N,,，,,实验说明，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,故,,，,N~Q,曲线上移30,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：,假设不变，那么,,比例定律,思考：假设泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2，那么新转速n下泵的特性曲线方程表达式？,31,离心泵特性曲线的影响因素,,泵在原转速,n,下的特性曲线方程,转速增大,32,离心泵特性曲线的影响因素,,叶轮直径,当叶轮直径因切割而变小时，假设变化程度小于20%，那么,假设不变，那么,思考：假设泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，那么叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？,33,五、离心泵的工作点与流量调节,泵,----,供方,,管路,--,需方,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,h,e,---,管路所需压头,h,e,与流量关系曲线,对如下图的管路列机械能衡算式：,34,五、离心泵的工作点与流量调节,,管路特性方程,完全湍流时，,与流量无关,与流量有关,35,五、离心泵的工作点与流量调节,2,、,流量调节,,——调节阀门〔改变曲线中的B〕,——,改变,n,、切割叶轮,阀门开大,阀门关小,,工作点,两种方法,缺点：多耗动力，并可能使泵低效率区工作,,优点：迅速、方便，可在某一最大流量与零之间随意变动。

不经常改变流量时用，大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术,36,习题课,----,根据流量、压头选泵,,将流量、压头裕量控制在,10%,左右37,设计型问题计算举例,【,解,】,题中已给出最大流量为：,Q=,80 m,3,,h,-1,取he的1.05～1.1倍那么为18.9~19.8m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例,1】,要用泵将水送到,15 m,高之处，最大流量为,80 m,3,,h,-1,此流量下管路的压头损失为,3 m,试在,IS,型泵中，选定合用的一个作业：,38,习题课,----,泵已经在运行，但操作中某些操作条件变了，如电机转速、液面高度等，从而引起流量、扬程、压力等的变化这类问题称为～39,操作型问题分析举例,【例2】用离心泵将江水送至高位槽假设管路条件不变，那么以下参数随着江面的下降有何变化？〔设泵仍能正常工作〕,,流量、压头，,,管路总阻力损失hf，,,泵出口处压力表读数，,,泵入口处真空表读数。

管路特性曲线,平行上移,江面下降，泵特性曲线不变,,工作点左移,方法：画图找新工作点,【,解,】,40,操作型问题分析举例,3 3,不含动能,流量、压头,，,,,管路总阻力损失,h,f,，,,,泵出口处压力表读数，,,泵入口处真空表读数41,,练习,,图示为离心泵性能测定装置假设水槽液面上升，那么Q、H、N、hf 、p1和p2〔均为读数〕如何变化？,答：,Q,不变，,H,不变，,N,不变，,h,f,不变,,,42,,如下图，高位槽上方的真空表读数为p，现p增大，其它管路条件不变，那么管路总阻力损失〔写出分析过程〕,,A．增大,,B．减小,,C．不变,,D．不确定,补充作业：,43,操作型问题计算举例,【例】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的单位均为m求：,,〔1〕阀全开时，泵的输水量为多少？,,〔2〕要求所需供水量为上述供水量的75%时：,,a．假设采用出口阀调节，那么多损失的压头为多少m水柱？,,b．假设采用变速调节，那么泵的转速应为多少r.p.m.？,【解】 〔1〕,44,,20,15,H,,h,e,,(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,多损失的,泵特性曲线方程,管路特性曲线方程,45,,泵特性曲线方程,管路特性曲线方程,b. 采用调节转速的方法，那么泵的转速应为多少r.p.m.？,20,15,注意：以下解法错误,!!!,新转速下泵的特性曲线方程为：,,因为比例定律只适用于泵，而不能用于由泵和管路特性曲线共同决定的工作点〔管路特性曲线过坐标原点时除外〕。

h,e,,46,,作业：,47,六、离心泵的安装高度,Z,S,1,、什么是安装高度？,,,泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用,Z,S,表示可正可负思考：,安装高度为什么受限制？,,48,六、离心泵的安装高度,Z,S,思考：,安装高度为什么受限制？,,为防止汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度ZS,max汽蚀现象：,,叶片反面,当pk＝pv 时，K处发生局部汽化现象叶片外表产生蜂窝状腐蚀 ；,,泵体震动，并发出噪音；,,流量、压头、效率都明显下降；,,严重时甚至吸不上液体49,六、离心泵的安装高度,Z,S,2,、最大安装高度,Z,S,max,和允许汽蚀余量,,h,允许,刚好发生汽蚀时， pk＝pv， pe到达最小值pe,min在s-s面、e-e面间列机械能衡算：,最小汽蚀余量,又称最小净正吸上高度,,〔NPSH，Net Positive Suction Head〕,50,六、离心泵的安装高度,Z,S,一般规定，允许汽蚀余量,,h,允许,是泵的特性参数之一，由厂家测定,h,min,的实验测定,：,,用,20℃,清水测定以泵的扬程较正常值下降,3%,作为发生汽蚀的标志，测定泵刚好发生汽蚀时的,p,e,即可。

最小汽蚀余量,实际的安装高度还应比允许值低,0.5,～,1m,51,六、离心泵的安装高度,Z,S,当输送条件与测定条件不同时，那么要对Δh允许值进行校正求校正系数的曲线载于泵的说明书中校正系数常小于1，故为简便计，也可不校正，而将其视为外加的平安因数,h,允许,的校正,：,52,七、离心泵的类型、选用、安装与操作,类型,：,不下百种,,请点击观看动画,53,七、离心泵的类型、选用、安装与操作,高效区,选用原那么：,,定类型-----根据流体性质及操作条件,,定规格-----根据流量、压头大小，高效,返回目录,54,第二节 其它类型泵,,,一、其它速度式泵,55,第二节 其它类型泵,二、容积式泵,1,、往复泵,工作原理：,与离心泵比较：,结构：,泵缸、活塞、阀门、传动机构,,利用容积的变化给流体加静压能,工作循环：一次吸液，一次排液,,-----,具有自吸能力，不必灌液,,----,安装高度也受限制，但无汽蚀现象,启动前是否需要灌液？,安装高度是否有限制？,流量,Q,与压头,H,关系？,-----,流量与压头几乎无关,,由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。

压头越大，漏损越大,.,请点击观看动画,56,1,、往复泵,与离心泵比较：,旁路,输液量均匀性,？,连续性？,流量调节方法？,----,输液量不均匀、不连续,,----,流量调节不可用出口阀门调节方法适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体效率高，通常为,72,,93%,请点击观看动画,57,,2,、其他容积式泵：,,,,,58,,三、各类泵在化工生产中的应用,请点击观看动画,离心泵应用范围最广特别适用于化工生产的原因是它的流量均匀而易于调节，又能输送有腐蚀性、含悬浮物的液体往复泵往复泵只宜在压头高、流量也较大的情况下使用返回目录,59,第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,终压,p,2,<1.15atm,，压缩比,终压,p,2,<4atm,，压缩比,终压,p,2,>4atm,，压缩比,终压为大气压，压缩比近似,,60,第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,工作原理：,结构：,主要性能参数及特性曲线：,与离心泵相似,,特点：叶片数目多、短，有径向、前弯、后弯等，,,通道多呈矩形,,风量、风压、静风压、轴功率、效率,与离心泵相同,风量,Q,：,以进口状态计,,一、离心通风机,61,第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,一、离心通风机,风压,p,t,：,在风机进出口间列机械能衡算方程式：,,又称全风压,,Pa,假设使用条件与测定条件不同，需换算：,-----,用,1atm,、,20,℃,空气测定的风压,,标准全风压,p,t0,62,第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,一、离心通风机,全压效率,70%~90%,效率,,：,,功率,N,：,63,二、往复压缩机,结构、工作原理与往复泵相似。

但因气体密度小、可压缩的特性，决定了压缩机的阀门更加轻巧、灵活工作循环：,,,压缩,,排气,,膨胀,,吸气,,绝热压缩,思考：,为什么压缩比,p,2,/p,1,不能过大？,等温压缩,p,V,1,吸气,排气,压缩,膨胀,V,4,V,3,余隙,p,2,p,1,由于余隙的存在，压缩比,p,2,/p,1,过大时，新鲜吸气量会过小压缩比一般取,5~7,以内超过此值，需用多级压缩请点击观看动画,64,二、往复压缩机,多级压缩,,在一个气缸里压缩了一次的气体，送入中间冷却器冷却之后再送入次一气缸进行压缩，经几次压缩再到达所需的终压压缩机的级数愈多，构造便愈复杂，因此常用的多为2至6级，每级压缩比约为3至565,第二章 小结,设计型、操作性问题计算,66,第二章 小结,67,。