流体及流体输送设备讲解.ppt

多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第1页/共28页 1 Faculty of Metallurgical and Faculty of Metallurgical and Energy EngineeringEnergy Engineering Kunming University of Science and TechnologyKunming University of Science and Technology 多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院 任课教师：徐瑞东 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第2页/共28页 学习目的与要求 复习并掌握流体的基本概念、牛顿流体，柏努利方程，管内流动状 态，流体阻力与管路计算等基本知识； 掌握离心泵、活塞泵、隔膜泵等流体输送设备的工作原理、特点、 设计选择与功率计算 第1章 流体及流体输送设备 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第3页/共28页 1.1 流体流动的基本知识 1. 流体的流动性(宏观流体模型) 2. 流体的密度与相对密度 3. 流体的压缩性和膨胀性 4. 流体的粘性(牛顿型流体) 5. 流体的流动型态(雷诺准数) 6. 边界层的概念 雷诺实验 气体 ρ ， kg/m3 d(无因次量)气体 ρ ， kg/m3 d(无因次 量) 空气1.293 1.293 10-3水10001.00 氧气1.4291.42910-3汽油7600.76 氢气0.0890.08910-3 HNO3， 92% 15001.50 氩气1.7811.78110-3 H2SO4， 98% 18301.83 二氧化碳1.9761.97610-3 HCl(发烟 ) 12101.21 氯气3.1703.17010-3 NaOH， 30%(液) 13301.33 一氧化碳1.2501.25010-3汞1360013.60 雷诺准数意义:反映流体惯性力与粘滞力之间对比关系。

即Re为惯 性力与粘性力之比 1.若流体流速大，或粘度小时，Re数值较大，表明流动时惯性力 占主导地位，易促使扰动的发展和扩大，使流动湍动程度增大而 呈现紊流状态，惯性力是加速滞动的 2.若流体流动速度较小或粘度较大时，Re值较小，表明粘性力占 主导地位，能够削弱甚至消除因干扰造成的流体扰动，使流体保 持在层流状态，粘性力是抑制湍动的 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第4页/共28页 1.2 流体输送理论—柏努利方程 意义:流体通过1-1截面输入的位能、动能、静压能之和加上泵输入的外 加功等于由2-2截面上输出的位能、动能、静压能和系统损失的能量 应用柏努利方程的步骤： ①作图； ②选取截面； ③选取基准； ④单位统一； ⑤立算式求解 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第5页/共28页 例题：某车间用压缩空气来 传送98%浓硫酸，从低层压 至三楼计量槽内，每批压送 量为300dm3，要求在10min 内完成，硫酸温度为20℃， 设压头损失为0.8m硫酸柱， 试求压缩空气最低压强。

压 送装置如附图所示 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第6页/共28页 1.3 流体阻力与管路的计算 直管阻力 局部阻力 流体阻力 管路的计算 五条原则:材质选择，连接方式，流速的确定 ，阻力计算，布置系统 三类问题:已知管径、管长和流量，求流体 通过管路所需的外能；已知管径、管长和允 许的外能损耗，求流量；已知管径、流量和 允许的外能损耗，求管径 减少流动阻力的途径 尽量缩小管路长度，以减少直管阻力； 在满足生产要求的前提下，应尽量减少管件或阀门的数 量，同时尽量减少流道的突然变形，如可用渐扩或减缩 代替突扩 或突缩，用圆拐弯代替直角拐弯等; 适应增大直径，流动阻力与管径的五次方成反比，若管 径增大一倍，则摩擦阻力可减少为原来的 1/32左右 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第7页/共28页 流量和流速是流体输送基本参数流体输送的实际问题中常用流量 ；在柏努利方程中常用流速 1.4 流速的测定 测速管—测量局部速度 孔板流量计—测量流过某截面的流量 转子流量计—定压流量计 激光测速计—科研测定某点的瞬间流速 1.5流体输送设备 液体输送设备：离心泵、往复泵、高油压泵、旋转泵 气体输送设备：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第8页/共28页 1.5.1离心泵 离心泵的主要构造 离心泵的工作原理 “气缚”现象 离心泵若在启动前未充满液 体，则泵壳内存在空气。

由于空气 密度很小，所产生的离心力也很小 在叶轮中心中只能产生很小的低压 ，形不成所需要的压差，虽启动离 心泵，但液体仍不能上升到叶轮中 心，不能完成输送液体的目的，该 现象称为“气缚”现象 离心泵的构造装置图 1-叶轮 2–泵壳 3 –叶片 4–吸入导管 5- 底阀 6-压出导管 7-泵轴 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第9页/共28页 离心泵的主要性能参数 离心泵主要性能参数有流量、扬程、有效功率和效率 （1）流量 泵的流量即单位时间内泵所输送的液体体积用符号Q表示，其单位 为m3/s （2）扬程 泵的扬程又叫作泵的压头，指单位重量流体流经泵所获得的能量， 用符号H表示，单位为m扬程的大小取决于泵的结构(叶轮直径的大小 ，叶片弯曲程度等)、转速及流量 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第10页/共28页 (3)有效功率和效率 轴功率N ：由电机输入离心泵的功率 有效功率Ne： 效率：有效功率与轴功率之比 根据泵的轴功率，可选用电机功率。

但实际生产中为 了避免电机烧毁，在选取电机功率时，要用求出的轴功率 乘上一安全系数. 泵的轴功率与安全系数 泵泵的轴轴功率/kW0.5～3.753.75～37.5>37.5 安全系数1.21.151.1 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第11页/共28页 一离心泵将碱液输送到吸收塔顶部 ，经喷头喷出作吸收剂用，泵的吸 入导管直径Φ1084.5mm，管中 碱液流速为1.5m/s，泵的压出导管 直径Φ762.5mm设碱液池内碱 液深度为1.5m，池底面至塔顶喷 头上方的垂直距离为20m，在输送 系统中的压头损失为3m碱液柱， 碱液进喷头以前的静压强为 30400Pa (表压)碱液的密度为 1100kg/m3，泵的总效率为60%， 试求泵的杨程和所需的功率 现场作业题 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第12页/共28页 流量、扬程、效率和功率是离心泵的主要性能参数工厂生产的泵 都有一定的牌号，其扬程、流量、功率、转速都有一定值，且生产厂家 已将其产品性能参数用曲线表示出来，这就是离心泵的特性曲线。

对于一定转速的泵，存在以下三种关系曲线，即： (1)H=f1(Q)，扬程与流量的关系； (2)N=f2(Q)，轴功率与流量的关系； (3)η=f3(Q)，效率与流量的关系 离心泵的特性曲线 4B20型离心泵在n=2900r/min 下的特性曲线： H-Q曲线：泵的扬程随流量的 增大而平稳下降； N-Q曲线：表明泵的轴功率随 流量的增加而平稳上升； η-Q曲线：最高点为离心泵 的设计点，与此最高效率点相 对应的Q，H，N值称为最佳工 况参数，或叫设计点参数 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第13页/共28页 管路特性的表达方式： 离心泵总是安装在特定的管路中运行的，泵在实际工作中的流量和 压头等不仅取决于离心泵的特性，而且还与管路特性有关两者必须统 一，并使泵在高效下运行，完成流体输送任务 管路的特性可用管路特性方程(管路中流量(或流速)与压头的关系) 和管路特性曲线来表达例如对标准管路系统，若贮槽和高位槽两液面 维持恒定，则泵对单位重量液体提供的能量为： 对一定操作条件下的特定管路， 与 均与流量无关， 可用常 数： 表示，且 ， 则上式可写为： 其中： 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第14页/共28页 离心泵的工作点及流量调节 如果把离心泵特性曲线与管路 特性曲线绘于同一坐标图内，两曲 线交点A即为离心泵在该管路中工作 点。

A点所对应的流量QA和扬程HA就 是泵在此管路中运转的实际流量和 扬程 管路特性曲线与泵的工作点A 改变管路特性改变泵的特性曲线 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第15页/共28页 当叶轮旋转时，液体在叶轮上流动的速度和压力是变化的通常 在叶轮入口处最低，当此处压力等于或低于液体在该温度下的饱和蒸汽 压时，液体将部分气化，生成大量的蒸气泡含气泡的液体进入叶轮而 流至高压区时，由于气泡周围的静压大于气泡内的蒸气压力，而使气泡 急剧凝结而破裂气泡的消失产生了局部真空，使周围的液体以极高的 速度涌向原气泡中心，产生很大的压力，造成对叶轮和泵壳的冲击，叶 轮很快就被冲蚀成蜂窝状或海绵状，使其震动并发出噪音 离心泵工作时的气蚀现象 多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第16页/共28页 离 心 泵 按输送液体的性质 单吸泵 双吸泵 清水泵 泥浆泵 耐腐蚀泵 油泵 低温泵 热水泵 液下泵 单级泵 多级泵 按工作的特点 按吸入方式 按叶轮数目 离心泵的类型 离心泵的选用： 根据被输送液体的性质和操作条件进行选择； 根据已知管路条件，确定被输送液体需要的压头H，按已知的流量 Q和计算的H，在泵的系列特性曲线上找到该点，确定泵的型号和转 速； 被输送液体的粘度、密度较大时，须对所选择泵的特性曲线换算 ，对He、Ne重新校核，并注意工作点是否在高效率区； 根据实际需要选配合适的电动机。

多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院 第17页/共28页 往复泵工作示意图 1-泵缸 2-活塞 3-活塞杆 4-吸入活门 5-排出活门 1.5.2 往复式活塞泵 工作原理：利用活塞的推 力把流体提升，完成液体 输送任务 适用于高扬程、低流量的 。