冶金设备基础第1章流体输送设备及管路计算.ppt

1,Faculty of Materials and Metallurgical EngineeringKunming University of Science and Technology,多媒体教学课程：冶金设备基础,昆明理工大学材料与冶金工程学院,任课教师：徐瑞东,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、设计选择与功力计算。,第1章 流体及流体输送设备,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,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：作图；选取截面；选取基准；单位统一；立算式求解,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，即变为时，则摩擦阻力可减少为原来的 1/32左右。,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,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,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。,(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，常取安全系数如上表所示.,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)=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；-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。,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：,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,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,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。,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、低流量的输液过程，尤其是输送高粘度液体,如重油。,双动泵工作示意图1-吸入管路 2-填料函 3-活塞4-压出导管,隔膜泵示意图1-球形活门 2-泵体 3-隔膜 4-汽缸 5-活塞,1.5.3 隔膜泵,适用于输送腐蚀性或悬浮液，技术要求复杂，易损坏难维修。,工作原理：与往复泵基本相同，区别是活塞不是直接作用于输送的流体上，而是通过油作用于薄膜上，再传给输送的流体。,活塞式油压泥浆泵示意图1空气室 2出料阀 3进料阀 4矿浆观察阀5液面观察阀6油观察阀 7供油阀 8油箱9油缸 10活塞,1.5.4 高压油泵,工作原理：活塞向右移动时，排料活门紧闭，吸入活门开启，料浆便进人油箱之下半部；当活塞向左运动时，进料活门闭死，出料活门开启，料浆排出。特点：油箱上半部及活塞缸中充满矿物油，活塞及缸体不会磨损，使用寿命长。由于密度不同，油与泥浆既相混溶，油的消耗少。,旋转泵(转子泵)借泵内转子的旋转作用而吸入和排出液体。可用于输送粘稠液体甚至膏状物科，但不适于输送含固体颗粒的悬浮液。,齿轮泵示意图,几种液体泵的比较,1.5.6 气体输送设备,气体输送设备的主要特点：,气体输送设备的分类：,气体密度小，体积流量大，因此气体输送设备的体积大。流速大。在相同直径的管道内转送同样质量的流体，气体的阻力损失比液体的阻力损失要大得多。由于气体的可压缩性，当气体压力变化时，体积和温度同时发生变化，这对气体输送设备的结构形状有很大的影响。,通风机、鼓风机、压缩机、真空泵,1.通风机 通风机主要有离心式和轴流式两种类型。轴流通风机由于其所产生的风压很小，一般只作通风换气用。冶金厂应用最广的是离心通风机。离心通风机按其所产生风压大小可分为以下三种：低压离心通风机：风压1103(表压)中压离心通风机：风压在11033103(表压)高压离心通风机：风压在310315103(表压),离心式通风机示意图,2.鼓风机(1)离心鼓风机：转速高，排气量大，结构简单。但单级风机由于只有一个叶轮，不可能产生较大的风压.(2)旋转鼓风机-罗茨鼓风机：转速高，无阀门，结构简单，重量轻，排气均匀，风量变动范围大，可在2500范围内变动，但效率低，其容积效率一般为0.70.9。,罗茨鼓风机结构示意图1同步齿轮 2转子 3气缸 4盖板,3.压缩机 有往复压缩机和离心压缩机两种。(1)往复压缩机的构造及工作原理 往复压缩机的构造主要由气缸、活塞、吸气阀和排气阀组成。(2)往复压缩机的工作过程(1)余隙中的气体膨胀；(2)活门打开，从外界吸气；(3)活门关闭，压缩气体；(4)排出活门打开，压出气体。,立式单动双缸压缩机示意图1-排气阀 2吸气阀 3气缸体4活塞 5连杆 6曲柄,4.往复真空泵 从设备或系统中抽气，使其绝对压力低于外界大气压的机械称为真空泵。真空泵实质上也是气体压缩机械，只是它入口压力低，出口为常压。真空泵的类型很多，按其真空度可分为以下几种：低真空：压强(绝对压强)为105102。如湿式真空泵、机械真空泵、喷射式真空泵等；中真空：压强(绝对压强)为1020.1。如机械真空泵、多级喷射式真空泵等；高真空：压强(绝对压强)为0.110-5。如扩散泵-机械真空泵系统；超高真空：压强(绝对压强)10-5。如吸附泵扩散泵机械真空泵组成的多级系统。,本章小结,1.1 流体流动的基本概念,流体的流动性流体的密度与相对密度流体的压缩性和膨胀性流体的粘性(牛顿型流体)流体的流动形态(雷诺准数),局部阻力,当量长度法局部阻力系数法,直管阻力,因次分析法,1.3流体阻力的计算,1.4 流体输送设备,液体输送设备气体输送设备,隔膜泵往复泵高油压泵旋转泵离心泵,压缩机真空泵,离心泵的主要构造离心泵的工作原理泵的扬程测定方法：泵的功率及效率离心泵的特性曲线管路特性的表达方式泵调节流量的方法泵的类型,思考题,1.试述往复泵的工作原理。2.离心泵的安装高度与什么因素有关？,作 业,1.为什么要了解管路特性，怎样表达管路特性？,