化工原理(第四版)谭天恩-第二章-流体输送机械.ppt

1,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,2,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,3,第二章 流体输送机械,流体输送机械,4,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,5,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,6,一、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,7,二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。,8,二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,汇集液体，并导出液体；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,9,二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。,10,三离心泵的主要性能参数,离心泵的主要性能参数,铭牌,11,三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，m3/s或m3/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,12,三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则可理论推导得到。,思考：由（1）、（2）可以得出什么结果？,13,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：,沿叶片表面的运动：,处处与叶片相切，速度w,u2,u1,w1,w2,思考：u1、u2孰大？,w1、w2孰大？,14,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：,15,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，这部分能量将转化为静压能。,原因一：离心力作功,16,理论压头H,u2,u1,w1,w2,根据余弦定理可知：,17,理论压头H,1,2,u2,2,u1,w1,w2,理论压头H,离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90,则cos1=0。于是,r2,b2,c2u,c2,c2r,c2u,c2r,18,理论压头H,1,2,u2,2,u1,w1,w2,理论压头H,r2,b2,c2u,c2,c2r,c2u,c2r,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，则H越大；,19,叶片后弯，20，即H随流量增大而减小；,叶片径向，2=90，cot2=0，即H不随流量而变化；,叶片前弯，290，cot20，即H随流量增大而增大。,2=90,290,20,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？,c2,w2,u2,后弯叶片,c2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？,21,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。,22,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,23,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,24,实际压头H,（3）冲击损失,在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，则冲击损失越大。,b,c,d,考虑到这项损失后，压头线应为曲线d。,25,三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Ne=msweQgH，单位W 或kW,三者关系（如图）：,26,三离心泵的主要性能参数,轴功率和效率,小型水泵：一般为5070%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,27,三离心泵的主要性能参数,允许汽蚀余量将在后面介绍。,28,四离心泵的特性曲线,NQ曲线Q曲线,测定条件：固定转速，20C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。,HQ曲线,29,四离心泵的特性曲线,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打开，why？为什么Q0时，N0？,30,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，,实验表明，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HQ曲线、Q曲线无影响，但,故，NQ曲线上移。,31,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：,若不变，则,思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？,32,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,33,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，若变化程度小于20%，则,若不变，则,思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？,34,五、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he,-管路所需压头he与流量关系曲线,对如图所示的管路列机械能衡算式：,35,五、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,36,五、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,37,习题课,-根据流量、压头选泵 将流量、压头裕量控制在10%左右。,38,设计型问题计算举例,【解】,题中已给出最大流量为：Q=80 m3h-1,取he的1.051.1倍则为18.919.8m。,查图2-18得：IS100-80-125，n2900 rmin-1另：IS125-100-250，n1450 rmin-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 m3h-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：,39,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。,40,操作型问题分析举例,【例2】用离心泵将江水送至高位槽。若管路条件不变，则下列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】,41,操作型问题分析举例,3 3,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。,42,练习 图示为离心泵性能测定装置。若水槽液面上升，则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，hf不变,43,如图所示，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，则管路总阻力损失。（写出分析过程）A增大B减小C不变D不确定,补充作业：,44,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=300.01V2。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为he=100.04V2，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若采用出口阀调节，则多损失的压头为多少m水柱？b若采用变速调节，则泵的转速应为多少r.p.m.？,【解】（1）,45,20,15,(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,泵特性曲线方程,管路特性曲线方程,46,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，则泵的转速应为多少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）。,he,47,作业：,48,六、离心泵的安装高度ZS,1、什么是安装高度？,思考：安装高度为什么受限制？,49,六、离心泵的安装高度ZS,思考：安装高度为什么受限制？,为避免汽蚀现象，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：,叶片背面,当pkpv 时，K处发生部分汽化现象。,叶片表面产生蜂窝状腐蚀；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。,50,六、离心泵的安装高度ZS,2、最大安装高度ZS,max和允许汽蚀余量h允许,刚好发生汽蚀时，pkpv，pe达到最小值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）,51,六、离心泵的安装高度ZS,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。,hmin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pe即可。,-最小汽蚀余量,实际的安装高度还应比允许值低0.51m。,52,六、离心泵的安装高度ZS,当输送条件与测定条件不同时，则要对h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，而将其视为外加的安全因数。,h允许的校正：,53,七、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,54,七、离心泵的类型、选用、安装与操作,高效区,选用原则：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,55,第二节 其它类型泵,一、其它速度式泵,56,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,-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,57,1、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7293%。,请点击观看动画,58,2、其他容积式泵：,59,三、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,60,第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,终压p21.15atm，压缩比,终压p24atm，压缩比,终压p24atm，压缩比,终压为大气压，压缩比近似,61,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,62,第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵,一、离心通风机,风压pt：,在风机进出口间列机械能衡算方程式：,又称全风压,Pa,若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pt0,63,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：,64,二、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,思考：为什么压缩比p2/p1不能过大？,由于余隙的存在，压缩比p2/p1过大时，新鲜吸气量会过小。压缩比一般取57以内。超过此值，需用多级压缩。,请点击观看动画,65,二、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，经几次压缩再达到所需的终压。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5。,66,第二章 小结,设计型、操作性问题计算,67,第二章 小结,