化工原理(第四版)王志魁课件(化学工业出版社)第二章-流体输送机械.ppt

1、2022-5-241工作介质：液体工作介质：液体泵泵 气体气体风机或压缩机风机或压缩机工作原理：工作原理：动力式动力式( (叶轮式叶轮式) )：离心式、轴流式等；：离心式、轴流式等；容积式（正位移式）：往复式、旋转式等；容积式（正位移式）：往复式、旋转式等；流体作用式：喷射式。流体作用式：喷射式。分类：分类： 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械2022-5-242一、一、 离心泵的工作原理离心泵的工作原理叶轮叶轮泵壳泵壳吸入管路吸入管路排出管路排出管路泵轴泵轴底阀底阀第一节第一节 离心泵离心泵1-1-叶轮；叶轮；2-2-泵壳，泵壳，3-3-泵轴；泵轴；4-4-吸入管；吸入管；5-5-底阀；

2、底阀；6-6-压出管压出管离心泵装置简图离心泵装置简图2022-5-243 由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为现象称为气缚现象气缚现象。 表明离心泵无自吸能力表明离心泵无自吸能力充液（灌泵）充液（灌泵）排液排液: 出口切线方向出口切线方向吸液：叶轮中心吸液：叶轮中心2022-5-244二、离心泵的

3、主要部件二、离心泵的主要部件（1） 叶轮叶轮 作用作用 ：将原动机的能量传给液体，使液体静压能：将原动机的能量传给液体，使液体静压能 及动能都有所提高及动能都有所提高给能装置给能装置 半开（闭）式半开（闭）式闭式闭式开式开式按结构分为：按结构分为：2022-5-245（2） 泵壳泵壳作用：汇集叶轮甩出的液体；作用：汇集叶轮甩出的液体； 实现动能到静压能的转换实现动能到静压能的转换转能装置转能装置； 减少能量损失。减少能量损失。（3） 轴封装置轴封装置作用作用：防止高压液体沿轴漏出；防止高压液体沿轴漏出； 防止外界气体进入泵壳内。防止外界气体进入泵壳内。2022-5-246三、离心泵的主要性能参

4、数三、离心泵的主要性能参数 流量流量 qV单位时间内泵所输送液体的体积，单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或或 m3/h。 压头或扬程压头或扬程 H 单位重量单位重量的液体经泵后所的液体经泵后所获得获得的能量，的能量，J/N或或m液柱。液柱。 效率效率 容积损失；水力损失；机械损失容积损失；水力损失；机械损失 一般，小型泵，效率为一般，小型泵，效率为6085%，大型泵效率可，大型泵效率可达达90%。2022-5-247 轴功率轴功率P轴功率轴功率P，有效功率有效功率Pe WeVPq Hg 而而%100 PPe 9.81kW1000102VVeq Hq HP 或或kW102Vq HP 202

5、2-5-248四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线HqV 、PqV 、 qV：厂家实验测定厂家实验测定一定转速、常压、一定转速、常压、20清水清水（一）离心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲线2022-5-249离心泵特性曲线VqH Vq VPqn一定一定HP Vq2022-5-2410HqV曲线：较大范围内，曲线：较大范围内，qV H PqV曲线：曲线：qVPqV=0时时，PPmin 离心泵启动时，应离心泵启动时，应关闭出口阀门关闭出口阀门2022-5-2411 qV曲线：曲线：离心泵在一定转速下有一最高效率点离心泵在一定转速下有一最高效率点 离心泵的设计点离心泵的设计点离心泵离心泵铭牌铭

6、牌上标注的性能参数均为上标注的性能参数均为最高效率点下之值。最高效率点下之值。离心泵的高效工作区：离心泵的高效工作区：max%92 2022-5-2412（二）（二）离心泵性能的改变与换算离心泵性能的改变与换算（1） 密度的影响密度的影响qV不变不变， H不变，不变，基本不变，基本不变，P随随 变化。变化。（2） 粘度的影响粘度的影响H，qV,，而，而 P2022-5-2413（3） 离心泵转速的影响离心泵转速的影响 当液体的粘度不大，转速变化小于当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认时，认为效率不变，有：为效率不变，有：23222222111111()()VVqnHnPnqnHnPn比例

7、定律比例定律2022-5-2414（一）管路特性曲线（一）管路特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节 在截面在截面1-1 与与2-2 间列柏间列柏努利方程，有：努利方程，有：22fpuHzHgg 特定的管路系统：特定的管路系统： 一一定定p 、z 、dlle 一定一定操作条件一定：操作条件一定：022 gu其中其中：2022-5-2415258ellkgd 令令0pHzg 令令22222512248eeVfeVllllquHdgdgdllqgd 而而认为流体流动进入阻力平方区，认为流体流动进入阻力平方区， 变化较小变化较小 。为一常数为一常数亦为一常数亦为一常数202

8、2-5-2416则则20VHHkq 管路特性方程管路特性方程管路特性曲线管路特性曲线HqVgpz 管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求能量要求泵特性曲线泵特性曲线工作点工作点2022-5-2417（二）工作点（二）工作点解析法：解析法：管路特性方程管路特性方程泵特性方程泵特性方程()VHf q ()VHq 工作点：工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。管路特性曲线与泵特性曲线交点。 （三）（三） 流量调节流量调节改变管路特性：调出口阀门；改变管路特性：调出口阀门；改变泵特性：改变泵特性： 调转速。调转速。2022-5-2418qVqVM2qV

9、MqVM1M1M2MH(1) 改变出口阀门开度改变出口阀门开度适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。关小出口阀关小出口阀 le qV , ,H 管特线变陡管特线变陡 工作点左上移工作点左上移特点：方便、快捷，流量连续变化；特点：方便、快捷，流量连续变化； 阀门消耗阻力，不经济。阀门消耗阻力，不经济。2022-5-2419(2) 改变泵的转速改变泵的转速qVM1qVMqVqVM2(D1DD2)n1nn2n2(D2)n ( D )n1(D1)M2MM1H适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。n泵泵HqV曲线上移

10、曲线上移工作点右上移，工作点右上移， H ， qV 特点：泵在高效率下工作，特点：泵在高效率下工作， 能量利用经济能量利用经济; 需变速装置或切削叶轮。需变速装置或切削叶轮。2022-5-2420（3）离心泵的组合操作离心泵的组合操作 并联操作并联操作H并H单HqV单qV并qVBAqV并并 H单单 2022-5-2421 串联操作串联操作H单H串HqV单qV串qVBAqV串串 qV单单 H串串 hr , pk pv时，时， 不汽蚀不汽蚀 ha hr , pk pv时，开始发生汽蚀时，开始发生汽蚀 ha hr , pk qV需需, H泵泵 H需需 （4） 核算泵的功率。核算泵的功率。2022-5

11、-2429第二节第二节 其其他他类型化工用泵类型化工用泵一、一、 往复泵往复泵（一）（一） 构造与工作原理构造与工作原理主要部件：泵缸、活塞主要部件：泵缸、活塞 和单向活门。和单向活门。2022-5-2430工作原理：工作原理：活塞对流体直接做功，提供静压能活塞对流体直接做功，提供静压能单动往复泵单动往复泵流量不均匀流量不均匀2022-5-2431双动往复泵：双动往复泵：2022-5-2432（二）（二）往复泵的性能参数往复泵的性能参数 流量流量单动泵：理论流量单动泵：理论流量VqASn 理理实际流量实际流量VVVqq 理理 V泵的容积效率，在泵的容积效率，在0.90.97之间之间。流量由泵特

12、性决定，而与管路特性无关流量由泵特性决定，而与管路特性无关。2022-5-2433流量调节方法：流量调节方法：1. 改变活塞的往复次数或冲程；改变活塞的往复次数或冲程；2. 旁路旁路调节。调节。2022-5-2434 压头（压头（ 扬程）扬程）在电机功率范围内，由管路特性决定。在电机功率范围内，由管路特性决定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV正位移特性正位移特性 流量只与泵特性有关，流量只与泵特性有关，而压头只与管路特性有关而压头只与管路特性有关qVqV理理2022-5-2435 功率与效率功率与效率Vq HgP 往复泵的总效率，一般为往复泵的总效率，一般为0.650.85。 适用压头

13、高、流量小的液体，但不能输送腐适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。蚀性大及有固体的悬浮液。2022-5-2436二、二、 齿轮泵齿轮泵具有正位移特性。具有正位移特性。2022-5-2437三、旋涡泵三、旋涡泵（一）结构（一）结构一种特殊的离心泵。一种特殊的离心泵。2022-5-2438（二）特点（二）特点1. 启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；路调节比安装调节阀更经济；2. 能量损失大，效率低能量损失大，效率低（20%40%），不适合输，不适合输送高粘度液体；送高粘度液体；3. 压头比离心泵高压头

14、比离心泵高24倍，适用于高压头、小流量、倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。低粘度清洁液体。2022-5-2439分类：分类：按出口压力或压缩比分为按出口压力或压缩比分为： 通风机通风机 p出出(表表) 15kPa =1=11.151.15 鼓风机鼓风机 p出出(表表)=15300kPa 4 300kPa 44 真空泵真空泵 p出出(表）表）=0 压缩比由真空度决定压缩比由真空度决定第三节第三节 气体输送机械气体输送机械2022-5-2440（一）工作原理与结构（一）工作原理与结构一、离心式通风机一、离心式通风机2022-5-2441（二）性能参数与特性曲线（二）性能参数与特性曲线1.

15、性能参数性能参数（1）风量）风量qV单位时间从风机出口排出的气体体积，单位时间从风机出口排出的气体体积， m3/h或或 m3/s。注意：注意： qV应以风机进口状态计。应以风机进口状态计。2022-5-2442（2）全风压）全风压pt与静风压与静风压ps全风压全风压：单位体积的气体经风机后所获得的能量，：单位体积的气体经风机后所获得的能量，Pa或或mmH2O221211221122efppz guWz guh 22212121()()()2tefpWzzgppuuh 以单位质量的气体为基准以单位质量的气体为基准 以单位体积的气体为基准以单位体积的气体为基准 2022-5-244322122)(

16、upppt 动风压动风压 222dpu 静风压静风压 12ppps全风压全风压tsdppp0)(12 gzz 0fh 01 u2022-5-2444（3）轴功率与效率轴功率与效率W WVtq pP 2. 特性曲线特性曲线 用用20、101.3kPa的的空气空气（ =1.2kg/m3）测测定。定。 风机的全风压与风机的全风压与气体的密度成正比气体的密度成正比。qVPqVqVptqVpSqVn一定一定2022-5-2445( (三三) ) 离心通风机的选用离心通风机的选用 1. 计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；态下的全风压；tttppp

17、 2 . 100 3. 根据根据qV、pt0 选风机的型号。选风机的型号。 qV qV需需 ， pt0 pt0需需2. 根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；2022-5-2446二、鼓风机二、鼓风机（一）离心鼓风机（一）离心鼓风机特点：特点：外形外形 离心泵离心泵外壳直径与厚度之比较大外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多叶片数目较多转速较高转速较高 单级出口表压多在单级出口表压多在30kPa30kPa以内；以内；多级可达多级可达0.3MPa 0.3MPa 2022-5-2447（二）罗茨鼓风机（二）罗茨鼓风机2022-5-2448 流量调节流量调节

18、旁路调节或调转速；旁路调节或调转速； 开机时打开出口阀门；开机时打开出口阀门； 操作温度操作温度 5000rpm）2022-5-2450（二）往复式压缩机（二）往复式压缩机2022-5-24511.工作过程工作过程假设假设 理想气体；理想气体； 气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计；气体流经吸气、排气阀时流动阻力忽略不计； 压缩机无泄漏。压缩机无泄漏。 2022-5-2452（1）理想压缩循环）理想压缩循环压缩过程（压缩过程（1 2）恒压排气过程（恒压排气过程（2 3）恒压吸气过程（恒压吸气过程（4 1）理想压缩循环功：理想压缩循环功：123421SVdpWpp等温等温绝热绝热2022-5-

19、245311221221112111.11kkkkkkkp Vp VpVConstpTTppkWp Vkp 等温压缩等温压缩122212112211lnln.ppVpppVpWConstpVVpVp 绝热压缩绝热压缩2022-5-2454（2）实际压缩循环）实际压缩循环余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。余隙：排气终了时，活塞与气缸之间的空隙。1 2 压缩过程压缩过程2 3 排气过程排气过程4 1 吸气过程吸气过程3 4 膨胀过程膨胀过程余隙气体膨胀余隙气体膨胀吸气吸气压缩压缩排气排气2022-5-2455（3）余隙系数与容积系数）余隙系数与容积系数 .余隙系数余隙系数低压气缸：低压气缸：

20、 8%，高压气缸：高压气缸：可达可达12%。.容积系数容积系数313VVV 活塞推进一次扫过体积活塞推进一次扫过体积余隙体积余隙体积余隙系数余隙系数 31410VVVV 活塞推进一次扫过体积活塞推进一次扫过体积实际吸气体积实际吸气体积容积系数容积系数 2022-5-2456二者关系：二者关系： 111120kpp 吸气量吸气量一定时一定时 )1(012 pp为压缩极限。为压缩极限。，不再吸气，此时，不再吸气，此时吸气量吸气量一定时一定时120120120, , )2(pppppp 讨论：讨论：2022-5-24572. 多级压缩多级压缩2022-5-2458 避免排出气体温度过高；避免排出气体

21、温度过高； 减少功耗，提高压缩机的经济性；减少功耗，提高压缩机的经济性； 提高气缸容积利用率；提高气缸容积利用率； 使压缩机结构更合理。使压缩机结构更合理。 一般当一般当 时，采用多级压缩，常用时，采用多级压缩，常用26级，每级压缩比为级，每级压缩比为35。218pp 2022-5-2459四、四、真空泵真空泵性能：性能：（1）真空度或极限剩余压力；）真空度或极限剩余压力； （2）抽气速率：单位时间在极限剩）抽气速率：单位时间在极限剩 余压力下吸入的气体体积。余压力下吸入的气体体积。（一）往复式真空泵（一）往复式真空泵2022-5-2460（二）（二） 水环真空泵水环真空泵2022-5-2461（三）喷射泵（三）喷射泵