1、 第二章 流體輸送機(jī)械 流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用將流體從低能位送往高能位 向流體補(bǔ)加能量 流體輸送機(jī)械的分類 流體輸送機(jī)械按工作原理分類：離心式（葉輪式）往復(fù)式旋轉(zhuǎn)式流體動(dòng)力作用式根據(jù)流體性質(zhì)的不同分成：輸送液體用的泵輸送氣體用的壓縮機(jī)（或風(fēng)機(jī)） 內(nèi)容提要離心泵的操作原理和主要部件 離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線 影響離心泵特性的因素 第一節(jié) 液體輸送機(jī)械其它類型的泵 1、定義：液體輸送機(jī)械就是將能量加給液體 的機(jī)械，通稱泵。2、分類： 離心泵： 往復(fù)泵： 旋轉(zhuǎn)泵： 流體作用泵：一、離心泵的操作原理和主要部件： 1、操作原理： A 獲能（葉輪） B 轉(zhuǎn)能排液（泵殼） C 吸液（入口）可見

2、，離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將動(dòng)能和靜壓給予液體，在泵殼內(nèi)液體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成靜壓能，使液體獲得較高的壓力，壓出泵體外。 2、氣縛現(xiàn)象 3、主要部件A 葉輪：612片后彎葉片 平衡孔：平衡軸向推力B 泵殼（蝸殼） 導(dǎo)輪C 軸封裝置離心泵的結(jié)構(gòu)錄像B型離心泵分解動(dòng)畫葉輪種類A 按葉輪數(shù)目 多級泵 單級泵B 按吸液方式 雙吸式 單吸式C 按所產(chǎn)生的壓頭大小 中壓泵2050mH2O低壓泵50mH2OD 按泵軸的位置 立式泵 臥式泵4、離心泵分類：二、離心泵的主要性能參數(shù) 1、流量（送液能力Q ）單位:m3/s2、揚(yáng)程（H）單位:m3、軸功率（N軸）4、效率（） 泵軸 葉輪 液

3、體能量能量1、離心泵的特性曲線： H-Q曲線： N軸-Q曲線： -Q曲線：三、離心泵的特性曲線及影響因素2 、影響離心泵性能的因素有：密度 N軸=Ne/= QHg /粘度轉(zhuǎn)速 Q1/q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2)2 N1/N2=(n1/n2)3葉輪直徑 Q/Q=D2/D2 H/H=(D2/D2)2 N/N=(D2/D2)3 四、離心泵的氣蝕與允許吸上高度 1、離心泵的氣蝕現(xiàn)象 離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)液體在泵內(nèi)的壓強(qiáng)變化 a）泵入口葉輪入口 靜壓頭 動(dòng)壓頭基本不變,總壓頭 b）葉輪入口葉輪入口轉(zhuǎn)彎點(diǎn)（壓強(qiáng)最低點(diǎn)） 流體流到葉輪轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，消耗能量，靜壓頭，動(dòng)壓頭基不變，總壓頭 c）葉輪轉(zhuǎn)彎點(diǎn)葉輪

4、出口 葉輪對流體做功，靜壓頭 動(dòng)壓頭 總壓頭 d）葉輪出口泵出口 泵殼流道漸大，動(dòng)壓頭一部分轉(zhuǎn)換為靜壓頭，靜壓頭 流動(dòng)又消耗 能量,動(dòng)壓頭 總壓頭汽蝕現(xiàn)象 從上述分析可以看出，在葉輪入口轉(zhuǎn)彎處存在一個(gè)壓強(qiáng)最低點(diǎn)。如果此處附近的最低壓力等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓，液體就會(huì)在該處發(fā)生汽化并產(chǎn)生氣泡，氣泡隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，氣泡在高壓作用下迅速凝結(jié)或破裂，此時(shí)周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生幾萬KPa的壓強(qiáng)，沖擊頻率可高達(dá)幾萬次之多，由于沖擊作用使泵體震動(dòng)并產(chǎn)生噪音，且葉輪局部處在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，使材料表面疲勞，從開始點(diǎn)蝕到形成裂縫，使葉輪或泵殼

5、受到破壞，這種現(xiàn)象稱為“汽蝕現(xiàn)象”。 離心泵的吸液作用是由于吸入液面與泵入口處的壓力差造成，當(dāng)吸入液面壓力一定，而泵入口處的壓力必須大于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓，即壓力差是有限的，由于液體流動(dòng)的推動(dòng)力有限，因此泵的吸上高度也有一個(gè)最大限度，稱為最大吸上高度。泵的安裝位置不允許超過這一高度。 離心泵的氣蝕2、離心泵的允許吸上高度（允許安裝高度） 指泵的吸入口與吸入液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離Hg。設(shè)泵在最大吸上高度上操作，液面壓力P0，泵入口處壓力P1，泵入口處流體流速u，密度，吸入管損失壓頭 Hf 。從吸液面0-0至泵入口1-1列柏氏方程P0/g+u02/2g+z0=P1/g+u12/2g

6、+z1+Hf可以看出，當(dāng)z1上升，Hf0-1上升，則P1下降一直下降到氣蝕允許的最小絕壓，就不能再下降，否則就產(chǎn)生氣蝕，則此時(shí) z1-z0=Hg (u0=0) Hg=(P0-P1)/g - u12/2g - Hf,0-1對于敞口的貯槽P0=PaHg=(Pa-P1)/g-u12/2g-Hf,0-1為了確定離心泵的允許安裝高度，在國產(chǎn)的離心泵標(biāo)準(zhǔn)中，采用兩種指標(biāo)來表示泵的抗氣蝕性能。 離心泵的允許吸上真空度 氣蝕余量 離心泵的允許吸上真空度 為了避免氣蝕現(xiàn)象，泵入口處壓強(qiáng)應(yīng)為允許的最低絕對壓強(qiáng)，則Pa-P1為泵人口處的最高真空度。令Hs=(Pa-P1)/gHs離心泵的允許吸上真空度，是指在泵人口處

7、可允許達(dá)到的最高真空度，m液柱。Hg=Hs- u12/2g - Hf0-1Hs=Hs+(Ha-10)-(PV/9.81103 - 0.24)1000/ (a)、當(dāng)輸送與實(shí)驗(yàn)條件不同的清水時(shí)，可化簡為： Hs1=Hs+(Ha-10)-(HV-0.24)(b)、當(dāng)輸送與實(shí)驗(yàn)條件不同的其他液體時(shí) Hs=HsH2O/氣蝕余量 為了防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵人口處液體的靜壓頭P1/g與動(dòng)壓頭u12/2g之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭PV/g某一最小值，即h=P1/g - u12/2g - Pv/gP1/g - u12/2g =h+Pv/g Hg=P0/g - h - Pv/g - Hf,0-

8、1Hg=Hs - u12/2g - Hf,0-1=(Pa-P1)/g - u12/2g - Hf,0-1h= h為了保證泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生氣蝕Hg實(shí)際=Hg計(jì)算-(10.5)m當(dāng)離心泵發(fā)生氣蝕時(shí)，我們可以通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a,Hs,Hg,易氣蝕Hg,易氣蝕吸入管Hf,0-1,易氣蝕(故一般離心泵的吸入管比排出管粗)密度,Hs,易氣蝕液體溫度T,飽和蒸汽壓,易氣蝕 五、離心泵的工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)1、 管路的特性曲線 管路的特性曲線是表示一定的管路系統(tǒng)所必需的有效壓頭He與流量Qe的關(guān)系。 在一穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，在1-1、2-2列柏努利方程式得： He=Z+P/g+u2/2g+Hf

9、當(dāng)管路系統(tǒng)一定時(shí)，Z與P/g均為定值，上式可整理成如下形式： He=K+BQe2 此式表示在特定的管路中，送液量Qe與所需壓頭He的關(guān)系稱此式為管路特性曲線方程。將此關(guān)系標(biāo)繪在圖上，即可 得HeQe曲線。2、離心泵的工作點(diǎn) 當(dāng)離心泵安裝在一管路中，泵所提供的流量與壓頭（H-Q）,應(yīng)與管路所要的流量與壓頭(He-Qe)相一致。若將(H-Q)與(He-Qe)繪于同一圖中，則兩曲線的交點(diǎn)即為工作點(diǎn)。 3、 離心泵的流量調(diào)節(jié)對一臺(tái)泵而言，其特性曲線H-Q是不會(huì)變的，而管路特性曲線可變。當(dāng)原工作點(diǎn)所提供的流量不滿足新條件下所需要的送液量時(shí)，即應(yīng)設(shè)法改變原工作點(diǎn)的位置，即需要進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)方法有：

10、 在離心泵出口管路上安裝一調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度，即改變He=K+BQ2中之B值。優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、靈活。缺點(diǎn)：閥門關(guān)小時(shí)，管路中阻力增大，能量損失增加，并可能時(shí)泵不在最高效率區(qū)域中工作。故此種調(diào)節(jié)方法多用于流量調(diào)節(jié)幅度不大，而經(jīng)常需要調(diào)節(jié)的場合。 改變泵的特性曲線，如改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速、切削葉輪等。用這種方法調(diào)節(jié)流量在一定范圍內(nèi)可保持泵在高效率區(qū)域中工作，能量利用較經(jīng)濟(jì)，但不方便，需用變速裝置，故應(yīng)用不廣。 六、離心泵的并聯(lián)與串聯(lián)操作 1、 串聯(lián)假若將兩臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)操作，則每臺(tái)泵的壓頭和流量也是各自相同的因此在同一流量下，兩臺(tái)串聯(lián)泵的壓頭為每臺(tái)泵的兩倍。H串=2H單兩臺(tái)泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單

11、臺(tái)泵壓頭的兩倍。H串2H2、 并聯(lián)將兩臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)操作，且各自的吸入管路相同，則兩泵的流量和壓頭必各自相同，在同一壓頭下，兩臺(tái)并聯(lián)泵的流量等于單臺(tái)泵的兩倍。Q并=2Q單兩臺(tái)泵并聯(lián)操作的總流量必低于原單泵流量的兩倍。Q并4 P 23105Pa(表) 鼓風(fēng)機(jī) P2/P1=1.154 通風(fēng)機(jī) P2/P1=11.15 P21.5mH2O(表) 真空泵 用于減壓離心通風(fēng)機(jī) 構(gòu)造和原理:與離心泵相似：機(jī)殼、葉輪、吸入口、排出口 性能參數(shù)和特性曲線 :風(fēng)量、全風(fēng)壓、靜風(fēng)壓、軸功率、效率 離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線級有：Q-HT、Q-Hp、Q-N、Q-離心通風(fēng)機(jī)的選擇 離心通風(fēng)機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)（透平） 主

12、要結(jié)構(gòu)與離心通風(fēng)機(jī)相似，但級數(shù)多，由于P T V故葉輪逐漸變小。壓縮機(jī)在10級以上，必須分段冷卻，以免溫度過高。 離心鼓風(fēng)機(jī)離心壓縮機(jī)離心壓縮機(jī)葉輪往復(fù)壓縮機(jī) 1、氣體壓縮基本原理 理想氣體 PV=nRT=mRT/M P1V1/T1=P2V2/T2等溫壓縮過程 T1=T2 則 P1V1=P2V2 絕熱壓縮過程 P1V1=P2V2 =Cp/Cv T2=T1 多變壓縮過程 P1V1m=P2V2m T2=T1往復(fù)壓縮的構(gòu)造和工作原理 主要構(gòu)造氣缸，活塞，吸入閥和排氣閥。工作原理 壓縮過程、排氣過程、余隙氣體膨脹過程、吸氣過程 往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù) 送氣能力：將壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)的數(shù)值。 Vmin m3/h往復(fù)壓縮機(jī)的理論送氣能力等于單位時(shí)間內(nèi)活塞所掃過的容積：單動(dòng)泵 Vmin=ASnr 雙動(dòng)泵 Vmin=(2A-a)Snr Vmin=dVmin d送氣系數(shù) 0.70.9往復(fù)壓縮機(jī)的軸功率 單級絕熱壓縮的理論功率： N絕= 壓縮機(jī)的軸功率N軸=N絕/絕多級壓縮 理由：避