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1、1,第二章 流体输送机械,液体输送机械-泵 叶片式、容积式、其他形式 气体输送机械-风机、压缩机、真空泵,2,第一节 离心泵,一、离心泵的操作原理与构造,1、 工作原理,在操作中应避免产生“气缚现象”,3,离心泵外形,4,第一节 离心泵,2、基本部件与 构造,叶轮：开式、半开式、闭式；,泵壳,轴封装置：填料密封、机械密封,5,叶轮：开式、半开式、闭式,第一节 离心泵,6,第一节 离心泵,泵壳 截面积逐步扩大的蜗牛壳形通道蜗壳 液体量大 降低速度,7,第一节 离心泵,导轮 泵壳内在叶轮外周安装的一个固定的带叶片的环,8,第一节 离心泵,轴封装置： 填料密封(填料函) 密封圈, 填入柔性填料 机械
2、密封 由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成,9,第一节 离心泵,吸液方式：单吸、双吸,10,二、离心泵的理论压头和实际压头,1、压头和升扬高度,第一节 离心泵,泵向单位重量液体提供的机械能H m,11,2、理论压头H,假设： （1）叶片无数多 （2）液体为理想流体,可以在叶轮的进、出口列柏努利方程，推导出理论压头 (推导见教材56-58页）,第一节 离心泵,12,产生的原因：,原因一：离心力作功,1 kg液体受到的离心力为：,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。,13,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
3、处与叶片相切，速度w,根据余弦定理可知：,14,离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90,则cos1=0。于是,15,讨论： H与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关； 叶轮直径越大、转速越大，则H越大； 在叶轮转速、直径一定时，流量Q与理论压头H的关系受装置角2的影响如下 :,16,3、实际压头：,叶片间的环流 叶片数、黏度 阻力损失 流速（流量）平方 冲击损失 额定设计,第一节 离心泵,17,三、离心泵的主要性能参数,1、压头H和流量Q,转速n、流量Q、压头H、轴功率N、效率、汽蚀余量等,第一节 离心泵,18,2、有效功率和轴功率,3、效率,容积损失,水力损失,机械损
4、失,容积损失：泵壳与叶轮之间有缝隙，从叶轮四周送出的压力较高的液体会有小量漏回到叶轮的中央入口，这部分液体所引起的能量损失较容积损失。 水力损失：液体流过叶轮、泵壳时的摩擦阻力，流体入口处流动方向改变及边界层的分离导致的水力损失。 机械损失：轴承、密封的机械部件的摩擦损失。,大型泵效率可达90%；小型泵效率一般为5070%。,第一节 离心泵,19,20,四、离心泵的特性曲线及其应用,1、特性曲线,NQ曲线：功率随流量的增大而上升：,Q曲线：效率随流量的增大先增大， 到最大后下降,HQ曲线：压头随流量的增大而下降；,第一节 离心泵,21,3、转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响,转速影响：比例定律,
5、叶轮尺寸的影响：切割定律,2、液体性质对离心泵特性的影响,密度的影响:流量、压头不变；功率变,粘度的影响：粘度大时考虑修正,第一节 离心泵,22,23,五、离心泵的工作点与流量调节,1、管路特性方程,He=B+AQ2,2、离心泵的工作点,3、流量调节,改变阀门开度调节,改变转速调节,改变叶轮尺寸调节,H,Q,A,24,25,六、离心泵的安装高度,ZsHg(ps-p1)/g-u12/2g-hf,动能忽略,1,0,0,1,26,1、“汽蚀”现象,2、汽蚀余量,p1 pv会发生汽蚀。,汽蚀余量 h= (pe /g +ue2/2g)- pv/g ， h愈大，愈能防止汽蚀 hmin(pemin /g +
6、ue2/2g)- pv/g h允许= hmin +0.3,4、离心泵的安装高度,Zs允许(ps-pV)/g-hf- h允许,饱和蒸汽压,27,输送高温或低沸点的液体时，由于其饱和蒸汽压高，允许的吸上高度就会很小，甚至出现负值，就需采取以下措施： （1）尽量减小吸入管内的压头损失。例如：不将调节阀安在进口管路上。 （2）将泵安装在液面下方，使液体自灌而不是吸入。,28,用油泵从密闭容器中送出30的丁烷。容器内丁烷液面上方的绝对压力为343kN/m2。输送到最后，液面将降到泵入口中心线以下2.8m。液体丁烷在30时的密度580kg/m3,饱和蒸汽压304kN/m2。吸入管的压头损失估计为1.5m。
7、所选油泵汽蚀余量3m.问这个泵能否正常操作？,29,类型：,水泵悬臂式泵、多级或双吸式泵,耐腐蚀泵,油泵,杂质泵,七、离心泵的选用、安装与操作,30,1、选用 原则：根据液体性质及操作条件确定泵的类型 根据流量、压头确定泵的型号,2、安装与操作,注意安装高度不得高于允许值,启动前必须在泵内充满液体；,启动时出口阀门应关闭；,离心泵应尽可能在高效率区工作；,离心泵工作时应注意轴发热情况。,31,32,33,第二节 其他类型泵,一、往复泵,34,二、计量泵,35,三、旋转泵,36,四、螺杆泵,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,37,三、 气体输送机械,输送和压缩气体的设备统称气体压送
8、机械。用途： 气体输送 产生高压气体 产生真空,38,一、通风机,1、结构,2、性能参数和特性曲线,3、选用,39,二、离心鼓风机和压缩机,三、往复压缩机,四、真空泵,绝热压缩,等温压缩,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,40,1、通风机（Fan）,工业上常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。 轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。 离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为：,低压离心通风机：出口风压小于1.0 kPa（表压） 中压离心通风机：出口风压1.03.0 k Pa（表压） 高压离心通风机：出口风压3.015.0 k Pa（表压
9、）,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,41,1机壳 2叶轮 3吸入口 4排出口,离心通风机,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,42,离心通风机 （Centrifugal Fan ）,9-19D 高压离心通风机,GY4-73 型锅炉 离心通、引风机,DKT-2系列低噪声离心通风机,B30 防爆轴流通风机,高温离心通风机,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,43,2、鼓风机 （Blower）,罗茨鼓风机（容积式风机、正位移类型）,工作原理：与齿轮泵相似。 结构：由机壳和腰形转子组成。 两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。 改变两转子的旋转方向，则
10、吸入与排出口互换。,工业上常用的鼓风机主要有旋转式和离心式两种类型。,特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工作温度不能超过 85，以防转子因热膨胀而卡住。 罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,44,罗茨鼓风机,L6LD 系列,L10WDA 系列,L4LD 系列,3R5WD 系列,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,45,离心鼓风机 （透平鼓风机 Turboblower ）,工作原理：与离心泵相同。 单级风机的风压较
11、低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。,多级低速离心鼓风机,离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过 0.3 MPa（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,46,离心鼓风机 （透平鼓风机 Turboblower ）,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,47,3、压缩机（Compressor）,工业上使用的压缩机主要有往复式和离心式两种类型。,往复式压缩机 （Reciprocating Compressor）,结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。 工作原理：与往复
12、泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替动作将气体吸入和压出。 气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,48,离心式压缩机,离心式压缩机又称透平压缩机，其主要结构和工作原理与离心鼓风机相似，但压缩机有更多的叶轮级数，通常在10级以上，因此可产生很高的风压。 由于压缩比较高，气体体积收缩大，温升也高，所以压缩机也常分成几段，每段又包括若干级，叶轮直径逐级减小，且在各段之间设有中间冷却器。 离心式压缩机流量大，供气均匀，体积小，维护方便，且机体内无润滑油污染气体。 离心式压缩机在现代大型合成氨工业和石油化工企业中有很多应用，其压强可达几十MPa，
13、流量可达几十万m3/h。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,49,旋片式压缩机,螺杆式压缩机,可连续输出流量超过400 m/min，压力高达1 MPa。 和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出连续的无脉动的压缩空气。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,50,涡旋式压缩机,20 世纪 90 年代开发的高科技压缩机，结构简单，只有四个运行部件。压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而到压缩和排出空气。,特点：效率高、可靠性好，是最节能压缩机。低噪声、长寿命，被誉为“环保型压缩机”。 由于涡旋式压缩机主要运动件涡
14、卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,51,4、真空泵 （Vacuum Pump）,水环真空泵,水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为30%50%，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。,由圆形的泵壳和带有辐射状叶片的叶轮组成。叶轮偏心安装。泵内充有一定量的水，当叶轮旋转时，水在离心力作用下形成水环，将叶片间的空隙分隔为大小不等的气室，当气室由小变大时、形成真空吸入气体；当气室由大到小时，气体被压缩排出。,2019/10/17,第二章 流
15、体的流动与输送,52,旋片真空泵,由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成。泵工作时，旋片始终将泵腔分为吸气、排气两个工作室，转子每转一周，完成两次吸、排气过程。,特点：干式真空泵，适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体。不适宜抽除含尘和对润滑油起化学反应的气体。 可达较高的真空度，如能有效控制管路与泵等接口处的空气漏入，且采用高质量的真空油，真空度可达99.99%以上。,2019/10/17,第二章 流体的流动与输送,53,喷射真空泵,利用工作流体通过喷嘴高速射流时产生真空将气体吸入，在泵体内与工作流体混合后排出。工作流体可以是蒸汽或液体； 结构简单，无运动部件，但效率低，工作流体消耗大。单级可达 90% 的真空度，多级喷射泵可获得更高的真空度。,W 系列水力喷射器,CP 型系列喷射泵,
