化工原理PP.

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1、1,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,1 概述,1.1管路特性 图中表示包括输送机械在内的某管路系统。为将流体由低能位处向高能位处输送，单位重量流体需补加的能量为H，则：,输送管路中的流速为：,第二章 流体输送机械, 管路特性方程,表述管路系统输送流体的流量与所需机械能的关系。,第二章 流体输送机械,管路特性曲线：代表管路特性方程的曲线。 对给定的管路，（p/g+z）固定不变，所以 K 值代表了管路系统的阻力特性。高阻管路 K 值大，如图中曲线 2 所示，曲线更陡峭，表明完成同样的流体输送任务需要提供更大的能量。,阻力部分：流量、管径，管长，相对粗糙度,势能增加部分：位差、压差、密度

2、,1.2管路特性的影响因素：,第二章 流体输送机械,流体输送机械,1.3 流体输送机械分类,第二章 流体输送机械,按工作原理分:,1.3 流体输送机械分类,动力式（叶轮式）：离心式，轴流式,容积式（正位移式）：往复式、旋转式,其它类型,第二章 流体输送机械,2 离心泵,第二章 流体输送机械,2 离心泵,2.1离心泵的工作原理,1 主要构件,第二章 流体输送机械,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？,2、离心泵的工作原理,泵在运转时吸入管路和泵的轴心处常处于负压状态，若管路及轴封密封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降。若平

3、均密度下降严重，泵将无法吸上液体。,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,离心泵主要构件的结构及功能,1叶轮,思考：三种叶轮中哪一种效率高？,闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大。 但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象,迫使液体高速旋转，形成 中心加入低势能、低动能液体 外缘输出高势能、高动能液体,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,2泵壳,思考：泵壳的主要作用是什么？,汇集液体，并导出液体； 能量转换装置,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,压头：又称扬程。 用H表示，单位m。,3 离心泵的理论压头和实际压头,指泵提供给单位重量液体的能量,第二章 流体输送机械,理论压

4、头：理想情况下泵提供给单位重量液体的能量，用HT表示。,2 等角速度旋转运动的流量能量关系,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,则流体质点在叶片通道内的相对运动速度应满足,若以旋转坐标为参照系，设流动是定态的。,第二章 流体输送机械,对叶轮进、出口截面列出机械能守恒式：,第二章 流体输送机械,以静止物体作为参照系：,根据余弦定理可知：,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,离心泵的流量：,泵的理论压头与流量的关系：,泵的理论压头与流量的关系,第二章 流体输送机械,理论压头的影响因素,请思考：与HT有关的因素有哪些？分别是怎样的关系？,讨论： （1）理论压头与流量qv、叶轮转速、叶

5、轮的尺寸和构造r2、b2、2）有关；,（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；,第二章 流体输送机械,叶片后弯，20， 即HT随流量增大而减小；,叶片径向，2=90，ctg2=0， 即HT不随流量而变化；,叶片前弯，290，ctg20， 即HT随流量增大而增大。,第二章 流体输送机械,思考：为什么工业用泵采用后弯叶片的居多？,c2,w2,u2,后弯叶片,c2小，泵内流动阻力损失小,第二章 流体输送机械,（4）理论压头HT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。,思考： 泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？,有关，gHT 与

6、密度呈正比。,第二章 流体输送机械,2.1.1 离心泵 四、离心泵的主要性能参数和特性曲线 五、离心泵的工作点与流量调节 习题课,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,1离心泵的主要性能参数,第二章 流体输送机械,He，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。 可测量,qv，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 可测量,转速,流量,压头,n，单位r.p.s或r.p.m,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,第二章 流体输送机械,轴功率和效率,Pa，又称功率，单位W 或kW,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,，无量纲,第二章 流体输送机械,与

7、效率有关的各种能量损失：,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,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,泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦,第二章 流体输送机械,包括 ：Hqv曲线 Paqv曲线、 qv曲线,2. 离心泵特性曲线及其换算,用20C清水测定,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,由图可见： qv，H ，Pa，有最大值。,思考： 离心泵启动时均关闭出口阀门，why？ 为什么qv0时，Pa0？,第二章 流体输送机械,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,离心泵特性曲线的影响因素： 液体性质 密度:,黏度:,当比20清水的大时，H，p

8、a，,实验表明，当210-5m2/s时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。,20清水的运动粘度=110-6m2/s,第二章 流体输送机械,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：,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,若不变，则,思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为 则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？,第二章 流体输送机械,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,泵在原转速n下的特性曲线方程,第二章 流体输送机械,四离心泵的主要性能参数和特性曲线,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

9、程为 则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？,第二章 流体输送机械,五、离心泵的工作点与流量调节,泵-供方 管路-需方,匹配：,管路特性曲线,泵的特性曲线,第二章 流体输送机械,五、离心泵的工作点与流量调节,2、流量调节,调节阀门,改变n、切割叶轮,阀门开大,阀门关小,工作点,第二章 流体输送机械,离心泵的串联与并联,并联：压头变化不大， 流量增大。,泵的特性： H2 = H1 qv2 = 2qv1,泵的特性： H2 =2 H1 , qv2 = qv1,L,实际管路： H2 H1 qv2 2qv1,串联：流量变化不大， 压头增大。,实际管路： H2 qv1,如果阻力大，K大，曲线越陡峭，H2 2

10、H1 。,第二章 流体输送机械,当Dz+Dp/rgH单max时，,组合方式的选择,V,第二章 流体输送机械,-选泵,习题课,-选泵,第二章 流体输送机械,水从高位槽A流向低位槽B，管路为1084mm钢管，管长150m，管路上有1个90弯头，一个标准阀（全开）。两槽液面维持恒定，高差为12m。试问水温20时，此管路的输水量为若干m3/h？已知摩擦因数0.03。,若在管路装一台泵，将水以相同的流量从槽B输送到槽A，则泵所需的有效功率为多少？下面的三台离心泵，应选哪台泵较合适？,12m,A,B,1 1,2 2,设计型问题举例,第二章 流体输送机械,(1),(2),1 1,2 2,若在管路装一台泵，将

11、水以相同的流量从槽B输送到槽A，则泵所需的有效功率为多少？,设计型问题计算举例,解：,在1-1面与2-2面间机械能衡算,根据qv、He的大小，故应选2泵。,第二章 流体输送机械,操作性问题计算举例,例2 某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特性曲线方程为 ，式中qV的单位为m3/h，He的单位均为m。用此泵将常温水从敞口槽输送至表压为100kPa的反应器中，输送管路为484mm钢管，管长50m，管路上有3个90弯头，一个标准阀（半开），摩擦因数0.03，输送高度为10m。求： （1）泵的输水量为多少？ （2）阀全开时，泵的输水量又为多少？,解（1）,管路特性曲线方程：,

12、第二章 流体输送机械,式中qv的单位为m3/s,式中qv的单位为m3/h,操作性问题计算举例,阀半开,第二章 流体输送机械,(2)阀全开时：泵的输水量又为多少？,管路特性曲线方程：,操作性问题计算举例,式中qV的单位为m3/s,式中qv的单位为m3/h,阀半开,阀全开,第二章 流体输送机械,（3）要求所需供水量为阀半开时供水量的75%时，则节流损失的压头为多少m水柱？,阀半开时，管路特性曲线方程：,阀半开,阀关小,第二章 流体输送机械,七、离心泵的安装高度 八、离心泵的类型和选用 2.3 其他类型泵 2.5 气体输送机械 一、离心通风机,第二章 流体输送机械,第二章 流体输送机械,七、离心泵的

13、安装高度Hg,1、什么是安装高度？,第二章 流体输送机械,为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制.,七、离心泵的安装高度Zs,为什么会有安装高度问题？,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。,第二章 流体输送机械,离心泵的汽蚀余量NPSH,离心泵在正常运转时，泵入口截面1-1的压力p1和叶轮入口附近截面K-K的压力pK密切相关，在1-1与K-K截面之间列伯努力方程：,在一定流量下，当 pk = pv 时 ，汽蚀发生，令此时的 p1 为 p1,min，,离心泵的临界汽蚀余量

14、,第二章 流体输送机械,而泵的样本中给出的必需汽蚀余量为(NPSH)r .它是在制造厂实验确定的(NPSH)c的基础上按标准规定加上一定裕量后的值。,以贮液池底为基准，在0-0与1-1截面之间列伯努力方程：,实际汽蚀余量,第二章 流体输送机械,离心泵的实际安 装高度Hg 应小于Hg。 减少吸入管路的阻力， 可提高泵的安装高度。 故离心泵的入口管径都 大于出口管径。,离心泵的最大允许安装高度,第二章 流体输送机械,八、离心泵的类型、选用,类型：不下百种,第二章 流体输送机械,双吸泵,第二章 流体输送机械,多级泵,第二章 流体输送机械,（1）清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简

15、单，造价低。 IS ,D,SH,（2）耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。 F,（3）油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。 Y,第二章 流体输送机械,高效区,八、离心泵的类型、选用,选用原则： （1）定类型-根据流体性质及操作条件 （2）定型号-根据流量、压头大小，高效,第二章 流体输送机械,根据所需qv和H确定泵的型号,查性能表或曲线，要求泵的H和qv与管路所需相适应。,若需qv有变，以最大qv为准，H应以最大qv值查找。,若泵的H和qv与管路所需不符，在邻型号中找H和qv都稍大一点的，但在该条件下泵的效率应比较高。,若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。,若几个型号都行，应选在操作条件下最高者,第二章 流体输送机械,3 离心泵的安装与操作,安装,安装高度应小于最大允许安装高度,尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少； 调节阀应装于出口管路。,操作,启动前应灌泵，并排气。,应在出口阀关闭的情况下启动泵,停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮,经常检查轴封情况,第二章 流体输送机械,2.4 往复泵,一、往复泵,工作原理：,与离心泵比较：,由于受泵的部