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1、第二章 流体输送机械 第一节 概述 第二节 离心泵 第三节 其它类型泵 第四节 气体输送和压缩设备 流体输送机械: 给流体增加机械能的设备 机械能 使液体 p 转换为其它形式 u2/2 克服磨擦阻力 液体泵 输送对象 气体压缩机、鼓风机、 通气机 工作原理 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 其它形式喷射式 掌握要求 基本原理 主要结构 选择泵、计算功率 性能参数 确定安装位置 第二节 离心泵 离心泵的外观 一 主要部件和工作原理 (1)叶轮叶片(+盖板) 4-8个叶片(前弯、后弯,径向) 液体通道 前盖板、后盖板,无盖板 闭式叶轮 半开式 开式 (2)泵壳:泵
2、体的外壳,包围叶轮 截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 液体入口中心 液体出口切线 (3)泵轴:垂直叶轮面叶轮中心。 离心泵装置简图 2离心泵的工作原理 (1)原动机轴叶轮,旋转 离心力叶片间液体 中心外围 液体被做功 动能 高速离开叶轮 (2)泵壳:液体的汇集与能量的转换(动静) (3)吸上原理与气缚现象 叶轮中心低压的形成液体高速离开 p 泵内有气, 则 泵入口压力液体不能吸上气缚 启动前灌泵 (4)轴封的作用 (5)平衡孔的作用消除轴向推力 (6)导轮的作用减少能量损失 二 离心泵的性能参数与特性曲线 离心泵的理论压头 r叶轮半径;叶轮旋转角速度;qv泵的体 积流量;b叶片宽度; 叶片装置角。
3、 离心泵基本方程 叶片无限多,液体完全沿叶片弯曲表面流动 0,理想液体,无磨擦阻力损失 说明: (1)装置角:90度 前弯叶片 0 b、r、, 则H qv ,则H (线性规律) (3)理论压头H与流体的性质无关 (4)H与H的差距叶片间环流;阻力损失;冲击损失 1离心泵的主要性能参数 (1)(叶轮)转速n: 10003000rpm;2900rpm常 见 (2)(体积)流量qv m3/h,叶轮结构、尺寸和转速 (3)压头(扬程)H: 1N流体通过泵获得的机械能。 J/N, m ,叶轮结构、尺寸和n有关。 Hz (4)轴功率P:有效功率Pe 泵轴转动功并非全部转换为液体能量 容积损失:回漏,平衡孔
4、 0.850.95 水力损失:磨擦,边界层 0.8 0.9 机械损失; 有效功率 / 轴功率 0.960.99 轴功率P :单位时间原动机输入泵轴的能量 有效功率Pe:单位时间内液体从泵中叶轮获得 的有效能量。 Pe=qvg H (5)效率: = Pe/ P 100% 容积损失,水力损失,机械损失 2离心泵的性能曲线 Hqv Pqv qv 厂家实验测定产品说明书 20C清水 离心泵特性曲线 说明: Hqv曲线,qv,H。 qv很小时可能例外 Pqv曲线: qv,P 。 大流量大电机 关闭出口阀启动泵,启动电流最小 qv曲线 :小qv , ;大qv, 。 max 泵的铭牌与max对应的性能参数
5、选型时 max 3离心泵特性的影响因素 (1)流体的性质: 密度: , (P、Pe) (H,qv,)与无关; 粘度: ,(H,qv,); P 工作流体20水差别大 参数和曲线变化 (2)转速比例定律 n 20%以内 (3)叶轮直径切割定律 D -5%以内 三 离心泵的工作点和流量调节 问题: 工作时,qv, H, P, =? 1.管路特性曲线 外加压头 qv ,Hf ,H H qv 管路特性(方程) 管路流量所需外加压头 管路压头损失 管路(2)阀门关 小到k=5.0时的工作流量qvA与扬程HB;(3)对于 流量qvB,因阀门开度由k=2.5关小到k=5.0,管路阻 力损失增加了多少?(4)若
6、不用改变阀门开度而用 改变转速,使流量从qvA调到qvB,试求转速应调到 多少? 4、离心泵的并联操作 当流量达不到要求时,可以考虑并联操作。 5、离心泵的串联操作 为了使管路的输液距离增大, 流量增多,需要提高泵的扬 程,可以考虑两台泵的串联。 例2-3 离心泵组合方式的比较 用离心泵将水库中的水运到灌溉渠,两液面维 持恒差16m,管路系统的压头损失可表示为 Hf=5.2105qv2 库房里有两台规格相同的离心泵,单台泵的特 性方程为 H=38-4.2105qv2 试计算两台泵如何组合操作能获得较大的输水 量。 四 离心泵的安装高度 安装高度: 问题: 液面到泵入口处的垂直距离(Hg) 安装
7、高度有无限制? 0-01-1,B.E. Hg,则p1 当p1pv,叶轮中心汽化汽泡 被抛向外围 凝结 压力升高 周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤) 伴随现象泵体振动并发出噪音 H, qv , 严重时不送液; 时间长久,水锤冲击和化学腐蚀,损坏叶片 安装高度 ,汽蚀 问题:如何确定Hg的上限 允许安装高度 (1)三个基本概念: 2汽蚀余量与允许安装高度 (有效)汽蚀余量ha: 泵入口处:动压头+静压头-饱和蒸汽压头(液柱) ha的物理意义: ha,p1 汽蚀 必需汽蚀余量hr: 液体从泵入口到叶轮内最低压力点处的全部压头损失 泵入口处:动压头+静压头= 用实验测定 允许汽蚀余量h 比必需
8、汽蚀余量大0.3米 正常运转的泵 (2)由h计算最大安装高度Hgmax和Hg允许 (3)允许汽蚀余量的校正 h20度清水,条件不同时要校正,校正曲线说明 书 3讨论 (1)汽蚀现象产生的原因: 安装高度太高; 被输送流体的温度太高,液体蒸汽压过高; 吸入管路阻力或压头损失太高。 (2)计算出的Hgmax0, 低于贮槽液面安装 (3) Hgmax大小qv。 qv,则Hgmax ,保险 。 (4)安装泵时为保险, Hg比Hgmax还要小0.5至1米。 (5) 允许吸上真空度 允许汽蚀余量 Hgmax 用可能的最大qv计算Hgmax 例 2-4 某台离心水泵,从样本上查得其汽蚀余量 h=2m(水柱)
9、。现用此泵水送敞口水槽中 40的清水,若泵吸入口距水面以上4m高度处 ,吸入管路的压头损失为1m(水柱),当地的 大气压强为0.1MPa。试求泵的安装高度是否合 适。 例2-5 液体密度对离心泵工作点的影响 用离心泵向密闭高位槽送料,在特定转速下,泵的特 定方程为 H=42-7.60104 qv2 当水在管内的流量qv=0.01m3/s时,流动进入阻力平 方区。现改送密度为=1260kg/m3的水溶液(其他 性质和水相近)时,密闭容器内维持表压118KPa不 变,试求输送液体时的流量和有效功率。 例2-6 管路两端面上压力差变化对离心泵工作 点的影响 例2-5的管路系统,因工艺条件变化,要求
10、密闭高位槽改变为常压。试求常压下的管路 特性方程及水溶液的流量。 六 离心泵的类型、选用、安装与操作 1 离心泵的类型: 按输送液体的性质不同 (1)清水泵:输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少 的液体。结构简单,造价低。 IS (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 (4)杂质泵:输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液, 叶轮流道宽,叶片数少。 P 单吸泵;双吸泵 单级泵;多级泵 串联组合;并联组合 2 离心泵的选用 (1)根据液体的性质确定类型 (2)确定管路流量和所需外加压头。 qv生产任务,H 管路的特
11、性方程。 (3)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。 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 为保险,所选泵可以稍大;但若太大,能量利用程度 低。 3 离心泵的安装与操作 安装 安装高度应小于允许安装高度 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
12、口阀,以免损坏叶轮 经常检查轴封情况 例2-7 离心泵的选型 如课本81页图,需要安装一台泵,将流量 45m3/h,温度20的河水水送到高位槽,高 位槽水面高出河面10m,管路总长度为15m。 任选一台离心泵,并确定安装高度。 第三节 其它类型泵 一 往复泵 1结构和工作原理 主要部件: 泵缸;活塞;活 塞杆;吸入阀、 排出阀 工作原理: 说明: 活塞往复运动,直接以静压能形式向液体供能 单动泵,供液不连续;双动泵,连续。 为耐高压,活塞和连杆用柱塞代替。 单动、双动和三联泵: 2往复泵的流量和压头 (1)理论平均流量 单动 双动 (2)实际平均流量 =容积效率理论平均流量 与压头无关 (3)
13、瞬时流量的不均匀性 单动泵,吸、排液不连续 曲柄连杆,活塞运动速度时间正弦规律 (4)流量的精确性 qv仅活塞面积、冲程、往复频率 (5)往复泵的压头 挤压供液,H任意高。 材料强度,密封,电机负载 最终取决于管路特性 (6)特性曲线 qv仅泵,与管路(和H)无关 H仅管路,与泵(和qv)无关 正位移特性 高阻高压! 3往复泵的操作要点和流量调节 (1)适用场合与流体(qv不太大,H较高,非腐蚀和悬浮物) (2)安装高度有一定的限制 (3)有自吸作用,启动前无需要灌泵 (4)一般不设出口阀,有也必须打开启动 (5)往复泵的流量调节方法: 用旁路阀调节流量 改变曲柄转速 改变活塞的行程 二 计量
14、泵 1 外观 2 工作原理 往复泵的一种 原动机偏心轮转动柱塞的往复运动 3 流量调节 调整偏心度柱塞冲程变化 流量调节。 4 应用场合 输送量或配比要求非常精确 三 隔膜泵 1 外观 2 工作原理 往复泵的一种 3 流量调节 调整活柱往复频率或旁路 4 应用场合 腐蚀性的液体、固体悬浮液 四 齿轮泵 1 剖开 2 工作原理 旋转泵的一种 3 流量调节 4 应用场合 转速或旁路 高压头、小流量。粘稠以至膏状物。 固体悬浮液 五 螺杆泵 1 外观 2 工作原理 旋转泵的一种螺纹在旋转时有推进作用 单螺杆双螺杆三螺杆 3 流量调节 转速或旁路 4 应用场合 高压头、小流量。粘稠以至膏状物。 固体悬
15、浮液 六 旋涡泵 1 工作原理 特殊类型的离心泵 叶轮开有凹槽的圆盘引水道 叶轮旋转,凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间往反 多次,被多次做功。 2 流量调节 qv, P 与正位移泵相同 3 应用场合 qv,H 高压头,较小流量 固体悬浮液,高粘度流体 第四节 气体输送机械 一 概述 1气体输送机械在工业生产中的应用 气体输送 压力不高,但量大,动力消耗大 产生高压气体: 终到设备压力高 生产真空: 上游设备负压操作 2气体输送机械的一般特点 动力消耗大 设备体积庞大 特殊性气体的可压缩性 3气体输送机械的分类 工作原理离心式、旋转式、往复式、喷射式等 出口压力(终压)和压缩比 通风机:终压15kPa,压缩比1至1.15 鼓风机:终压15300kPa,压缩比小于4。 压缩机:终压300kPa以上,压缩比大于4。 真空泵: 造成负压,终压p0,压缩比由真空度决定。 二 离心式通风机 1离心式通风机的结构特点 叶轮直径较大 适应大风量 叶片数较多 叶片有平直、前弯、后弯 不求高效率时前弯 机壳内逐渐扩大的通道及出