流体输送设备风机泵课件

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1、武汉科技大学 材料与冶金学院 张美杰,热 工 基 础,第一章流体力学基础,绪论 流体静力学 流体动力学 窑炉内的气体力学 量纲分析与相似原理 流体的输送设备 风机、泵、 烟囱、喷射器,6.1 概述 6.2 离心式通风机 6.2.1 基本结构和工作原理 6.2.2离心式通风机的性能参数与特性曲线 6.2.3离心式通风机的工作点与流量调节 6.2.4离心式通风机的类型与选用 6.3 离心泵 6.4 烟囱和喷射器,第六节 流体输送机械,第六节 流体输送机械,第六节 流体输送机械,流体输送是为了将流体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力，都需要向流体施加外部机械能

2、。流体输送机械就是向流体作功以提高其机械能的装置。,目前流体输送机械为通用机械产品，在生产中如何选用既符合生产需要，又比较经济合理的输送机械，同时在操作中做到安全可靠、高效率运行，除了熟知被输送流体的性质、工作条件外，还必须了解各类输送机械的工作原理、结构和特性，以便进行正确地选择和合理使用。本章内容就是介绍常用的流体输送机械及其工作原理、选型计算等。,6.1 概述,流体输送设备,气体输送设备,液体输送设备,风机、喷射器、烟囱自然通风设备,泵,6.1.2 输送机械应满足生产要求,对生产上不同的要求采用不同的输送机械。原因： 流体是多种多样的。水、油、腐蚀性流体等 操作条件千差万别：输送量、效率

3、、轴功率 概括来说，输送机械应满足如下要求： (1)满足工艺上对流率和能量的要求。 (2)结构简单，重量轻，投资费用低。 (3)运行可靠，操作效率高，日程操作费用低。 (4)能适应被输送流体的特性，其中包括粘性、腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、含固体杂质等。,6.1 概述,第六节 流体输送机械,6.1.3 输送机械的分类,流体输送机械按照其工作原理分为： (1)叶片式：利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加， 典型的是离心式、轴流式输送机械。 (2)容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而对 流体作功。典型的是往复式、旋转式输送机械。 (3)其它类型：如利用另外一种流体作用的喷射式等。,6.1

4、概述,第六节 流体输送机械,风机的分类： 根据流体的流动情况， 离心式：流体进入旋转的叶片通道，在离心力的作用下被 压缩并抛向叶片外缘。 混流式：流体以与主轴成某一角度的方向进入旋转页道而 获得能量 贯流式： 按终压(气体出口表压p2)和压缩比(气体出口与进口绝压之比x)分： 通风机：p215kPa，x11.15，主要结构有离心式、轴流式，用于通风换气和送气。 鼓风机：p215294kPa,x4，主要结构为多级离心式、旋转式，用于输送气体。 压缩机：p2294kPa，x4，主要为往复式结构，用于产生高压气体。 真空泵：p2为大气压，x由真空度而定，结构为旋转式，用于将设备中气体抽出而减压。,第

5、六节 流体输送机械,6.1 概述,6.2.1 概述 因终压小(15kPa)，故常用于通风换气和送气。 工业上常用的通风机为离心通风机，按其产生风压大小分为： 低压离心通风机：出口风压低于1kPa(表压) 中压离心通风机：出口风压在13kPa(表压) 高压离心通风机：出口风压在315kPa(表压) 5.2.1离心式通风机的基本结构和工作原理 5.2.1.1离心式通风机的基本结构 离心泵主要由叶轮、机壳等组成，叶轮由若干弯曲叶片组成,6.2 离心式通风机,第六节 流体输送机械,6.2.1.2 离心式通风机的工作原理,第六节 流体输送机械,叶轮旋转,主要包括叶轮、机壳、转轴。 1.叶轮： 前盘、后盘

6、、叶片、轴盘等组成。 叶片：664个，根据叶片的出口安装角度不同，可分为前向、径向、后向3种。 2. 机壳：由蜗壳、进风口、风舌等组成。 蜗壳蜗板和两块侧板焊接咬合而成。,6.2.2 离心式通风机的主要部件,第六节 流体输送机械,阿基米德螺旋线,6.2.3 离心式通风机的运动方程,第六节 流体输送机械,气体入口：u1、w1 出口： u2、w2,u,w,v,6.2.3 离心式通风机的运动方程,第六节 流体输送机械,根据动量距定理：质点系对某一转轴的动量距改变等于时间与外力距的乘积。 叶轮进口圆柱面上流体对于叶轮轴心的动量距： mvu1r1 叶轮出口圆柱面上流体对于叶轮轴心的动量距： mvu2r2

7、 单位时间内动量距的变化： mvu1r1- mvu2r2=Q（ vu1r1- vu2r2） 叶轮的转距：M= Q（ vu1r1- vu2r2） 叶轮的角速度： 叶轮对气体所做的功率：N=M 不考虑能量损失，叶轮对流体所做的功全部转化为流体的能量：N=QHT 即： Q（ vu1r1- vu2r2）= QHT 由于：r1=u1， r2=u2,6.2.3 离心式通风机的运动方程,第六节 流体输送机械,流体所获得的能量（扬程或风压）与流体的运动过程、流体的种类无关，仅与流体在叶片进出口的运动速度有关。,1.流量 在单位时间内风机或泵所输送的流体的体积， 用Q表示，单位为m3s。 如无特殊说明，通常指通

8、过通风机的入口(空气在标准状态下)的体积。即：1atm，20相对湿度50%，空气的密度1.2kg/m3 风量大小取决于风机的结构、叶轮尺寸(叶轮直径与叶片宽度)和转速。,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,流量、风压（泵：扬程）、功率、转速效率,2.风压 （全压、全风压、压力）、静压 单位体积的气体通过风机时所获得的有效能量，HT，Pa。 风压的大小取决于风机的结构尺寸、转速和气体密度，其值目前只能通过实验测定。取1m3气体为基准，在风机进出口截面1-1与2-2间列柏努利方程，得：,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,由于和(Z2Z1)值较小，(Z2

9、Z1)g一项可忽略；风机进出口管段很短，hw 0 ；风机进口直通大气u10，因而上式简化为：,其中： (p2p1)称为静风压，以Hst表示， u22/2称为动风压，二者之和称为全风压。 风机性能表上所列风压，一般是在20，101.3kPa条件下用空气测得的，此时空气密度为1.2kg/m3，在选用通风机时，若输送介质的条件与上述实验条件不同时，应将实际风压HT换算为实验条件下风压H(实际风压HT由柏氏方程导出)：,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,HT、操作条件 HT、实验条件,3.功率 有效功率单位时间内通过风机气体所获得的总能量，用Ne表示 Ne=QP W=QP/10

10、00 kW 轴功率单位时间原动机传递给通风机轴的能量，又叫通风机的输入功率，用N表示。风机的轴功率与风机的结构、尺寸、流量、压头、转速等有关。 NNe,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,计算时Q与H必须为同一状态下的值。风机性能表上给出的轴功率，也是指在20，101.3kPa条件下用空气测定值，当输送介质密度大于1.2kg/m3，应将实验条件下轴功率N换算为实际轴功率N：,4.效率 全压效率通风机的有效功率与轴功率的比，用表示，无因次，其值恒小于100%。 它的大小反映风机在工作时能量损失的大小，风机的效率与风机的大小、类型、制造精密程度、工作条件等有关，由实验测定。

11、风机的能量损失主要包括： (1)容积损失：由于气体流量的变化引起的损失，容积效率V表示。,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,(2)机械损失：由于机械与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率m表示。,总效率： = vmh,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,(3)水力损失：气体流动过程中产生的沿程阻力损失及局部阻力损失。水力损失用水力效率h表示。,5. 转速 n： 风机叶轮每分钟的转速，r/min 6. 比转速ns,6.2.4 离心式通风机的性能参数,第六节 流体输送机械,一定的比转速表示了一定的叶轮的几何形状； 反应风机的性能参数

12、之间的关系； 是风机几何相似的特征数，几何相似的通风机其比转数相同 不同的比转数表示不同类型的风机。,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,实际性能曲线、无因此性能曲线（风机的特性曲线）、风机的选择曲线、风机的管路特性曲线。,（2）随流量的功率减小而减小，当Q=0时，N取最小值。,实际性能曲线是根据标况下的空气绘出的，对于非标况的气体，应根据相似率进行换算。,根据实验得出的流量、风压、功率及由此计算的效率之间的关系曲线,6.2.5.1 实际性能曲线,（1）在某一流量处，效率达最大值；,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,相似率：根据相似性原理，在相似的

13、工况（流动形似）下，风机的原型与模型的参数之间的关系。,条件,公式,项目,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,根据相似率找出“系列”风机的无因此性能参数之间的关系。 风机的无因此性能参数：,全压系数：,功率系数,无因次风机性能曲线代表了系列风机的性能，使用简便，便于设计和选择。,几何相似的同系列风机，在相似工况点的无因次性能参数相同，其无因次性能曲线相同。,流量系数,6.2.5.2 无因次性能曲线（风机的特性曲线）,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,效率随流量增大而上升，达到一最大值后随流量增加而下降。说明在一定转速下，风机存在一最高效率点，称为设

14、计点。效率最高点对应的参数Q、H、N称为最佳工况参数(风机铭牌所标出即指此)。在选用风机时应使其在该点附近工作，一般规定一个工作范围，称为高效区，为最高效率的92%左右。,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,根据要求的流量、风压及相似率求D2、u2； 确定通风机的尺寸及转速。,风机特性曲线的应用：,确定通风机的基本型号；,从响应特性曲线图上查最高效率点时的无因次流量、风压；,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,5.2.5.3 风机的选择性能曲线 为便于选择，在风机样本中，将同一型号的风机，以最高效率点90%范围所包括的一段Q-H曲线，按不同的转速排列

15、在同一张坐标图上，并把转速和功率标出。,流量，Q,全压H,机号No. ？,功率N,转速,6.2.5 离心式通风机的性能曲线,第六节 流体输送机械,5.2.5.4 管路特性曲线,实际工作时风机与一定的管路相联系，其运行状况要受到管路的制约，因此要了解其工作状况，就必须了解管路的工作特性以及和泵特性之间的关系。,它反映在特定的管路中，气体所需压头(He)与流量(Q)的关系。这种关系只与管路的布置条件有关，而与风机的性能无关。,将其关系标绘在HQ坐标图上，即为管路特性曲线，为一抛物线型。,管路特性方程,当通风机安装在一管路中时，风机所提供的风压与流量，必然和管路所要求的风压与流量相一致才能工作，因此

16、同时满足管路特性和风机特性的点称为风机的工作点。在H-Q图中即为管路特性曲线和风机特性曲线的交点M，M点表示了通风机在特定管路中实际能输送的流量和提供的压头。 ,6.2. 6 通风机的工作点,第六节 流体输送机械,风机,管路,如阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由M上移至M1点，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。,第六节 流体输送机械,6.2.7 风机运行工况的稳定性及流量调节,缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。,风机,管路,1. 风机工作的稳定性： 风机工作的流量、风压不偏离工作点的流量和风压。,2. 风机流量的调节,通过改变通风机出口附近的节流阀，改变管路特性曲线来改变风机的工作点。如改变阀门开度，将改变管路的局部阻力，从而使管路特性曲线发生变化，导致风机的工作点随之变化,流量调节,优点：调节流量