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1、第二章：流体输送机械2.1 离心泵130mP49pa真空度19. 内截面为1000mm1200mm的矩形烟囱高为为30m。 平均摩尔质质量为为30kg/kmol，平均温度为为400的烟道气 自下而上流动动，烟囱下端维维持在49pa的真空度。在烟囱在烟囱 高度范围内大气的密度可以视为定值，大气温度为高度范围内大气的密度可以视为定值，大气温度为2020 ，地面处处的大气压压强为为101.33103pa。流体流经经烟囱的 摩擦系数为为0.05，试试求烟道气的流量为为若干，kg/h？解：已知：z10m，z230m，p149pa真空度， p2 ？u？ 选择烟囱下端为截面1-1，顶端为2-2。截面1-1为
2、基准水平面。 根据题意，查表的20，压压强为为101.33103pa空气的密 度为为1.205kg/m3。1-12-2作业中的问题2所以，可以使用柏努利方程。对1-1和2-2截面建立柏努利方程34主要问题：1、顶部压强计算错误。 2、没有考虑伯努利方程应用条件 2、温度理解错误。管路系统中总能量损失公式5第二章：流体输送机械液体输送设备气体输送设备6第一节 液体输送设备一离心泵工作原理和主要部件 二离心泵的基本方程式 三离心泵的主要性能参数与特性曲线 四离心泵性能参数的改变及换算 五离心泵的气蚀现象与允许吸上的高度 六泵的工作点与流量调节 七离心泵的组合操作串、并联 八其它类型的泵7在化工生产
3、中，常常需要将流体从低位输送到高处；从低压 设备输送到高压设备；沿管道输送到较远的地方。 要克服位能、静压能之差及摩擦阻力引起的能量损失 为此，必须借助一定的输送设备，对流体作功，以补充足 够的能量，这种为输送流体而提供能量的机械-流体输送机械流体输送机械的目的:给流体加入机械能以实现非自动过程 输送液体的机械通称为泵；例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。输送气体的机械按不同的工况分别称为:通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 绪论8本章的目的：结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等。按工作原理：
4、 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：喷射式 等。9液体输送设备的种类很多,按照工作原理的不同,分为离心 泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。其中,以离心泵在生产 上应用最为广泛。2-1-1 离心泵离心泵的优点：1.结构简单，操作容易，便于 调节和自控2.流量均匀，效率较高3.流量和压头的适用范围较广4.适用于输送腐蚀性或含有 悬 浮物的液体。1011一离心泵的操作原理、构造与类型 1、构造 由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。 叶轮紧固于泵轴上，泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。 12 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在
5、吸入管底部装一止逆阀。 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。2、基本部件和构造1离心泵的构造： 131）叶轮a)叶轮的作用将电动机的机械能传给液体,使液体的动能和静压能都有所提高。 b)叶轮的分类 根 据 结 构闭式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流 体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。1415按 吸 液 方 式 单吸式双吸式液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可以从两侧吸入液体，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向
6、推力。 162）泵壳 A. 泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。B. 导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。 17思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？183）轴封装置A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。B 轴封的分类 轴 封 装 置 填料密
7、封： 机械密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。 主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上的静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。 192021离心泵的工作过程：开泵前，先在泵内灌满要输送的液体 。开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，使其机械能增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为静压能。最后液体以较高的静压能从排出口流入排出管道。22泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）
8、与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。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？2324离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处 产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心 泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调 节流量。气 缚25二、离心泵的基本方程式 1、离心泵基本方程式的
9、导出 假设如下理想情况：1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度 为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任 何环流现象。2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。在本章习惯上用压头来表示泵对单位重量流体所提供的能量HTJ / N（m）26在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括： 液体随叶轮旋转 ； 经叶轮流道向外流动 。 a、液体与叶轮一起旋转的速度u1、u2方向与所处圆周的切线方向一致，大小为： b、液体沿叶片表面运动的速度w1、w2，方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关 A、流体流速分析27d、速度三角形 c与u的夹角 w和u的反向延长线夹角
10、c、两种速度的合速度c单位重量理想液体，通过无数叶片的旋转，获得的能量称作理论压头，用H表示。B、流体能量分析28单位重量液体由点1到点2获得的机械能为:HC : 液体经叶轮后动能的增加量 HP : 液体经叶轮后静压能的增加量；29静压能增加项HP主要由两方面的因素促成：1）液体在叶轮内接受离心力所作的外功，单位质量液体所接受的外功可以表示为： 2）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，液体通过时部分动能转化为静压能，这部分静压能的增加可表示为： 30单位重量流体经叶轮后的静压能增加为:（a）根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为： 31代入（a）式，并整理可得到：(b)一般
11、离心泵的设计中，为提高理论压头，使1=90，即 cos1=0离心泵的基本方程式离心泵理论压头的表达式 32C、理论压头与理论流量QT关系 流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积从点2处的速度三角形可以得出33代入 H=u2c2cos2/g 离心泵基本方程式 表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状间的关系。对于某个离心泵（即其2、2、b2固定），当转速一定时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：342、离心泵基本方程式的讨论1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸（b2，2）与理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增
12、加而加大。2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角2的大小,叶片形状可分为三种: 35a）径向叶片（2=90，图a），ctg2=0 。泵的理论压头不随 流量QT而变化。b）后弯叶片(20 。泵的理论压头随流量 QT的增大而减小 c）前弯叶片(290，图c)，ctg20 。泵的理论压头随理论 流量QT的增大而增大。 36前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式的叶片吗？NO QT37静压头的增加：动压头的增加：前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有 大量机械能损失，使泵的效率降低 。 一般都采用后弯叶片 离心泵需要
13、增大的是静压能，如果动能大，则传输时的能 量损失大，有效能量反而小38（4）理论压头与液体密度无关这就是说，同一台泵无论输送何种液体，所能提 供的理论压头是相同的。注意：泵对单位体积流体所加的能量，泵进出口处的压强 差与密度呈正比P=gHT393、实际压头 离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流 :主要取决于叶片数目、装置角2、叶轮大小、液体粘度等因素，而几乎与流量大小无关。2）流体的阻力损失 3）冲击损失 40理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为41三离心泵的主要性能参数与特性曲线 1、离心泵的性能参数 1）
14、离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力 。2）离心泵的压头泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。42离心泵的压头取决于： 泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 流量 Q如何确定转速一定时 ，泵的压头与流量之间的关系呢？实验测定43H的计算可根据2、3两截面间的柏努利方程：离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。 443）离心泵的效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所
15、做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。这些能量损失包括：容积损失:流量泄漏所造成的能量损失，一般闭式为容积效率v 0.85-0.95水力损失:流动阻力所造成的能量损失h水力效率机械损失:轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失，机械效率m 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关 454）轴功率及有效功率轴功率： 电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为J/S,W或kW有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 轴功率和有效功率之间的关系为 ：有效功率可表达为 轴功率可直接利用效率计算462、离心泵的特性曲线 离心
16、泵的H、 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：HQ 、Q 、 NQ 离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点 47481）HQ曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）2）NQ曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。3）Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。49离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率
