第二章节流体输送幻灯片

《第二章节流体输送幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章节流体输送幻灯片（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 二 章,流 体 输 送,Fluid Transport,第一节 离心泵,第二节 其他类型的泵,第三节 风机,第四节 气体压缩,第五节 真空技术,第一节 离心泵,2-1 离心泵的结构原理,2.1A 离心泵的工作原理,2.1B 离心泵的主要部件,2-2 离心泵的性能,2.2A 离心泵的主要性能参数,2.2B 离心泵的特性曲线,2-3 离心泵的安装高度和工作点,2.3A 离心泵的安装高度,2.3B 离心泵的工作点,2-1 离心泵的结构原理,离心泵（centrifugal pump）是生产中最常用的 液体输送机械,2.1A 离心泵的工作原理,泵由一组弯曲叶片组成的 叶轮1置于泵壳2内,叶轮被紧固在

2、泵轴3上,泵壳中央的吸入口4与 吸入管路5连接,排出口8与排出管路9 相连接,2.1B 离心泵的主要部件,1.叶轮 通常有开式、半开式和闭式,2.泵壳 呈蜗牛壳形，有时在叶轮和泵壳之间 安装一个导轮。,3. 轴封装置 填料密封，机械密封,3导轮,1泵壳,2叶轮,2-2 离心泵的性能,2.2A 离心泵的主要性能参数,1.流量qv,泵在单位时间内排出的液体体积, m3/s,2.转速 n,泵轴单位时间转动周数，r/s, r/min,3.扬程 H,泵给予单位重量（1N）液体的能量，m (即J/N),液体流经泵的压头损失，m,4.功率,轴功率P 指由原动机传给泵轴的功率，单位W,有效功率Pe,单位时间流

3、体经泵得到的能量,w =Hg,qm = qv,5.效率,=Pe / P,P = Pe /,这些性能参数间是相互影响的,Pe=qvHg (W),2.2B 离心泵的特性曲线,性能参数间的关系绘成曲线称为离心泵的 特性曲线（Characteristic curves）,离心泵的特 性曲线一般指 在转速 n 一定 时三条曲线：,Hqv,P qv,qv,qv曲线 有最高点,习题1（p.78） 求离心泵的压头H,吸入管d1 = 350mm,吸入口pvm = 29.3kPa,排出管d2 = 310mm， 排出口pg = 350kPa，两表间垂直距离350mm,流量540m3/h,解,p = pg + pvm

4、 = 350+29.3 = 379.3 kPa,=39.1m,2-3 离心泵的安装高度和工作点,2.3A 离心泵的安装高度,离心泵吸入口中心到贮液面的垂直高度Hg,防止汽蚀的产生，要求p1pv , 使泵Hg受限。,汽蚀：当p1pv,液体沸腾汽 化，又被压缩，V ,液体质 点急剧补位冲击对泵叶片的 损伤,求Hg 常用两法：通过 允许吸上真空高度Hs 汽蚀余量h,1.允许吸上真空高度Hs,0-0和1-1间伯努利方程：,液体经吸入管的压头损失，m,离心泵的Hs值由制造厂在样本或说明书中给出,如环境非标准大气压,液体非温度20水,Hs应校正：,大气压头,饱和蒸汽压头,2.汽蚀余量h,泵入口处液体的静压

5、头与动压头之和超过其饱 和蒸汽压头的某一最小指定值,2.3B 离心泵的工作点,1.管路特性曲线,令,令,2. 离心泵的工作点,将离心泵的特性曲线II和管路特性曲线I绘制 在同一压头-流量坐标图上,两曲线相交点M, 是 离心泵在该管路中的 工作点（duty point）,若工作点所对应效 率在最高效率区，则 该工作点是适宜的,3. 流量调节,可以采用流量调节改变 管路特性曲线,或者改变泵的特性曲线, 改变泵的 工作点M,使工作点处于高效率区。,习题5（p.78）离心泵的安装高度,2B31型，流量20m3/h,吸入管压头损失1.5m,动压头 可忽略，允许吸上真空高度7.2m,（1）pa = 98.

6、1kPa,输送20清水；,（2）pa = 98.1kPa,输送60清水；,（3）在拉萨（海拔3658m）,输送20清水,解,（1）Ha =10m, Hv = 0.24m,(2) 查60水，pv = 19.9kPa,(3),例 某离心泵qv = 280L/min, H = 18m,问该泵能否将 密度1060kg/m3的液体以流量15m3/h从敞口槽送到高8.5m,表压300kPa的设备中.管路763.5mm, l+le = 124m,=0.03。,解,H = 18m,两者qv相近，但泵H远小于管路系统所需H ，,不能完成,第二节 其他类型的泵,除离心泵外，其他类型的泵：往复泵和旋转泵 都属正位移

7、泵，流量只与活塞和转子的位移有关,2-5 往复泵,2.5A 往复泵的工作原理,往复泵（reciprocating pump） 主要由泵缸1,活塞或柱塞2，吸入 阀3，排出阀4等所组成,当活塞自左至右移动时，工作 室容积增大，形成低压,吸入管内液体推开吸入阀 进入工作室,当活塞由右至左移动时，吸入阀受压而关闭， 排出阀被高压液体推开，缸内液体被压入排出管路。,往复泵有多种形式,压头较高的液体输送用柱塞泵,柱塞泵,输送腐蚀性强的液体用隔膜泵,隔膜泵,2柱塞,5隔膜,2.5B 往复泵的输液量和流量调节,1. 往复泵的输液量,单缸单动往复泵的理论平均流量：,单缸双动：,三柱塞往复泵：,qvt=3Asn

8、,实际平均输出液量：,s冲程，m,2.往复泵的特性曲线,理论上往复泵流量qv与压头H无关,象往复泵这类泵，流量只与活塞的位移有关而 与管路无关；而其扬程只与管路情况有关而与流 量无关：此即为正位移泵,其特性曲线：,qvt与H无关,qv当H较大而稍有,3.流量调节,(1)改变s和n,(2)安回流支路,2-6 旋转泵,旋转泵（rotary pump） 依靠泵体内转子的旋转 作用而吸入和排出液体,旋转泵也属于正位移泵,罗茨泵,滑板泵,齿轮泵,螺杆泵,第三节 风机,气体输送机械可按其终压分成四类,1.通风机,终压 p2 15kPa (表压) , 压缩比 p2 /p1=11.15,2.鼓风机,终压 p2

9、:15300kPa (表压)， p2 /p1 4,3.压缩机,p2300kPa (表压)，p2 / p14,4. 真空泵,使 p1 p2，一般 p2 = pa,通风机和鼓风机通称为风机,2-7 通风机和鼓风机,2.7A 通风机,食品工业中常用的通风机（fan）有轴流式和离心 式两类。广泛使用离心式通风机（centrifugal fan）。,按风压大小分：,（1）低压离心通风机 风压 1kPa ( 表压),（2）中压离心通风机 风压为13kPa (表压),（3）高压离心通风机 风压为315kPa (表压),1. 离心式通风机的结构和工作原理,结构类似离心泵，主要由叶轮、机壳和机座组成,2.离心式

10、通风机的性能参数,(1) 风量 qv 以吸入状态计的体积流量，常用m3/h,(2) 风压,全风压,(Pa),（z2-z1）较小,hf也可忽略,pt= (p2-p1)+u22/2 (Pa),式中，p2 -p1= pst 称静风压,u22/2 = pd 称动风压,pt= pst+ pd,(3)功率,有效功率 Pe= pt qv (W),(4)效率 ,=Pe /P,2.7B 鼓风机,1.离心鼓风机,单级离心鼓风机 pt30kPa,需风压较高，采多级鼓风机（几个叶轮串联）,2.旋转鼓风机,pt80kPa,罗茨鼓风机 结构原理与罗茨泵相似，椭圆形机壳内装有两个转子。,定n时，qv与pt无关。,第四节 气

11、体压缩,压缩机( compressor)是应用较广的 气体输送机械之一,2-8 往复压缩机的工作原理,2.8A 理想压缩循环,理想压缩循环假设：,理想气体，,无阻力损失，,无泄漏，,无余隙,理想压缩循环四步构成：吸气、压缩、排气 和瞬时降压,.吸气过程 (41) WI = -p1V1,. 压缩过程 (12）,（1）压缩是等温过程 如果可逆,（2） 压缩是绝热过程,k-气体的绝热指数，,（3）压缩是多变过程,m-气体的多变指数 1 m k,III. 排气过程 (23）,WIII= p2V2,IV. 瞬时降压（34）,WIV= 0,四步构成压缩循环，总功：,p1,4,1,2,3,p2,V,WI =

12、 -p1V1,2.8B 有余隙压缩循环,设：V=V1-V3 为活塞扫过体积,Ve=V1-V4为吸气体积,定义 =V3/V 为余隙因数,设： 为 容积因数,若余隙气体膨胀过程34是个多变过程,p,V3 V4 V1 V,p1,4,1,2,3,p2,2-9 往复压缩机的性能,2.9A 往复压缩机的主要性能参数,1.排气量 单动理论吸气量,双动多缸,实际排气量,式中 d 送气因数,一般 d = 0.80.95v,2. 功率 若膨胀和压缩都是绝热过程,理论功率：,轴功率：,2.9B 多级压缩,多级压缩的优点：,1.避免排出气体 温度过高,2.减少功耗,双级压缩比单级压缩节省理论功,3.提高气缸容积利用率

13、,p2/p1：v ,习题 9（p.79）,空气 p1 = 105Pa,P2 = 9105Pa,两方案：用单级压缩机,用双级压缩机（中间冷却）,若空气初温和中冷后温度皆20,= 0.07, k =1.4,比较两方案的理论功和容积因数。,解 (1) 单级 p2 / p1 = 9,设空气1kg,= 4.14105 J,0.73,(2) 双级,p2 / p1 =33 = 9,W2 = W1 = 1.08105 J,W = W1 + W2 = 2.16105 J,0.92,0.84,双级比单级 W,v,第五节 真空技术,2-10 真空技术的物理基础,2.10A 真空的基本概念,可按绝对压力pab划分真空

14、区域,（1）粗真空 pab ：1021kPa,（2）低真空 pab ：1030.1Pa,（3）高真空 pab ：0.110-5Pa,1. 分子数密度 n,单位体积内气体分子数,按,Boltzmann常量 k = R/NA=1.38110-23J/K,2.平均自由程,用分子的相对运动速度,平均自由程,常温的空气，T=298K，d=3.7210-10m,若 p=1.01105 Pa,=6.6310-8m,p=10-4 Pa,则 =6.7010-3/p,!,本 次 习 题,p.78,4 6 9,3.分子撞击率,单位时间内撞击在单位壁面上的分子数,分子平均速度,x-向分速度,真空度：pab，n， ，

15、,2.1B 低压稀薄气体的流动,1.流动区域的划分,单位时间内气体分子间的碰撞次数,单位时间内气体分子与器壁碰撞次数,可以按 X/Y 的大小划分气体的状态：,当 X/Y 100, 气体为黏性态；,当100X/Y 1/3, 气体为过渡态；,当 X/Y 1/3, 气体为分子态。,(1)低压气体的状态,(2)低压气体流动区域的划分,设：管道是直径为D的圆管,诺森数,1/3 100,分子流 中间流 粘性流,2.真空导管中气体的流量,（1）体积流量 qv qv=Au (m3/s),（2）分子流量 N N=qvn (s-1),（3）通流量 qv qv=qvp,3.流导C,三种流量的关系式：,qv= qv p = qvnkT = N kT,稳定流动：N = qv1n1 = qv2n2,N = C（n1-n2） (s-1),或,类似于欧姆定律,C 导管的流导, m3/s,1/C 导管的流阻,qv= C ( p1- p2 ),对于长径比L/D 20的圆长管，层流时，,N = C（n1-n2）,4.抽速,泵的抽速 Sp ，单位为m3/s,Sp,C,p,pp,S,导管流导为C,容器抽速S = ?,qv=Sp=Sppp=C( p-pp),Sppp=C p-C pp,(Sp+C )Pp=C p,真空技术的 基本