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化工原理--流体输送机械.ppt
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1、1.2.3.漩涡泵总体及叶轮4.离心通风机5.离心鼓风机6.离心压缩机及叶轮7.2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械8概概 述述一、化工生一、化工生产中中为什么要流体什么要流体输送机械?送机械?连续流流动的各种物的各种物料或料或产品品 由低由低处送至高送至高处 由低由低压送至高送至高压设备 克服管道阻力克服管道阻力 流体流体输送机械送机械 为输送流体而送流体而提供能量提供能量的机械的机械按工作原理分:按工作原理分:动力式(叶力式(叶轮式)式):离心式,:离心式,轴流式;流式;容容积式(正位移式)式(正位移式):往复式,旋:往复式,旋转式;式;其它其它类型型:喷射式,流体作用
2、式等。射式,流体作用式等。固体固体的的输送,可采用送,可采用流流态化化的方法的方法气体气体的的输送和送和压缩,主要用鼓,主要用鼓风机和机和压缩机。机。液体液体的的输送,主要用离心送,主要用离心泵、漩、漩涡泵、往复、往复泵。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械9二、二、为什么要用不同什么要用不同结构和特性的构和特性的输送机械送机械 化工厂中化工厂中输送的流体种送的流体种类繁多:繁多:1、流体种、流体种类有有强腐腐蚀性的、高粘度的、含有固体性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等;的、易燃易爆的以及有毒的等等;2、温度和、温度和压强又有高低
3、之分;又有高低之分;3、不同生、不同生产过程所需提供的流量和程所需提供的流量和压头又各异。又各异。三、本章的目的三、本章的目的1.理解并掌握常用理解并掌握常用输送机械的操作原理、送机械的操作原理、结构与性能。构与性能。2.合理合理选型、定型、定规格、格、计算功率、安排位置。算功率、安排位置。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械102.1 离心离心泵2.1.1 离心离心泵构造、原理及主要部件构造、原理及主要部件一、构造和原理一、构造和原理1、离心、离心泵的构造:的构造:吸入口吸入口排出排出管管泵轴轴封封泵壳壳叶叶轮2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械11演
4、示演示2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械12吸入吸入导管管压出出导管管为什么叶片弯曲?什么叶片弯曲?泵壳呈壳呈蜗壳状?壳状?思考:思考:泵轴泵壳壳叶叶轮底底阀2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械132、离心、离心泵的工作原理:的工作原理:流体在流体在泵内都内都获得了什么能量?得了什么能量?其中那种能量占主其中那种能量占主导地位?地位?思考:思考:常常压流体流体被甩出被甩出高速流体高速流体机械旋机械旋转的离心力的离心力逐逐渐扩大的大的泵壳通道壳通道高高压流体流体灌灌满液体液体叶叶轮旋旋转 离心力甩出液体离心力甩出液体蜗壳内壳内进行能量的行能量的转换流体被
5、流体被压出出叶叶轮中心形成真空中心形成真空在在压力差的作用下流体被力差的作用下流体被压入入泵内内2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械14泵启启动前前为什么要灌什么要灌满液体?液体?思考:思考:液体未灌液体未灌满气气液液离心力甩不出气体离心力甩不出气体叶叶轮中心的真空度不中心的真空度不够吸不上液体吸不上液体泵无法正常工作无法正常工作未灌未灌满底底阀漏液漏液其它地方泄漏其它地方泄漏2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械15演演示示2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械16二、主要部件二、主要部件叶叶轮(Impeller):离心离心泵的的关关键
6、部件部件,是流体,是流体获得机械能的得机械能的主要部件,主要部件,作用作用是是将原将原动机的机械能机的机械能传给液体,使液体的静液体,使液体的静压能和能和动能均有所提高能均有所提高,其其转速一般可达速一般可达12003600转/min,高速高速1070020450转/min。根据其。根据其结构可分构可分为:1、叶、叶轮:思考:三种叶思考:三种叶轮中哪一种效率高?中哪一种效率高?开式开式半开式半开式闭式式2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械172024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械18 哪种形式的叶哪种形式的叶轮做功效率高?做功效率高?闭式式叶叶轮效效率率最
7、最高高,半半开开式式叶叶轮效效率率次次之之,开开式式叶叶轮效效率率最最低低;原原因因在在于于叶叶片片间的的流流体体倒倒流流(外外缘压力力高高,叶叶轮中中心心压力力低低)回回叶叶轮中中心心,做做了了无无用用功功;增增加加了了前前后后盖板使倒流的可能性减小。盖板使倒流的可能性减小。按照吸液方式按照吸液方式可以可以将叶将叶轮分分为单吸式吸式和和双吸式双吸式两种。两种。2.泵壳壳 从从叶叶轮中中抛抛出出的的流流体体汇集集到到泵壳壳中中,泵壳壳是是蜗壳壳形形的的,故故其其流流道道不不断断地地扩大大,高高速速的的液液体体在在泵壳壳中中将将大大部部份份的的动能能转化化为静静压能能,从从而而避避免免高高速速流
8、流体体在在泵体体及及管管路路内内巨巨大大的的流流动阻阻力力损失失。因因此此泵壳壳不不仅是是液液体体的的汇集器集器,而且而且还是一个是一个能量能量转换装置装置。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械193.轴封装置封装置 前前面面已已提提到到泵启启动后后在在叶叶轮中中心心产生生负压(吸吸入入口口在在泵体体一一侧),故故其其会会吸吸入入外外界界的的空空气气;液液体体经过叶叶轮的的做做功功,获得得机机械械能能经过泵壳壳的的汇集集,能能量量转换成成静静压能能较高高的的流流体体进入入排排出出管管,对半半开开式式与与闭式式叶叶轮,叶叶轮四四周周的的高高压流流体体可可能能泄泄漏漏到到盖盖板
9、板与与泵体体间的的空空隙隙(叶叶轮可可旋旋转,泵体体相相对固固定定,叶叶轮轴与与泵体体间必必有有间隙隙),故故其其会会向向外外界界漏液漏液。泵轴与与泵壳之壳之间的密封的密封称称为轴封。封。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械20密封方式密封方式有:有:填料密封填料密封与与机械密封机械密封,填料密,填料密封封适用于适用于一般液体,而机械密封一般液体,而机械密封适用于适用于有腐有腐蚀性易燃、易爆液体。性易燃、易爆液体。填料密封填料密封:简单易行,易行,维修工作量大,有一定修工作量大,有一定的泄漏,的泄漏,对燃、易爆、有毒流体不适用;燃、易爆、有毒流体不适用;机械密封机械密封:液
10、体泄漏量小,寿命:液体泄漏量小,寿命长,功率小密,功率小密封性能好,加工要求高。封性能好,加工要求高。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械21 以以上上三三个个构构造造是是离离心心泵的的基基本本构构造造,为使使泵更更有有效效地地工工作,作,还需其它的需其它的辅助部件助部件:导轮:液液体体经叶叶轮做做功功后后直直接接进入入泵体体,与与泵体体产生生较大大冲冲击,并并产生生噪噪音音。为减减少少冲冲击损失失设置置导轮,导轮是是位位于于叶叶轮外外周周的的固固定定的的带叶叶片片的的环。弯弯曲曲方方向向与与叶叶轮叶叶片片的的弯弯曲曲方方向向相相反反,其其弯弯曲曲角角度度正正好好与与液液体
11、体从从叶叶轮流流出出的的方方向向相相适适应,引引导液液体体在在泵壳壳通通道道内内平平稳地地改改变方方向向,使使能能量量损耗耗最最小,小,动压能能转换为静静压能的效率高。能的效率高。底底阀(单向向阀):当当泵体体安安装装位位置置高高于于贮槽槽液液面面时,常常装装有有底底阀,它它是是一一个个单向向阀,可可防防止止灌灌泵后后,泵内内液液体体倒倒流流到到贮槽中。槽中。滤网网:防止液体中防止液体中杂质进入入泵体。体。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械22离心离心泵的分的分类吸液吸液方式方式单吸吸:液体只从一:液体只从一侧吸入吸入双吸双吸:液体同:液体同时从两从两侧吸入。具有吸入。具
12、有较大的吸液大的吸液 能力能力 S 型单级双吸双吸离心泵IS、IR 型单级单吸吸离心泵 2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械23TSWA 型卧式多级泵单级:只有一个叶:只有一个叶轮DL 型立式多级泵DFW 型卧式离心泵ISG 型管道离心泵多多级:多个叶:多个叶轮,可可 提供更高提供更高 的的扬程程叶叶轮个数个数2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械242.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 H=he泵对单位重量流体提供的机械能位重量流体提供的机械能管路系管路系统输送送单位重量流体所需位重量流体所需的机械能的机械能2.1.2.1 2.1
13、.2.1 理理论压头 假假设:(1 1)叶叶轮内内叶叶片片数数目目无无穷多多,叶叶片片的的厚厚度度无无穷小小,即叶片没有厚度;即叶片没有厚度;(2 2)液体)液体为粘度等于零的粘度等于零的理想流体理想流体;(3 3)泵内内为定定态流流动过程。程。泵的的压头(或(或扬程程):):指指泵对单位重量的流体所提供的有效位重量的流体所提供的有效能量,以能量,以H H表示。表示。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械252 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 (2-2)即即(2-2a)H 叶叶轮对液体所加的液体所加的压头,m;p1、p2 液
14、体在液体在1、2两点两点处的的压力,力,Pa;c1、c2 液体在液体在1、2两点两点处的的绝对速度,速度,m/s;液体的密度,液体的密度,kg/m3;c2w2u2前弯前弯后弯后弯r22c1w1u1 液体液体进入与离开叶入与离开叶轮时的速度的速度122 2 1 1 12024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械262 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 液体从点液体从点1运运动到点到点2,静静压头增加(增加(p2 p1)/g的原因的原因:质量量为1kg的液体因受离心力作用而接受的的液体因受离心力作用而接受的外功外功:质量量为1kg的液体
15、从点的液体从点1运运动到点到点2由于通道的截面增大,一部分由于通道的截面增大,一部分动能能转变为静静压能能质量量为1kg的液体通的液体通过叶叶轮后其后其静静压能的增量能的增量:(2-3)c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 12024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械272 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 (2-4)根据余弦定律根据余弦定律(2-5)(2-6)在离心在离心泵设计中,一般都使中,一般都使设计流量下的流量下的(2-7)离心离心泵的理的理论压头2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械282
16、流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 泵的流量,的流量,m3/s叶叶轮周周边的的宽度,度,m叶叶轮直径,直径,m(2-10,11)(2-9)叶片装置角叶片装置角c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 12024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械292 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 根据装置角根据装置角2的大小,叶片形状可分的大小,叶片形状可分为三种:三种:(a)(a)20,Q,H (b)(b)2=90o为径向径向叶片,叶片,cot2=0,H不随不随Q变化化(c)(c)2
17、90o为前前弯叶片,弯叶片,cot2 0,Q,H2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械302 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 图2-9 离心离心泵H-Q图(2-10,11)2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械31分析如下:分析如下:=位头()+静压头()+动压头()而而 的的前前弯弯叶叶片片流流体体出出口口的的绝对速速度度 很很大大,此此时增增加加的的压头主主要要是是动压头,静静压头反反而而比比后后弯弯叶叶片片小小。动压头虽然然可可以以通通过蜗壳壳部部分分地地转化化为静静压头,但但由由于于 大大,液液体体
18、在在泵壳壳内内产生生的的冲冲击剧烈烈得得多多,转换时的的能能量量损失失大大为增增加加,效效率率低低。故故为获得得较多多的的能能量量利利用用率率,离离心心泵总是采用后弯叶片是采用后弯叶片()。)。由此可由此可见,前弯叶片,前弯叶片产生的生的 最大,似乎前弯叶片最有利,最大,似乎前弯叶片最有利,实际 情况是不是情况是不是这样呢?呢?2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械322 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 2.1.2.2 2.1.2.2 实际压头 由于前弯叶片的由于前弯叶片的绝对速度速度c2大,液体在大,液体在泵壳内壳内产生的
19、冲生的冲击剧烈得多,烈得多,转化化时的能量的能量损失大失大为增加,效率低。故增加,效率低。故为获得得较高的能量利用率,高的能量利用率,离心离心泵总是采用后弯叶片是采用后弯叶片。流体通。流体通过泵的的过程中程中压头损失的原因失的原因:(1)叶叶片片间的的环流流:由由于于叶叶片片数数目目并并非非无无限限多多,液液体体有有环流出流出现,产生生涡流流损失。失。(2)阻阻力力损失失:实际流流体体从从泵进口口到出口有阻力到出口有阻力损失。失。(3)冲冲击损失失:液液体体离离开开叶叶轮周周边冲冲入入蜗壳壳四四周周流流动的的液液体体中中,产生生涡流。流。a理理论压头b环流流损失失d冲冲击损失失c阻力阻力损失失
20、HQ2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械332 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 实际压头的意的意义:泵提供的提供的压头必必须满足流体足流体输送的需要,而流体送的需要,而流体输送伴随着送伴随着位位压头(升(升扬高度)、高度)、静静压头、动压头的的变化和化和阻力阻力损失失(管路阻力(管路阻力损失,失,不含有不含有泵的流的流动阻力阻力损失,失,泵的阻力的阻力损失失计入入泵的的效率),因此效率),因此2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械342 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参
21、数的主要性能参数 2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数bch0真空表真空表压力表力表 测定离心定离心泵性能参数的装置性能参数的装置由于两截面由于两截面间的管的管长很短,其阻力很短,其阻力损失通常可以失通常可以忽略忽略,两截面,两截面间的的动压头差一般也可以差一般也可以略去略去,则可得可得(1 1)压头和流量和流量由由b、c两截面两截面间的柏努利方程:的柏努利方程:2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械352 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 (2 2)有效功率有效功率Ne、轴功率功率N 和效率和效率
22、 有效功率有效功率Ne:离心离心泵单位位时间内内对流体做的功流体做的功Ne=HQg,W 轴功率功率N:单位位时间内由内由电机机输入离心入离心泵的能量的能量,W。NeN泵的效率的效率:泵对外加能量的利用程度外加能量的利用程度,100%。为什么?什么?泵运运转过程中存在以下程中存在以下三种三种损失失:容容积损失失 该损失是指叶失是指叶轮出口出口处高高压液体因机械泄漏液体因机械泄漏返回叶返回叶轮入口所造成的能量入口所造成的能量损失。在三种叶失。在三种叶轮中,开式叶中,开式叶轮的的容容积损失失较大,但在大,但在泵送含固体送含固体颗粒的粒的悬浮液浮液时,叶片通道不,叶片通道不易堵塞;易堵塞;闭式叶式叶轮
23、的渗漏量的渗漏量较小,但在磨小,但在磨损后渗漏便后渗漏便严重。重。水力水力损失失 该损失是由于失是由于实际流体在流体在泵内有限叶片作用内有限叶片作用下各种摩擦下各种摩擦损失(即前述失(即前述环流流损失、摩擦失、摩擦损失、冲失、冲击损失)。失)。机械机械损失失 该损失包括旋失包括旋转叶叶轮盖板外表面与液体盖板外表面与液体间的的摩擦以及摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量承机械摩擦所造成的能量损失。失。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械362 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 离心离心泵的的轴功率功率N可直接用效率来可直接用效率
24、来计算:算:一般一般小型小型离心离心泵的效率的效率5070%,大型大型离心离心泵效率可达效率可达90%。泵的的轴功率,功率,W泵的的压头,m泵的流量,的流量,m3/s流体密度,流体密度,kg/m3泵的效率的效率2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械372 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 (3 3)叶叶轮转速速n10003000转/min(或(或r.p.m););2900转/min最常最常见。泵在出厂前,必在出厂前,必须确定其各确定其各项性能参数,即以上各参性能参数,即以上各参数数值,并把它,并把它标在在铭牌上牌上;这些参数
25、是在些参数是在最高效率条件下最高效率条件下用用20 的水的水测定的。定的。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械382 流体流体输送机械送机械2.1.42.1.4离心离心泵特性曲特性曲线2.1.4 2.1.4 离心离心泵特性曲特性曲线(Characteristic curves)由由于于离离心心泵的的各各种种损失失难以以定定量量计算算,使使得得离离心心泵的的特特性性曲曲线HQ、NQ、Q的的关关系系只只能能靠靠实验测定定,在在泵出出厂厂时列列于于产品品样本本中中以以供供参参考考。右右图所所示示为4B20型型离离心心泵在在转速速n2900r/min时的的特特性性曲曲线。若若泵的的
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