3.6流体输送机械

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1、3.6流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械为流体提供机械能的机械设备为流体提供机械能的机械设备输送液体的机械输送液体的机械泵泵输送气体的机械输送气体的机械压缩机或风机压缩机或风机（负压条件下工作的压缩机称为真空泵）（负压条件下工作的压缩机称为真空泵）1泵与压缩机可分为（按其工作原理）：泵与压缩机可分为（按其工作原理）：离心式、轴流式离心式、轴流式(统称叶轮式统称叶轮式)利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能容积式或正位移式容积式或正位移式(往复式、旋转式往复式、旋转式)利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能利用活塞或转

2、子的周期性挤压使流体获得静压能与动能流体动力式流体动力式利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。吸引输送另一种流体。本节以本节以离心泵离心泵为代表重点讨论其工作原理、结构和工作特性。为代表重点讨论其工作原理、结构和工作特性。2离心式、轴流式离心式、轴流式图图3-17离心泵的构造与工作原理简图离心泵的构造与工作原理简图1叶轮叶轮2泵壳泵壳3泵轴泵轴4吸入管路吸入管路5底阀底阀6排出管路排出管路3容积式或正位移式容积式或正位移式(往复式、旋转式往复式、旋转式)4流体动力式流体动力式53.6.1离心泵离心泵离心泵的关键部件：离心泵的

3、关键部件：高速旋转的高速旋转的叶轮叶轮(通常通常68片片)给能部件给能部件固定的泵壳（蜗壳流道）固定的泵壳（蜗壳流道）转能部件转能部件离心泵的离心泵的特点特点:泵的流量与压头灵活可调泵的流量与压头灵活可调输送量稳定输送量稳定适用介质范围广适用介质范围广3.5.1.1离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心泵的工作过程：离心泵的工作过程：液体从低压吸入管液体从低压吸入管路连续地进入叶轮路连续地进入叶轮叶轮向液体叶轮向液体提供能量提供能量蜗壳内液体的动蜗壳内液体的动能转换为静压能能转换为静压能气缚现象气缚现象6一、离心泵的一、离心泵的理论流量理论流量图图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形叶轮的几何

4、参数与液流速度三角形：随叶轮旋转的切向速度：随叶轮旋转的切向速度(又叫牵连速度又叫牵连速度)切向速度切向速度(牵连速度牵连速度)相对速度相对速度液体在叶轮中的绝对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1D1、D2叶轮进、出口的直径叶轮进、出口的直径b1、b2叶轮进、出口处流道的宽度叶轮进、出口处流道的宽度 1、2叶片厚度叶片厚度 占据空间使流道面占据空间使流道面积减小的系数积减小的系数 叶轮进、出口处流道的叶轮进、出口处流道的面积面积b:叶轮的转速叶轮的转速r:液体所在位置的半径液体所在位置的半径 ：沿叶片表面相对于叶轮的相对速度：沿叶片表面相对于叶轮的相对速度(方向为流体质点所在叶片处的切线方

5、向方向为流体质点所在叶片处的切线方向)相对于叶轮相对于叶轮的径向流速的径向流速7图图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度切向速度(牵连速度牵连速度)相对速度相对速度液体在叶轮中的绝对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1离离心心泵泵的的理理论论流流量量与与液液体体径径向向流速的关系流速的关系:相对于叶轮相对于叶轮的径向流速的径向流速叶轮进、出口处的速度三角形的确定：叶轮进、出口处的速度三角形的确定：*设叶轮为叶片数无限多的理想叶轮设叶轮为叶片数无限多的理想叶轮(流体运动轨迹与叶片的形状完全一致）流体运动轨迹与叶片的形状完全一致）*速度三角形的底边速度三角

6、形的底边 和高和高cr*叶轮上叶片的安置角叶轮上叶片的安置角b b（相对速度与牵连速度的反方向的夹角）相对速度与牵连速度的反方向的夹角）泵的流量、压头和功率与速度三泵的流量、压头和功率与速度三角形的大小和形状直接相关角形的大小和形状直接相关三角形的余弦定理三角形的余弦定理Backto108二、离心泵的理论压头二、离心泵的理论压头在叶轮进出口截面列柏努利方程在叶轮进出口截面列柏努利方程泵的理论压头或扬程泵的理论压头或扬程图图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度切向速度(牵连速度牵连速度)相对速度相对速度液体在叶轮中的绝对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr

7、1相对于叶轮相对于叶轮的径向流速的径向流速*以叶轮中心线为轴线、且随叶轮一起匀速旋转的柱坐标系以叶轮中心线为轴线、且随叶轮一起匀速旋转的柱坐标系*离心力场作用下的理想流体在该坐标系中的运动规律服从欧拉方程离心力场作用下的理想流体在该坐标系中的运动规律服从欧拉方程(2.3-24)*在旋转坐标系中液体的速度为在旋转坐标系中液体的速度为*液体所受的体积力主要是半径方向的离心力液体所受的体积力主要是半径方向的离心力 (重力的作用已忽略不计重力的作用已忽略不计)类类似似于于重重力力场场中中理理想想流流体体柏柏努努利利方方程程的的推推导导方方法法(见式见式2.3-5257)Backto109液体在叶轮上沿

8、叶液体在叶轮上沿叶片运动片运动dt时间内获得时间内获得动能的增量动能的增量从叶轮的入口到出口积分从叶轮的入口到出口积分以以叶叶轮轮进进、出出口口速速度度三三角角形形参参数数表表达达的的离心泵理论压头公式离心泵理论压头公式Goto9Goto810入口速度三角形的夹角入口速度三角形的夹角a a1=90o(称为无预旋进液称为无预旋进液,理论压头理论压头H 最大最大)图图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形叶轮的几何参数与液流速度三角形cr2cr1三、影响离心泵理论压头的因素三、影响离心泵理论压头的因素无预旋进液的离心泵理论压头与理论无预旋进液的离心泵理论压头与理论流量及出口处叶片几何参数的关系。流

9、量及出口处叶片几何参数的关系。b b2又称为叶片的离角或流动角又称为叶片的离角或流动角11图图3-19叶片的形状对理论压头的影响叶片的形状对理论压头的影响b b2=900，径向叶片，径向叶片，ctgb b2=0，H 与与qV 无关；无关；b b2 0,H 随随qV 增加而减少；增加而减少；b b2900，前弯前弯叶片叶片ctgb b2 Dhmin泵入口允许的最小压强泵入口允许的最小压强p1,允p1,min实际安装高度实际安装高度Hg HL293.6.2往复泵往复泵*往复泵典型的容积式泵往复泵典型的容积式泵*主要结构有泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀主要结构有泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单

10、向阀(活门活门)*有电动和汽动两种驱动形式有电动和汽动两种驱动形式1.往复泵的工作原往复泵的工作原理往复泵是依靠外界与泵内压往复泵是依靠外界与泵内压强差而吸入液体的，因此和强差而吸入液体的，因此和离心泵一样往复泵的吸上高离心泵一样往复泵的吸上高度也受限制度也受限制302.往复泵的流量调节往复泵的流量调节A活塞面积活塞面积m2a活塞杆的截面积活塞杆的截面积m2S活塞的冲程活塞的冲程mn活塞往复的频率活塞往复的频率1/min理论平均流量：理论平均流量：实际平均流量实际平均流量V：单缸单动泵单缸单动泵单缸双动泵单缸双动泵 V容积效率容积效率小型泵小型泵(V 0.130m3/h)V=0.850.90，

11、中型泵中型泵(V 30300m3/h)V=0.900.95大型泵大型泵(V 300m3/h)V=0.950.99特性曲线特性曲线：*往复泵的流量与管路往复泵的流量与管路特性曲线无关特性曲线无关*泵提供的压头取决于泵提供的压头取决于管路情况管路情况(具有这种特具有这种特性的泵称为正位移泵性的泵称为正位移泵)313.6.3其它化工用泵其它化工用泵8.1.1.1计量泵计量泵计量泵又称比例泵，其工作原理与往复泵相同。计量泵的传动装置是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距可调，以此来改变柱塞往复的行程，从而达到调节和控制泵的流量的目的。计量泵一般用于要求输液量十分准确或几种液体要

12、求按一定配比输送的场合。3.6.3.1计量泵计量泵(比例泵比例泵)工工作作原原理理与与往往复复泵泵相相同同。其其传传动动装装置置是是通通过过偏偏心心轮轮把把电电机机的的旋旋转转运运动动变变成成柱柱塞塞的的往往复复运运动动。偏偏心心轮轮的的偏偏心心距距可可调调，以以此此来来改改变变柱柱塞塞往往复复的的行行程程，达达到到调调节节和控制泵的流量的目的。和控制泵的流量的目的。隔膜泵隔膜泵3.6.3.2隔膜泵隔膜泵用用弹弹性性金金属属薄薄片片或或耐耐腐腐蚀蚀性性橡橡皮皮制制成成的的隔隔膜膜将将活活柱柱与与被被输输送送液液体体隔隔开开，与与活活柱柱相相通通的的一一侧侧则则充充满满油油或或水水。当当活活柱柱

13、往往复复运运动动时时，迫迫使使隔隔膜膜交交替替向向两两侧侧弯弯曲曲，将液体吸入和排出。将液体吸入和排出。1-吸入活门；吸入活门；4-水（或油）缸；水（或油）缸；2-压出活门；压出活门；5-隔膜；隔膜；3-活柱；活柱；328.1.1.1计量泵计量泵计量泵又称比例泵，其工作原理与往复泵相同。计量泵的传动装置是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距可调，以此来改变柱塞往复的行程，从而达到调节和控制泵的流量的目的。计量泵一般用于要求输液量十分准确或几种液体要求按一定配比输送的场合。隔膜泵隔膜泵3.6.3.3齿轮泵齿轮泵运动时，两个齿轮在泵的吸入口运动时，两个齿轮在泵的吸入口脱离啮

14、合，形成低压区，液体被吸脱离啮合，形成低压区，液体被吸入并随齿轮的转动被强行压向排出入并随齿轮的转动被强行压向排出端。在排出端两齿轮又相互啮合形端。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。成高压区将液体挤压出去。3.6.3.4螺杆泵螺杆泵螺杆泵按螺杆的数目，有螺杆泵按螺杆的数目，有单螺杆泵、双螺杆泵、三螺单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵以及五螺杆泵。螺杆泵杆泵以及五螺杆泵。螺杆泵的工作原理与齿轮泵相似，的工作原理与齿轮泵相似，是借助转动的螺杆与泵壳上是借助转动的螺杆与泵壳上的内螺纹、或螺杆与螺杆相的内螺纹、或螺杆与螺杆相互啮合将液体沿轴向推进，互啮合将液体沿轴向推进，最终由排出口排出。最

15、终由排出口排出。333.6.3.5旋涡泵旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。主要由叶旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。主要由叶轮和泵体构成，叶轮是一个圆盘，四周由凹轮和泵体构成，叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列，叶片数目可多槽构成的叶片成辐射状排列，叶片数目可多达几十片。叶轮旋转过程中泵内液体随之旋达几十片。叶轮旋转过程中泵内液体随之旋转的同时，又在径向环隙的作用下多次进入转的同时，又在径向环隙的作用下多次进入叶片反复作旋转运动，从而获得较高能量。叶片反复作旋转运动，从而获得较高能量。旋涡泵旋涡泵的特性曲线的特性曲线 -VH-VN-VIS100-80-160343.7气体输送机械气

16、体输送机械与液体输送机械相比：与液体输送机械相比：相同相同作用类似，即对流体做功，作用类似，即对流体做功，提高流体的机械能（压强能）提高流体的机械能（压强能）不同不同可压缩性的差异可压缩性的差异用途：用途：气体输送气体输送气体压缩（产生高压气体）气体压缩（产生高压气体）产生真空产生真空质量流量相同时：质量流量相同时：*气体输送体积流量大，输送机械的体积必然大气体输送体积流量大，输送机械的体积必然大*气体输送管路的流速大气体输送管路的流速大*气体输送管路的阻力大气体输送管路的阻力大*气体输送要求提供的压头相应更高气体输送要求提供的压头相应更高35气体输送机械分类：气体输送机械分类：以气体的出口压

17、强或者进、出口压缩比分类：以气体的出口压强或者进、出口压缩比分类：通风机：通风机：出口压强不大于出口压强不大于15kPa(表压表压)，压缩比为压缩比为11.15鼓风机：鼓风机：出口压强为出口压强为15kPa0.3MPa(表压表压)，压缩比小于压缩比小于4压缩机：压缩机：出口压强出口压强0.3MPa以上以上(表压表压)，压缩比大于压缩比大于4真空泵：真空泵：用于减压抽吸，出口压强为大气压，用于减压抽吸，出口压强为大气压，Goto2363.7.1通风机通风机结构形式结构形式:离心式离心式轴流式轴流式按产生风压的大小分为按产生风压的大小分为:低压离心通风机：低压离心通风机：出口风压小于出口风压小于1

18、.0kPa(表压表压)中压离心通风机：中压离心通风机：出口风压出口风压1.03.0kPa(表压表压)高压离心通风机：高压离心通风机：出口风压出口风压3.015.0kPa(表压表压)1、离心通风机的结构、离心通风机的结构1机壳；机壳；2叶轮；叶轮；3吸入口；吸入口；4排出口排出口*为多叶片叶轮，叶轮直径较大，叶片较短。为多叶片叶轮，叶轮直径较大，叶片较短。*叶片形式有平直、前弯和后弯。叶片形式有平直、前弯和后弯。平直叶片常用于低压通风机；平直叶片常用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。高效通风机的叶片通常是后弯叶片

19、。蜗壳的气体通道截面：矩形和圆形蜗壳的气体通道截面：矩形和圆形372 2、离心通风机的特性曲线、离心通风机的特性曲线离心通风机的主要性能参数：离心通风机的主要性能参数：风量风量(体积流量体积流量)V风压风压(压头压头)HT轴功率轴功率N效率效率离心通风机的特性曲线离心通风机的特性曲线:HTqV曲线曲线 HpqV曲线曲线 NqV曲线曲线 qV曲线曲线 风量风量qV气体通过进风口的体积流量气体通过进风口的体积流量（按通风机进口状态计）（按通风机进口状态计）风压风压HT(全风压全风压)单位体积气体通过风机后单位体积气体通过风机后所获得的能量，所获得的能量，N/m2特性曲线测试条件：特性曲线测试条件：

20、20、0.1MPa条件下用空气测定条件下用空气测定（密度为（密度为1.2kg/m3）附录二十四附录二十四9-19型离心通风机规格型离心通风机规格38取通风机进、出口为取通风机进、出口为1、2截面截面以单位体积气体为基准列柏努利方程以单位体积气体为基准列柏努利方程静风压静风压动风压动风压全风压全风压J/kgJ/kgM M流体柱流体柱Pa(J/mPa(J/m3 3)39离心通风机的选用离心通风机的选用步步骤骤：*确确定定风风机机的的类类型型（取取决决于于所所输输送送气气体的性质和操作条件）体的性质和操作条件）*确确定定风风机机的的型型号号（取取决决于于输输送送流流量量V、所需压头、所需压头HT）实

21、际输送气体的密度实际输送气体的密度 测定条件下气体的密度测定条件下气体的密度40用附图所示的流化床干燥系统干燥某种粒用附图所示的流化床干燥系统干燥某种粒状物料，流化床操作温度状物料，流化床操作温度60，最大流量为，最大流量为5500m3/h。已知最大流速下空气通过加热器的阻。已知最大流速下空气通过加热器的阻力损失为力损失为2200Pa，流化床阻力损失为，流化床阻力损失为4500Pa，旋，旋风分离器的阻力损失为风分离器的阻力损失为1500Pa。整个管路阻力损。整个管路阻力损失为失为1000Pa，设风机入口空气温度为，设风机入口空气温度为30，大气，大气压强为压强为96.5kPa，试选择一适合的通

22、风机。，试选择一适合的通风机。解：解：取风机入口为取风机入口为1-1截面，旋风分离器空气出截面，旋风分离器空气出口为口为2-2截面，忽略经过流化床后气体质量流速截面，忽略经过流化床后气体质量流速的改变，在两截面间对单位体积流体列柏努利的改变，在两截面间对单位体积流体列柏努利方程方程操作状况操作状况30下下入口状况入口状况30下下【例【例3-17】41根据所需根据所需风量风量qV=5004.5m3/h（按风机进口状态计按风机进口状态计）风压风压（密度为（密度为1.2kg/m3的空气）的空气）从风机样本中查得从风机样本中查得9-19No.7.1(n=2900r/min)可满足要求可满足要求该通风机

23、性能如下：该通风机性能如下：风量风量46106454m3/h全风压全风压1171711807Pa轴功率轴功率37kW423.7.2鼓风机鼓风机结构形式结构形式:旋转式旋转式离心式离心式1、罗茨鼓风机罗茨鼓风机*罗茨鼓风机属容积式风机罗茨鼓风机属容积式风机(正位移类型正位移类型)，其工作原理与齿轮泵相似其工作原理与齿轮泵相似*改变两转子的旋转方向，则吸入与排出改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换口互换*流量用旁路调节（出口阀不可完全关闭）流量用旁路调节（出口阀不可完全关闭）出口应安装稳压气罐和安全阀出口应安装稳压气罐和安全阀*罗茨鼓风机工作时，温度不能超过罗茨鼓风机工作时，温度不能超过85，

24、以防转子因热膨胀而卡住。以防转子因热膨胀而卡住。*罗茨鼓风机的出口压强一般不超过罗茨鼓风机的出口压强一般不超过80kPa(表压表压)。432、离心鼓风机离心鼓风机*离离 心心 鼓鼓 风风 机机 又又 称称 透透 平平 鼓鼓 风风 机机(turboblower)工作原理与离心泵相同工作原理与离心泵相同*风压较高的离心鼓风机采用多级，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似其结构也与多级离心泵类似结构形式结构形式:往复式往复式离心式离心式3.7.3压缩机压缩机443.7.4真空泵真空泵将气体从低于大气压强的状态压缩提将气体从低于大气压强的状态压缩提压至某一压力压至某一压力(通常为大气

25、压通常为大气压)而排出而排出1、水环真空泵、水环真空泵1水环；水环；2排气口；排气口；3吸入口；吸入口；4转子转子*由呈圆形的泵壳和带有辐射状叶片的叶轮组成。由呈圆形的泵壳和带有辐射状叶片的叶轮组成。*当叶轮旋转时，水在离心力作用下形成水环。当叶轮旋转时，水在离心力作用下形成水环。*气室由小变大时、形成真空，吸入口气体被吸入气室由小变大时、形成真空，吸入口气体被吸入*气室由大到小时，气体被压缩，在排气口排出。气室由大到小时，气体被压缩，在排气口排出。*结构简单。旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，结构简单。旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。操作可靠。适用于抽

26、吸夹带有液体的气体。452、旋片真空泵旋片真空泵1-排气口；排气口；2-排气阀门；排气阀门；3-吸气口；吸气口；4-吸气管；吸气管；5-排气管；排气管；6-转子；转子；7-旋片；旋片；8-弹簧；弹簧；9-泵体；泵体；*由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成。由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成。*旋片泵的主要部分浸没于真空油中旋片泵的主要部分浸没于真空油中,以确保对各部件以确保对各部件缝隙的密封和对相互摩擦部件的润滑缝隙的密封和对相互摩擦部件的润滑*泵在工作时，旋片始终将泵腔分为吸气、排气两个泵在工作时，旋片始终将泵腔分为吸气、排气两个工作室，即转子每转一周，完成两次吸、排气过程。工作室，即转子每转一周，完成两次吸、排气过程。*旋片泵属干式真空泵，适用于抽除干燥或含有少量旋片泵属干式真空泵，适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体。可凝性蒸汽的气体。*旋片真空泵可达较高的真空度旋片真空泵可达较高的真空度463、往复式真空泵往复式真空泵 *往复式真空泵的工作原理与往复式压缩机相同往复式真空泵的工作原理与往复式压缩机相同 4、喷射真空泵喷射真空泵 47