化工原理第02章课件

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1、2.1 2.1 概述概述目的：给流体加入机械能目的：给流体加入机械能2.1.1 2.1.1 管路特性管路特性流体对输送机械的能量要求流体对输送机械的能量要求从从1 1至至2 2截面截面 第第2章章 流体输送机械流体输送机械高度湍流，高度湍流，K与流量无关与流量无关2.1.2 2.1.2 管路特性的影响因素管路特性的影响因素阻力部分：阻力部分：管径管径d管长管长l、le或或势能增加部分：势能增加部分：位差位差z压差压差p密度密度=过程分析法及其在泵流管路问题上的应用过程分析法及其在泵流管路问题上的应用过程分解法过程分解法 当一个过程由若干个子过程综合而成，各个当一个过程由若干个子过程综合而成，各

2、个过程之间无交互影响或影响微弱而可忽略，则对过程之间无交互影响或影响微弱而可忽略，则对子过程分别研究解决，然后通过一定的原则或方子过程分别研究解决，然后通过一定的原则或方法加以综合，可使整个过程得到简化并解决。泵法加以综合，可使整个过程得到简化并解决。泵流管路问题的解决方案流管路问题的解决方案 应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡的原则加以解决。的原则加以解决。2.1.3 2.1.3 流体输送机械分类流体输送机械分类按作用原理分：按作用原理分：动力式动力式(叶轮式叶轮式)

3、：离心式，轴流式；：离心式，轴流式；容积式容积式(正位移式正位移式)：往复式，旋转式；：往复式，旋转式；其它类型：喷射式，流体作用式等。其它类型：喷射式，流体作用式等。按流体可压缩性分：按流体可压缩性分：液体输送机械：统称为泵；液体输送机械：统称为泵；气体输送机械：通风机气体输送机械：通风机 鼓风机鼓风机 压缩机压缩机 真空泵真空泵 流体输送机械的主要技术指标流体输送机械的主要技术指标压头压头H扬程扬程，即提供给单位重量流体的能，即提供给单位重量流体的能 量，单位量，单位m 风压风压，即提供给单位体积流体的能，即提供给单位体积流体的能 量，单位量，单位Pa流量流量qv规定的输送量，单位规定的输

4、送量，单位m3/h，m3/s。效率效率选择输送机械必须考虑的指标选择输送机械必须考虑的指标。（本章的主线）（本章的主线）2.2 2.2 离心泵离心泵2.2.1 2.2.1 离心泵的工作原理离心泵的工作原理2.2.1.1 2.2.1.1 主要构件主要构件(录像录像)叶轮：迫使液体高速旋转，形成离心力场叶轮：迫使液体高速旋转，形成离心力场中心加入低势能、低动能液体中心加入低势能、低动能液体外缘输出高势能、高动能液体外缘输出高势能、高动能液体蜗壳：流道逐渐扩大，将动能部分转化成势能蜗壳：流道逐渐扩大，将动能部分转化成势能 2.2.12.2.1.2 2 等角速度旋转运动的流体能量关系等角速度旋转运动的

5、流体能量关系假定：假定：理想流体，定态流动理想流体，定态流动 叶片无限薄，无限多叶片无限薄，无限多 ,得得或或 2.2.1.3 理论压头理论压头以静止系考察：势能以静止系考察：势能 ，动能，动能 c绝对速度绝对速度总机械能变化总机械能变化通常，泵设计点通常，泵设计点(额定流量下额定流量下)1=90流量流量 或或 2.2.1.4 理论压头的影响因素理论压头的影响因素(1)叶片弯角叶片弯角2和流量和流量qV(2)叶轮转速叶轮转速n u2=nD2 如果如果qVn，那么，那么HTn2(3)液体密度不出现液体密度不出现 pgHT,气缚现象气缚现象(录像录像)灌泵灌泵吸入管装单向阀，吸入管装单向阀，泵启动

6、前泵启动前:灌泵排气灌泵排气当当H一定，则一定，则 当泵启动时，泵内充满当泵启动时，泵内充满空气，造成泵吸入口的真空度太小无法吸入液空气，造成泵吸入口的真空度太小无法吸入液体。这种现象称为体。这种现象称为“气缚气缚”现象。现象。2.2.2 2.2.2 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线（1 1）泵的有效压头）泵的有效压头泵内损失：泵内损失：容积损失容积损失:部分流体漏回入口处部分流体漏回入口处水力损失水力损失:0,0,叶片数目有限叶片数目有限机械损失机械损失:轴承、轴封的摩擦轴承、轴封的摩擦（2 2）泵的有效功率）泵的有效功率 Pe=gqVHe Pa基本上随流量基本上随流量qV单调上升单调上升

7、泵启动时关出口阀泵启动时关出口阀（3 3）泵的效率）泵的效率容积损失：容积损失：根据需要可选用不同类型的叶轮根据需要可选用不同类型的叶轮 水力损失：流体的粘性而产生的阻力损失（主要部分）水力损失：流体的粘性而产生的阻力损失（主要部分）机械损失：轴与轴封，叶轮与流体间磨擦。机械损失：轴与轴封，叶轮与流体间磨擦。泵的特性曲线测定泵的特性曲线测定(录像录像)d吸吸=38mm,d出出=25mm,测得水流量测得水流量qV=510-4m3/s,p压压=0.2MPa,p真真=27kPa。求：求：He=?解：由泵进、出口列方程解：由泵进、出口列方程（4）特性曲线的影响因素特性曲线的影响因素密度密度:对对Heq

8、V,qV无影响无影响;对对PaqV有影响有影响黏度黏度:对对HeqV,qV，PaqV都有影响都有影响转速转速:当当n变化变化20%时，比例定律：时，比例定律：如果如果则有则有 液体黏度对特性曲线的影响液体黏度对特性曲线的影响 泵厂是用泵厂是用20度清水标定泵的。度清水标定泵的。如液体黏度发生变化，如液体黏度发生变化，特性曲线也将发生变化。特性曲线也将发生变化。从右图可见，黏度上升从右图可见，黏度上升 扬程（压头）下降；扬程（压头）下降；效率下降；效率下降；所需功率上升。所需功率上升。所以在选泵的时候要对所以在选泵的时候要对特性曲线进行修正。特性曲线进行修正。具体方法可查有关手册。具体方法可查有

9、关手册。2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作离心泵的流量调节和组合操作2.2.3.1 工作点工作点工程处理方法：过程分解法工程处理方法：过程分解法2.2.3.2 流量调节流量调节(1)出口阀开度出口阀开度优点：调节简便、灵活优点：调节简便、灵活缺点：能耗缺点：能耗(2)改变转速改变转速n节能，但不方便节能，但不方便 新老泵特性曲线关系新老泵特性曲线关系 时，时，(等效率点等效率点)例例1 已知：充分湍流，已知：充分湍流，=常数，现将离心水泵常数，现将离心水泵由输水改为输送由输水改为输送CCl4,=1630kg/m3求：求：当当p1=p2时时,qV ,H ,p出出 ,Pe ;当当p1p2时，时

10、，qV ,H ,p出出 ,Pe 。解：解：管路特性不变管路特性不变,工作点工作点不变不变,qV不变不变,H不变不变,不变。不变。由点由点3至至2排能量方程排能量方程 管路特性曲线下移，管路特性曲线下移，因因 ，图解思维，图解思维qV，H，不定不定 例例2 图示管路输送液体图示管路输送液体,泵转速泵转速n=2900r/min时，时，泵特性曲线为泵特性曲线为He=40-0.1qV2(He单位为单位为m,qV单位为单位为m3/h)流量为流量为10m3/h,现欲采用现欲采用降低转速的办法使流量降低转速的办法使流量减少减少30%(流动处于阻力流动处于阻力平方区平方区)。求：转速求：转速n应降至多少？应降

11、至多少？解：管路解：管路H=12+KqV2原工作点原工作点A:qV=10m3/hH=(40-0.1)102=30m代入管路方程代入管路方程 新工作点新工作点B:qV=7m3/h;H=12+0.1872=20.82m将将 ,同时代入泵特性方程同时代入泵特性方程H=40-0.1qV2得新泵特性方程得新泵特性方程 将将B点点qV=7m3/h;H=20.82m代入代入得得 n=0.80182900=2325 r/min 易犯错误：易犯错误：解：解：=2030r/min对工作点的含义毫无认识。对工作点的含义毫无认识。2.2.3.3 组合操作组合操作(1)串联组合串联组合同样流量下，两泵压头相加同样流量下

12、，两泵压头相加 H单单=(qV)，H串串=2(qV)例如：例如：H单单=20-2qV2 H串串=40-4qV2 工作点工作点 H 2H(2)并联组合并联组合同样压头下，两泵流量相加同样压头下，两泵流量相加 H单单=(qV)，例如：例如：H单单=20-2qV2 H并并=20-0.5qV2 工作点工作点 qV2qV如图：如图：串联串联 并联并联可见串联后压头并不是原来的两倍；可见串联后压头并不是原来的两倍；同样并联后流量也不是原来的两倍；同样并联后流量也不是原来的两倍；并且串并联的数量越多，增幅越小。并且串并联的数量越多，增幅越小。(3)(3)组合方式的选择组合方式的选择当当 时，时，必须串联必须

13、串联 本次讲课习题：本次讲课习题：第二章第二章 1,2,3，4，5离心泵离心泵 返回返回气缚现象气缚现象 返回返回泵的测定泵的测定 返回返回2.2.4 离心泵的安装高度离心泵的安装高度2.2.4.1 汽蚀现象汽蚀现象(录像录像)叶轮入口叶轮入口K处压强最低，处压强最低，Hg太大时，太大时，pKpV,液体汽化，形成汽泡，受压缩后溃灭。液体汽化，形成汽泡，受压缩后溃灭。后果：叶轮受冲击而出现剥落；后果：叶轮受冲击而出现剥落；泵轴振动强烈，甚至振断。泵轴振动强烈，甚至振断。在研究中，曾测得汽蚀时水击的频率达在研究中，曾测得汽蚀时水击的频率达每秒每秒25000次，局部压强次，局部压强30MPa。在连续

14、压力波的作用。在连续压力波的作用下，叶轮金属表面出现一个个凹坑，产生严重的点蚀。下，叶轮金属表面出现一个个凹坑，产生严重的点蚀。泵的零件在这样大的周期性作用力下，将引起泵的振泵的零件在这样大的周期性作用力下，将引起泵的振动。动。汽蚀的主要危害是：汽蚀的主要危害是：1）泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体间）泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体间 的能量传递受到干扰，流道受气泡堵塞，流动损失增的能量传递受到干扰，流道受气泡堵塞，流动损失增 大，扬程突然下降，严重时泵中流动中断，泵不能工大，扬程突然下降，严重时泵中流动中断，泵不能工作；作；2）泵产生严重的振动和噪音；）泵产生严重的振动

15、和噪音；3）泵的过流部件的表面受到机械性质的破坏（主要）泵的过流部件的表面受到机械性质的破坏（主要 的），及化的），及化 学性质的破坏（次要的）。学性质的破坏（次要的）。2.2.4.2 汽蚀余量汽蚀余量NPSH由由1至至K：pK=pV,发生汽蚀发生汽蚀,这时这时p1最小最小,定义临界汽蚀余量定义临界汽蚀余量(NPSH)c由由0至至K：pK=pV时时 规定必需汽蚀余量规定必需汽蚀余量 (NPSH)r=(NPSH)c+,进泵样本，与流量有关进泵样本，与流量有关实际汽蚀余量实际汽蚀余量须比须比(NPSH)r大大0.5m以上，以上，最大允许安装高度最大允许安装高度Hg为为实际安装高度实际安装高度HgH

16、g=3m两槽液面之间列管路方程两槽液面之间列管路方程 H=Z+Hf=20+1+6=27m0.3MPa(表表)真空泵：生成负压，进口真空泵：生成负压，进口0.1MPa,出口出口0.1MPa2.5.3 通风机通风机2.5.3.1 常用类型常用类型 轴流式通风机轴流式通风机 离心式通风机离心式通风机2.5.3.2 离心式通风机离心式通风机(录像录像)原理与离心泵相同，不同之处：原理与离心泵相同，不同之处：(1)风压风压 pT(2)动能在总机械能中所占比重明显动能在总机械能中所占比重明显2.5.3.3 特性曲线特性曲线 参数：风量参数：风量qV,风压风压pT,pS,功率功率P,效率效率出厂标准：出厂标

17、准：0.1MPa,20空气空气,=1.2kg/m3以入口状态为基准：以入口状态为基准：qV pT使用中注意换算使用中注意换算例例1 某离心风机铭牌给出全压某离心风机铭牌给出全压1.8103Pa,现用于输送现用于输送=1.5kg/m3的气体。的气体。求：求：PT=?解：解：2.5.4 鼓风机鼓风机 罗茨风机罗茨风机(录像录像)注意：注意：正位移特性正位移特性 温度过高会使转子卡住温度过高会使转子卡住2.5.5 压缩机压缩机 往复式压缩机往复式压缩机(录像录像)原理与往复泵相同。余隙容积：原理与往复泵相同。余隙容积：当压缩比当压缩比 达到上限时达到上限时,V VB B=V VC C,撞缸撞缸,流量

18、为零流量为零主要指标：主要指标：生产能力生产能力q qV V,以吸入常温常压空气测定以吸入常温常压空气测定 排出压强排出压强p p2 2,注意：空气的注意：空气的1.4（(-1)/=0.286），石油气的），石油气的=1.2（(-1)/=0.167）。设计时压缩机机输送石油气，送石油气，但空气但空气试车或用氮气置或用氮气置换是是压缩机可能超温。机可能超温。压缩机的两个机的两个问题：1）从上式可）从上式可见，压缩比大，温升也大，使工作比大，温升也大，使工作环境境恶化；化；2）压缩比大，余隙的影响也大，使效率降低。比大，余隙的影响也大，使效率降低。解决方法：采用多解决方法：采用多级压缩，中，中级冷

19、却。冷却。离心压缩机：工作原理与离心鼓风机同，也称透平压缩机。与往离心压缩机：工作原理与离心鼓风机同，也称透平压缩机。与往复式压缩机相比，其优点是，体积小、重量轻、运转平稳、调节复式压缩机相比，其优点是，体积小、重量轻、运转平稳、调节容易、维修方便、流量大而均匀、压缩气无油污染。出口压强一容易、维修方便、流量大而均匀、压缩气无油污染。出口压强一般在般在2530MPa。由于转速高，一般在。由于转速高，一般在10000/min左右，制造要左右，制造要求特别高，另流量偏离额定值效率降低。求特别高，另流量偏离额定值效率降低。2.5.6 真空泵真空泵目的：获得和维持负压目的：获得和维持负压主要性能参数：

20、主要性能参数：(1)极限真空：能达到的稳定的最低压强，极限真空：能达到的稳定的最低压强，用绝对压强表示用绝对压强表示(2)抽气速率：以吸入口状态为基准，抽气速率：以吸入口状态为基准，m3/h真空泵抽的是什么？真空泵抽的是什么？真空泵抽真空泵抽漏入系统的空气；漏入系统的空气；系统内产生的不凝性气体；系统内产生的不凝性气体；部分物料部分物料(占有一定的分压占有一定的分压)。选真空泵时注意：选真空泵时注意：抽气速率要大于漏气速率抽气速率要大于漏气速率;被带走的物料量的多少。被带走的物料量的多少。真空泵种类真空泵种类 实际前面讲的气体输送机械只要把进气口接在需要负压的设实际前面讲的气体输送机械只要把进

21、气口接在需要负压的设备上，进行排气即可。对于几十备上，进行排气即可。对于几十Pa到上千到上千Pa的真空度，普通通的真空度，普通通风机和鼓风机就可；绝对压风机和鼓风机就可；绝对压20kPa以下的，需要专用的真空以下的，需要专用的真空泵；泵；0.1Pa以下的超高真空需应用扩散、吸附原理的专用设备。以下的超高真空需应用扩散、吸附原理的专用设备。1）往复式真空泵）往复式真空泵 原理：同往复式压缩机，但压缩比很大。吸入排出活门更加原理：同往复式压缩机，但压缩比很大。吸入排出活门更加轻巧。轻巧。2）水环真空泵）水环真空泵 原理：偏心的叶轮在转动时，使叶片原理：偏心的叶轮在转动时，使叶片间的容积发生变化进行

22、抽气。间的容积发生变化进行抽气。吸气中允许有液体，是湿式真空泵。吸气中允许有液体，是湿式真空泵。水起密封作用，也起冷却作用，因此水起密封作用，也起冷却作用，因此要不断补水。水环真空泵可作鼓风机要不断补水。水环真空泵可作鼓风机用，出口表压用，出口表压0.1MPa。3）液环真空泵）液环真空泵 原理：外壳椭圆型，爪型叶轮，有原理：外壳椭圆型，爪型叶轮，有两个工作腔，也是利用爪型叶片间的两个工作腔，也是利用爪型叶片间的容积变化吸气。也可用作压缩机，出容积变化吸气。也可用作压缩机，出 口表压口表压0.50.6MPa。由于液体被甩向内壁，由于液体被甩向内壁，输送气体与内壁不接输送气体与内壁不接 触，使制造

23、输送腐蚀触，使制造输送腐蚀 气体的液环真空泵成本下降。气体的液环真空泵成本下降。4）旋片真空泵）旋片真空泵 原理：偏心转子的旋片紧贴内壁，转动时使原理：偏心转子的旋片紧贴内壁，转动时使 容积发生变化吸气。可达到较高的真空度，绝容积发生变化吸气。可达到较高的真空度，绝 对压为对压为0.67Pa。旋片真空泵的主要部件浸没在。旋片真空泵的主要部件浸没在 真空油中，为密封各部件的间隙，充填余隙和真空油中，为密封各部件的间隙，充填余隙和 润滑部件。属于干式真空泵。润滑部件。属于干式真空泵。5）喷射真空泵）喷射真空泵原理：利用压强能与速度能的转换造成真空。工作流体为蒸汽原理：利用压强能与速度能的转换造成真

24、空。工作流体为蒸汽或水。单级蒸汽喷射真空泵仅能达到或水。单级蒸汽喷射真空泵仅能达到90%的真空度，工业上最的真空度，工业上最多的五级蒸汽喷射泵，可达到绝对压多的五级蒸汽喷射泵，可达到绝对压1.3Pa。优点：工作压强范围光、抽气量大、结构简单、适应性强（可优点：工作压强范围光、抽气量大、结构简单、适应性强（可抽含颗粒、腐蚀性、易燃易爆气体）。抽含颗粒、腐蚀性、易燃易爆气体）。缺点：效率低，缺点：效率低，1025，不能用于输送。，不能用于输送。流体输送机械的安全问题流体输送机械的安全问题现象：烧保险丝、烧电机、毁坏设备现象：烧保险丝、烧电机、毁坏设备认识三点：认识三点：PqV曲线的趋势；曲线的趋势

25、；正位移特性；正位移特性；密度密度的大小的大小(以入口状态为基准以入口状态为基准)。实例：实例：某研究生用罗茨风机做小风量实验时，某研究生用罗茨风机做小风量实验时，保险丝老是烧，换铜丝后，电机烧了；保险丝老是烧，换铜丝后，电机烧了；用旋涡泵输水，启动前关闭出口阀，用旋涡泵输水，启动前关闭出口阀，结果启动时总是烧保险丝结果启动时总是烧保险丝;用真空泵时，将真空泵入口接了大气，用真空泵时，将真空泵入口接了大气，开了一会儿电机烧了。开了一会儿电机烧了。本次讲课习题：本次讲课习题：第二章第二章 712汽蚀现象汽蚀现象 返回返回往复泵往复泵 返回返回往复泵工作原理往复泵工作原理 返回返回离心风机离心风机 返回返回罗茨风机罗茨风机 返回返回往复式压缩机往复式压缩机 返回返回