广东工业大学：《化工原理 Principles of Chemical Engineering》课程教学资源（PPT教案课件）第二章 流体输送机械

第二章流体输送机械 、流体输送机械:为流体提供外加能量的机械(机器√和设备) 、分类 泵,液体输送 按流体种类分 风机或压缩机或真空泵,气体输送 离心式 往复式 按原理分 旋转式 流体动力作用式

第二章 流体输送机械 一、流体输送机械：为流体提供外加能量的机械（机器和设备）。 二、分类 泵， 液体输送 按流体种类分 风机或压缩机或真空泵， 气体输送 离心式 往复式 按原理分 旋转式 流体动力作用式

第一节液体输送机械 、离心泵 1.结构:见图2-1。 2.原理:甩出、真空、吸入。 叶轮旋转时,叶片之间的液体随叶轮一起旋转,在离心力的作用下,液体沿叶片间的通道从叶 轮中心被甩到叶轮外围,具有很高的能量,从而液体可流到所需场所。 当液体被甩出后,在叶轮中心就会形成一定的真空,外界压力与该真空的压差就使液体经底 阀,吸入管道流入叶轮中心。这样,只要叶轮不停地旋转,液体就源源不断地被吸入和排出。 3.气缚:叶轮旋转时不能输送液体的现象 若离心泵启动前未充满液体,则叶片间必充满气体。由于气体密度很小,所产生的离心力也 很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内,这时叶轮虽然旋转,但不能输送 液体。 4.主要部件 (1)叶轮:见图22和图23 敞式(开式 按叶片的形式分半蔽式(半闭式 蔽式(闭式) 单吸 按吸入方式分 双吸

第一节 液体输送机械 一、离心泵 1．结构：见图2-1。 2．原理：甩出、真空、吸入。 叶轮旋转时，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间的通道从叶 轮中心被甩到叶轮外围，具有很高的能量，从而液体可流到所需场所。 当液体被甩出后，在叶轮中心就会形成一定的真空，外界压力与该真空的压差就使液体经底 阀，吸入管道流入叶轮中心。这样，只要叶轮不停地旋转，液体就源源不断地被吸入和排出。 3．气缚：叶轮旋转时不能输送液体的现象。 若离心泵启动前未充满液体，则叶片间必充满气体。由于气体密度很小，所产生的离心力也 很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内，这时叶轮虽然旋转，但不能输送 液体。 4．主要部件 (1) 叶轮：见图2-2和图2-3。 敞式 （开式） 按叶片的形式分 半蔽式 （半闭式） 蔽式 （闭式） 单吸 按吸入方式分 双吸

(2)泵壳:见图2-4 泵壳一般制成蜗牛壳形,以便动能有效地转化为静压能,为了进一步提高转化率,有时在叶转 与泵壳之间装有一个导轮 3)轴封(装置):旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封。 填料密封 頔填料一般采用浸油或涂石墨的石棉绳。结构简单,但功率消耗大,且有一定程度的泄漏。 b.机械(端面)密封 动环硬度大,常用硬质合金、陶瓷等,而静环硬度较小,常用石墨制品、聚四氟乙烯等

(2) 泵壳：见图2-4。 泵壳一般制成蜗牛壳形，以便动能有效地转化为静压能，为了进一步提高转化率，有时在叶转 与泵壳之间装有一个导轮。 (3) 轴封（装置）：旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封。 a. 填料密封 填料一般采用浸油或涂石墨的石棉绳。结构简单，但功率消耗大，且有一定程度的泄漏。 b. 机械（端面）密封 动环硬度大，常用硬质合金、陶瓷等，而静环硬度较小，常用石墨制品、聚四氟乙烯等

5.基本方程 f=ma = mro F =ro. cos e n F g n X=0 Y=ra2·cos6 Z=ro sin 6-g 假定: (1)叶轮为具有无穷多个叶片、每个叶片无限薄的理想叶轮,即液体质点严格沿叶片表面而流动, 在同一圆周上所有液体质点的所有物理量都各自相等。 (2)流过叶轮的液体为理想液体,即液体流过叶轮时无能量损失。 在1、2两点间列某一时刻流线柏努利方程: +21++W p2 所以 Wm=g(z2-21)+

5. 基本方程 假定： (1) 叶轮为具有无穷多个叶片、每个叶片无限薄的理想叶轮，即液体质点严格沿叶片表面而流动， 在同一圆周上所有液体质点的所有物理量都各自相等。 (2) 流过叶轮的液体为理想液体，即液体流过叶轮时无能量损失。 在1、2两点间列某一时刻流线柏努利方程： 所以 z x y g 2 r r  

由流线柏努利方程的最初形式 Xdx+Ydy+Zdz--ap+-gpdt-(h,dx+h, dy+h,da)=d 对理想流体,有 x+Z-- dt 对匀速离心力场和重力场中的稳定流动或某一时刻,有 ra cos edy+(ro sin 6-g)dz--dp yoda+zoaz-gr I 0 对不可压缩流体沿流线进行不定积分,得 ya+22-gz-P列 Const p = Const P 2 2g2

由流线柏努利方程的最初形式： 对理想流体，有 对匀速离心力场和重力场中的稳定流动或某一时刻，有 对不可压缩流体沿流线进行不定积分，得

站在叶轮上,在1、2两点间列同一时刻流线柏努利方程,则 282-2-w2 1 O n2 g(2-)+2-B02-r0+2 + 所以 2 2-1+2g g 2g 理论压头(2-4)(P87) 由余弦定理v2=c+2-2c;cosa1 C2+u? -2c,u2 cos a, u2C2 cosa -u,CI cosal g 基本方程(25)P87)

站在叶轮上，在1、2两点间列同一时刻流线柏努利方程，则 所以 ——理论压头(2-4)(P87) 由余弦定理 得 ——基本方程(2-5)(P87)

在离心泵的设计中,一般使α1=90°,则c0ax1=0 所以 u2C? cos a g u2-C2 coS a cig/ B2 y 2 代入上式,得 2-u2Cr2ctgB, g 又将 r=c,2·mD2b rDn 60 u, u2ctgb2 代入上式,得仰ggmD2b2 兀2D2n2ncB 3600g60gb 6.基本方程的讨论 (1)理论压头与叶轮直径及转速成正比 (2)叶片的几何形状对理论压头的影响

在离心泵的设计中，一般使1=90，则cos1=0 所以 将 代入上式，得 又将 代入上式，得 6．基本方程的讨论 (1) 理论压头与叶轮直径及转速成正比。 (2) 叶片的几何形状对理论压头的影响：

a.后弯叶片,B290°,cB2>0,Hn90°,dg阝2<0, g 由上可见,β2值越大,H←值越高,似乎前弯叶片较好。但由于β2大于90°以后,随β2的增加, 动压头增加,静压头反而减小,从而能量损失大,效率低。因此,实际上离心泵的叶片总是 后弯的 (3)理论流量对理论压头的影响 当叶轮的几何尺寸(D2、b2、β2)和转速(n)定时,理论压头与理论流量呈线性关系 阝290°,Q个,H个 b.阝2=90°,Q↑,H C.B2<90°,Q个,H2 H或H Q或Q 实际上,叶轮的叶片数是有限的,液体也是非理想液体,所以实际压头和实际流量的关系曲 线应在理论压头和理论流量的关系曲线的下方。 7.性能参数 (1)流量:单位时间内泵所输送的液体体积,Q,m3/s、m3/h或 (2)扬程(压头):单位重量的液体流经泵后所获得的能量,H,m液柱。 扬程(一般)由实验测定,装置如图,原理如下

a. 后弯叶片，290，ctg20， b. 径向叶片，2=90，ctg2=0， C. 前弯叶片，290，ctg20， 由上可见，2值越大，HT值越高，似乎前弯叶片较好。但由于2大于90以后，随2的增加， 动压头增加，静压头反而减小，从而能量损失大，效率低。因此，实际上离心泵的叶片总是 后弯的。 (3) 理论流量对理论压头的影响 当叶轮的几何尺寸(D2、b2、2 )和转速(n)一定时，理论压头与理论流量呈线性关系。 a. 290，QT，HT b. 2=90，QT，HT→ C. 2<90，QT，HT 实际上，叶轮的叶片数是有限的，液体也是非理想液体，所以实际压头和实际流量的关系曲 线应在理论压头和理论流量的关系曲线的下方。 7．性能参数 (1) 流量：单位时间内泵所输送的液体体积，Q，m3 /s、m3 /h或L/s。 (2) 扬程（压头）：单位重量的液体流经泵后所获得的能量，H，m液柱。 扬程（一般）由实验测定，装置如图，原理如下： QT或Q HT或H

在真空表和压力表之间列柏努利方程: P1 ++H=z2+22+ ∑H pg 2g pg 2g 武中H一叶轮提供给单位重量的液体的能量,m液柱。 Hx,、+P2-B,l 所以-(p2+Pn)-(np,)v3 pg h p 2+2 pg t g pgpg 2g 式中Pm,P,-分别是压力表和真空表的读数,Pa。 (3)有效功率:液体流经泵后所获得的功率,N,W。 显然 Hepg (4)效率:有效功率与轴功率之比,即 N N 容积损失n,高压液体泄漏到低压处,Q 能量损失n机械损失ηn,轴与轴承,轴封的摩擦 水力损失hn,液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞,H↓ 所以 7=77mh

在真空表和压力表之间列柏努利方程： 式中 He—叶轮提供给单位重量的液体的能量，m液柱。 所以 所以 式中 ——分别是压力表和真空表的读数，Pa。 （3）有效功率：液体流经泵后所获得的功率，Ne，W。 显然 （4）效率：有效功率与轴功率之比，即 容积损失v，高压液体泄漏到低压处，Q 能量损失 机械损失m，轴与轴承，轴封的摩擦 水力损失h，液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，H 所以 1 2 h0

(5)轴功率:电机提供给泵轴的功率,N,W。 N 由 HOpg 、HDx9.807HQ 1000 7 102 8.特性曲线:反应扬程、轴功率、效率和流量之间函数关系的曲线,一般用20°C的 清水在特定转速下由实验测定。由轴功率特性曲线知,启动泵时,=2900m 应关闭出口阀门,以保护电机。 由效率特性曲线知,泵的工作点 应在高效率区(n>92%)。 N 9.各因素对特性曲线的影响 (1)密度的影响 a.由泵的基本方程可知,扬程和流量均与液体的密度无关,所以H~Q曲线不变。 NBg可知轴功率与密度成正比,否则轴功率不能与有效功率同步, 7 所以效率也与密度无关,n~Q曲线不变 C.由 Hep知,N~Q曲线有变 102 7

（5）轴功率：电机提供给泵轴的功率，N，W。 由 得 或 8． 特性曲线：反应扬程、轴功率、效率和流量之间函数关系的曲线，一般用20C的 清水在特定转速下由实验测定。由轴功率特性曲线知，启动泵时， 应关闭出口阀门，以保护电机。 由效率特性曲线知，泵的工作点 应在高效率区(92%)。 9．各因素对特性曲线的影响 (1) 密度的影响 a. 由泵的基本方程可知，扬程和流量均与液体的密度无关，所以H~Q曲线不变。 b. 由， 可知轴功率与密度成正比，否则轴功率不能与有效功率同步， 所以效率也与密度无关，~Q曲线不变。 C. 由 知，N~Q曲线有变。  H N n = 2900rp min