化工原理 第二章 流体输送机械

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1、第二章流体输送机械学习指导1本章学习的目的本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。2本章应掌握的内容本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性、安装要求、离心泵的选型。3本章学习中应注意的问题在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流体输送。概述流体输送机械：为流体提供机械能的机械设备根据其作用的对象不同主要分

2、为二大类：（1）对液体做功的输送机械——泵（2）对气体做功的输送机械——风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）根据其工作原理的不同主要分为三大类：（1）动力式：利用高速旋转的叶轮来获得能量（包括离心式，轴流式）（2）容积式：利用活塞或转子的挤压（包括往复式，旋转式）（3）其他类：不属于上述两类，如喷射式由于不同的物料（腐蚀性—酸碱、粘度高—润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为研究对象。第一节离心泵(Centri

3、fugalpumps)一、工作原理和主要部件1、工作原理基本结构固定的泵壳旋转的叶轮2.工作过程叶轮中部低压液体吸入灌泵叶轮高速旋转离心作用静压能和动能叶轮外缘流道扩大动能静压能液体排出排液过程吸液过程泵壳若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体(无自吸能力)，这种现象称为“气缚”现象。因此在

4、离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）。2、主要部件(1)叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达1200～3600转/min，高速10700～20450转/min。根据其结构可分为：开式半开式闭式离心泵叶轮哪种形式的叶轮做功效率高？闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。(2)泵壳从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳

5、中，泵壳是蜗壳形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。(3)轴封装置前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压，液体经过叶轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，由于泵轴带动叶轮旋转，泵壳相对固定，泵轴穿过泵壳处必有间隙，故其会向外界漏液。密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。填料密封

6、：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。底阀

7、（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。滤网：防止液体中杂质进入泵体。二、离心泵的基本方程式1、理论压头假设：（a）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小,即叶片没有厚度；（b）液体为粘度等于零的理想流体。c2w2u2r2β2c1w1u112α2α1β1从理论上表达泵的压头与直径、转速、结构及流量的关系，计算离心泵理论压头(1)n↑，HT∞↑;(2)D2↑，HT∞↑根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：(a)(a)β2<90o为后弯

8、叶片，cotβ2>0，HT∞90o为前弯叶片，cotβ2<0，HT∞>u22/g2、实际压头由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。流体通过泵的过程中压头损失的原因：（a）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。（b）阻力损