过程流体机械--总复习

∫
2
1
dp W1 = = Lpol = H pol ρ M
⎧摩阻损失 ⎪ ⎪分离损失 ⎪ ⎧流动损失 ⎨冲击损失 ⎪ 二次流损失 级内损失⎨漏气损失 ⎪ ⎪ ⎪轮阻损失 ⎪尾迹损失 ⎩ ⎩
离心压缩机
� 离心压缩机多为多级串联式的结构。 � 对于高增压，需要两缸或多缸离心压缩机串联。 � 压缩重气体时，由于μ大/多变能量头小， u2主要
往复活塞压缩机
�设计计算
ε1 = ε 2 = ⋅ ⋅ ⋅ = ε n = n pd ps
ηV = λV λ p λT λl
ps1 − ϕ1 psa1 λϕ 2 = ⋅ ε1 ps 2 − ϕ 2 psa 2
2Vs1 d 2 D1 = + πs 2
Td = Tsε
m −1 m
mj ⎧ 1 N ij = n(1 − δ sj )λVj psjVsj ⎨ ε j (1 + δ 0 j ) 60 m j −1 ⎩
计算总功H tot = (1 + β df + β l ) H th 选取各级的多变效率η pol
⎡ m − 1 H pol ⎤ 计算各级压比 ε = ⎢ + 1⎥ ⎣ m RT0 ⎦
计算各级的多变能量头H pol
离心泵
泵—是把机械能转换成液体的压力能量，用来增压输送液 体的机械。
2 2 pout − pin cout − cin 泵的扬程：H = + + ( Z out − Z in ) (m) gρ 2g
[
]
m j −1 mj
⎫ − 1⎬ ⎭
∆p1 ∆p2 δs = ；δ d = p1 p2
往复活塞压缩机
�变工况计算
ps
I
p2
II
p3
III
pd
⎧ psVs1λV 1λ p1λt1λl1 p2Vs 2 λV 2 λ p 2 λt 2 λl 2 p3Vs 3λV 3λ p 3λt 3λl 3 = = ⎪ T1 T2 T3 ⎪ 1 ⎛ p m ⎞ ⎪ 2 1 ⎜ λV 1 = 1 − α1 ( ) − 1⎟ ⎪ ⎜ p1 ⎟ ⎪ ⎧不计抽气 ⎪ ⎝ ⎠ 1 ⎨ ⎨ ⎛ ⎞ p m 3 2 ⎩析水 ⎜ ⎪ λV 2 = 1 − α 2 ( ) − 1⎟ ⎜ p2 ⎟ ⎪ ⎝ ⎠ ⎪ 1 ⎛ p d m3 ⎞ ⎪ ⎜ ⎟ λ = 1 − α ( ) − 1 V 3 3 ⎪ ⎜ p3 ⎟ ⎪ ⎝ ⎠ ⎩
′ w1
′ c1
正冲角
u1
离心压缩机
轴向推力的平衡措施 � 叶轮对排 � 叶轮背面加筋 � 采用平衡盘/平衡活塞。
� 如果轴颈与轴承间存在收 敛/楔形间隙(油膜)，以及相 对运动； � 间隙内的油膜会产生较高 的动压力而托起轴颈，从而 防止摩擦和碰撞。
离心压缩机
轴流压缩机的特点 �流量较大； �级的压比较小； �效率较高； �变工况性能差；
⎞ ⎛ n′ ⎞ ⎟ ⎟ ⎜n⎟ ⎠ ⎝ ⎠
2 2
3
扬程关系
H′
′ ⎞ ⎛ n′ ⎞ ⎛n′ ⎞ ⎛ D2 ⎟ = λl ⎜ ⎟ = ⎜ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ H ⎝ n ⎠ ⎝ D2 ⎠ ⎝ n ⎠
2
2
功率关系
N′
′⎞ ⎛ n′ ⎞ ⎛ D2 ⎟ = λl ⎜ ⎟ = ⎜ ⎜ ⎟ N n D ⎝ ⎠ ⎝ 2⎠
往复活塞压缩机
压缩机调节： �转速调节 �管路调节 �压开进其阀调节 �连通补助容积
离心压缩机
优点： （1）排气量大/连续气流/流通面积较大/转速很高； （2）结构紧凑/尺寸小，它比同气量的活塞式小得多； （3）平稳可靠/运转时间长/维护费用省/操作人员少； （4）气体清洁/不污染气体，这对化工生产是很重要的； （5）转速较高/适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。 缺点： （1）单级压比不高/不适用于较小的流量； （2）稳定工况区较窄/调节较方便，经济性较差； （3）设计/制造/装配要求较高；
⎡ Vc ⎢⎛ P2 ⎜ 余隙系数 λ V = 1 − V s ⎢⎜ P1 ⎝ ⎢ ⎣ ⎤ 1 ⎛ ⎞ ⎞ ⎥ m ⎟ ⎟ ⎟ − 1⎥ = 1 − α ⎜ ⎜ ε − 1⎟ ⎠ ⎝ ⎠ ⎥ ⎦
m −1 m
1 m
m Wi = (1 − δ s ) p1λvVh {[ε (1 + δ 0 )] m −1
2 2 c2 − c12 ω12 − ω 2 H th = + 2 2
离心压缩机
确定各级基本尺寸 D2、n、u 2、β 2 A、Z、δ 2
计算轴功率 / 电机功率
计算出口流通系数
τ 2 = 1−
zδ 2 πD2 sin β 2 A
b (1 + β l )qV 0 ⎛ n ⎞ 计算 2 = ×⎜ ⎟ 3 D2 kV 2τ 2ϕ 2 r u2 ⎝ 33.9 ⎠
受制于马赫数，级数较少； � 压缩轻气体时，由于μ小/多变能量头大， u2主要 受制于叶轮材料强度，级数较多； � 重气体比轻气体容易压缩。
H tot = H th + H l + H df
= (1 + β l + β df ) H th
η pol =
H pol H tot
m = m −1 k k −1
5
3
5
⎛ n′ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝n⎠
3
同 qV ′ n′ 一 q = n V 泵 不 H ′ ⎛ n′ ⎞ 2 =⎜ ⎟ 同 转 H ⎝n⎠ 速 N ′ ⎛ n′ ⎞ 3 时 N =⎜ n ⎟
N
⎝n⎠
离心泵
′ n′ s =n ′ qV
1 2 3 4
=n
qV
1 2 3 4
= ns — —泵的比转速
H′ H 两个泵相似，比转速相等。
(m)
离心泵
泵的四条性能曲线
离心泵
泵的稳定/非稳定工况
H
管道特性 管道特性
H
A B
H − qV
C
H − qV
′ qVB qVB
qVA qVA ′
qV
′′ qVC
′ qVC qVC
qV
离心泵
两个泵流动相似
几何相似 运动相似——叶轮进口速度三角形相似 动力相似
流量关系
⎛ D2 ′ ′ qV 3 ⎛ n′ ⎞ = λl ⎜ ⎟ = ⎜ ⎜ qV ⎝ n ⎠ ⎝ D2
pout − pin 扬程估算：H ≈ ( m) gρ
u 2 c2u − u1c1u 理论扬程 H t = g
(m )
N e ρgqV H qV H ρgqVt H t 泵的总效率η = = = × × = ηVη hydη m N N qVt H t N
离心泵
汽蚀机理 �在叶片入口附近K点，若pk≈ pv，会 产生气泡。 �在高压区域，周围液体高速冲击气 泡，使局部压力/温度剧增，产生化学/ 电化学反映。 汽蚀危害 �对叶轮/泵壳产生冲击/疲劳/腐蚀。 �使泵性能下降。 �产生噪音、振动。
Hp
扬程：H = (H g + H P ) + ∑ h1 + ∑ h 2
Hg
离心机
ω
液体内一点的压力： 1 p = ρω 2 (r 2 − r12 ) 2 用于计算鼓底 / 挡液板的压力。
r1
R
p
r
pc
H
颗粒在液体中层流沉降速度 ⎧ d 2 ( ρ s − ρl ) g ⎪重力场v g = 18µ ⎪ ⎨ 2 2 d ( ρ − ρ ) ω r ⎪离心场v = s l = v g Fr ⎪ 18µ ⎩
《过程流体机械》总复习
�基本概念； �基本原理； �基本结构； �基本性能； �基本应用； �往复活塞压缩机； �离心压缩机； �离心泵 �离心分离机
绪论
�过程流体机械：它是过程装备的重要组成部 分之一，以流体为介质进行能量转换/处理/输送 的机械。 �分类： 原动机、工作机； 压缩机、泵、分离机； 往复式、旋转式； �趋势： 高压比、大流量、超音速； 高速、自动化、检测；
离心泵
有效汽蚀余量 (泵入口处高出饱和压力的部分)
pS cs2 pV NPSH a = + − γ 2g γ
或者，
(m)
NPSH a =
p A pV − − H g − ∆H A− s (m) γ γ
必须汽蚀余量 (泵出口到 K点的压力降低值 )
2 2 c0 w0 NPSH r = λ1 + λ2 2g 2g
计算标准流量qV 0 = qm
2
选取流量系数 ϕ 2 r
RT0 p0
m m −1 m m −1
m m −1
计算各级的理论能量头
计算各级温度T0′ = T0 (ε ) 计算各级温度T0′ = T0 (ε )
H th = (1 − ϕ 2 r ctgβ 2 A −
π 2 sin β 2 A )u2 4
选取各级的漏气、轮阻 系数 β df 、β l
u −u c −c w − w Lth = H th = + + 2 2 2
2 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2
r c1
α1
ω
v u1
离心压缩机
2 c2 − c12 H th = c p (T2 − T1 ) + 2
2 p c2 − c12 H th = ∫ d ( ) + ρ 2
m −1 ⎡ ⎤ m ⎛ ⎞ m p = RT1 ⎢⎜ 2 ⎟ − 1⎥ ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ m −1 ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
离心压缩机
ε ε
p01 n3 p02 p03
qm
ε
T03 T01 T02
n1
n2
qm
qm
离心压缩机
w1 c1