化工原理上第2章输送3

2.6 风机、压缩机和真空泵
概述 (1) 属于气体输送设备 (2) 分类： * 按结构分类 离心式 往复式
* 按出口压力不同分类
通风机：终压不大于1500 mmH2O，
压缩比< 1.15
鼓风机：终压不大于0.15atg，
压缩比< 4 风机：气体输送设备
压缩机：终压> 3atg，压缩比> 4
主要用于压缩气体
(2) 往复泵的流量调节
qV ,T f ( z, AF , s, nr )
a、改变活塞冲程、往复次数、泵缸容积 b、旁(支)路调节，不能封闭启动；
图2-38 回流支路调节流量法
比较离心泵： a、改变阀开度 ，叶轮转数、直径。 b、设出口阀，封闭启动；
(3) 往复泵的安装 a、有自吸能力，不需灌泵。 b、有允许安装高度限制 影响安装高度的因素 液面上方压力、 流体饱和蒸汽压、吸入管路情况
C
由单泵求泵合成特性曲线
并联：H并 H单时，qV ,并 2qV ,单 串联： qV ,串 qV ,单时，H串 2H单
组合泵工作点流量、压头
并联： q
V ,单
qV ,并 2qV ,单 H 并 H 单
C
串联：H H 2H , q q 串 单 单 V ,串 V ,单
真空泵：终压接近于0，压缩比由真空度决定；
从设备中抽出气体，使设备中产生负压。 压缩机，真空泵：气体压缩设备
(3) 气、液体输送设备区别 a）输送相同质量流量的流体， 气体所需压头高（密度小）
b）气体压缩时，产生热效应，需设冷却装置。
2.6.1 离心式通风机
通风机：离心式、轴流式
一、离心式通风机结构及工作原理 同离心泵 主要部件：叶轮、蜗壳 叶片形式：低压风机 叶片平直 中高压风机 叶片弯曲
2
③
串联泵的工作点
*串联泵的总流量和总压头↑ *压头增加不到单泵的两倍。
H 单 H串 2 H 单 ,
qV ,串 qV ,单
④ 串联泵效率
H串 qV串
串
H 单 qV ,单
等于单泵在qV,单时的工作效率
(3) 两种组合方式的比较及选择
①
截距A >He单max
He
应采用串联操作
b 2'
H单 k bqV 单
②
2
b 2 H 并 k qV 并 4
管路特性曲线不变
L A BqV
2
(qV ,单不变)
③ 并联泵的工作点 * 并联泵总流量和总压头↑ * 流量增加不到单泵的两倍
原因：管路存在阻力损失
qV ,单 qV ,并 2qV ,单
H并 H单
④ 并联泵效率
串
并联泵压头不够大
2
②
串、并联都满足时， 应根据管路特性选择。 A 低阻管路(B较小)， 宜采用并联操作； 高阻管路(B较大)， 宜采用串联操作；
并 单
1 a M 1'
Q
图2-24 组合方式的选择
(4) 组合泵的流量调节 方法：同单泵 注意：确定组合泵的工作点时，
应使用泵的合成特性曲线和管路特性。
④ 轴功率
P
问题：HT 与 流体密度ρ 是否有关
HT We Hg HT
离心通风机特性曲线
风机特性曲线由厂家提 供，列于风机样本中。 标定条件：
1atm、 200 C的空气 ( 1.2kg / m )
3
特性曲线的校正
1.2 风压：H T H T
轴功率： P P 1.2
判断： 1、离心泵安装高度超过允许值时，会发生气缚。 2、在管路中操作的并联泵，较单泵流量增加一倍。 3、扬程相同时，并联泵特性曲线上的流量，是单泵 特性曲线上流量的两倍。 4、开大离心泵出口阀时，系统流量、阻力损失、泵 轴功率如何变化？ 5、液体温度升高一倍时，发现离心泵无液体排出， 最可能的原因是什么？ 6、离心泵汽蚀余量数值越大，泵抗汽蚀能力越强。
③ 类型
qV ,T f ( z, AF , s, nr )
qV ,T f (泵缸数、活塞面积、冲 程、往复次数 )
单作用泵： 流量qV ,T zAF snr 60
Q
Q 0
π
2π
3π
双动泵： 流量qV ,T z (2 AF A f ) snr 60
0
图2-35 单缸单作用往复泵流量曲线
D qV ( ) qV D
（b）叶轮转数 比例定律
H D 2 ( ) H D
P D 3 ( ) P D
n qV qV n
H n 2 ( ) H n
P n 3 ( ) P n
2. 离心泵的汽蚀现象 (1) 离心泵的汽蚀现象
pK ps时，发生汽蚀
(2) 离心泵的汽蚀余量
J / m3
2 2 H T g ( Z 2 Z1 ) ( p2 p1 ) (u2 u1 ) g h f ,12 2
H T ( p2 p1 ) 2 H p (静风压） H k (动风压）

2 u2
③ 效率
Pe P
Pe H T qV P (kW ) 1000
提出问题
?
提出问题
He
?
D B E' A E
节流调节， 多消耗在阀门上能量为：
A、H H H D A B、H H A H B
H eA
C
H eD
C、H H D H B
QD QA
Q
图2-20 节流调节时工作点的变化
2.2.8 离心泵的类型与选用 (1) 离心泵的类型 4B19 按结构分类，用英语或汉语拼音为系列代号。 ① 清水泵 B型：单级单吸式，系列扬程范围8~98m 流量范围：4.5~360/h, 属常用型。 D型：多级离心泵(一般2~9级)。 系列扬程范围：14~351m 流量范围：10.8~850/h 适用：压头高，而流量不大的场合。 S 型：双吸式离心泵 系列扬程范围：9~140 m 流量范围：120~1250/h 适用：压头要求不高，流量较大的场合。
②
油泵：Y型 要求密封性能好，一般具有冷却措施。
流量：6.5~500/h 压头：60~603 m
③ 其它类型泵 耐腐蚀泵(F型)：密封性能好(常用机械密封) 杂质泵(P型)：不易堵，耐磨， 叶轮：敞式或半闭式 屏蔽泵：机泵一体，用于输送易燃、易爆液体。 液下泵(EY型)：无泄漏问题，化工常用泵。
(2) 离心泵的型号命名（书P111）
(a)离心式
(b)轴流式
离心式和轴流式通风机示意图
(2) 离心通风机的性能参数
① 风量 qV ：以进气口体积流量计，m3/s、m3/h ② 全风压 HT： 选择风机的依据，Pa
1 2 1 2 1 z1 g p1 1u1 We 2 z2 g p2 2u p f 2 2
H eD H eA
消耗在阀门上的能量---
H H D H B
QD QA Q
图2-20 节流调节时工作点的变化
② 转数调节----改变泵特性曲线
qV n
He
H n
Q~He Q'~He'
2
n
3
M M' M n'
n E
HeM
HeM
QM' QM
图2-21 改变转速时的工作点的变化
Q
π
2π
3π
往复泵的特性曲线:
④
正位移特性（容积泵、正位移泵）
qV ,T f ( z, AF , s, nr )
a）流量与管路特性无关
qV ,T f (泵缸数、活塞面积、冲 程、往复次数 )
区别离心泵：泵提供流量与管路特性有关 往复泵特性曲线及工作点（书P129图2.3.6-7）
b）压头与流量无关，取决于管路需要 理论上，往复泵压头可按系统需要无限增大。 实际上，受泵体强度及泵原动机限制。
H 并 qV并
H单 qV ,单
等于单泵在qV,单时的工作效率
(wk.baidu.com) 串联操作
①
泵的合成特性曲线改变
相同流量下，压头加倍。
qV ,串 qV ,单时，H串 2H单
如果H 单 k bqV ,单
H串 2 k bqV ,串 2
② 管路合成特性曲线不变
2
L A BqV
(3) 离心通风机的选用
① 由流体性质，选择风机类型； ② 由管路所需风压、流量，确定具体型号； 例：输送400C空气，管路需要HT′ qV ′选型
小 结
1. 离心泵特性曲线的影响因素
① 物性参数影响
（a）密度对泵特性曲线的影响
P P-qV 曲线： P
（b）粘度对泵特性曲线的影响
H-qV 曲线、η -qV 曲线：与无关
CqV qV，H CH H， C v 20cSt时，qV
② 叶轮直径和转数对特性曲线的影响 （a）叶轮外径D 车削定律
NPSHa NPSHr S
3. 离心泵的安装高度
①安装高度：
泵入口与吸入液面间的垂直距离。
② 最大安装高度 Zmax
po ps zmax h fo1 NPSHr g g
③ 允许安装高度
Z Zmax S
实际安装高度Z 允许安装高度Z
4. 离心泵在管路中的工况
④ 螺杆泵: 属容积式转子泵
2.4 其他类型的叶片式泵 2.4.1 旋涡泵：特殊类型离心泵
η He N
η
He
N
特性：流量↑时，功率↓，压头↓
图2-42 漩涡泵特性曲线示意图
Q
2.4.2 轴流泵和混流泵 离心泵分类 见书P94图2.1.1(自学)
2-5 各类泵的比较与选择 书 P133-136 (自学)
u ps p1 u 汽蚀余量：NPSH h f1k 2g g 2 g g
(a) 必需汽蚀余量(NPSHr) (b) 装置汽蚀余量(NPSHa)
2 k
2 1
(c) 离心泵的NPSHa安全裕量
p0 ps NPSHa z h f 01 g g
理论上， NPSHa > NPSHr泵不发生汽蚀
2.3 容积式泵(正位移泵) 2.3.1 往复泵 (1) 结构和工作原理 ① 结构
泵缸、活塞、阀门 冲程、冲程容积
1 2 5 4
3
② 工作原理
● 活塞右移时，排出阀关闭，吸液 阀 开启，开始吸液当活塞移至 右端点时，吸液行程结束； ●活塞由右端点向左移时,吸液阀关 闭，排出阀开启，开始排液，当 活塞移至左端点时，排液行程结束。
(5) 离心泵的串联和并联 单泵出口阀开度不变时，
提出问题
?
* 并联和串联提高泵输出的流量或压头是否改变
* 组合后，单泵特性曲线是否改变
* 组合后，组合泵特性曲线是否改变
* 组合后，管路特性曲线是否改变
单泵出口阀调节时， * 单泵特性曲线是否改变 * 组合泵特性曲线是否改变 * 管路特性曲线是否改变 * 组合泵工作点有何变化
(1) 管路特性曲线
2 L A BqV
p A z g
(2) 离心泵的工作点
l 8( ) d B 2 4 d g
2
He
L A BqV
H k bqV
2
LH
qV ,L qV ,H
Q
（3）影响管路特性曲线的因素 H * ρ 的影响
e
p 0时， 对A无影响
p 0时， , 则A
* 管路阻力的影响
B , 则曲线斜率 （高阻管路）
b H B , 则曲线斜率 （低阻管路）
e
C
qVqV
D
A
qV
a
流量Q 图2-18 管路的特性曲线
(4) 离心泵的流量调节(工作点的调整)
①
He E' A B E
节流(阀门)调节----改变管路特性曲线
D
C
型号：吸入口直径-泵名-扬程-叶轮 4B91A
(3) 离心泵的选用原则
①
②
确定泵的类型
依据：操作条件(温度、压力)、流体的性质。 选择泵的具体型号 工程观点：选择时，有一定生产裕度。
a）由管路所需压头、流量，确定泵压头、流量。
b）抗汽蚀性能好
c）经济性好：泵的操作点应处于高效区内。
书P416 附录T：列出泵的规格
③ 改变叶轮直径
qV D
He
HD
2
D
3
Q~He Q'~He' M n M' M n'
H eM H eM
E
QM' QM
Q
5 离心泵的组合运转工况分析 (1) 并联操作
泵型号相同，吸入管路相同，出口阀开度相同
①
泵合成特性曲线改变
相同压头下，流量加倍
qV ,并 2qV ,单 H并 H单时，
(4) 适用场合
适用于：流量小，扬程高，粘度大的流体。
不适用：腐蚀性介质或含有固体颗粒的流体。
(5) 其它类型的正位移泵 ① 隔膜泵 ② 计量泵 ：多股进料，按比例输送
③ 齿轮泵
④ 螺杆泵
(5) 其它类型的正位移泵
① 隔膜泵
实际上是一种往复泵
② 计量泵
也是往复泵的一种 多股进料，按比例输送
③ 齿轮泵 齿轮泵可用于输送粘稠液体以至膏状物