化工原理第三版第二章.ppt

第二章 流体输送机械 第一节 概述 流体在流动过程中将损失部分机械能，且只能由高能位向低能位处流动。 在实用中，需要将流体由低能位向高能位输送，如将流体由低处送至高处，由低压设备送至高压设备，或者克服管道阻力由一个车间送至另一车间等等。 用于向流体提供能量并完成输送任务的机械称为流体输送机械。 分类 二、离心泵的主要部件 1、叶轮 作用：将电动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。 叶轮的型式： （a）敞式叶轮 　叶片两侧无前后盘，适于输送含有杂质和悬浮物的物料。效率较低。 （b）半蔽式叶轮 　叶轮在吸入侧无前盖板，而在另一侧有后盖板，适于输送易沉淀或含有固体粒状的物料。 （c）蔽式叶轮 　叶轮有前后盖板。适用于输送不含杂质的清洁液体，效率较高。 一般离心泵大都采用蔽式叶轮 。 　吸液方式 (a)单吸式：液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单，有轴向推力。 (b)双吸式：液体可同时从叶轮两侧吸入。具有较大的吸液能力，而且基本上可以消除轴向推力。 2、泵壳 （泵体） 作用：将叶轮封闭在一定的空间，以便叶轮引进并排出液体，并将液体的大部分动能转化为静压能。离心泵的泵壳多做成蜗壳形。 特点：沿着叶轮旋转的方向，泵壳与叶轮之间所形成的通道由小逐渐扩大，直至出口最大。 　一般液体离开叶轮进入泵壳的速度可达15-25m/s，而到达出口管时流速只有1-3m/s左右。根据柏努利方程式，液体速度头的降低，即从15-25m/s→1-3m/s，除了一部分消耗于泵体的阻力等因素外，大部分转化为静压头。 3、轴封装置 作用：防止高压液体从泵体内沿轴的四周而漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。 常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 2-2-2离心泵的基本方程式 　问题：液体究竟从旋转的叶轮中获得多少能量？哪些因素会影响获得能量？ 　处理方法：采用理想叶轮 　假设： 　(1) 叶轮内叶片的数目为无限多，因此叶片的厚度为无限薄。 　目的简化液体在叶轮内的运动状况。 　(2)液体在叶轮内的流动阻力可以忽略，即液体是理想液体。 　目的消除液体在叶轮内的能量损失。 　符合上面二个条件的的叶轮称为理想叶轮。 一、液体质点在叶轮内的运动—速度三角形 1、相对速度w（液体质点相对于叶轮内的速度） 　运动方向是液体质点所在处的叶片切线方向，大小与流量及流道的形状有关 。 2、圆周速度u 　运动方向与液体质点所在处的圆周切线方向一致，大小与所在处的半径及转速n有关。 3、绝对速度c 　绝对速度取决于相对速度和圆周速度，且等于圆周速度与相对速度的矢量和。 即： 由余弦定律得知： 故进口（以下标1表示）、出口（以下标2表示），液体质点的三种速度之间的关系可写为： 为了计算上的方便，常把绝对速度分解为两个分量： 径向分量 圆周分量 于是 二、离心泵基本方程式的推导 理论压头或理论扬程 (HT)推导的方法 ： 以速度三角形为基础，以动量矩定理为依据。 在定态流动中，单位时间内叶轮对液体所作的功等于同一时间内液体从叶片进口处流到叶片出口处的动量矩变化和叶轮旋转角速度的乘积。 即： P = ω⊿M 式中：P—单位时间内叶轮对液体所作的功Nm/s； ⊿M—同一时间内液体从叶片进口处流到出口 　　　　　处的动量距变化Nm； ω—叶轮旋转角速度 1/s。 单位时间内叶轮对液体所作的功为： 式中：ρ—液体的密度 kg/m3； qv—理论流量m3/s； HT∞—具有无限多叶片的离心泵对理想液体所提供的理论压头m。 动量矩 = 质量流量×绝对速度×绝对速度对 　　　　　旋转中心的距离 在叶片进口及出口处的动量距分别为： 得： ∵ P = ω⊿M ∴ ∵ ∴ 式中： —叶片无限多时理论扬程（理论压头）。 4、理论流量 若离心泵的几何尺寸与转速一定，即u2、β2、D2、b2为定值。即令： 则： 显然这是一个直线方程，HT随qv的变化而变化，但β2可以有不同情况，按照β2三种不同情况，其斜率将随β2而变化。 当β2 900，ctgβ2 0 B 0 ，qv↑→ HT∞ ↑ 当β2= 900，ctgβ2= 0 B = 0 HT∞与qv无关 当β2 900，ctgβ2 0 B 0 ，qv↑→HT ∞ ↓ 四、实际压头He 实际液体在泵内流动有各种阻力存在，会消耗能量。 所以实际压头比理论压头低． 2-2-