第三章 流输送机械.docx

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第三章流输送机械

授课时间

第周

课次

授课方式（请打√）

理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□

课时安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章流体输送机械

第一节概述

第二节离心泵

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）

通过学习要求学生了解离心泵的类型，熟悉离心泵的结构，重点掌握离心泵的工作原理、性能参数以及特性曲线和工作点，还有离心泵安装高度的确定。

教学重点及难点：

重点：

离心泵的结构、工作原理和安装高度的确定；

难点：

离心泵的性能参数和特性曲线以及工作点；

教学基本内容

新课教授

第一节概述

为流体提供能量的机械称为流体输送机械。

输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机或压缩机。

化工生产中要输送的流体种类繁多，流体的温度、压力、流量等操作条件也有较大的差别。

为了适应不同情况下输送流体的要求，需要不同结构和特性的流体输送机械。

化工厂中常用的液体输送机械，按其工作原理可分为四类：

离心式、往复式、旋转式及流体动力式。

第二节离心泵

一、离心泵的工作原理

1.工作原理

排液工作原理：

在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。

以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。

在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。

吸液工作原理：

液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。

2.“气缚”现象

当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。

从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。

思考：

防止“气缚”现象的产生应采取哪些措施？

二、离心泵的结构

教学基本内容

1.叶轮----作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能。

叶轮有开式、半闭式和闭式三种。

2.泵壳----作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便通过叶轮的作用吸入和压出液体。

除了汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。

3.轴封装置-----作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。

常用的有填料密封和机械密封。

三、离心泵的性能参数

1.流量Q------离心泵的送液能力。

单位时间内泵所输送的液体体积。

2.扬程H------离心泵的压头，是指单位重量流体经泵后获得的能量。

在一管路系统中两截面间（包括泵）列出柏努利方程式并整理可得：

3.有效功率Ne-------单位时间内液体经离心泵所获得的实际机械能量。

4.轴功率N------单位时间内通过泵轴传入泵的机械能量，用来提供泵的有效功率并克服机械损失。

5.效率η------泵在输送液体过程中，轴功率大于排送到管道中的液体从叶轮处获得的功率，因为容积损失、水力损失物、机械损失都要消耗掉一部分功率，而离心泵的效率即反映泵对外加能量的利用程度。

例3-1：

现测定一台离心泵的扬程。

工质为20℃清水，测得流量为60m/h时，泵进口真空表读数为-0.02Mpa,出口压力表读数为0.47Mpa（表压），已知两表间垂直距离为0.45m，若泵的吸入管与压出管管径相同。

试计算该泵的扬程？

四、特性曲线及其影响因素分析

1.特性曲线

离心泵的特性曲线是将由实验测定的Q-H、Q-P、Q-η的变化关系绘制在同一坐标系中而组成的曲线。

教学基本内容

不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：

（1）Q-H线表示流量和压头的关系；

（2）Q-P线表示流量和泵轴功率的关系；

（3）Q-η线表示流量和泵的效率的关系；

2.影响因素

（1）液体物性-----粘度增大，能量损失增大，扬程、流量减小，效率下降。

（2）转速

（3）叶轮直径

五、离心泵的工作点

（1）管路特性曲线

当离心泵安装在特定的管路系统中时，泵应提供的流量qV和压头He应依管路的要求而定。

管路所需压头与流量的关系曲线称为管路特性曲线，管路特性方程为：

（2）工作点

泵的特性曲线（Q-H）与管路特性曲线（qV-He）的交点即为泵的工作点。

工作点所示的流量与压头既是泵提供的流量和压头，又是管路所需要的流量和压头。

离心泵只有在工作点工作，管中流量才能稳定。

泵的工作点以在泵的效率最高区域内为宜。

思考：

改变离心泵工作点的方法有哪些？

如何改变工作点？

六、离心泵的汽蚀现象与安装高度

1.汽蚀现象

当贮槽液面上的压强一定时，吸上高度越高，则泵入口压强越小，至输送温度下液体的饱和蒸汽压时，在泵进口处，液体就会沸腾，大量汽化，产生的大量汽泡随液体进入高压区时，又被周围的液体压粹，而重新凝结为液体。

在汽泡凝结时，气泡处形成真空，周围的液体以极大的速度冲向汽泡中心。

。

教学基本内容

这种极大的冲击力可使叶轮和泵壳表面的金属脱落，形成斑点、小裂缝，称为汽蚀。

汽蚀发生时，泵体因受冲击而发生振动，并发出噪音；因产生大量汽泡，使流量、扬程下降，严重时不能工作。

3.汽蚀余量

为了防止汽蚀的发生，泵在运转时，必须使泵入口压强大于液体的饱和蒸汽压，即

能保证不发生汽蚀的最小值，称为允许汽蚀余量，

4.安装高度

在泵的入口中心与吸入贮槽液面间列柏努利方程：

以贮液槽为基准

设液面为标准大气压，忽略动能和阻力损失：

泵的安装高度有限制。

作业和思考题：

课后小结：

本节重点介绍了离心泵的结构、工作原理、性能参数以及泵的安装高度，重点使学生理解离心泵的特性曲线和工作点，掌握泵允许安装高度的计算。

授课时间

第周

课次

授课方式（请打√）

理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□

课时安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第三节其他类型的化工用泵

第四节气体输送机械

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）

通过学习要求学生了解其它泵的结构和工作原理，熟悉气体输送机械的结构和原理，掌握往复泵的结构、工作原理以及离心式通风机的特性曲线。

教学重点及难点：

重点：

往复泵的结构和工作原理。

难点：

离心式通风机的性能参数和特性曲线。

教学基本内容

复习导入

1.离心泵的工作原理

2.气缚和汽蚀现象

3.离心泵的性能参数

第三节其它类型的化工用泵

一、往复泵

1.主要部件：

泵缸、活塞，活塞杆及吸人阀、排出阀。

2.工作原理：

活塞自左向右移动时，泵缸内形成负压，则贮槽内液体经吸入阀进入泵缸内。

当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大，由排出阀排出。

活塞往复一次，各吸入和排出一次液体，称为一个工作循环；这种泵称为单动泵。

若活塞往返一次，各吸入和排出两次液体，称为双动泵。

活塞由一端移至另一端，称为一个冲程。

3.往复泵的输液量

往复泵的流量与压头无关，与泵缸尺寸、活塞冲程及往复次数有关。

单动泵的理论流量为：

4.往复泵的安装高度和流量调节

往复泵启动时不需灌入液体，因往复泵有自吸能力，但其吸上真空高度亦随泵安装地区的大气压力、液体的性质和温度而变化，故往复泵的安装高度也有一定限制。

新课教授

教学基本内容

往复泵的流量不能用排出管路上的阀门来调节，而应采用旁路管或改变活塞的往复次数、改变活塞的冲程来实现。

往复泵适用于高压头、小流量、高粘度液体的输送，但不宜于输送腐蚀性液体。

有时由蒸汽机直接带动，输送易燃、易爆的液体

二、其它类型泵

1.计量泵

属于往复泵，在化工生产中用来准确的定量输送某种液体，保证液体的配比。

2.隔膜泵

用耐腐蚀性材料制成隔膜，将活柱与输送液体隔开，用于输送腐蚀性液体或悬浮液。

二、旋转泵

依靠泵内一个或多个转子的旋转改变操作容积并吸入和排出液体的泵。

适用于输送流量较小，高粘度的液体，但不能输送含有固体颗粒的悬浮液。

三、旋涡泵

依靠离心力对液体做功，液体随叶轮高速旋转，并且在叶片与流道间反复旋转运动，液体每经过一个叶片相当于受到一次离心力作用。

因此在出口时可得到较高的扬程，在启动前需要灌泵。

第四节气体输送机械

气体输送机械主要用于克服气体在管路中的流动阻力和管路两端的压强差以输送气体，或产生一定高压或真空以满足各种工艺过程的需要。

一、离心式通风机

1.结构和工作原理

教学基本内容

离心式通风机的结构与单级离心泵相似。

在蜗壳形机壳内装一叶轮，叶轮上叶片数目较多。

离心式通风机的工作原理与离心泵相同。

2.主要性能参数和特性曲线

（1）风量Q

单位时间内风机出口排出的气体体积，以风机进口处气体状态计。

（2）风压pt

单位体积的气体经风机所获得的能量。

（3）轴功率与效率

特性曲线有四条：

3.离心通风机的选用

（1）根据气体种类与风压范围确定风机类型。

（2）根据生产要求的风量和风压换算标准条件的值，查取适宜风机型号规格。

二、鼓风机

了解离心式鼓风机和旋转鼓风机的基本结构、操作原理及应用。

教学基本内容

三、压缩机

了解离心式压缩机和往复式压缩机的基本结构、操作原理及应用。

四、真空泵

1.水环真空泵-----旋转时形成水环，水环具有液封的作用，与叶片之间形成许多大小不同的密封小室，当小室渐增时，气体从入口吸入；当小室渐减时，气体由出口排出。

结构简单、紧凑，易于制造与维修，由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。

适用于抽吸含有液体的气体，尤其在抽吸有腐蚀性或爆炸性气体时更为合适。

2.喷射真空泵-------利用流体流动时的静压能与动能相互转换的原理来吸、送流体。

喷射泵构造简单、抽气量大。

但是效率很低，蒸汽消耗量大。

作业和思考题：

课后小结：

本节对往复泵的结构和工作原理进行了介绍，并简单介绍了几种主要的气体输送机械的结构和工作原理。