水泵内部结构

 新闻资讯     |      2020-12-11 11:32

  各种泵结构原理_物理_自然科学_专业资料。第 二章 流体输送机械 第 一 节 液体输送机械 2-1-1 离心泵 ?离心泵的操作原理、构造与类型 ?离心泵的基本方程式 ?离心泵的主要性能参数与特性曲线 ?离心泵性能的改变 ?离心泵的气蚀现象

  第 二章 流体输送机械 第 一 节 液体输送机械 2-1-1 离心泵 ?离心泵的操作原理、构造与类型 ?离心泵的基本方程式 ?离心泵的主要性能参数与特性曲线 ?离心泵性能的改变 ?离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 ?离心泵的工作点与流量调节 2-1-2 其他类型的泵 流体输送机械:向流体作功以提高流体机械能的装置。 ? 输送液体的机械通称为泵; 例如:离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 ? 输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的: 结合化工生产的特点,讨论各种流体输送机械的操作原 理、基本构造与性能,合理地选择其类型、决定规格、计 算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等 2-1-1离心泵 一.离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理 ? 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮置于 具有蜗壳通道的泵 壳之内。 ? 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连, 可由电机带动旋转。 ? 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连,并在吸入管底部装 一止逆阀。 ? 泵壳的侧边为排出口,与排出管路相连,装有调节阀。 离心泵的工作过程: ? 开泵前,先在泵内灌满要输送的液体。 ? 开泵后,泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下,从叶轮中心被抛向叶轮外周,压力增高,并以 很高的速度(15-25 m/s)流入泵壳。 ? 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大,液体的流速减慢,使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 出口流入排出管道。 ? 泵内的液体被抛出后,叶轮的中心形成了真空,在液面压 强(大气压)与泵内压力(负压)的压差作用下,液体便 经吸入管路进入泵内,填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体,主要是依靠高速旋转叶轮所 产生的离心力,因此称为离心泵。 气缚 离心泵启动时,如果泵壳内存在空气,由于空气的密度远 小于液体的密度,叶轮旋转所产生的离心力很小,叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度,这样, 离心泵就无法工作,这种现象称作“气缚”。 为了使启动前泵内充满液体,在吸入管道底部装一止逆 阀。此外,在离心泵的出口管路上也装一调节阀,用于开 停车和调节流量。 2、基本部件和构造 1)叶轮 a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类 闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板,适于输送干 净流体,效率较高。 根据结构 开式叶轮 没有前后盖板,适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。 半闭式叶轮只有后盖板,可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体,效率较低。 按吸液方式 单吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入,结 构简单。 双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶 轮背靠背并在了一起,可以从两 侧吸入液体,具有较大的吸液能 力,而且可以较好的消除轴向推 力。 2)泵壳 A. 泵壳的作用 B. 汇集液体,作导出液体的通道; C. 使液体的能量发生转换,一部分动能转变为静压能。 B. 导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞,在叶轮与泵壳之间 有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘,称为导叶 轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方 向相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适 应,引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向,使能量 损失减小,使动能向静压能的转换更为有效。 3)轴封装置 A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出,或者外界 空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类 填料密封:主要由填料函壳、软填料和填料压盖组 轴封装置 成,普通离心泵采用这种密封。 机械密封:主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 端面密封 定于泵壳上的静环组成,两个环形端面 由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动, 起到密封作用。 3、离心泵的分类 1)按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵,适用于出口压力 不太大的情况; 多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ,可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数,我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。 2)按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 叶轮上只有一个吸入口,适用于输送量不大的情况。 双吸泵 叶轮上有两个吸入口,适用于输送量很大的情况。 3)按离心泵的不同用途 水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 少的液体的泵, (B型) 耐腐蚀泵 接触液体的部件(叶轮、泵体)用耐腐蚀材料制 成。要求:结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有:铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。(F型) 油泵 输送石油产品的泵 ,要求密封完善。(Y 型) 杂质泵 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ,又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。 二、离心泵的基本方程式 1、离心泵基本方程式的导出 假设如下理想情况: 1)泵叶轮的叶片数目为无限多个,也就是说叶片的厚度 为无限薄,液体质点沿叶片弯曲表面流动,不发生任 何环流现象。 2)输送的是理想液体,流动中无流动阻力。 在高速旋转的叶轮当中,液 体质点的运动包括: ? 液体随叶轮旋转 ; ? 经叶轮流道向外流动。 液体与叶轮一起旋转的速度u1或u2方向与所处圆周的切线方 向一致,大小为: u1 2r1n 60 u2 2r2n 60 液体沿叶片表面运动的速度ω1、ω2,方向为液体质点所 处叶片的切线方向,大小与液体的流量、流道的形状等有关 两个速度的合成速度就是液体质点在点1或点2处相对于静 止的壳体的速度,称为绝对速度,用c1、c2来表示。 单位重量理想液体,通过无数叶片的旋转,获得的能量称 作理论压头,用H∞表示。 单位重量液体由点1到点2获得的机械能为: HHpHc P2 P1 C22 C12 g 2g HC: 液体经叶轮后动能的增加 HP: 液体经叶轮后静压能的增加; 静压能增加项HP主要由于两方面的因素促成: 1)液体在叶轮内接受离心力所作的外功,单位质量液体所 接受的外功可以表示为: r r 1 2F d r r 1 2r r2 d r2 2(r 2 2 r 1 2 ) u 2 22 u 1 2 2)叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体 流道,液体通过时部分动能转化为静压能,这部分静 压能的增加可表示为: 2 1 22 2 单位重量流体经叶轮后的静压能增加为: HPu222gu12122g22 H u222 gu12122 g22c222 gc12 根据余弦定理,上述速度之间的关系可表示为: 12c12u122c1u1co1s 22c22u222 c2u2co2s (a) 代入(a)式,并整理可得到: H ( u 2 c 2 co 2 u 1 c s 1 c1 o ) /g s(b) 一般离心泵的设计中,为提高理论压头,使α1=90°,即 cosα1=0 H u 2 c 2co 2/s g ——离心泵的基本方程式 ——离心泵理论压头的表达式 理论压头与理论流量QT关系 流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积 Q T2r2b2c2sin 从点2处的速度三角形可以得出 c 2 co 2 s u 2 c 2 si2 n ct2g 代入 H=u2c2cosα2/g H u1 gg2((ru2 2)2c2s2iQ nT b2 2cgtcg2t)g21g—(u—22离心u2泵Q 2T基rc2本bt2g方2程) 式 表示离心泵的理论压头与理论流量,叶轮的转速和直径、叶 轮的几何形状间的关系。 对于某个离心泵(即其β2、γ2、b2固定),当转速ω一定时 ,理论压头与理论流量之间呈线形关系,可表示为: HABQ T 2、离心泵基本方程式的讨论 1)离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸(b2,β2)与理论流量一定时,离心泵的理 论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。 2)离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角β2的大小,叶片形状可分为三种: a)后弯叶片(β290,b) ,ctgβ20 。泵的理论压头随流量Q的 增大而减小 b)径向叶片(β2=90。,图a),ctgβ2=0 。泵的理论压头不 随流量QT而变化。 c)前弯叶片(β290。,图c),ctgβ20 。泵的理论压头 随理论流量QT的增大而增大。 前弯叶片产生的理论压 头最高,这类叶片是最 佳形式的叶片吗? NO 静压头的增加: u2 2 u12 12 22 2g 2g H 动压头的增加: c2 2 c2 1 2g 前弯叶片,动能的提高大于静压能的提高。 由于液体的流速过大,在动能转化为静压能的实际过程中 ,会有大量机械能损失,使泵的效率降低。 一般都采用后弯叶片 3、实际压头 离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异,原因在于流 体在通过泵的过程中存在着压头损失,它主要包括: 1)叶片间的环流 2)流体的阻力损失 3)冲击损失 理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 三.离心泵的主要性能参数与特性曲线)离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积,一般用Q表示,单 位为m3/h。又称为泵的送液能力 。 2)离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量,以H表示,单位为m。又称为泵 的扬程。 离心泵的压头取决于: 泵的结构(叶轮的直径、叶片的弯曲情况等) 转速 n 流量 Q, 如何确定转速一定时, 泵的压头与流量之间 的关系呢? 实验测定 H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程: P b gu 2b g 2HZP g c u 2cg 2(hf)bc HZP c gP buc22 gub2(hf)bc H Z(P cP b)/g 离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举高 度△Z,升举高度只是扬程的一部分。 3)离心泵的效率 离心泵输送液体时,通过电机的叶轮将电机的能量传给液 体。在这个过程中,不可避免的会有能量损失,也就是说泵 轴转动所做的功不能全部都为液体所获得,通常用效率η来 反映能量损失。这些能量损失包括: ?容积损失 ?水力损失 ?机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和,又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关 4)轴功率及有效功率 轴功率:电机输入离心泵的功率,用N表示,单位为J/S,W或kW 有效功率:排送到管道的液体从叶轮获得的功率,用Ne表示 轴功率和有效功率之间的关系为 : NNe / 有效功率可表达为 Ne QH g 轴功率可直接利用效率计算 NQH g/ 2、离心泵的特性曲线 离心泵的H、η 、 N都与离心泵的Q有关,它们之间的 关系由确定离心泵压头的实验来测定,实验测出的一组关 系曲线: H~Q 、η~Q 、 N~Q ——离心泵的特性曲线 注意:特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线,但形状基 本相似,具有共同的特点 1)H~Q曲线:表示泵的压头与流量的关系,离心泵的压 头普遍是随流量的增大而下降(流量很小时可能有例外) 2)N~Q曲线:表示泵的轴功率与流量的关系,离心泵的 轴功率随流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时,应关闭出口阀,使启动电流最小,以保 护电机。 3)η~Q曲线:表示泵的效率与流量的关系,随着流量的 增大,泵的效率将上升并达到一个最大值,以后流量再增 大,效率便下降。 离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高 效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。 离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。 注意:在选用离心泵时,应使离心泵在该点附近工作。 一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。 四、离心泵性能的改变 1、液体性质的影响 1)液体密度的影响 离心泵的流量 Q T2r2b2c2sin与液体密度无关。 离心泵的压头 H u2c2co2/sg与液体的密度无关 H~Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。 泵的效率η不随输送液体的密度而变。 NQH g/ 离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。 2)粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时, ?泵的压头减小 ?泵的流量减小 ?泵的效率下降 ?泵的轴功率增大 ?泵的特性曲线发生改变,选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst(厘池)时,如汽油、柴油、煤 油等粘度的影响可不进行修正。 2、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时,泵的流量、压头、 轴功率与转速的近似关系可表示为: Q n Qn H ( n)2 Hn N (n)3 Nn 3、叶轮直径的影响 ——比例定律 1)属于同一系列而尺寸不同的泵,叶轮几何形状完全相 似,b2/D2保持不变,当泵的效率不变时, 2)某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小,b2/D2变大 若切削使直径D2减小的幅度在20%以内,效率可视为不 变,并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致 相等, 此时有: Q D2 Q D2 H ( D2)2 H D2 N (D2)3 N D2 ---------切割定律 五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 1、气蚀现象 气蚀产生的条件 叶片入口附近K 处的压强PK等于 或小于输送温度 下液体的饱和蒸 气压 气蚀产生的后果: ? 气蚀发生时产生噪音和震动,叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下,表面出现斑痕及裂纹,甚至呈海棉状逐渐脱落 ? 液体流量明显下降,同时压头、效率也大幅度降低,严 重时会输不出液体。 2、离心泵的允许吸上高度 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度,指泵的吸 入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离,以Hg 表示。 贮槽液面0-0’与入口处11’两截面间列柏努利方 H 程 gP0gP1u21g2Hf01 若贮槽上方与大气相通,则 P0即为大气压强Pa HgPagP1u21g2Hf01 2、离心泵的允许吸上线/g ——离心泵的允许吸上真空度 定义式 注意:HS’ 单位是压强的单位,通常以m液柱来表示。在水 泵的性能表里一般把它的单位写成m(实际上应为mH2O)。 将 HSP ap1/ g代入 HgPagP1u21g2Hf01 得 HgHSu21g2 Hf01 ——允许吸上高度的计算式 HS’值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好,安 装高度Hg越高。 HS’与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气 压等因素有关。 通常由泵的制造工厂 试验测定,实验在大 气压为10mH2O(9.81Pa) 下,以20℃清水为介质 进行的。 ?HS’随Q增大而减小 ?确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的HS’进行 计算 若输送其它液体,且操作条件与上述实验条件不符时,需 对HS’H 进S 行 校 H 正S。(H a1)0 9.8P v1 130 0.2 4 1000 3、气蚀余量 为防止气蚀现象发生,在离心泵入口处液柱的静压头 p 1 g 与动压头 u 1 2 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头 pv 2g 的一个最小值。 g h p1 u12 pv g 2g g ——气蚀余量定义式 △h 与Hg 的关系 当叶轮入口附近(k-k’)最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv 时,泵 入口处压强(1-1’)必等于某确定的最小值p1。 在1-1’和k-k’间列柏努利方程: pg1u21g2pgv u2kg2Hf1k h uk2 2g Hf1k 当流量一定且流体流动为阻力平方区时,气蚀余量仅与泵 的结构和尺寸有关,是泵抗气蚀性能参数。 将 h p1 g u12 2g pv g 代入 Hg p0gp1u21g2 Hf1k Hgpg 0pgv hHf01 ——允许吸上高度的计算式 离心泵的气蚀余量 h 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的 ?△h随Q增大而增大 图 ?计算允许安装高度时应取高流量下的△h值。 泵性能表上所列的△h值也 是按输送20℃的清水测定 的,当输送其它液体时应 乘以校正系数予以校正, 但因一般校正系数小于1, 故把它作为外加的安全系 数,不再校正。 4、离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度,一般比允许 值小0.5~1m。 Hg实 Hg(0.5~1)m 注意: 1)离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量 有关的,大流量下△h较大而HS’较小,因此,必须注意使 用最大额定流量值进行计算。 2)离心泵安装时,应注意选用较大的吸入管路,减少吸入 管路的弯头、阀门等管件,以减少吸入管路的阻力。 3)当液体输送温度较高或液体沸点较低时,可能出现允许 安装高度为负值的情况,此时,应将离心泵安装于贮槽液面 以下,使液体利用位差自流入泵内。 六、离心泵的工作点与流量调节 1、管路特性曲线)管路特性曲线 管路特性曲线 流体通过某特定管路时所需的压头与液体 流量的关系曲线? 间列柏努 利方程式,并以1-1?截面为基 准水平面,则液体流过管路所 需的压头为: He z gp2ug2Hf 式中: z p K g u2 0 2g 上式简化为 He KHf 而 Hf (ld lec0)(Q d2)2(21g) 4 令 (ld lec0)21 g4 dB He KBQ2 ——管路的特性 方程 在特定管路中输送液体时,管路所需的压头随所输送液体流 量Q的平方而变 2)离心泵的工作点 离心泵的特性曲线与管 路的特性曲线的交点M, 就是离心泵在管路中的工 作点。 M点所对应的流量Qe和压头He表示离心泵在该特定管路中 实际输送的流量和提供的压头。 2、离心泵的流量调节 1)改变出口阀开度 ——改变管路特性曲线 ? 阀门关小时: 管路局部阻力加大,管 路特性曲线变陡,工作点 由原来的M点移到M1点, 流量由QM降到QM1; ?当阀门开大时: 管路局部阻力减小,管路特性曲线变得平坦一些,工作点 由M移到M2流量加大到QM2。 优点:调节迅速方便,流量可连续变化; 缺点:流量阻力加大,要多消耗动力,不经济。 2)改变泵的转速——改变泵的特性曲线 若把泵的转速提高到n1:则H~Q线上移,工作点由M移至 M1 ,流量由QM 加大到QM1; ? 若把泵的转速降至n2: 则H~Q线 优点:流量随转速下降而减 小,动力消耗也相应降低; 缺点:需要变速装置或价格昂贵的变速电动机,难以做到流 量连续调节,化工生产中很少采用。 3、离心泵的并联和串联 1)串联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵串联组合,在同样的流量下,其提 供的压头是单台泵的两倍 。 2)并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵并联,若其各自有相同的吸入管路 ,则在相同的压头下,并联泵的流量为单泵的两倍。 3)离心泵组合方式的选择 ?对于低阻输送管路a,并联 组合泵流量的增大幅度大于 串联组合泵; ?对于高阻输送管路b,串联 组合泵的流量增大幅度大于 并联组合泵。 低阻输送管路----并联优于串联; 高阻输送管路----串联优于并联。 七、离心泵的选用、安装与操作 1、离心泵的选择 1)确定输送系统的流量和压头:一般情况下液体的输送 量是生产任务所规定的,如果流量在一定范围内波动,选 泵时按最大流量考虑,然后,根据输送系统管路的安排, 用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。 2)选择泵的类型与型号:首先根据被输送液体的性质和 操作条件确定泵的类型,按已确定的流量和压头从泵样本 或产品目录中选出适合的型号。 若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符,则在邻近 型号中选用H和Q都稍大的一个;若有几个型号的H和Q都能 满足要求,那么除了考虑那一个型号的H和Q外,还应考虑 效率η在此条件下是否比较大。 3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时,按 NQH g/来计算泵的轴功率。 2、离心泵的安装和使用 1)泵的安装高度 为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体,泵的实际安装 高度必须低于理论上计算的最大安装高度,同时,应尽量降 低吸入管路的阻力。 2)启动前先“灌泵” 这主要是为了防止“气傅”现象的发生,在泵启动前,水泵内部结构向泵 内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出 时为止。 3)离心泵应在出口阀门关闭时启动 为了不致启动时电流过大而烧坏电机,泵启动时要将出口阀 完全关闭,等电机运转正常后,再逐渐打开出口阀,并调节 到所需的流量。 4)关泵的步骤 关泵时,一定要先关闭泵的出口阀,再停电机。否则,压出 管中的高压液体可能反冲入泵内,造成叶轮高速反转,使叶 轮被损坏。 5)运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况,观察 泵出口压力表的读数,以及轴承是否过热等。 2-1-2其他类型泵 一、往复泵 1、往复泵的结构 及工作原理 往复泵是一种容积式 泵,它依靠作往复运 动的活塞依次开启吸 入阀和排出阀从而吸 入和排出液体。 泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出 单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复 运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。 工作原理: 当活塞自左向右移动时,工作室的容积增大,形成低压, 贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内,排出阀受排出管内 液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时,工作室的容积 最大。 活塞由右向左移动时,泵缸内液体受挤压,压强增大,使 吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出,活塞移到左端时, 排液完毕,完成了一个工作循环,此后开始另一个循环。 活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。 活塞在往复一次中,只吸入和排出液体各一次的泵,称为 单动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧,吸液时 不能排液,因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性,多采用双动泵或三联泵 往复泵的工作原理与离心泵不同,具有以下特点: 1)往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数 有关,而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作,只要 往复一次,泵就排出一定的液体。 其理论流量: 对单动泵 QT ASrn 对双动泵 Q T(2Aa)Srn 2)往复泵的压头与泵的几何尺寸无关,只要泵的机械强度 及原动机的功率允许,输送系统要求多高的压头,往复泵就 能提供多大的压头。 3)往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送 液体的性质和温度而变,所以往复泵的吸上高度也有一定的 限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的,所以在 开动之前,泵内无须充满液体,往复泵有自吸作用。 4)往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量,一般采 用回路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合,输送高粘度液体时 的效果也比离心泵好,但不能输送腐浊性液体和固体粒子 的悬浮液。 二、计量泵 计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动 变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整,使柱 塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的 三、旋转泵 旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体, 又称转子泵 1、齿轮泵 泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转,另一个被啮合 着向相反方向旋转,吸入腔内两轮的齿互相拨开,形成低 压而吸入液体,被吸入的液体被齿嵌住,随齿轮转动而达 到排出腔 ,排出腔内两轮的齿互相合拢,形成高压而排出 液体。 齿轮泵可以产生较高的压头,但流量较小,用于输送粘稠的 液体,但不能输送含颗粒的悬浮液。 2、螺杆泵 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 图(a)为单螺杆泵,螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动 ,将液体沿轴向推进,最终沿排出口排出。(b)为双螺杆 泵,工作原理与齿轮泵十分相似,利用两根相互啮合的螺杆 来输送液体。 螺杆泵的压头高,效率高,无噪音,适用于高粘度液体的输 送。 往复泵、旋转泵均属于正位移泵。 3、旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵,它是由叶轮和泵体组成 。叶轮是一个圆盘,四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。 叶轮在泵壳内转动,其间有引水道,吸入管接头和排出管接 头之间为间壁,间壁与叶轮只有很小的缝隙,用来分隔吸腔 和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时,又在引水道与 各叶片间作漩涡形运动。因而,被叶片拍击多次,获得较多 的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的 作用。因此,旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于 要求输送量小,压头高而粘度不大的液体。 第二章 流体输送机 械 第二节 气体输送和压 缩设备 一、离心通风机、鼓 风机与压缩机 二、旋转鼓风机、压 缩机与真空泵 按照终压与压缩比 ?通风机:终压不大于14.7×103Pa (表压) ?鼓风机:终压为14.7×103~294×103Pa ,压缩比小于4。 ?压缩机:终压在294×103Pa以上,压缩比大于4。 ?真空泵:将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。 按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式 一、离心式通风机、鼓风机与压缩机 1、离心式通风机 离心式通风机按所产生的风压不同,分为: 低压离心通风机: 中压离心通风机: 出口风压低于0.9807×103Pa (表压); 高压离心通风机 : 出口风压为:0.9807×103Pa~2.942×103Pa 出口风压为:2.942×103Pa~14.7×103Pa 1)离心式通风机的结构 2)离心通风机的性能参数与特性曲线)风量:指气体通过进风口的体积流率,以Q表示,单 位为m3/h或m3/s。气体的体积按进口状态计。 (2)风压:指单位体积的气体通过通风机时所获得的能量, 单位为N/m2,与压强单位相同,以Ht表示。取决 于风机的结构,叶轮尺寸,转速与进入风机的气 体的密度。 目前,还不能用理论方法精确计算离心通风机的风 压,而是由试验测定。 在通风机的进口截面1-1’和出口截面2-2’间列柏努力方程: H t ( z 2 z 1 )g ( p 2 p 1 ) ( u 2 2 u 1 2 ) /2 h 1 2 f 简化为 Ht (P2P1)u222 (P2-P1)称为静风压,以HSt表示 u 2 2 称为动风压。 2 离心通风机的风压为静风压和动风压之和,称为全风压。 风压与被输送气体的密度ρ成正比,风机性能表上列出风 压是按“标准状态”下(20℃,1.01×105Pa)的空气密度测定 的。若实际操作条件与上述试验条件不同,应将操作条件下 的风压HT’换算为试验条件下的风压HT,然后按HT的数值 来选择风机。 HT HT HT1.2 (3)功率和效率 离心通风机的轴功率为: N HT Q 1000 (4)特性曲线)离心通风机的选用 选择离心通风机的主要步骤为: (1)根据气体的种类(清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体 、含尘气体、高温气体等)与风压范围,确定风机的类型 (2)据所要求的风量与全压,从产品样本或规格目录中的 特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号。 2、离心鼓风机和压缩机 1)离心鼓风机 离心鼓风机外形与离心泵相象。蜗壳形的通道为圆形,但 其外壳直径与宽度之比较大,叶轮上数目较多,转速较高, 并且有一固定的导轮。图为一台五级离心鼓风机的示意图。 气体由吸入口进入后,经过第一级的叶轮和导轮,然后转入 第二级叶轮入口,再依次逐级通过以后的叶轮 和导轮,最后由排气口排出。 离心通风机的送气量大,但所产生的风压仍不太高,出口 表压强一般不超过294×103Pa。由于在离心鼓风机中,气体 的压缩比不高,所以无需设置冷却装置,各级叶轮的直径也 大致上相等。 2)离心压缩机 离心压缩机又称透平压缩机。它的主要结构和工作原理与 离心鼓风机相似。离心压缩机的特点是叶轮级数多,通常在 10级以上,叶轮转速高,一般为5000r/min以上。这样可以产 生很多的出口压强,且由于压缩比高,气体体积缩小很多, 温度升高大。因此压缩机都分成几段,每段包括若干级。叶 轮的直径逐级缩小。叶轮宽度也逐级略有缩小,在各段之间 设有中间冷却器。 优点:流量大而均匀,体积小,运转平稳,容易调节,维 护方便。 二、旋转鼓风机、压缩机与真空泵 旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似,机壳内有一个或两个旋转的转子, 没有活塞和阀门等装置。 特点:构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀,适用于所需压强不 高且流量大的情况。 1、罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似,机壳内有两个渐开摆线形的转子, 两转子之间,转子与机壳之间 缝隙很小,使转子能自由运动而无过多的泄漏,两转子的 旋转方向相反,可使气体从技巧一侧吸入,从另一侧排出 。若改变两转子的旋转方向,则吸入和排出口互换。 罗次鼓风机的特点: (1)风量与转速成正比,转速一定时,出口压力提高,风 量可保持大体不变。 (2)输气量范围:2~500m3/min。出口表压在80kPa以内且 在40kPa附近效率较高。 (3)流量调节一般用支路调节,出口阀不能完全关闭,且操 作温度≯80-85oC 2、液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵,由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所 组成,叶轮在存有适量液体的壳体内旋转,由叶片带动,液 体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长 轴处则形成两个月牙形空隙,供气体吸入和排出。当叶轮旋 转一周时,在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变 小各两次,气体从两个吸气口进入机内,从两个排气口排出 。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触,可用 于输送腐蚀性气体。 3、真空泵 从设备中或系统中抽出气体,使其处于绝对压强低于外 界大气压的状态,所用的输送机械称为真空泵。实质上真空 泵也是气体压缩机械,只是它入口压强低,出口为常压。化 工厂中较常用的型式有: 1)水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形,外壳内有一个偏心安装的叶轮, 上有辐射状叶片,水环真空泵的壳内注入一定量的水,当叶 轮旋转时,在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。 水环具有密封作用,使叶片间的空隙形成大小不同的密封 室。当小室增大时,气体从吸入口吸入,当小室从大变小 时,气体由压出口排出。 水环真空泵可以造成的最高线Pa左右,它 也可作鼓风机用,但所产生的表压强不超过98.07×103Pa当 被抽吸的气体不宜与水接触时,泵内可充以其它液体。 此类泵结构简单、紧凑,易于制造和维修。但泵的效率较 低,一般为30%~50%。另外,该泵产生的真空度受泵内水 温的限制。 2)喷射泵 喷射泵是利用高速流体射流时静压能转换为动能而造 成的真空将气体吸入泵体,在泵内与射流流体混合,气 体及工作流体一并排出泵体。 喷射泵的工作流体可以是水,也可以是蒸汽。单级蒸 汽喷射泵可以达到90%的真空度,为要获得更高的真空度 ,可以采用多级蒸汽喷射泵。喷射泵结构简单,无运动 部件,但效率很低,工作流体消耗很大。