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单击此处编辑母版标题样式,第二级单击此处编辑母版文本样式,第三级,*,单击此处编辑母版标题样式,第二级单击此处编辑母版文本样式,第三级,*,泵 与 风 机,主要内容,第一章 泵与风机的分类和特点,叶片式、容积式、其他形式,第二章 叶片式泵与风机的基本理论,（一）,离心泵工作过程,（二）泵与风机的基本方程：,Euler,方程,（三）理论扬程的组成,（四）损失与效率,（五）泵与风机的理论性能曲线,（六）轴流式泵与风机的叶轮理论,2,第三章 相似理论在泵与风机中的应用,（一）相似律,（二）相似律的实际应用,（三）比转数,（四）风机的选择曲线,（五）风机无因次性能曲线,（六）通用性能曲线,第四章 泵与风机的运行,第一节 管路性能曲线和工作点,第二节 泵与风机的联合运行,第三节 离心式泵与风机的工况调节,第四节 运行中的主要问题,(,失速、喘振、抢风、汽蚀,),3,泵与风机在热力发电厂的应用,灰渣泵,冲灰水泵,排粉风机,升压泵,凝结水,泵,给水,泵前置泵,循环水,泵,射水泵,疏水泵,送风机,引风机,蒸汽,空气,水,补水泵,生水泵,烟气,灰渣,射水抽气器,工业水泵,汽轮机系统,锅炉系统,4,第一章 泵与风机的分类和特点,(,一,),按流体排出压力的高低,风机可分为,1.,通风机,：,340,kPa,。,泵可分为：,1.,低压泵,：,6,MPa,。,5,（二）按作用原理分,风机,6,1.,叶片式（动力式）,离心式,(,小流量，高扬程,),轴流式,(,大流量，低扬程,),混流式,(,中流量，中扬程,),7,风机,入口静叶,动叶,出口静叶,入口静叶调节机构,轴流式静叶可调引风机,8,2,、容积式,柱塞泵（往复泵）,工作原理,（活塞式）：活塞向左移动,泵缸容积,泵体压力,，排出阀门关阀，吸入杆打开，液体吸入；,活塞向右移动,泵缸容积,泵体压力,排出阀门打开，吸入杆关闭,，,液体排出。,特点,：单动泵由于吸入阀和排出阀均在活塞一侧，吸液时不能排液，排液时不能吸液，所以泵排液,不连续，不均匀,。优点是流量小，,压力高,。,9,齿轮泵（回转式）,工作原理与往复泵相似。,在泵吸入口，由于两齿轮分开，空间增大形成低压区而将液体吸入。,被吸入液体在齿轮和泵体之间被分成两路由齿轮推着前进。,在压出口，由于两齿轮互相合拢，空间缩小形成而将液体压出泵。,特点：输送粘性较大的液体,10,工作原理：,与齿轮泵相似。,结构：,由机壳和腰形转子组成。,两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。,改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。,特点：,风量与转速成正比而与出口压强无关,，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。,罗茨鼓风机的出口压强一般不超过,80,kPa,（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。,罗茨式泵与风机,11,螺杆式泵与风机,结构原理：,由缸套，主,动螺杆组成，泵内形成多个彼此分隔的容腔。转动时，下部容腔,V,增大，吸入液体，然后封闭。封闭容腔沿轴向上升，新的吸入容腔又在吸入端形成。一个接一个的封闭容腔上移，液体就不断被挤出。,特点：,流量和压力均匀，故工作平稳，噪声和振动较少。,吸入性能好（单螺杆泵吸上真空高度可达,8.5m,水柱）,流量范围大,12,正位移特性,（容积泵、正位移泵）,a,）,流量与管路特性无关,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。,式中：,有,自吸能力，不需灌泵,；,旁路调节，不能封闭启动,q,V,H,q,V,q,V,T,往复泵特性曲线,13,3,、其他形式,靠高压工作流体经喷嘴后产生的,高速射流来引射被吸流体,，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，从而实现吸排作用。常用的工作流体有水、水蒸气、空气。被引射流体则可以是气体、液体或有流动性的固、液混合物。,(1),效率低。,(2),结构简单，体积小，价格低,。,(3),无运动部件,，,工作可靠,，使用寿命长。只有当喷嘴因口径长期使用后，过分磨损导致性能降低，才需更换。,(4),吸入性能好，而且抽送液体时的允许吸上真空度也很高,。,(5),可输送含固体杂质的污浊液体，即使被水浸没也能工作。,CP,型系列喷射泵,喷射泵,14,水环式真空泵,叶轮偏心安装，旋转时，,液体,受到,离心,力作用，在泵体内壁,形成,一个,旋转,的,液环,，叶轮端面与分配器之间被液体密闭，叶轮在,前半转,（此时经过吸气孔）旋转过程中,密封的空腔容积逐渐扩,大，气体由吸气孔,吸入,；,后半转,（此时经过排气孔）程中,密封容积逐渐缩小,，气体从排气孔,排出,，完成一个抽气过程。为了保持恒定的水环，在运行过程中必须连续向泵内供水。,综上所述，水环泵是,靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气,的，因此它属于变容式真空泵。,15,16,利用,离心力,的作用增加水体压力并使之流动的一种泵。动力机带动转轴，转轴带动叶轮在泵壳内,高速旋转,，泵内水体被迫,随,叶轮转动而产生离心力,。离心力迫使液体,自叶轮周边抛出,，,汇成高速高压水流,经泵壳排出泵外，,叶轮中心处形成,低压,，从而,吸入新的水流,，构成不断的水流输送作用。,另外，泵壳内的液体部分动能还转变成静压能。,（一）基本工作过程,第二章 叶片式泵与风机的基本理论,16,17,离心泵工作过程,开泵前，,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,。液体从叶轮中心被,抛向叶轮外周，压力增高,，高速流入泵壳。,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,较高的静压从出口流入排出管,。,泵内的液体被抛出后，,叶轮的中心形成了真空,，在液面压强与泵内压力的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。,灌泵、甩出、真空、吸入,17,18,气缚现象,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,”,。,离心泵无自吸能力，,为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一,止逆阀,同时在泵体水平最高点还应设置,放气口,。离心泵与喷射泵组合，,依靠喷射装置,在喷嘴处造成真空实现抽吸,。,容积式泵都具有自吸能力。,流体在,封闭的叶轮,中所获得的能（静压能）：,18,效率,:,流体得到的能量与输入功率的比例,转速n,:,转速高，流量大，扬程高，级数和轴长可以减小,功率,P,：,原动机传递给泵与风机轴上的功率,扬程,H/,全压,p,：,单位重量的液体,/,单位体积的气体获得的能量,流量,q,v,（,q,m,）,：,单位时间内输送的流体量,汽蚀余量,h,r,:,单位重量液体从泵吸入口至叶轮进口压力最低处的压力降,体积流量一定要在一定热力条件下定义才有意义。,基本性能参数,19,功率和效率,原动机,传动装置,泵与风机,原动机配套功率：,P,gr,=,KP,g,，,K,为容量安全系数（额定条件下）。,效率：,传动效率：,tm,有效功率：,（,kW,）,轴功率：传到泵与风机,轴上的功率,（,kW,）,原动机输出功率：,（,kW,）,20,（二）泵与风机的基本方程：,Euler,方程,M,表示叶轮旋转时传递给流体的功率，,应该等于流体获得的功率,gq,VT,H,T,。,P,=,q,V,T,(,u,2,2u,-,u,1,1u,),则单位重力流体流经叶轮时所获得的能量，即无限多叶片时的理论能头,H,T,为：,（,m,）,按照动量矩定理，,动量矩的变化率应等于所有外力对转轴的力矩,M,21,22,能量方程分析,(1),单位重量和单位体积的理想流体流过无限多叶片叶轮时所,获得的能量,仅与流体在叶片进口及出口处的运动速度有关,，而,与在流道中的流动过程和流体性质无关,。如果泵与风机的叶轮尺寸相同,转速相同,流量相等时，则流体所获得的,理论能头相等，即泵所产生的液柱与风机产生的气柱高度相等,。而全风压与流体密度有关。因此，,不同密度的流体所产生的,压力是不同,的,。,(2),当,1,90,时，则,v,1u,0,，流体,径向流入叶轮,时，获得最大的理论扬程。,H,T,=u,2,v,2u,/g,(3),增加转速,n,，叶轮外径,D,2,和绝对速度在圆周的分量,V,2u,，均可提高理论能头,H,T,，但加大,D,2,会使损失增加，降低泵的效率。提高转速则受材料强度及汽蚀的限制。比较之下，用,提高转速来提高理论能头,，仍是当前普遍采用的主要方法。,22,（三）理论扬程的组成,Hp,（静压头）,Hc,(,动压头,),离心力的作用下叶轮,旋转所增加的静压头,叶片间,通道面积,逐渐,加大,使液体的,相对速度减少所增加的静压头,液体,流经叶轮后所增加的动压头,（在蜗壳中其中一部分将转变为静压能）,Hp,用于克服装置中的,流阻、液位差和反压,。要求,Hp,大于这三者之和。,Hc,表现为液流,绝对速度增加,。要求,Hc,不宜过大，因,Hc,大流阻大,。,由叶轮叶片进、出口速度三角形可知：,23,24,容积损失：,由于泵的,泄漏,、液体的,倒流,等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用,容积效率,v,表示。,机械损失：,由于,泵轴与轴承,间、,泵轴与填料,间、叶轮,盖板外表面与液体间的摩擦,等机械原因引起的能量损失。机械损失用,机械效率,m,表示。,流动损失,:,由于液体具有,粘性,，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生,碰撞,、导致旋涡等引起的,摩擦,阻力、局部阻力和,冲击,能量损失。水力损失用,水力效率,h,表示。,（四）,损失与效率,P,m,机械损失功率,P,V,容积损失功率,P,h,流动损失功率,P,h,q,V,T,H,T,P,q,V,H,T,P,e,q,V,H,P,sh,泵或风机内部的能量平衡图,24,25,1.,机械损失和机械效率,圆盘摩擦损失,P,m2,n,3,D,2,5,，,是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，,叶轮两侧的流体,，由于受离心力的作用，形成,回流运动,，此时,流体和,机械损失主要包括,轴端密封与轴承的摩擦损失,及叶轮前后盖板外表面与流体之间的,圆盘摩擦损失,两部分。,轴端密封与轴承的摩擦损失,P,m1,nD,2,，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体的密度有关，约占轴功率,P,sh,的,1%,3%,，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。,旋转的叶轮发生摩擦,而产生能量损失，约占轴功率的,2%10%,，是机械损失的主要部分。,25,26,（,1,）合理地压紧填料压盖，对于泵采用,机械密封,。,减小机械损失的一些措施,（,2,）对给定的能头，,增加转速，相应减小叶轮直径,。,（,4,）适当选取,叶轮和壳体的间隙,，可以降低圆盘摩擦损失，一般取,B,/,D,2,=2%,5%,。,（,3,）试验表明，,将铸铁壳腔内,表面涂漆,后，效率可以提高,2%,3%,，,叶轮盖板和壳腔粗糙面用,砂轮磨光,后，效率可提高,2%,4%,。一般来说，风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。,26,27,2.,容积损失和容积效率,泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从,高压侧通过间隙向低压侧泄漏,，称为容积损失或泄漏损失。,容积损失主要发生在：叶轮入口与外壳密封环之间的间隙；平衡轴向力装置与外壳间的间隙和轴封处的间隙；多级泵的级间间隙处；,27,28,减小泵容积损失的措施,为了减小叶轮入口处的容积损失,q,1,，一般在入口处都装有,密封环,（承磨环或口环），如图下所示。,检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大,q,1,；密封间隙过小,机械损失,P,m1,；,平面式密封环,中间带一小室,的密封环,曲径式密封环,直角式密封环,曲径式密封环,锐角式密封环,曲径式密封环,28,29,3.,流动损失和流动效率,流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产生,摩擦损失,；流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起,扩散损失,；由于工况改变，偏离设计流量时，入口流动角与叶片安装角不一致，会引起,冲击损失,。,1,）摩擦损失和局部损失,由流体力学知道，当流动处于阻力平方区时（流体在泵与风机内的流动一般是这样），,摩擦损失和局部损失,与流量的平方成正比,，可定性地用下式表示：,29,30,2,）冲击损失,q,V,q,V,d,时，,1,0,为正冲角，旋涡发生在吸力面。,q,V,q,V,d,时，,1,1a,，,=,1a,-,1,0,的情况下，由于涡流发生在叶片背面，能量损失比负冲角,i,0,时为小。因此，设计时,一般取正冲角,=3,5,。,若全部流动损失用,h,w,表示，则：,h,w,=,h,f,+,h,j,+,h,s,同时，正冲角的存在，可以增大入口过流面积，对改善泵的汽蚀性能也有好处。,流动损失曲线,流动损失的大小用流动效率,h,来衡量。流动效率等于考虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的功率之比，即,31,32,泵与风机的总效率：,由上述分析可知，泵与风机的总效率等于,流动效率,、,容积效率,和,机械效率,三者的,乘积,。,因此，要提高泵与风机的效率就必须在设计、制造及运行等各方面注意减少机械损失、容积损失和流动损失。离心式泵与风机的总效率视其容量、型式和结构而异，目前离心泵总效率约在,0.60,0.90,的范围，离心风机的总效率约在,0.70,0.90,，高效风机可达,0.90,以上。轴流泵的总效率约为,0.70,0.89,，大型轴流风机可达,0.90,左右。,32,33,（五）泵与风机的性能曲线,当,流体以,1,=90,进入,叶轮时，其理论扬程为,H,T,u,2,2,/g,2a,90,叶片安装角直接影响理论扬程,华工 卢志民 博士,zhmlu,13710400340,33,34,*扬程和势扬程,由式,H,T,=u,2,v,2u,/g,可知，,v,2u,(,2a,),愈大，扬程愈高。,在叶轮直径相同、转速相同、流量相等时，,前向叶轮扬程最高，径向次之，而后向最低,。,势扬程在总扬程中所占的比例为,反作用度,。,随着叶片出口角,2a,增大，扬程增加，,逐渐下降。即扬程中的势扬程不断下降而动扬程不断增加（径向式叶片，,=0.5,）。,动扬程大引致损失增大，,真正能维持流体运动的是势扬程,。,各种,2y,时的速度三角形及,H,d,、,H,st,的曲线图,2y,min,2y,max,90,u,2,=c,2y,max,2,w,2,=,1,u,2,=c,H,T,H,d,=,1/2,2y,min,2,w,2,w,2,2,34,35,在固定转速下，不论叶型如何，泵或风机理论上的流量和扬程关系是线性的。,Q,T,0,时，,H,T,u,2,2,/g,三种叶型,，,ctg,2,所代表的曲线斜率不同，具有,各自的曲线倾向,。,对前向式和径向式叶轮，其,p-q,V,性能曲线为一具有驼峰的或型的曲线。当风机在最最高点左侧的不稳定工作区工作时，可能发生喘振或飞动等现象，工程上尽量避免采用该种形式曲线的风机。,泵与风机理论性能曲线,35,36,后弯式叶片的优点,后弯式叶片,流动效率高,：,后弯式叶片流体出口绝对速度最小，因此流动损失最小，流动效率高。,后弯式叶片,流道效率高,：,前弯和径向式叶轮叶道短、断面变化大，其叶道内的流动损失也大于后弯叶轮。,后弯式叶片,性能稳定,，轴功率随着流量的增加而增大到最大值之后，几乎不再增加。而前弯式叶片的功率变化与此正好相反，容易产生原动机的超载。,36,37,讨论,1,从结构角度,：当,H,T,=const.,，,前向式,叶轮,结构小，重量轻，投资少,；,2,从能量转化和效率角度,：若,流速流道扩散度,前向式叶轮易发生,边界层分离,，致使,局部损失增加,，效率较低；希望,H,st,克服管路阻力，但前向式叶轮由于,Hd,较大,，在压,出室再由,H,d,向,H,st,转化时，所产生的压损较大,，故,后向式叶轮克服管路阻力的能力相对较好,；,3,从防磨损和积垢角度,：,径向式叶轮较好,，前向式叶轮较差，而后向式居中；,4,从功率特性角度,：当流量时，,前向式叶轮,轴功率,，,易,发生,过载,问题,。,37,38,一些叶片形式和出口安装角的大致范围,叶 片 形 式,出口安装角范围,叶 片 形 式,出口安装角范围,强后向叶片（水泵型）,后向圆弧叶片,后向直叶片,后向翼型叶片,20,30,30,60,40,60,40,60,径向出口叶片,径向直叶片,前向叶片,强前向叶片（多翼叶）,90,90,118,150,150,175,（,1,）为了,提高泵与风机的效率和降低噪声,，工程上对离心式,泵均,采用,后向,式叶轮；,（,2,）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上对,小型通风机,也可采用,前向式,叶轮；,（,3,）由于,径向式,叶轮,防磨、防积垢,性能好，所以，可用做引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。,叶片出口安装角的选用原则,38,39,各种叶轮,风机,的应用,1,、,后弯叶片风机,效率高、噪声小,、流量增大时,动力机不易超载,，因而在各种大、中型风机中得到广泛应用。它的缺点是在相同的风量、风压时，需要较大的叶轮直径或转速，另外,叶片容易积尘，不适于作排尘风机,。,2,、,前弯叶片风机,流道短、弯曲度大，出口绝对速度大，效率低、噪声大,，但在相同风压、风量时，风机尺寸小，转速低。因而它用于高压通风机（,P=7850,9810Pa,）以及要求风机尺寸小的场合。在,移动式农业机械,中由于要求风机的尺寸较小，因此常采用,前向叶片的中、高压风机,。,3,、多叶式离心通风机都用前向叶片，它的特点是轮径比（,D,1,/D,2,）大、叶片数多，叶片相对宽度较大，因而用较小的尺寸可得较大的压力和流量，且噪声较低，但效率也低。农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上，常采用多叶式风机。,4,、,径向直叶片,，流道较短且通畅，叶轮内流动损失较小,。但叶轮出口绝对速度比后弯式大。故在转能装置中的能量损失比后弯式大，总的效率低于后弯式，噪声也比后弯式高。其优点是同样尺寸和转速下，扬程（风压）比后弯式高，且形状简单、制作方便，不易积尘。可应用于输送的气体含有大量固体颗粒的场合。一般而言，径向式风机运转性能亦较稳定。,39,40,泵与风机的实际性能曲线,从理想,H,T,-,q,VT,性能曲线出发，进行修正：,滑移（轴向涡流）修正，乘上小于,1,的系数,K,，得到,H,T,-,q,VT,直线；,扣除摩擦损失和冲击损失，得到,H-,q,VT,曲线；,画出容积损失,H-,q,vT,曲线,对泄漏的流量进行修正,得,H-,q,v,曲线。,理想情况,H,T,2y,90,2y,q,Vk,的区域工作,。所以，在设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。经验证明，对,离心式,泵采用右图中的曲线来,选择叶片安装角,2y,和叶片数,，可以避免性能曲线中的驼峰。,a,b,c,45,46,由右图可以看出，,前向式、径向式,叶轮的轴功率随流量的增加迅速上升，,流量越大，功率就越大,。因此，当泵与风机工作在大于额定流量时，,原动机易过载,。,而后向式叶轮的轴功率随流量的增加变化缓慢，且在大流量区变化不大。,因而当泵与风机工作在大于额定流量时，原动机不易过载。,2,、,P,sh,-,q,V,性能曲线的比较,46,47,如右图所示，前向式叶轮的效率较低，但在额定流量附近，效率下降较慢；,后向式叶轮的效率较高，但高效区较窄,；,而径向式叶轮的效率居中。,3,、,-,q,V,性能曲线的比较,因此，,为了提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮,，而采用后向式叶轮。,即使对于风机，也趋向于采用效率较高的后向式叶轮,。,47,（六）轴流式泵与风机的叶轮理论,流体沿轴向进入叶轮并沿轴向流出，故命名。,轴流式泵与风机的比转数高，流量大，扬程（风压）低。,其它结构上的特点（与离心式比）包括：,结构,简单、紧凑,，外形,尺寸小,，重量较轻。,动叶可调,轴流式泵与风机，由于动叶安装角可随外界负荷变化而改变，,变工况调节性能好,，可保持较宽的高效工作区。,动叶可调轴流式泵与风机因轮毂中装有叶片调节机构，从而转子,结构较复杂,，制造安装精度要求高。,噪声大,于离心式。,火电厂中普遍用作,送、引风机、一次风机和循环水泵,。,48,49,流体由一个攻角进入叶轮时，在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力，使流体呈螺旋形沿轴向排出叶轮。同时，风机进口处由于压差的作用，气体不断地被吸入。,华工 卢志民 博士,zhmlu,13710400340,2.,轴流式泵与风机,升力理论,49,3.,能量方程式,由于,u,1,=u,2,=u,扬程,/,风压较低,要提高压力能，要求,w,1,w,2,，并且,出口安装角,2g,大于入口安装角,1g,考虑到实际流体的流动损失，使用,流动效率,h,加以修正,。,欧拉（动量矩）公式同样适合轴流泵与风机,50,51,4.,轴流泵与风机的基本形式,51,52,5.,性能曲线,H(p,)-,q,v,曲线上,d,点为设计工况,，流线沿叶高分布均匀，效率最高；,e,：叶顶出口产生回流,，流体向轮毂偏转，损失增加，,扬程降低，效率下降,；,c-d,之间，,冲角增大，升力系数增大，扬程略有升高,c,：扬程达到,极大值,b-c,：叶片背面产生,边界层分离，形成脱流，阻力增加，扬程下降,b,：扬程最低,a-b:,扬程开始升高，因为能量沿叶高偏差较大形成,二次流,，从叶顶流出的,流体又返回叶根再次提高能量，使扬程升高,。,a,：,扬程最大,。,52,离心式轴式泵与风机性能曲线的比较,53,如右图,a,所示，,离心式泵与风机的,H,-,q,V,曲线比较平坦，而混流式、,轴流式泵与风机的,H,-,q,V,曲线比较陡,。因此，,前者,适用于流量变化时要求能头变化不大的场合，而,后者,宜用于当,能头变化大时要求流量变化不大,的场合。,1,、,H,-,q,V,性能曲线的比较,53,54,如右图,b,所示，,离心式泵与风机的,P,sh,-,q,V,曲线随着流量的增加呈上升趋势，而轴流式泵与风机的,P,sh,-,q,V,曲线随着流量的增加，急剧下降。,因此，,为了减小原动机容量和避免启动电流过大，轴流式泵与风机应在全开阀门的情况下启动，而离心式泵与风机则应在关闭阀门的情况下启动。,2,、,P,sh,-,q,V,性能曲线的比较,54,55,3,-,q,V,性能曲线的比较,如右图,c,所示，,离心式,泵与风机的,-,q,V,曲线比较平坦,，且,高效区宽,，随着由离心式向轴流式过渡，,-,q,V,曲线越来越陡，,高效区越来越窄,。,为了克服,轴流式泵与风机轴功率变化急剧和高效区窄的缺点,，提高调节效率，,常常将其叶轮,叶片设计成可调的,。这样,当流量变化时，通过调节叶轮叶片的角度，使轴流式泵与风机仍具有比较高的效率。,55,56,第三章 相似理论在泵与风机中的应用,（由 推得）,1,、流量相似定律,2,、能头相似定律,由 推得）,3,、功率相似定律,（由推得）,56,57,尺寸效应：,小模型效率低,相似定律的几点说明,V,、,h,和,m,不等效的原因,相对粗糙度,沿程损失系数,h,泄漏流量,q,相对,V,相对间隙,转速效应：,降转速效率低,(,设,D,2,不变,),结论：对于小模型、降转速，,(,V,、,h,、,m,),。,57,58,如果模型与原型的,转数和几何尺寸相差不大,，可以认为在,相似工况下运行,时，各种,效率相等,。,1.,流量相似关系,2.,扬程,/,全压相似关系,3.,功率相似关系,58,59,（二）相似律的实际应用,一、输送流体密度改变,一般通风机：,1atm=101325Pa,，,20,相对湿度：,=50%,一般产品样本的标准条件：,锅炉引风机：,1atm=101325Pa,，,200,相对湿度：,因此当输送的流体温度和压力偏离标准条件，风机性能也发生相应的改变。,59,60,【,解,】,锅炉引风机铭牌参数是以大气压,10.1310,4,Pa,，介质温度为,200,条件下提供的。这时空气的密度为,0,=0.745/m,3,，当输送,20,空气时,，,20,=1.2/m,3,，故工作条件下风机的参数为：,【,例,】,现有,Y9-6.3(35)-1210D,型锅炉,引风机,一台，铭牌参数为,:,n,0,=960r/min,p,0,=1589Pa,q,V,0,=20000m,3,/h,=60%,，,配用电机功率,22kW,。现用此风机,输送,20,的清洁空气,，转速不变，联轴器传动效率,tm,=0.98,。求在新工作条件下的性能参数，并核算电机是否能满足要求,?,（,Pa,）,引风机低温下工作会超负荷,60,61,所以，电动机的功率为（安全系数取,K,=1.15,）：,可见，这时,需更换电机,。,61,62,改变叶轮转速来调节离心泵的流量是一种节能的操作方式。叶轮转速改变将使泵内流体流动状态发生改变，特性曲线随之而变。,二、转速改变,比例定律,工况改变前后液体从叶轮,流出的方向不变,，这意味着离心泵内影响流体能量损失的主要因素不变，因此,离心泵的效率不变,。,比例定律,用于换算,转速变化在,20%,范围,内离心泵的特性曲线，其准确程度是工程上可接受的。,62,63,【,例,】,已知某电厂的锅炉送风机用,960r/min,的电机驱动时，流量,q,V,1,=261000m,3,/h,，全压,p,1,=6864Pa,，需要的轴功率为,P,sh,=570kW,。当流量减小到,q,V,2,=158000m,3,/h,时，问这时的转速应为多少？相应的轴功率、全压为多少？设空气密度不变。,按照现有电机的档次，取,n,2,=580r/min,，则：,【,解,】,由比例定律得：,负荷调整与转速改变律,63,64,由已知特性曲线上的一点（,Q,H,），通过比例定律式仅可求得与之对应的一个点（,Q,，,H,），要得到新的特性曲线，需对诸多点进行换算。,三、直径改变,切割定律,直径的变化,对性能曲线有平移作用,是工程上常用的扩大泵与风机工作范围的技术。,64,65,在相似定律基础上推导出一个,包括,转速、流量、扬程,（全压）在内的,综合相似特征数,，对理论研究和设计具有十分重要的意义。,-,我国泵的,比转数公式,-,风机的比转数公式,风机比转速中，,kgf/m,2,=9.80665Pa,，故公制单位的比转速是,SI,制单位的比转速的,9.80665,3/4,5.54,倍，并取整。,比转数不是转速，而是,泵与风机相似的准则数,;,比转数是,相似的结果，而不是充分条件,。,-,将几何参数消去,比转数,（三）比转数（比转速）,65,66,比转数的应用,一、用比转数对泵与风机进行分类,因为比转数反映了泵与风机性能及结构特点：如当转速不变，对于,扬程,(,全压,),高、流量小,的泵与风机，其,比转数小,。反之，在,流量增加，扬程,(,全压,),减小,时，,比转数随之增加,，此时，叶轮的外缘直径,D,2,和叶轮进出口直径比,D,2,/D,0,随之减小,，而,叶轮出口宽度,b,则随之增加,。为不使前后盖板处,ab,和,cd,两条流线相差悬殊，形成能量不等，引起二次回流，致使能量损失增加。,为此，叶轮出口边需做成,倾斜,的。流动形态从离心式过渡到混流式。,极限情况，,D,2,减小到,D,2,/D,0,1,时，成为轴流式,。叶轮形式引起性能参数改变，从而导致比转数的改变。因此，可进行分类。,66,67,泵的类型,离心泵,混流泵,轴流泵,低比转速,中比转速,高比转速,比转速,n,s,30,n,s,80,80,n,s,150,150,n,s,300,300,n,s,500,500,n,s,1000,叶轮形状,尺寸比,D,2,/,D,0,3,2.3,1.81.4,1.21.1,1,叶片形状,柱形叶片,入口处扭曲,出口处柱形,扭曲叶片,扭曲叶片,翼形叶片,性能曲线,形状,表,比转速与叶轮形状和性能曲线形状的关系,67,68,华工 卢志民 博士,zhmlu,13710400340,泵的类型,离心泵,混流泵,轴流泵,低比转速,中比转速,高比转速,扬程,-,流量曲线特点,关死扬程为设计工况的,1.11.3,倍扬程随流量减少而增加，,变化比较缓慢。,关死扬程为设计工况的,1.51.8,倍扬程随流量减少而增加，,变化较急,。,关死扬程为设计工况的,2,倍左,右，扬程随流量减少而,急速上升，又急速下降,。,功率,-,流量曲线特点,关死功率较小，,轴功率随流量增加而上升。,流量变动时轴功率,变化较少。,关死点功率最大，,设计工况附近变化比较少，以后轴功率随流量增大而下降。,效率,-,流量曲线特点,比较平坦。,比轴流泵平坦。,急速上升后又急速下降。,68,69,二、比转数对性能曲线的影响,在,低比转数,时，,扬程随流量的增加，下降较为缓和,。当,比转数增大时，扬程曲线逐渐变陡,，因此轴流泵的,扬程随流量减小而变得最陡,；,离心式泵,功率,是随流量增加而增加，,n,s,，曲线变平坦,，而,轴流泵功率却变成随流量增加而减少,；,比转数低时，曲线平坦，高效率区域较宽,，,比转数越大，,效率曲线越陡,，高效率区域变得越窄,。,69,70,三、比转数是编制泵与风机系列的基础。,系列是指同类结构泵或风机，将这些泵与风机的工作范围画在一张,型谱,上，供选用。,四、用比转数进行泵和风机的相似设计,无论用相似设计，还是速度系数法设计，都需要利用比转数选择优良的模型或合理的速度系数。,70,（四）风机的选择曲线,选择曲线是用,对数坐标,把在,标准进口状态,下，,对应于无因次性能曲线,上工作范围内工况点的,所有同系列通风机,的,叶轮直径,D,2,，,转速,n,、,圆周速度,u,2,以及相应的,流量,q,V,、,全压,p,、,功率,P,gr,全部表示出来,的一种曲线，也称同系列通风机的对数坐标图。选择曲线表示了同系列通风机的主要参数,n,、,D,2,、,u,2,、,q,V,、,p,、及,P,gr,等之间的关系。下图是,G-4-13.2,（,73,）型离心通风机的选择曲线。,-,不同转速不同机号（尺寸）的情况下，同一型风机的对数性能曲线（,u,2,、,q,V,、,p,、及,P,gr,）。,71,72,等机号线,等转速线,等功率线,72,等机号线所通过的几条性能曲线表示在,同一机号不同转速,下的性能曲线,；,等转速线所通过的几条性能曲线表示在,同一转速下不同机号,的性能曲线，转速为电机的铭牌转速或配上皮带轮后所能达到的转速；,等功率线其功率为电机系列产品的功率，即,配套功率,；,等,D,2,线和等,n,线均通过每一条曲线中的最高效率点,，等,P,gr,线则不一定通过性能曲线中的最高效率点；,注意：,在使用时，应先,将工作状态的参数,化为,标准状态下的参数,，,然后再查用。,73,（五）风机无因次性能曲线,O,q,V,p,p,2,m,p,1,p,A,p,A,p,A,由于这时的参数已没有因次，故称为无因次性能参数，由其所描述的曲线称为无因次性能曲线。用之实现不同系列风机的性能比较。,对于,同一系列,风机，在,相似,的运行,工况,下有：,q,VA,q,VA,q,VA,A,A,A,74,75,相似,系列风机,流量系数、压力系数、功率系数和效率相等,已知,D,2,、,n,、,及性能曲线，可以绘制无因次性能曲线。,反之，也可以由无因次性能曲线和实际,D,2,、,n,、,求出实际的工作参数。,下,图,是,4-13,（,72,）,5,通风机性能曲线和无因次性能曲线。两者,形状完全相同,。,75,76,1,、试验绘制通用性能曲线,作法：,就某台泵或风机在一系列,不同转速,下进行试验，并将测得的一系列相应的,H-,q,V,或,p-q,V,、,-,q,V,和等效曲线绘制在同一张图上。,优点：,准确可靠，缺点是试验工作量大，浪费人力物力。,（六）通用性能曲线,76,77,理论绘制通用性能曲线以比例定律为基础。相似工况点的参数应满足：,2,、理论绘制通用性能曲线,由于相似工况点的效率相等，则可利用转速为,n,0,时的效率曲线,0,-,q,V,作出转速为,n,时的效率曲线,-,q,V,。,和,转速不同时的效率换算,n,0,-,q,V,n,n,0,H-,q,V,H,q,V,O,A,A,n,77,78,即,，,当,n,改变时，,相似工况的一系列点必在顶点过坐标原点的二次抛物线上,，并称其为,相似抛物线,，它表征了一簇抛物线，,又称,理论等效曲线,。,相似工况点应满足,:,或,实践证明，因转速效应，,实际等效曲线,偏离相似抛物线而成椭圆形。,3,、相似工况点应遵循的规律,78,79,三、相似工况点与不相似工况点,相似工况点和不相似工况点的区分,A,和,B,点,（表征了泵在同一转速下的不同工况点）,不是相似工况点,；,A,和,M,点,【,位于同一条管路性能曲线（其顶点未位于坐标原点）上，它们表示了泵变速运行时的不同运行工况点,】,亦不是相似工况点；,只有,M,和,B,点才是相似工况点,。,在同一条相似抛物线上的点为相似工况点；反之,则不存,相似关系，不能用比例定律进行相似换算,。,把握这一点,（,对正确地确定泵与风机变速运行时的运行工况点及其性能参数的换算）,非常重要,。,q,V,A,q,V,B,q,V,H,O,H-,q,V,H,C,-,q,V,A,M,M,B,q,V,M,79,80,【,例,】,如右图所示，某台可变速运行的离心泵，在转速,n,0,下的运行工况点为,M,(,q,V,M,，,H,M,),，当,降转速,后，流量减小到,q,V,A,，试确定这时的转速。,【,解,】,确定,变速后的运行工况点,A,(,q,V,A,，,H,A,),；,过,A,点作相似抛物线，求,A,点对应的相似工况点,B,；,利用比例定律对,A,、,B,两点的参数进行换算，以确定满足要求的转速：,将,q,V,A,、,H,A,代入下式以确定相似抛物线的,k,值；,q,V,M,q,V,B,q,V,H,O,H-,q,V,H,C,-,q,V,M,A,B,q,V,A,80,第四章 泵与风机的运行,一、管路性能曲线,第一节 管路性能曲线和工作点,管路特性方程，它反映在特定的管路中，流体所需压头,(H),与流量,(,q,v,),的关系。这种关系,只与管路的布置条件有关,，而与泵的性能无关。,流体流动时所需的能量：,H=H,p,+(P,2,-P,1,)/g+H,w,位能,压力能,阻力损失,H=A+Bq,v,2,(p=Mq,v,2,),前者为静扬程，与流量无关,后者为动扬程，与流量有关,泵提供的能量：,z,2,-z,1,h,w,h,w,风管,水管,H,q,V,81,82,二,.,泵与风机的工作点,两条相互独立的性能曲线（,泵与风机性能曲线,&,管路性能曲线,）的,交点,A,即为,工作点,。,由于只有,静压才能真正克服管路阻力,，因此，风机用静压工作点来表示。,工作点应该选择在既能满足工程要求，而又处在泵或风机的高效率范围内。,交点,A,左侧,泵扬程,管路所需扬程,流体能量有富裕,流体增速，流量增加,交点,A,右侧,泵扬程,需要能量继续向右稳定在,A,点；,向左供给能量,需要能量继续向左流量为零、倒流。,A,H,0,q,V,K,M,q,VM,华工 卢志民 博士,zhmlu,13710400340,83,84,直至水池液面降低到,II,曲线以下，如,I,曲线所示，此时,泵所能提供的扬程比管路所需的要大，泵重新开始送水,，流量突升为,q,VB,。,当风机向,压力容器,（或密闭的房间）或,容量很大的管道,送风时，也可能发生此种不稳定的运行。,泵或风机的,驼峰形性能曲线,是产生不稳定运行的,内在因素,，但是否发生还要看管路性能曲线的外在影响。,当,管路性能曲线,因水池水面上升等原因从,II,上升,到,III,时，泵流量为,q,VM,。,如,q,VM,仍大于用水量，,管路