泵与风机.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,泵与风机原理,2004-2,第一章,绪 论,学习要求,1、掌握泵与风机的主要参数。,2、掌握泵与风机的分类及其工作原理。,3、了解泵与风机的基本结构。,4、了解泵与风机的性能曲线。,5、掌握泵与风机的检查项目。,泵与风机的基本参数,总扬程的确定,泵的基本性能参数,流量,扬程,功率和效率,转速,比转速,流量,指泵在单位时间内所输送的液体量。通常用体积流量Q表示，单位是L/s、m,3,/s、m,3,/h，这些单位可以互相换算。对于非常温水或其它液体也可以用重量流量G表示，单位是N/s、kN/s。重量流量和体积流量的关系为：,G=g Q,式中-液体的密度,kg/m3,g-重力加速度 m/s2,功率,轴功率,：作为泵性能参数的泵的功率通常是指输入功率，也就是原动机传到泵轴上的功率，故称为轴功率，用N表示。,有效功率,：通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的能量成为泵的有效功率。由于这部分能量被流出泵的液体所携带，故又称为输出功率，用N e表示。,内功率,：泵叶轮在单位时间内传递给被输送液体的能量称为泵的内功率，用N i表示,。,原动机功率,：由于原动机轴和泵轴之间的传动存在有机械损失，所以，原动机功率（一般指原动机的输出功率）通常要比轴功率大些。,各种功率关系图,风机主要参数,流量,全压,静压,功率,安全系数,全压效率和全压内效率,静压效率和静压内效率,转速,流量,指单位时间内通过风机进口的气体的体积。用Q表示，单位是L/s，m3/s。若无特殊说明，Q是指在标准进口状态下（1标准大气压，温度20，相对湿度为50%，为1.2kg/m3）气体体积.,全压与静压,全压,:指单位体积气体从风机进口截面经叶轮到风机出口截面所获得的机械能的增加值。用p表示，单位为p,a,。,静压,:指风机的全压减去风机的出口截面处的动压p,d2,（通常将风机出口截面处的动压作为风机的动压）之差值。用p,s t,表示。即：,p,s t,=p-p,d2,功率,和泵相似，风机的功率通常是指输入功率。用N表示。单位为W，kW。,除此之外还有内功率Ni、全压有效功率N e、静压有效功率Nest，其计算公式分别为：,Ni=N e+N,N e=Qp/1000 kW,Nest=Qpst/1000 kW,N指除轴承外风机内损失掉的各种功率。,安全系数,考虑到可能出现的过载，在选择原动机配套功率时，需要考虑安全系数，其处理方法和泵相同。但对于锅炉引风机，安全系数K一般取1.3。,静压效率和静压内效率,静压效率是指风机的静压有效功率和轴功率之比，用st表示，即：,st=Nest/N*100%,同理，静压内效率等于静压有效功率与内功率之比，用ist表示，即：,ist=Nest/Ni*100%,和泵相同，如无特殊说明，风机的效率均指全压效率。,泵与风机的分类,第二章,泵与风机的工作原理,离心泵,离心风机的工作原理,轴流式泵与风机的工作原理,混流泵,往复泵,水环式真空泵,水环式真空泵,螺杆泵,螺杆空压机,齿轮泵工作原理,喷射泵工作原理,罗茨风机的工作原理,第三章,泵与风机的基本结构,泵的主要部件,离心泵 轴流泵,叶轮 叶轮,轴和轴承 轴与轴承,吸入室 吸入管,机壳 泵壳,导叶 导叶,风机的主要部件,吸入口和进气箱 集风器与整流罩,叶轮 叶轮,机壳 机壳,导流器 导流体,扩散筒,性能稳定装置,泵的各部件,叶轮,1、叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。,2、离心泵式叶轮有开式、半开式及闭式叶轮三种。,3、轴流式叶轮由叶片、轮毂和动叶调节机构等组成。叶片多为机翼型。轮毂用来安装叶片和叶片调节机构。轮毂有圆锥形、圆柱形和球形三种。,轴和轴承,轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速定。,轴承一般包括两种形式:滑动轴承和滚动轴承。,吸入室（管）,离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。,轴流式泵吸入管与离心泵吸入室的作用相同。中小型轴流泵多用喇叭形吸入管。,直锥形吸入室,这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸入室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。直锥形吸入室的锥度约7,o,8,o,。这种形式的吸入室广泛应用于单级悬臂式离心水泵上。,直锥形吸入室,弯管形吸入室,是大型离心泵和大型轴流泵经常采用的形式，这种吸入室在叶轮前都有一段直锥式收缩管，因此，它具有直锥形吸入室的优点。,弯管形吸入室,环形吸入室,吸入室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑，轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。环形吸入室主要用于节段式多级泵中。,环形吸入室,半螺旋形吸入室,主要用于单级双吸式水泵、水平中开式多级泵、大型的节段式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸入室可使液体流动产生旋转运动，绕泵轴转动，致使液体进入叶轮吸入口时速度分布更均匀，但因进口预旋会致使泵的扬程略有降低，其降低值与流量是成正比的。,半螺旋形吸入室,机壳,机壳收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压力能，后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。机壳结构主要有螺旋形和环形两种。螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。环形压水室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压水室,机壳,密封装置,密封装置主要用来防止压力增加时流体的泄漏。密封装置有很多种类型，用得最多的是填料式密封、机械式密封和迷宫式密封。,导叶,导叶又称导流器、导轮，分径向式导叶和流道式导叶两种，应用于节段式多级泵上作导水机构。,风机的各部件,吸入口和进气箱,吸入口可分圆筒式、锥筒式和曲线式数种。吸入口有集气的作用，可以直接在大气中采气，使气流以损失最小的方式均匀流入机内。,进气箱的作用是当进风口需要转弯时才采用的，用以改善进口气流流动状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失。进气箱一般用在大型或双吸入的风机上。,机壳,中压与低压离心式风机的机壳一般是阿基米德螺线状的。它的作用是收集来自叶轮的气体，并将部分动压转换为静压，最后将气体导向出口。,导流器,导流器又称为进口风量调节器。在风机的入口处一般都装置有导流器。运行时，通过改变导流器叶片的角度（开度）来改变风机的性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。,集风器,集风器一般用于轴流风机。,集风器的作用是使气流获得加速，在压力损失最小的情况下保证进气速度均匀、平稳。,集风器的好坏对风机性能影响很大，与无集风器的风机相比，设计良好的集风器风机效率可提高1015。集风器一般采用圆弧形。,整流罩和导流体,为了获得良好的平稳进气条件，在叶轮或进口导叶前装置与集风器相适应的整流罩，以构成轴流风机进口气流通道。,导叶,轴流式风机设置导叶有几种情形：叶轮前仅设置前导叶，叶轮后仅设置后导叶，叶轮前后均设置有导叶。,前导叶的作用是使进入风机前的气流发生偏转，把气流由轴向引为旋向进入，且大多数是负旋向(即与叶轮转向相反)，这样可使叶轮出口气流的方向为轴向流出。,后导叶在轴流式风机中应用最广。气体轴向进入叶轮，从叶轮流出的气体绝对速度有一定旋向，经后导叶扩压并引导后，气体以轴向流出。,扩散筒,扩散筒的作用是将后导叶出来的气流动压部分进一步转化为静压，以提高风机静压。,性能稳定装置,近年来，大型轴流风机上加装了性能稳定装置，又称KSE装置(该装置由前苏联的伊凡诺夫发明)。这种性能稳定装置主要是用来抑制叶轮边缘流体失速倒流而产生的不稳定现象的。,引风机结构,第四章,泵与风机的特性曲线,速度三角形,流体在叶轮中除作旋转运动外，同时还从叶轮进口向出口流动，因此流体在叶轮中的运动是一种复合运动。,离心泵的速度三角形,当叶轮带动流体作旋转运动时，流体具有圆周运动(牵连运动)，其运动速度称为圆周速度，用符号u表示，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径r及转速n有关。流体沿叶轮流道的运动，称为相对运动，其运动速度称为相对速度，用符号W表示，其方向为叶片的切线方向、大小与流道及流道形状相关。流体相对静止机壳的运动，称为绝对运动，其运动速度称绝对速度，用符号表示，它是以上两个速度的向量和，即:,即:,轴流泵的速度三角形,在叶栅进口，流体具有圆周速度u,1,、相对速度w,1,，绝对速度v,1,，出口具有u,2,、w,2,、v,2,由这三个速度矢量组成了进出口速度三角形。与离心式泵与风机相同，绝对速度也可以分解为圆周方向的分量vu，和轴面方向的分量v,a,，此时，轴面分速的方向为轴向，故用符号v,a,表示。,即：,比转速,把某一叶轮的几何形状相似地缩小为标准叶轮，使这个标准叶轮在最高效率点工况下，当所产生的扬程为1m，输送流量为0.075m3/s时所具有的转速。,泵与风机的特性曲线,泵与风机的主要的性能参数有流量q,V,、扬程H或全压p、功率P和效率,0,。这些参数变化关系的曲线，称为性能曲线。性能曲线通常是指在一定转速下，以流量为基本变量，其他各参数随流量改变而改变的曲线。因此，通常的性能曲线为q,v,H(p)、q,V,P、q,V,。该曲线直观的反映了泵与风机的总体性能。性能曲线对泵与风机的选型，经济合理的运行都起着非常重要的作用。,各种泵与风机的性能曲线,离心泵与风机性能曲线的分析,当阀门全关时，工况为空转状态。这时候，空载功率Po主要消耗在机械损失上，而这会导致局部水温迅速升高以致汽化。因此，为防止汽化，一般不允许在空转状态下运行.,离心泵与风机，在空转状态时，轴功率最小，一般为设计轴功率的百分之三十左右，为避免启动电流过大，原动机过载，所以离心式的泵与风机要在阀门全关的状态下启动，待运转正常后，在开大出口管路上的调节阀门，使泵与风机投入正常的运行。,由qvP性能曲线可见，后弯式叶轮和前弯式叶轮有着明显的差别。后弯式叶轮的qvP性能曲线，随着流量的增加功率变化缓慢，而前弯式叶轮随着流量的增加，功率急剧上升，因此原动机容易超载。所以，对前弯式叶轮的风机在选用原动机时，容量富余系数应取的大些。,前弯式叶轮效率远低于后弯式。所以一般现在的风机为了节能大多采用高效率的后弯式叶片。,前弯式叶轮的实际qvH性能曲线是一具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线，如果风机在不稳定工作段工作，将导致喘振。因此，不允许在此段工作。,轴流式泵与风机性能特点,qvH(P)性能曲线，在小流量区域内出现驼峰形状，在c点的左边为不稳定工作区段，一般不允许泵与风机在此区域工作。,轴功率P在空转状态（qv=0）时最大，随流量的增加随之减少，为避免原动机过载，对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动。如果叶片安装角是可调的，在叶片安装角小时，轴功率也小，所以对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动。,轴流式泵与风机高效区窄。但如果采用可调叶片，则可使在很大的流量变化范围内保持高效率。这就是可调叶片轴流式泵与风机较为突出的优点。,管道阻力特性曲线,泵与风机的性能曲线，只能说明泵与风机自身的性能，但泵与风机在管路中工作时，不仅取决于其本身的，而且还取决于管路系统的性能，即管路特性曲线。由这两条曲线的交点来决定泵与风机在管路系统中的运行工况。,通常泵或风机是与一定的管路相连接而工作的。一般情况下，流体在管路中流动时所消耗的能量，用于补偿压差、高差和阻力(包括流体流出时的动压头),流体在管路系统中的流动特性可以表达如下：,管路特性曲线,第五章,泵与风机的运行,泵的汽蚀,汽蚀涉及的范围非常广泛,在水力机械、造船和水利等方面都要对此问题的机理和防止措施进行研究。对于流体机械，特别是工作对象是液体的流体机械，汽蚀是流体机械向高速化方向发展的一大障碍。因此，我们需对汽蚀问题持足够的重视态度。,内 容,汽蚀产生的机理,汽蚀的危害,防止汽蚀发生的方法,泵的高度的确定,汽蚀的危害,破坏材料,严重的噪声,强烈的振动,性能下降,断裂工况,几何按装高度,由于汽蚀的原因，如果某泵几何安装高度不合适，会限制流量的增加，从而导致性能达不到设计要求。因此，正确的确定泵的几何安装高度（Hg）是保证泵在设计工况下工作时不发生汽蚀的重要条件。立式离心泵的几何安装高度是指第一级工作叶轮进口边的中心线至吸水池液面的垂直距离，对于大型泵则应按叶轮入口边最高点来决定几何安装高度。,允许吸上真空高度,用符号Hs表示，这项性能指标和泵的几何安装高度有关。几何安装高度就是根据这一数值计算确定的，流体在旋转叶轮中受离心力的作用被甩出叶轮，这时在叶轮入口处就形成了真空，于是水池中液体就在液面压力作用下经吸水管路进入泵内。,H,s,=H,g,+vs,2,/2g+h,w,式中 H,g,几何安装高度，m;,vs泵吸入口平均速度，m/s;,h,w,吸入管路中的流动损失，m;,允许吸上真空高度通常取为：,H,s,H,smax,（0.30.5）,或 H,s,H,smax,（1.11.3）,汽蚀余量h,汽蚀余量h是另一个表示泵汽蚀性能的参数,也可用NPSH表示。汽蚀余量又分为有效汽蚀余量ha,或NPSHa和必需汽蚀hr、或NPSHs。按照吸入装置条件所确定的汽蚀余量称为有效的汽蚀余量或称装置汽蚀余量，用ha表示。由泵本身的汽蚀性能所确定的汽蚀余量称为必需汽蚀余量或泵的汽蚀余量，用hr表示。,有效汽蚀余量ha,有效汽蚀余量ha,是指泵在吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。即液体所具有的避免泵发生汽化的能量。也就是吸入容器中液面上的压力水头在克服吸水管路装置中的流动损失h,w,，并把水提高到h,g,的高度后，所剩余的超过汽化压力的能量。在吸入容器液面高出水泵轴线时，则h,g,称为倒灌高度或灌注头。ha由吸入系统的装置条件确定，与泵本身无关。,必需汽蚀余量hr,必需汽蚀余量hr与吸入系统的装置情况无关，是由泵本身的汽蚀性能所确定的。必需汽蚀余量hr指的是：液体从泵吸入口至压力最低点的压力降。,泵不发生气蚀的条件,hahr,防止汽蚀发生的方法,提高泵本身抗汽蚀的能力,提高泵入口倒灌高度,加装前置泵,入口接入过冷水,采用最小流量再循环,喘振,当具有驼峰形qvH性能曲线的泵与风机在其曲线上K点以左的范围内工作时，即在不稳定区工作，就往往会出现喘振现象，或称飞动。,防止喘振的措施,大容量管路系统中尽量避免采用具有驼峰形qvH性能曲线。,使流量在任何条件下不小于q,vK,，可装设再循环管或自动排放阀门，使泵或风机的出口流量始终大于q,vK,。,改变转速或吸入口处装吸入阀，当降低转速或关小吸入阀时，性能曲线qvH向左下方移动，临界点随之向小流量移动，从而可缩小性能曲线上的不稳定段。,采用可动叶片调节，当外界需要的流量减小时，减小动叶装置角，性能曲线下移，临界点随着向左下方移动，最小输出流量相应变小。,在管路布置方面，水泵应尽量避免压出管路内积存空气，尽量把调节阀及节流装置等靠近泵出口安装。,运行工况的调节,改变管路性能曲线的调节方法,改变泵或风机性能曲线的调节法,齿轮箱变速及水力偶合器变速等。,改变并联泵台数的调节方法,改变管路性能曲线的调节方法,出口端节流,改变管路的阻抗系数，使管路性能曲线改变，以达到调节流量的目的。,入口端节流,不仅改变管路的特性曲线，也使性能曲线相应的发生变化。,改变泵或风机性能曲线,改变泵或风机的转数,变频调速，液力偶合调速，变速齿轮,入口静叶调节,风机动叶调节,改变并联泵台数的方法,泵的并联：,并联是指两台或两台以上的泵与风机向同一压力管路输送流体的工作方式。并联的目的是在压头相同时增加流量。,泵的串联：,串联是指前一台泵或风机的出口向另一台泵或风机的入口输送流体的工作方式。,泵的并联,并联工作的特点是：扬程彼此相等，总流量为每台泵轴送流量之和，两台泵并联运行时的流量等于并联时的各台泵流量之和,并联总流量小于两单机单独运行的流量和，而并联后的扬程却比一台泵单独工作时要高些。这是因为输送的管道仍是原有的,直径也没增大，而管道摩擦损失随流量的增加而增大了，从而阻力增大，这就需要每台泵都提高它的扬程来克服这增加的阻力，故H,B,大于 H,C,，流量q,VB,就相应的小于q,vc,。,泵的串联,串联性能曲线+是将单独泵的性能曲线的扬程在流量相同的情况下把各自的扬程迭加起来得到的。,两台泵串联工作时所产生的总扬程小于泵单独工作时扬程的2倍，而大于串联前单独运行的扬程，且串联后流量也比一台泵单独工作时大了，这是因为泵串联后一方面扬程的增加大于管路阻力的增加，致使富余的扬程促使流量增加。另一方面流量的增加又使阻力增加，抑制了总扬程的升高。,运行中的主要问题,泵与风机的振动,噪声,磨损,泵与风机的振动,流体流动引起的振动,汽蚀引起振动、旋转失速引起振动、喘振现象、水力冲击引起振动,机械引起的振动,转子质量不平衡引起振动、转子中心不正引起振动、转子的临界转速引起振动、动、静部分之间的摩擦引起振动、平衡盘设计不良引起振动,噪声,常使用消声器能有效地控制其噪声,磨损,泵与风机高速运转，若吸入的流体中含有杂质和灰尘颗粒，就会因对叶片产生高速冲击而造成叶轮和外壳的磨损。特别是高速泵应特别注意这个问题。,第六章,泵与风机日常检查,启动前的检查,1）对于检修后的风机在启动检查前，应将检修用的脚手架全部拆除，通道和平台保持畅通、平整，检修现场已全部清理，保温已恢复，各人孔门、检查孔门已关闭。,2）主电机及泵与风机本体的地脚螺栓、风机的风壳法兰结合面螺栓全部拧紧。,3）联轴器的固定螺栓齐全牢固，防护罩完好牢固。,4）进出口管路及再循环管路上的手动门已开启，风机入口挡板，动、静叶角度或液力偶合装置的勺管位置在最小位。,5）检查泵的密封水、冷却水已投入，流量正常；润滑油杯油位正常。强油润滑的泵或风机，油站已启动，油压、油温正常，油路畅通。,6）电动机的电源线、接地线完好。,7）带有轴承冷却风机的，检查冷却风机启动运行正常。,8）启动泵与风机时确认无明显反转。,9）设备事故按钮已释放，操作选择开关在远操位。,10)泵体充水排气正常,。,运行中的检查,1）对于刚刚启动的设备应加强巡视检查。,2）检查各指示仪表参数正常，电机及泵与风机无摩擦、振动、金属撞击声。,3）触摸或使用测温枪、测振仪测量轴承温度、振动正常。,4）及时调整冷却水、密封水流量正常;确认盘根无甩水现象。,5）润滑油杯油位正常，无渗漏；强制润滑冷却设备检查油站油泵运行正常，润滑油压力、流量、温度正常，油路畅通无泄漏。,6）油站冷却器或加热装置按规定正常投入，冷却水畅通。,7）检查冷却风机运行正常。,8）检查液力偶合器油位正常，油路无泄漏。,9）检查运行设备编号及其挡板、动、静叶开度、勺管位置指示与控制盘上一致。,10）检查电机的接地线完好，电机运行正常。,11）检查备用设备就地控制已投入联锁位，冷却水（冷却风机）、密封水、润滑油投入正常。,真空泵,Thanks for every one!,Bye!,