八-流体机械的性能曲线和运行调PPT课件.ppt

流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用第三篇 流体机械的应用第八章 流体机械的性能曲线 第十一章 泵与风机的现场技术测定线 第十章 流体机械的应用举例第九章 流体机械的选型计算1.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用第八章 流体机械的性能曲线第一节 流体机械的性能曲线 第四节 流体机械的运行调节第三节 流体机械的联合运行第二节 管路特性曲线及其工况点第五节 流体机械的旋转失速与喘振2.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用第一节 流体机械的性能曲线 泵或风机的主要性能参数有流量qV、扬程H(或全压PtF)、功率P和效率。这些参数之间有着一定的相互联系，反映这些性能参数间变化关系的曲线，称为泵与风机的特性曲线。扬程与流量之间的关系曲线扬程与流量之间的关系曲线功率与流量之间的关系曲线功率与流量之间的关系曲线效率与流量之间的关系曲线效率与流量之间的关系曲线常用的特性曲线有以下三种：3.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用性能曲线的作用能直观的反映泵与风机的总体性能，对泵与风机的安全、经济运行意义重大。作为设计及修改新、老产品的依据，是相似设计的基础4.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用（一）、流量扬程曲线（）理论特性曲线（）由无限多叶片时的理论能头可得：显然，这是一个直线方程，和呈直线关系变化,且直线的斜率由a a 来确定，。一、离心式泵与风机的性能曲线5.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用对于三种叶型分别为：u后弯式叶轮当增大时，减小，流量扬程关系曲线是一条向下倾斜的直线。B0u径向式叶轮B0当增大时，减小，流量扬程关系曲线是一条水平的直线。u前弯式叶轮 当增大时，减小，流量扬程关系曲线是一条向上倾斜的直线。前弯式径向式后弯式6.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用实际特性曲线以上的直线为理想状况的流量扬程性能曲线，由于考虑到有限叶片数和流体粘性的影响，需对上述曲线进行修正。考虑滑移系数HT=KHT 考虑叶轮中流动损失考虑叶轮中冲击损失考虑叶轮中泄漏损失qVT-q=qVqVOHT-qVTHT-qVTH-qVThf+hjhsH-qVqqVd7.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用常用的泵或风机实际压头曲线有三种类型：陡降型、缓降型与驼峰型qVu 陡降型性能曲线的泵或风机宜用于流量变化较小的情况。u 缓降型曲线的泵或风机可用于流量变化大而要求压头变化不大的情况。u 具有驼峰型性能曲线的泵或风机，可能出现不稳定工况。这种不稳定工况是应避免的。陡降型缓降型驼峰型8.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用（二）、流量-功率特性曲线1.理论特性曲线假设没有能量损失，理论轴功率等于有效功率 式中 可见对于不同的2 2值具有不同形状的曲线，当qVT=0时。三种叶轮的理论功率都等于零，理论功率曲线都交于原点。9.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用u 对于径向式叶轮 u 对于前弯式叶轮 u 对于后弯式叶轮 理论功率曲线是一条直线。理论功率曲线是向上凹的二次曲线。理论功率曲线是向下凹的二次曲线。PTqVT10.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 根据以上分析，可以定性地说明不同叶型的泵或风机性能曲线的变化趋势，对于研究实际性能曲线是很有意义的。同时理论性能曲线还可以解释泵或风机在运转中产生一些问题的原因。如由理论功率曲线可以看出，前弯式叶轮的轴功率随流量增加而迅速增长，因此这种风机在运行中，电机很容易超载，而后弯式叶轮几乎不会发生超载。11.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用2.实际特性曲线由于存在机械损失，实际轴功率大于理论功率。u以后弯式叶片为例，由上式可知，在理论功率性能曲线上加上机械损失功率 Pm 即得理论流量的特性曲线。（Pm随流量变化很小，可以认为是一恒定的值）说明：PqVqu再考虑容积损失的影响，再考虑容积损失的影响 P-qVT理论的P-qV曲线 PmPv12.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用（三）、流量效率特性曲线.理论特性曲线在理想条件下，各项损失为零，因此效率恒为100%。.实际特性曲线泵或风机的效率曲线，可由扬程曲线及功率曲线计算出来，即13.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用由上式可见，当qV=0和H=0时，都等于零。因此,-H-H曲线是一条通过坐标原点与横坐标轴相交于两点的曲线.这是理论分析的结果,实际上-H性能曲线不可能下降到与横坐标轴相交,因而曲线也不可能与横坐标轴相交.实际的性能曲线位于理论曲线的下放。曲线上最高效率点即为泵或风机的设计工况点。泵或风机在此工况下工作最经济，能量损失最小。一般以maxmax作为高效区，只要在此范围内工作，就认为是经济的。qVmax理论实际maxqVd 效率曲线14.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用（四）、性能曲线的分析1.最佳工况点和经济工作区u 当qV=0时，实际功率并不等于零。因为空载运转时，机械摩擦损失仍然存在。一般离心式泵或风机的实际功率随流量加大而增大，空载功率最小，所以离心式泵或风机应空载启动，以免电机超载。u若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动，则这部分功率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，故凝结泵凝结泵和给水泵不允许空载运行和给水泵不允许空载运行。2.离心泵的空载起动和防止汽蚀15.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用3.离心式泵与风机性能曲线的比较 对前向式和径向式叶轮，能头性能曲线为一具有驼峰的或呈型的曲线，且随 2a 曲线弯曲程度。K点左侧为不稳定工作区。对对后后向向式式叶叶轮轮，能头曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低，不会出现型。uH-qV 性能曲线的比较16.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。常见的有陡陡降型降型、平坦型平坦型和驼峰型驼峰型三种基本类型。陡降型缓降型驼峰型qV17.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 （1 1）陡降型曲线）陡降型曲线 其特点是：当流量变化很小时能头变化很大。例如火力 发电厂自江河、水库取水的循环水泵，就希望有这样的工作性能。因为，随着季节的变化，江河、水库的水位涨落差非常大，同时水的清洁度也发生变化，均会影响到循环水泵的工作性能（扬程），因而要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性。18.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 （2 2）平坦型曲线）平坦型曲线 其特特点点是是：当当流流量量变变化化较较大大时时，能能头头变变化化很很小小。如如火火力力发电厂的给水泵、凝结水泵发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。因为，汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的，特别是对调峰机组，负荷变化更大。但是，由于主机安全经济性的要求，汽包的压强或凝汽器内的压强变化不能太大，因而要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变化不大的特性。19.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 （3 3）有驼峰的性能曲线）有驼峰的性能曲线 其特点是：在峰值点 左侧出现不稳定工作区，故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，对离心式泵合理的选择叶片安装角2a 和叶片数z，可以避免性能曲线中的驼峰。20.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用uP-qV 性能曲线的比较前前向向式式、径径向向式式叶叶轮轮的的轴轴功功率率随随流流量量的的增增加加迅迅速速上上升升。当泵与风机工作在大于额定流量时，原动机易过载。而而后后向向式式叶叶轮轮的的轴轴功功率率随随流流量量的的增增加加变变化化缓缓慢慢，且且在在大大流流量量区区变变化化不不大大。因而当泵与风机工作在大于额定流量时，原动机不易过载。21.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用u -qV 性能曲线的比较前向式叶轮的效率较低，但在额定流量附近，效率下降较慢；后后向向式式叶叶轮轮的的效效率率较较高高，但但高高效效区区较较窄窄；而径向式叶轮的效率居中。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。22.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用二、轴流式泵与风机性能曲线1 1、性能曲线的趋势分析 冲角增加，曲线上升；叶顶和叶根分别出现二次回流，曲线回升。边界层分离，叶根出现回流，曲线下降，但趋势较缓；2 2、性能曲线的特点 存在不稳定工作区，曲线形状呈型；空载易过载；高效区窄。23.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用3.离心式、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较 H-qV 性能曲线的比较 离心式泵与风机的H-qV 曲线比较平坦，而混流式、轴流式泵与风机的H-qV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。24.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用P-qV 性能曲线的比较离心式和轴流式泵与风机的P-qV 曲线随着流量的增加其变化趋势刚好相反，前者呈上升趋势，而后者则急剧下降。因此，为了减小原动机容量和避免启动电流过大，启动时，轴流式泵与风机阀门应处于全开状态，而离心式泵与风机阀门则原则上应处于关闭状态。25.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 -qV 性能曲线的比较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。26.流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用第二节 管路特性曲线及工作点一、管路系统性能曲线 流量计调阀阀门真空计p”pHZ压强表泵泵的系统装置对于泵Hst-称为管路系统的静能头；即，管路系统的静能头为零。对于风机 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用HcqVHz泵的管网特性曲线图PcqV风机的管网特性曲线图 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用二、工作点1 1、同比例的性能曲线的交点；2 2、实质：反映了两者的能量供与求的平衡关系。HcqV泵性能曲线管网特性曲线qVMHMM 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用三、运行工况点的稳定性泵运行工况点的稳定性KOqVHMHc-qVH-qV1 1、稳定工况点条件是：2 2、不稳定工况点条件是：3 3、有驼峰不稳定工作区喘振。注意：具有驼蜂形性能曲线的泵或风机运行时会出现不稳定工况点，对于这一类泵或风机应使工况点保持在曲线的下降段，以保证运行的稳定性。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用第三节 流体机械的联合工作u设计制造一台新的高压泵或风机比较闲难，而现有的泵或风机的容量已足够，只是扬程不够时。一、串联运行u在改建或扩建后的管道阻力加大，要求提高扬程以输出较多流量时。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 3、串联运行的特点：串联各泵所输送的流量均相等；而串联后的总扬程为串联各泵所产生的扬程之和。即：2、串联运行的目的：一般来说，泵串联运行的主要目的是提高扬程，但实际应用中还有安全、经济的作用。1、什么是串联运行：前一台泵向后一台泵的入口输送流体的运行方式。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用CHc-qVH-qV、MBBBqVBqVM2M2qVHO同性能泵串联运行M1qVHO不同性能泵串联运行4、串联运行工况点 5、串联运行时应注意的问题 2 2 安全性：安全性：经常串联运行的泵,应由qVmaxHg(或Hd)防止汽蚀；对于离心泵和轴流泵,应按Pshmax Pgr 驱动电机不致过载。1 1 宜适场合：宜适场合：Hc-qV 较陡，H-qV 较平坦。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 4 4 启动程序启动程序（离心泵）：启动时，首先必须把两台泵的出口阀门都关闭，启动第一台，然后开启第一台泵的出口阀门；在第二台泵出口阀门关闭的情况下再启动第二台。3 3 经济性：经济性：对经常串联运行的泵，应使各泵最佳工况点的流量相等或接近。在选择设备时，按C点选择泵。5 5 泵的结构强度：泵的结构强度：由于后一台泵需要承受前一台泵的升压,故选择泵时，应考虑到两台泵结构强度的不同。6 6 串联台数：串联台数：串联运行要比单机运行的效果差，由于运行调节复杂,一般泵限两台串联运行；由于风机串联运行的操作可靠性差，故一般不采用串联运行方式。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用二、并联运行（以泵为例）u 当扩建机组，相应需要的流量增大，而原有的泵与风机仍可以使用时。u 电厂中为了避免一台泵或风机的事故影响主机主炉停运时.u 由于外界负荷变化很大流量变化幅度相应很大为了发挥泵与风机的经济效果，使其能在高效率范围内工作，往往采用两台或数台并联工作，以增减运行台数来适应外界负荷变化的要求时。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 并联各泵所产生的扬程均相等；而并联后的总流量为并联各泵所输送的流量之和。即：1、什么是并联运行：两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体时的运行方式。2、并联运行的目的：一般来说，并联运行的主要目的包括：增大流量；台数调节；一台设备故障时，启动备用设备。3、并联运行的特点 泵并联后的性能曲线的作法：把并联各泵的性能曲线H-qV上同一扬程点的流量值相加。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 4、并联运行工况点qVChEO-qVhFO-qV B 2 B 1 B2B1CqVBBqVMMMHc-qVH-qVqVHO同性能泵并联运行H(m)qVO不同性能泵并联运行EFO 5 5、并联运行时应注意的问题、并联运行时应注意的问题 1 1 宜适场合：宜适场合：Hc-qV较平坦，H-qV 较陡。2 2 安全性：安全性：经常并联运行的泵,应由qVmaxHg(或Hd)防止汽蚀；对于离心泵和轴流泵,应按Pmax Pgr 驱动电机不致过载。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 3 3 经济性：经济性：对经常并联运行的泵，为保证并联泵运行时都在高效区工作，应使各泵最佳工况点的流量相等或接近。在选择设备时，按B点选择泵。4 4 并联台数：并联台数：从并联数量来看，台数愈多并联后所能增加的流量越少，即每台泵输送的流量减少，故并联台数过多并不经济。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用第四节流体机械的运行工况调节 1、什么是运行工况调节 2、调节方式分类 3、主要内容 泵与风机运行时，其运行工况点需要随着主机负荷的变化而改变，这种实现泵与风机运行工况点改变的过程称为运行工况调节。非变速调节和变速调节 常用调节方式的工作原理、优缺点及适用场合；典型并联运行工况调节。引 言 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用一、非变速调节 常用的调节方式主要有：节流调节、离心泵的汽蚀调节、分流调节、离心式和轴流式风机的前导叶调节、混流式和轴流式风机的动叶调节等。（一）、节流调节前提条件：分 类：改变节流部件的开度。实施方法：nC出口端和进口端节流。1出口端节流调节 qVqV qVMMMHqVNh NNK运行效率：流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用适用场合：离心式小容量泵与风机采用，并逐渐被代替；轴流式泵与风机不采用该方式（qVP电动机过载）。优缺点：简单、可靠、方便、调节装置初投资很低；节流损失很大，调节量严重，单向：小于额定流量的方向。2进口端节流调节 经经 济济 性：性：比出口端节流经济。适用场合：适用场合：仅在风机上使用。（会使泵的吸入管路阻力增加而导致泵进口压强的降低，有引起泵汽蚀的危险）。泵不采用进口端节调节泵不采用进口端节调节23p1qVM qVMh1h2BqVBC 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用（二）汽蚀调节什么是汽蚀调节：什么是汽蚀调节：泵出口调节阀全开，负荷变化凝汽器热井中水位变化汽蚀凝结水泵输出流量，使之与汽轮机排汽量达到自动平衡。qVHH-qVHc-qVAMqVMM1qVM1qVM2M2 汽蚀调节方式一般多在中小型火力发电厂的凝结水泵上采用，而大型机组则不宜采用汽蚀调节。H-qV 和Hc-qV 平坦流量调节范围。适用场合：适用场合：排汽量 泵内汽蚀。为使长期处于低负荷下的凝结水泵安全运行，在设计制造方面应采用耐汽蚀材料；在运行中，可考虑同时应用分流调节。注意：注意：流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用（三）前导叶调节（风机）前导叶调节离 心 式：入口导流器调节 轴（混）流式：入 口 静 叶调节 常用导流器结构：常用导流器结构：（a）轴向导流器（b）简易导流器（c）斜叶式导流器1、离心式风机的入口导叶调节 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用工作原理：工作原理：pT=（u2 2u-u1 1u）导流器的作用：导流器的作用：正预旋 1u 和 2u pT 节流风机内部局部阻力损失和冲击损失 和出口节流相比，分析计算表明：4-73型锅炉送、引风机,当调节流量在60%90%qV max时,功率节约：轴向导流器约15%24%；简易导流器约8%13%。构造简单、装置尺寸小、运行可靠和维护管理简便、初投资低。经济性：经济性：优点：优点：流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 目前，离心式风机普遍采用这种调节方式。对于大型机组离心式送、引风机，由于调节范围大，可采用入口导叶和双速电机的联合调节方式，以使得在整个调节范围内都具有较高的调节经济性。适用场合：适用场合：2、轴流式和混流式风机的入口静叶调节 入口静叶动叶出口静叶入口静叶调节机构工作原理：工作原理：图解 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用工作原理：工作原理：与离心式风机轴向导流器相似。调节特性：调节特性：2 2 MCR点选在max点，TB点选择在max点的大流量侧。安全流量的最大流量点负预旋调节 比只能作正预旋调节的离心风机入口导流器调节具有更高的运行经济性，故国内火力发电厂的锅炉引风机有不少均采用了入口静叶调节的子午加速轴流式风机。经济性及其适用场合：经济性及其适用场合：100%机组额定负荷流量工况点 正预旋减小流量。1 1 双向：双向：流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用（四）动叶调节（轴流式和混流式泵与风机）大型轴流式、混流式泵与风机在运行中，采用大型轴流式、混流式泵与风机在运行中，采用调整调整叶轮叶片安装角叶轮叶片安装角的办法来适应负荷变化的调节方式（的办法来适应负荷变化的调节方式（n nCC）。）。什么是：什么是：工作原理：工作原理：；pT=u u y=+y 、速度三角形 u、2 HT、pT、qV轴流式泵与风机的性能曲线叶片安装角冲角几何平均相对速度角a 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用动叶调节机构：传动方式分为：机械传动和 液压传动两类，对于大型泵与风机 以采用液压传动为好。随时 改变动叶的安装角 的调节方式称为全可调。半可调方式：没有动叶调节机构,只能在停机时，方可调整动叶的安装角，适用于中、小型的轴流式、混流式泵或风机。大型立式混流泵油压式动叶操纵系统。轴流式风机动叶调节液压传动装置分配阀调节缸活塞位移指示杆液压伺服机构 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 1 双向。2 MCR点选在max 点，TB点选择在max 点的大流量侧。100%机组额定负荷流量工况点安全流量的最大流量点 4 H-qV 陡，管路阻力变化时，流量变化很小。5 有利于大型泵与风机的启停。3 等效线管路性能曲线，调节时高效范围相当宽。在相当大的范围内调节特性：调节特性：初投资较高，维护量大。宜适用于容量大、调节范围宽的场合。目前火力发电厂越来越多的大型机组的送、引风机和循环水泵均采用了该调节方式。经济性及其适用场合：经济性及其适用场合：流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用C1qV1二、变速调节 2 转速效应（使效率下降）。在管路性能曲线不变的情况下，通过改变转速来改变泵与风机的性能曲线，从而改变其运行工况点的调节方式。什么是：什么是：H PshqVH0n1 -qVPsh-qVn0H-qV Hc-qVA1H1B1C0qV0B0A0当Hst=0时理想情况下，最大可能的节能效果。qV1=qV0/2 2 H1=H0/4 4，Psh1=Psh0/8节能原理节能原理 ：A0A1 qV n，H n2，Psh n3影响节能效果的制约因素：影响节能效果的制约因素：1 Hst 0。3 变速调节设备本身的能量消耗。H qVn0H-qV Hc-qVA0qV0H0qV1A1A2qV2 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用第五节 泵与风机运行中的几个问题 泵与风机的运行状况对电厂的安全、经济运行十分重要。目前泵与风机在运行中还存在不少问题，如运行效率偏低效率偏低、振动振动、磨损磨损等问题。效率问题效率问题：近几年来，低效产品已逐步被较高效率的新产品所取代，并随着各种新型、高效调节装置的使用，运行效率已得到了大大改善。引 言 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 磨损问题磨损问题：火力发电厂的引风机设置在除尘器之后，但由于除尘器并不能把烟气中全部固体微粒固体微粒除去，剩余的固体微粒将随烟气进入引风机，冲击叶片和机壳表面，引起引风机磨损并会沉积在引风机叶片上。由于磨损和积灰是不均匀的，从而破坏破坏了风风机的动静平衡机的动静平衡，引起风机振动引起风机振动，甚至迫使锅炉停止运行。与引风机比较，制粉系统中的排粉风机的工作条件更差，其磨损也更为严重。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 流体流动引起的振动包括：水力振动水力振动、旋转脱流旋转脱流引起的振动和喘振喘振。（一）、流体引起的振动一、一、振动问题振动问题1、水力振动 水力振动主要是由于泵内或管路系统中流体流动不正常流体流动不正常而引起的，它即与泵及管路系统的设计、制造优劣有关，也与运行工况有关，且主要因水力冲击水力冲击和水泵汽蚀水泵汽蚀引起。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用水力冲击 产生机理：由于给水泵叶片的涡流脱离的尾迹要持续一段很长的距离，在动静部分产生干涉现象，当给水由叶轮叶片外端经过导叶和蜗舌时，就要产生水力冲击，形成有一定频率的周期性压强脉动，它传给泵体、管路和基础，引起振动和噪音。后果影响：若各级动叶和导叶组装位置均在同一方向，则各级叶轮叶片通过导叶头部时的水力冲击将叠加起来，引起振动。如果这个频率与泵本身或管路的固有频率相重合，将产生共振。f=zn/60（Hz）（4-24）防止措施：适当增加叶轮外直径与导叶或泵壳与舌之间的距离，缓和冲击、减小振幅；组装时，将各级的动叶出口边相对于导叶头部按一定节距错开，以免水力冲击叠加、减小压强脉动。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用2、旋转脱流引起振动 产生机理：产生机理：一方面，一方面，泵与风机进入不稳定工况区运行，随着冲角的增大将导致边界层分离，致使升力减小，阻力增加。称之为“脱流”或“失速”现象。叶片的正常工况和脱流工况 动叶中旋转脱流的形成 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 产生机理：产生机理：另一方面，另一方面，由于加工、安装以及来流不均等原因，叶轮叶片不可能有完全相同的形状和安装角，且随着流量的减小，脱流首先发生在冲角最先达到临界值的某一叶片进口处。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 产生机理：产生机理：在上述两种条件下，脱流阻塞叶道造成分流，使脱流以 的旋转速度沿叶轮旋向相反传播，致使脱流最终以（-）的速度旋转。称之为“旋转脱流”或“旋转失速”。叶片的正常工况和脱流工况动叶中旋转脱流的形成 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 后果影响：风机进入不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转脱流区，叶片依次经过脱流区产生交变应力的作用，其作用频率与旋转脱流的转速及脱流区的数目成正比，会使叶片产生疲劳。若这一激振力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍，或等于、或接近于叶片的固有频率时，叶片将发生共振，进而造成叶片断裂，并可能将全部叶片打断。防止措施：应尽量避免泵与风机在不稳定工况区运行。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用3、喘振 喘振现象：若具有驼峰形性能曲线的泵与风机在不稳定区域内运行，而管路系统中的容量又很大时，则泵与风机的流量、压头和轴功率会在瞬间内发生很大的周期性的波动，引起剧烈的振动和噪声。这种现象称为“喘振”或“飞动”现象。当用户所需要的流量小于qVK时,风机的运行工况点将由E点滑向K点,并将周而复始地按EKCDE各点重复循环，形成运行工况的周期性波动。风机在大容量管路系统中运行的示意图 喘振现象 原因分析：流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 防止措施：（1）采用分流调节 可装设再循环管或自动排出阀门，使泵与风机的排出流量恒大于临界流量。（2）采用变速调节 若管路性能曲线不通过坐标原点时，改变风机的转速，也可得到稳定的运行工况。（3）采用动叶调节 对轴流式泵与风机，可减小其动叶安装角，使性能曲线向左下方移动。（5）最根本的措施 尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的泵与风机。（4）切割叶轮叶片 对选配容量裕量过大的泵与风机，可通过切割，减小其叶轮叶片，使性能曲线向左下方移动。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用旋转脱流和喘振现象的区别与联系：旋转脱流是叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的基本特性，如脱流区的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律，不受泵与风机管路系统的容量和形状的影响。喘振是泵与风机性能与管路系统耦合后振荡特性的一种表现形式，它的振幅、频率等基本特性受泵与风机管路系统容量的支配，其流量、全压和轴功率的波动是由不稳定工况区造成的。试验研究表明：喘振现象总是与叶道内气流的旋转脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。所以，在出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转脱流。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用三、三、最小流量最小流量原因：1 1、给水泵在小流量下运行时，扬程较大，效率很低，泵的耗散功除了部分传递给泵内给水外、很大一部分转化为热能，而给水泵散热很少，这些热能的绝大部分使泵内水温升高。2 2、经过旨级叶轮密封环的泄漏水和经过末级叶轮后的平衡装置的泄漏水，都将返回到采的进n n，这些泄漏水都经摩擦升温，从而加大给水泵内的水温升高。解决办法：如泵的流量等于或小于其最小流量时，须打开再循环门，使多余的水通过再循环管回到除氧器内，以保证给水泵的正常工作。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用四、四、轴向力的平衡问题轴向力的平衡问题(一)轴向力产生的原因如图，由叶轮流出的液体，有一部分经间隙回流到了叶轮盖板的两侧。在密封环以上，由于叶轮左右两侧腔室中的压力均为P2P2，方向相反而相互抵消，促在密封环以下，左侧压力为PlPl，右侧压力为P2P2，且P2P2大于P1P1，产生压力差。此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用(二)轴向力的平衡1、采用双吸叶轮或者对称排列的方式 对称叶轮 对称排列 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用2、采用平衡孔和平衡管 平衡孔平衡管 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用3、采用平衡盘在单吸多级泵中迭加的轴向力很大，一般采用平衡盘或平衡鼓的方法来平衡铀向力，如图所示为一末级叶轮后的平衡盘装置。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用3、采用平衡鼓平衡鼓 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用4、采用平衡鼓和平衡盘的组合装置平衡鼓和平衡盘的组合装置