第2章泵与风机

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1、第二章第二章 泵与风机泵与风机本章主要内容u泵与风机的分类及其性能参数u离心式泵与风机的基本原理与基本结构u离心式泵与风机的叶轮理论u离心式泵与风机的性能u泵与风机的运行调节u泵与风机的选型泵与风机的分类4泵与风机是把原动机(如电动机)的机械能转换为流体(液体或气体) 能量的动力设备,属于流体输送机械 4泵与风机对电力生产的重要性主要表现为，当其一旦出现故障，将直接影响锅炉、汽轮机的正常运行，造成巨大的经济损失；此外，泵与风机又是火力发电厂中的主要耗能设备。一般说来，火电厂的厂用电耗约占电厂装机容量的510，其中7080为泵与风机所消耗。 泵与风机的分类4容积式泵与风机 这类泵或风机是通过机械

2、内部工作容积不断发生变化来推动流体运动，按其结构不同，容积式泵与风机分为往复式和回转式两类。4叶片式泵与风机 此类泵或风机是靠装在主轴上叶轮的旋转，由叶片对流体做功来提高其能量的根据流体在泵或风机叶轮里的流动情况，叶片式泵或风机分为轴流式、离心式和混流式三种4其它类型的泵 如喷射泵、旋涡泵、真空泵等。泵与风机的性能参数4反映了泵与风机的整体工作性能。设计工况下的这些性能参数值大多在泵或风机的铭牌上列出4流量 泵或风机在单位时间内所输送的流体体积称为体积流量Q（m3/s）；泵或风机在单位时间内所输送的流体质量称为质量流量Qm（kg/s） QQm泵与风机的性能参数4扬程（全风压） 单位重量液体通过

3、泵后所获得的能量称为扬程。用符号H表示，单位是m（N.m/m)； 单位体积气体通过风机后所获得的能量称为全风压或风压。用符号P表示，单位是Pa。 注意：扬程扬水高度！泵与风机的性能参数4功率 泵与风机的功率有有效功率和轴功率两种：单位时间内通过泵或风机的流体所获得的能量称有效功率，用符号Ne表示，单位是kW。它可以根据泵或风机的扬程或全压与流量计算： 对于风机 KW 对于泵 KW 1000gHQNe1000PQNe泵与风机的性能参数 轴功率是原动机传递到泵或风机主轴上的功率，用符号N表示，单位是kW。由于泵或风机内部存在着各种功率损失，所以有效功率要小于轴功率。4效率 有效功率和轴功率的比值称

4、为泵或风机的效率，用符号 表示，即 4 转速 泵或风机主轴每分钟绕自身轴线回转次数，用符号 n 表示，单位是r/min。 NNe离心式泵与风机的工作原理 在流体静力学中讨论过装有液体的容器绕垂直轴以等角速度旋转时，液面为一旋转抛物面，旋转抛物面中心和周围的液体位差为 即液面上升的高度与旋转角速度及半径成正比。离心式泵与风机就是利用这个原理进行工作的。 离心泵不能自吸启动“气缚现象”2222ruhgg离心泵的主要部件与整体结构4叶轮是对流体作功提高其能量的部件4吸入室使吸入管中的液体以最小的损失平稳的流入叶轮离心泵的主要部件与整体结构4泵壳（压水室）以最小的损失将叶轮中流出的高速流体引向出水管或

5、下一级叶轮入口，并将液体的一部分动能转变为压能。4密封环减小叶轮与泵壳之间的间隙以减少泄漏量。离心泵的主要部件与整体结构4轴封装置防止泵内液体向外泄漏或外界空气漏入。浮动环密封填料密封轴向推力及平衡装置离心泵的主要部件与整体结构单级离心水泵离心泵的主要部件与整体结构多级锅炉给水泵离心风机的主要部件与整体结构叶轮蜗壳集流器离心风机的主要部件与整体结构流体在叶轮中的运动4流体在离心式泵与风机叶轮中的运动是一复合运动：流体在离心式泵与风机叶轮中的运动是一复合运动： 流体相对于地面的运动称为绝对运动，其速度称为绝 对速度，用符号 表示； 流体随叶轮作的旋转运动称为牵连运动，其速度称为 圆周速度，用符号

6、 表示； 流体沿叶轮流道的运动称为相对运动，其速度称为相对速度，用符号 表示；vuwv u w r r u r速度三角形4由前述三个速度向量组成的三角形称为速度三角形，对流道内任意点都可作出速度三角形。4速度三角形的计算：(/ )60Dnum sTrvQQvDbDbycossinurvvvv泵与风机的基本方程4方程推导时的几点假设： 1. 叶轮中叶片数为无限多且无限薄； 2. 流体为不可压缩的理想流体，定常流动。4利用动量矩定理建立方程 动量矩定理指出：在定 常流动中，单位时间内 流体动量矩的变化，等 于作用在流体上的外力 矩。导出动量矩变化的引证图泵与风机的基本方程4离心泵的基本方程 4离心

7、风机的基本方程221,211221 1cosc()o(s)TuuPuuu vvvu v221,211221 1cosc11()os()TuuvHuuu vuvvgg222222221,112222TvvHuuwwggg2222222,22111()()()2TPuuwwvvmmapap泵与风机的基本方程4基本方程的分析 1. 理论扬程与流体的种类和性质无关； 2. 由式 知，理论扬程流体获得的动能和压能两部分构成； 3.由式 知，流体径向流入叶轮时，获得的理论扬程最大； 4. 提高理论扬程的途径4基本方程的修正 1. 叶片为有限叶片时的修正： 2. 实际流体的修正：222222221,1122

8、22TvvHuuwwggg,221 11()TuuHuu vvg,TTHKHThHH滑移系数流动效率 轴向涡流的影响使得无限 多叶片时的理论扬程降低！有限多叶片时相对速度沿流道截面不在均匀分布有限多叶片时出口速度三角形发生变化离心式泵和风机的叶片型式分析4叶片型式 由式 可知：当叶轮几何尺寸、转速一定、流量一定时，理论扬程仅为叶片出口安装角 的函数。 决定了叶片的型式。 1.后弯式叶片： ， 叶片的弯曲方向与叶轮 旋转方向相反； 2.径向式叶片： ， 叶片出口方向为径向； 3.前弯式叶片： ， 叶片的弯曲方向与叶轮旋转方向相同。22,uTu vHg2y2y290oy290oy290oy离心式泵

9、和风机的叶片型式分析离心式泵和风机的叶片型式分析4不同型式叶片工作特性分析 1. 采用不同型式叶片流体获得能量大小比较： 后弯式叶片 径向式叶片 前弯式叶片222222222tttuHguHguHg离心式泵和风机的叶片型式分析 2. 采用不同型式叶片流体获得能量的组成： 后弯式叶片 径向式叶片 前弯式叶片 反作用度（ ）：静压能与理论扬程之比。 222222112211221122uuuvuvuvu 离心式泵和风机的叶片型式分析4不同型式叶片的评价 1. 后弯式叶片的流道比较狭长，流通截面的变化较缓和，流体在后弯式叶片的叶道中流动时能获得较好的导向，加之流体离开叶轮时压能较高，流速较低，在叶轮

10、后续流道中的能量损失较小，因此效率高。但是，后弯式叶片所产生的总能量较低所以在产生相同扬程（或风压）的情况下，必须有较大的叶轮外径或较高的转速。 2. 前弯式叶片的优点是扬程(或风压)高，产生相同扬程时可以有铰小的叶轮外径或较低的转速。前弯式叶片的主要缺点是流道较短，流通截面的变化急剧，从而有较大的流动损失。此外，总能量中有较大份额的动能，出口绝对速度较高，在叶轮后续流道中有较大的流动损失因此前弯式叶片的叶轮效率一般较。 离心式泵和风机的损失和效率4机械损失与机械效率 泵与风机的机械损失包括： （1）轴与轴承的摩擦损失，轴与轴瑞密封的摩擦损失，与轴承和轴封的结构形式机输送的流体密度有关； （2

11、）叶轮圆盘摩擦损失 （3）机械效率35m22Nn DmhmNNNNN离心式泵和风机的损失和效率4容积损失与容积效率 （1）叶轮入口处的容积损失 （2）平衡轴向力装置处的容积损失 （3）多级泵的级间泄漏 （4）轴封间隙的泄漏量 （5）容积效率 mvvmTNNNQNNQ离心式泵和风机的损失和效率4流动损失及流动效率 （1）摩擦损失和局部阻力损失，与流量的二次方成正比 （2）冲击损失，与流量偏离设计流量的偏离量的平方成正比 （3）流动效率 hmvhmvTNNNNHNNNHmvh 离心式泵和风机的性能曲线4性能曲线是在一定的进口条件和转速时，泵或风机供给的扬程H（P）、所需功率N、具有的效率与流量Q之