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1、一、泵与风机概述,1、能量角度：是能量转换设备，机械能：原动机流体。,2、泵与风机现状及其发展趋势,例如：由上海KSB水泵有限公司引进德国KSB公司专利技术生产的CHTC/CHTD型第二代筒式高压锅炉给水泵，其转速为7000r/min时，流量3600m3/h，总扬程4200m。,一、泵与风机概述,3、泵与风机的基本性能参数,泵与风机的基本性能参数主要有：流量qV、能头（扬程 H或全压p）、轴功率Psh、有效功率Pe、效率 和转速n 等。,一、泵与风机概述,流量：泵与风机在单位时间内所输送的流体量，通常用体积流 量qV 表示，单位为m3/s，m3/h。,测量时,泵以出口流量计算，而风机则以进口流
2、量计算。,对于非常温水或其它液体也可以用质量流量qm 表示，单位为kg/s，kg/h。qm 和qV 的换算关系为：,qm=qV,3、泵与风机的基本性能参数,一、泵与风机概述,能头：单位重力（体积）流体通过泵（风机）所获得的机械能。,对于泵：通常用扬程 H 表示，单位为m；,说明：下标“1、2”表示泵与风机进口和出口截面；和泵比较略去了gZ。,对于风机：通常用全压p表示，单位为Pa。,功率和效率：,原动机配套功率：Pgr=KPg，K为容量安全系数（额定条件下）。,效率：,传动效率：tm,转速:,泵与风机轴每分钟的转数，通常用n 表示，单位为r/min。,3、泵与风机的基本性能参数,一、泵与风机概
3、述,4、泵与风机分类（按工作原理）,一、泵与风机概述,叶片式,容积式,离心式,轴流式,混流式,往复式,回转式,其 它,真空泵,射流泵,水击泵,叶氏风机,罗茨风机,罗杆风机,叶片式,容积式,二、离心式泵与风机的基本理论,（一）流动分析假设,二、离心式泵与风机的基本理论,因此，流体在叶轮内的运动是一种复合运动，即：,叶轮内流体的运动,牵连运动,相对运动,绝对运动,（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形,二、离心式泵与风机的基本理论,（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形,叶轮内流体的运动,叶轮内流动的数值模拟结果,二、离心式泵与风机的基本理论,（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形,速度三角形的计算,绝
4、对速度角,流动角,下标说明流体在叶片进口和出口处的情况，分别用下标“1、2”表示；下标“”表示叶片无限多无限薄时的参数；下标“r、u”表示径向和周向参数。,二、离心式泵与风机的基本理论,（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形,速度三角形的计算,（2）绝对速度的径向分 速r为：,u=cos，周向分速,r=sin，径向分速,二、离心式泵与风机的基本理论,（三）离心式泵与风机的能量方程式,1、前提条件,2、控制体和坐标系（相对）,叶片为“”,=0,=const.,=const.，轴对称。,相对坐标系,控制体,2,速度矩,二、离心式泵与风机的基本理论,（三）离心式泵与风机的能量方程式,M=qVT(2r2
5、cos2-1r1cos1),3、推导结果,二、离心式泵与风机的基本理论,（三）离心式泵与风机的能量方程式,二、离心式泵与风机的基本理论,（三）离心式泵与风机的能量方程式,（1）1u反映了泵与风机的吸入条件。设计时一般尽量使190（1u0），流体在进口近似为径向流入。,6、提高无限多叶片时理论能头的几项措施：,（2）增大叶轮外径和提高叶轮转速。因u2=2D2n/60，故D2和n HT。,目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达7500r/min。,二、离心式泵与风机的基本理论,（三）离心式泵与风机的能量方程式,7、能量方程式的第二形式：,表示流体流经叶轮时动压头的增加值。,表示流体流经叶轮时静压头的
6、增加值。,动能头Hd要在叶轮后的导叶或蜗壳中部分地转化为静能头Hst，并存在一定的能头损失。,二、离心式泵与风机的基本理论,（四）叶片出口安装角对理论能头的影响,1、离心式叶轮的三种型式,后向式（2y90）,径向式（2y90）,前向式（2y90）,叶片出口安装角：2y=（叶片出口切向，-u2）,二、离心式泵与风机的基本理论,（四）叶片出口安装角对理论能头的影响,1、2y对HT的影响,为提高HT，使190，在n=C、qV=C 及叶轮一定下，有：,二、离心式泵与风机的基本理论,（四）叶片出口安装角对理论能头的影响,2、2y对Hst及Hd的影响,定义反作用度：,显然应在（0，1）之间。,二、离心式泵
7、与风机的基本理论,（四）叶片出口安装角对理论能头的影响,2、2y对Hst及Hd的影响,结论：,二、离心式泵与风机的基本理论,（四）叶片出口安装角对理论能头的影响,1从结构角度：当HT=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：前向式叶轮流道扩散度大且压出室能头转化损失也大；而后向式则反之，故其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qV时，前向式叶轮Psh，易发生过载问题。,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）有限叶片数对理论能头的影响,0、轴向涡流的概念,轴向涡流试验,流体（理想）
8、相对于旋转的容器，由于其惯性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。,流体在叶轮流道中的流动,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）有限叶片数对理论能头的影响,1、流线和速度三角形发生变化，分布不均；,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）有限叶片数对理论能头的影响,3、使理论能头降低：,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,Pm机械损失功率,PV容积损失功率,Ph流动损失功率,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,2、容积损失和容积效率,T,当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称为容积（
9、泄漏）损失，用功率PV 表示。,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,2、容积损失和容积效率,Pm机械损失功率,PV容积损失功率,Ph流动损失功率,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,2、容积损失和容积效率,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,3、流动损失和流动效率,1）摩擦损失和局部损失 当流动处于阻力平方区时，这部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,3、流动损失和流动效率,正冲角及速度三角形,负冲角及速度三角形,工作面背面称吸力边,工
10、作面称压力边,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,3、流动损失和流动效率,Pm机械损失功率,PV容积损失功率,Ph流动损失功率,存在流动损失最小工况。,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,3、流动损失和流动效率,表1-5 某分段式多级给水泵通流部分水力损失的分布（某一级）,叶轮和导叶中的流动损失几乎是相等的，约各占50%。在设计离心泵时，只有将改善叶轮和压出室的流动性能统一考虑才能取得较好的效果。,二、离心式泵与风机的基本理论,（五）离心式泵与风机的损失和效率,4、泵与风机的总效率,泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：,（六）离
11、心式泵与风机的性能曲线,二、离心式泵与风机的基本理论,（六）离心式泵与风机的性能曲线,3、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定律）,2、性能曲线的作用,二、离心式泵与风机的基本理论,（六）离心式泵与风机的性能曲线,4、性能曲线的定性分析（能头）,q,qVd,后向式,径向式,前向式,二、离心式泵与风机的基本理论,（六）离心式泵与风机的性能曲线,4、性能曲线的定性分析（功率）,后向式,径向式,前向式,-qV曲线由下式计算,二、离心式泵与风机的基本理论,（六）离心式泵与风机的性能曲线,5、性能曲线的比较（能头）,后向式叶轮性能曲线的差异：常见的有陡降型、平坦型和驼峰型三种基本类型。其性能曲线的形
12、状是用斜度来划分的，即：,二、离心式泵与风机的基本理论,（六）离心式泵与风机的性能曲线,有驼峰的性能曲线在峰值点k 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。,5、性能曲线的比较（能头）,二、离心式泵与风机的基本理论,（六）离心式泵与风机的性能曲线,5、性能曲线的比较（功率和效率）,为提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮。风机也趋向于采用效率较高的后向式叶轮。,二、离心式泵与风机的基本理论,（七）泵与风机的运行工况点,管路系统能头与通过管路中流体流量的关系曲线。,Hst称为管
13、路系统的静能头；,即：管路系统的静能头为零。,1、管路系统性能曲线,对于风机：,对于泵：,二、离心式泵与风机的基本理论,（七）泵与风机的运行工况点,2、运行工况点,2）实质：反映了两者的能量供与求的平衡关系。,K,M,3、稳定性条件,1）稳定工况点条件是：,2）有驼峰不稳定工作区喘振。,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,1、相似条件,2、相似三定律,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,2、相似三定律,2）能头相似定律,(由 及 p=gH 推得）,或,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,2、相似三定律,4）等效的相似定律,当实型和模型
14、的几何尺度比5，相对转速比20%时，实型和模型所对应的效率近似相等，可得等效的相似三定律：,或,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,2、相似三定律,5）尺寸效应和转速效应,尺寸效应：（小模型）,沿程损失系数h,泄漏流量q 相对V,转速效应：（降转速）,(设D2不变),二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）,注意：上述等式为联等式；故nqVH Psh。,1）比例定律,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,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，称其为相似抛物线，又称理论等
15、效曲线。,2）相似工况点应遵循的规律,或,当管路系统静能头为零时，管路系统性能曲线与相似抛物线重合。,3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）,【例1-6】如右图所示，某台可变速运行的离心泵，在转速n0下的运行工况点为M(qVM，HM)，当降转速后，流量减小到qVA，试确定这时的转速。,【解】确定变速后的运行工况点A(qVA，HA)；,将qVA、HA代入下式以确定相似抛物线的k值；,HA,A,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,3、相似三定律的应用（变转速时性能参数
16、的换算）,qVB,HB,HA,A,B,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：,二、离心式泵与风机的基本理论,（八）泵与风机的相似理论,某台可变速运行的离心式通风机在转速n0下的运行工况点为M()，如下图所示。当降转速后，流量减小到，试定性确定这时的转速。,qVM，pM,qVA,3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）,二、离心式泵与风机的基本理论,（九）泵与风机的比转数,寻求：综合的特征参数=(性能,结构),1、问题的提出,2、泵的比转速,二、离心式泵与风机的基本理论,（九）泵与风机的比转数,3、风机的比转速,4、关于比转速的几点说明,参数单位：qV(m3/s)、H(m)、p(Pa)、n(r/min),二、离心式泵与风机的基本理论,（九）泵与风机的比转数,5、比转速的应用,
