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1、泵与风机 Pumps and Fans,泵与风机,主编：吕玉坤,泵与风机 Pumps and Fans,1-6 叶片式泵与风机的性能曲线,一、能头与流量性能曲线,二、功率与流量性能曲线,三、效率与流量性能曲线,四、轴流式泵与风机性能曲线,五、泵与风机性能曲线的比较,引 言,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,泵与风机 Pumps and Fans,引 言,1、泵与风机的性能及性能曲线,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,工作状态工况（运行、设计、最佳）,泵与风机 Pumps and Fans,2）H-qV曲线,一、能头与流量性能曲线（H-qV）,1）HT-qVT
2、曲线 由无限多叶片时的理论能头可得：,HT=KHT，,qVT-q=qV,H=HT-hw，,q,qVd,后向式,径向式,前向式,泵与风机 Pumps and Fans,二、功率与流量性能曲线（Psh-qV）,后向式,径向式,前向式,泵与风机 Pumps and Fans,三、效率与流量性能曲线（-qV）,右图为与300MW、600 MW机组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。,泵与风机 Pumps and Fans,四、轴流式泵与风机性能曲线,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；,泵与风机 Pumps a
3、nd Fans,五、泵与风机性能曲线的比较,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较,离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线,1、H-qV 性能曲线的比较,泵与风机 Pumps and Fans,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）,五、泵与风机性能曲线的比较,结构参数后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。常见的有陡降型、平坦型和驼峰型三种基本类型。其性能曲线的形状是用斜度来划分的，即：,不同型式的性能曲线，其工程应用场合不同。应重点给予关注。,泵与风机 Pumps and Fans,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）,五、泵与风机性能曲线的比较,（1）陡降型曲线（Kp=
4、25%30%）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；但是，由于凝汽器内真空度的要求，其流量变化不能太大。,泵与风机 Pumps and Fans,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）,五、泵与风机性能曲线的比较,（2）平坦型曲线（Kp=8%12%）其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。例如火力发电厂的给水泵、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
5、经济性的要求，汽包、除氧器以及凝汽器内的压强变化不能太大。,泵与风机 Pumps and Fans,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）,五、泵与风机性能曲线的比较,（3）有驼峰的性能曲线（驼峰曲线不能用斜度表示）其特点是：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。,泵与风机 Pumps and Fans,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较,五、泵与风机性能曲线的比较,前向式、径向式叶轮的轴功率随流量的增加迅速上升。当泵与风机工作在大于额定流量时，
6、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、Psh-qV 性能曲线的比较,泵与风机 Pumps and Fans,（一）离心式泵与风机性能曲线的比较,五、泵与风机性能曲线的比较,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、-qV 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。,泵与风机 Pumps and Fans,（二）离心式、混流式及轴流式泵与风
7、机性能曲线的比较,五、泵与风机性能曲线的比较,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。,1、H-qV 性能曲线的比较,泵与风机 Pumps and Fans,（二）离心式、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较,五、泵与风机性能曲线的比较,离心式和轴流式泵与风机的Psh-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
8、则原则上应处于关闭状态。,2、Psh-qV 性能曲线的比较,泵与风机 Pumps and Fans,（二）离心式、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较,五、泵与风机性能曲线的比较,应引起注意的是：对于凝结泵和给水泵，为防止汽蚀，启动时则应开启旁路阀。,2、Psh-qV 性能曲线的比较,3-qV 性能曲线的比较,离心式泵与风机的-qV 曲线比较平坦，且高效区宽；随着由离心式向轴流式过渡，-qV 曲线越来越陡，高效区越来越窄。,泵与风机 Pumps and Fans,（二）离心式、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较,五、泵与风机性能曲线的比较,3-qV 性能曲线的比较,为了克服轴流式泵与风机轴功
9、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。,泵与风机 Pumps and Fans,（三）容积式泵与风机性能曲线特性,五、泵与风机性能曲线的比较,1活塞泵和柱塞泵,特点：在理论上，这种泵可以达到任意大的扬程；通过改变转速调节流量，通过排出阀开启度调节扬程；当需要产生很高压强时（10MPa以上），采用柱塞泵。,泵与风机 Pumps and Fans,（三）容积式泵与风机性能曲线特性,五、泵与风机性能曲线的比较,2齿轮泵和螺杆泵,泵与风机 Pumps and Fans,（三）容积式泵与风机
10、性能曲线特性,五、泵与风机性能曲线的比较,2齿轮泵和螺杆泵,与活塞泵比较：其性能曲线的变化趋势相似。不同点是：qV-H曲线，漏泄损失随扬程增加而增加；-H曲线的高效区变窄，因为，高转速低扬程时，摩擦损失功率相对较大的所致。,螺杆泵与齿轮泵比较：前者效率更高、流量更均匀、可以实现与高速原动机直联，成为小型大流量泵，是一种较现代化的液体输送机械；由于泵内的流动不受搅拌且无脉动，因此可以安静平稳地运转，工作噪声低。,泵与风机 Pumps and Fans,（三）容积式泵与风机性能曲线特性,五、泵与风机性能曲线的比较,3罗茨鼓风机,用途：在火力发电厂中，常用于气力输灰，锅炉本体除尘，烟气脱硫，煤粉沸腾
11、燃烧，离子交换器逆洗等系统中。,泵与风机 Pumps and Fans,（三）容积式泵与风机性能曲线特性,五、泵与风机性能曲线的比较,3罗茨鼓风机,安全运行：与其他容积式泵一样，必须在罗茨鼓风机排气管路上配置安全阀、逆止阀和闸阀。安全阀应尽量靠近鼓风机布置，逆止阀可以装得稍远一点，闸阀在鼓风机启动及工作时应全开。,发展趋势：主要是进一步提高效率、降低噪声、增强可靠性及扩大应用范围。,泵与风机 Pumps and Fans,五、泵与风机性能曲线的比较,（四）液环泵的性能曲线特性,液环泵亦称纳什海托（NashHytor）泵，即纳什型泵，属于离心容积式泵，其性能特性介于离心泵和容积泵之间。在火力发电
12、厂中，液环泵常作为凝汽器的抽气装置和用于负压气力除灰系统。,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,3、预旋的机理,强制预旋的机理较易理解；自由预旋的机理【美国AJ斯捷潘诺夫，最小阻力原理】。,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,4、预旋强度,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）,（1）自由预旋的存在，会导致吸入室壁附近的流体产生反向流。它可能造成H-qV 曲线的不连续
13、，并在某一小流量区内往往造成不稳定的运行。,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）,（1）自由预旋的存在，会导致吸入室壁附近的流体产生反向流。因此，为了改善小流量下泵与风机的性能，往往在设计时采用某些手段改善叶轮的吸入条件以控制预旋。,例如，对于泵可根据不同型式的吸入室，装设相应形状的挡板或肋；对于风机，在入口装设可调叶片等。右图是装设挡板（肋）前后的性能比较。,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）,（2）预旋使泵与风机的能头降低（1
14、u0）。由于强制预旋是由吸入室或背导叶所造成的，并不消耗叶轮的能量，因而也就不消耗叶轮的功率；而自由预旋总是伴随着流量的改变而存在的，当流量小到某一临界值时，要产生反向流，此时，自由预旋要消耗叶轮的一部分能量，因而也就消耗叶轮的一部分功率。,泵与风机 Pumps and Fans,六、预旋对泵与风机性能曲线的影响,5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）,（3）预旋可以改善泵的汽蚀性能。因为预旋使得入口相对速度w1减小，从而使泵的必须汽蚀余量降低，改善了汽蚀性能。鉴于此，对于高速、高,（4）自由预旋使小流量下的冲击损失减小，效率提高。当流量减小时，如果没有预旋，则冲角为1，而预旋的存在使得
15、冲角为2，冲角减小了，从而减小了冲击损失。,抗汽蚀性能的泵在设计时都考虑一定的预旋系数。,泵与风机 Pumps and Fans,一、管路系统性能曲线,1-7 泵与风机的运行工况点,三、泵与风机运行工况点的稳定性,二、泵与风机的运行工况点,四、泵与风机运行工况点变化的影响因素,引 言 目 的：掌握泵与风机的原理和性能。运行角度：考虑管路系统对泵与风机运行性能的影响。,泵与风机 Pumps and Fans,管路系统能头与通过管路中流体流量的关系曲线。,Hst称为管路系统的静能头；,，即管路系统的静能头为零。,一、管路系统性能曲线,对于泵：,对于风机：,泵与风机 Pumps and Fans,二
16、、泵与风机的运行工况点,2、实质：反映了两者的能量供与求的平衡关系。,三、泵与风机运行工况点的稳定性,泵运行工况点的稳定性,K,3、有驼峰不稳定工作区喘振。,1、稳定工况点条件是：,2、不稳定工况点条件是：,M,泵与风机 Pumps and Fans,1、吸入空间（压出空间）压强（位高）变化的影响,四、泵与风机运行工况点变化的影响因素,泵与风机 Pumps and Fans,2、密度变化的影响（设密度下降为原来的一半）,四、泵与风机运行工况点变化的影响因素,泵的扬程H不变，而，其工况点变化如左下图所示；,风机的全压p，且pc（p、pc均），其工况点变化如右下图所示。,泵与风机 Pumps an
17、d Fans,当流体含有固体杂质时，会使流体的密度和浓度增加。,3、流体含固体杂质时运行工况点的变化,四、泵与风机运行工况点变化的影响因素,此外，流体的粘性变化，管路的积垢、积灰、结焦、泄漏、堵塞等都会影响泵与风机的运行工况点。,浓度的影响：与固体杂质颗粒的大小有关，颗粒大时，产生颗粒间碰撞以及颗粒与管壁、流道间的碰撞与摩擦，导致流动阻力增加。当输送的流体杂质颗粒很小且分布均匀时，流动阻力损失则相对增加较小。,密度的影响：,泵与风机 Pumps and Fans,【例 1-3】某电厂循环水泵的H-qV、-qV曲线，如右图中的实线所示。试根据下列已知条件绘制循环水管道系统的性能曲线，并求出循环水
18、泵向管道系统输水时所需的轴功率。,泵与风机 Pumps and Fans,【解】由流体力学知道，当考虑了局部阻力的等值长度后，管道系统的计算长度l0为：l0=l+le=250+350=600（m）所以，为克服流动阻力而损失的能量为：,由于吸水池液面压强和循环水管出口处水池液面压强均为大气压，即,。则管路系统性能曲线方程为：,泵与风机 Pumps and Fans,上式中流量的单位是m3/s，而性能曲线图上流量的单位为m3/h，故必须换算后方能代入管路性能曲线方程中。根据计算结果，列出管道性能曲线上的对应点如下：,由上表数据即可绘制出管路性能曲线如上图中的红色线所示。,泵与风机 Pumps an
19、d Fans,红色线和泵本身的性能曲线H-qV 的交点即为该循环水泵在此系统输水时的运行工况点。由图不难查出，其工作参数为：qV=3100m3/h，H=38m，=90%。,所以该循环水泵工作时所需要的轴功率为：,泵与风机 Pumps and Fans,叶轮内流体的回流对泵与风机性能曲线形状的影响。,自学指导,1、叶轮内流体的回流在什么情况下产生？,2、不同型式的泵与风机产生回流的机理有何不同？对性能曲线形状的影响如何？,3、什么是齿轮泵的困油现象，设计上是如何防止的？,泵与风机 Pumps and Fans,请同学分析,1、火力发电厂的循环水泵适宜于何种型式的性能曲线?为什么?,2、火力发电厂的给水泵、凝结泵适宜于何种型式的性能曲线?为什么?,泵与风机 Pumps and Fans,思考题,1、为了减小原动机容量和避免启动电流过大，轴流式泵与风机和离心式泵与风机则应在何种情况下启动？为什么。,2、预旋对泵与风机的性能有何影响？,泵与风机 Pumps and Fans,本次课作业,1、如何理解泵与风机的运行工况点？它受哪些因素的影响？你能定性地图示出来吗？,2、对于习题4-1，风机性能曲线如题图所示，求管路性能曲线方程为（式中流量的单位为m3/s）时，风机运行工况点的性能参数。,【提示：注意流量单位的统一。】,
