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1、1,流 体 机 械,流体机械的学习内容 泵与风机、压缩机的分类与构造 泵与风机、压缩机理论 排水设备 通风设备 压气设备 主要参考书 流体机械 白铭声 泵与风机 郭立君 通风机手册 商景泰 现代泵技术手册 关醒凡 容积式压缩机技术手册 郁永章,2,第一章 泵与风机的分类及工作原理,第一节 泵与风机的分类 第二节 泵与风机的工作原理及特性参数,3,一、泵的分类,按工作原理：容积泵、叶片泵、其他类型的泵； 根据叶轮数：单级和多级； 根据叶轮入口数目：单吸式和双吸式； 根据主轴的布置位置：立式和卧式； 根据外壳接缝形式：中开式和分段式。,4,泵形式示意图,5,6,泵形式示意图,7,8,9,10,二、
2、风机的分类,按气体在叶轮内流动方向：离心式和轴流式； 根据叶轮数目：单级和两级； 按风机产生的压力大小： 低压风机（全压小于1000 Pa） 中压风机（全压为 10003000 Pa） 高压风机（全压为3000 5000 Pa）。,11,风机形式示意图,12,第二节 泵与风机的工作原理及特性参数,一、离心式泵与风机的工作原理,13,二、轴流式风机的工作原理,14,三、其他水泵的工作原理,1水环式真空,15,16,2射流泵,17,四、特性参数,1泵的特性参数 （1）流量Q 单位时间内通过泵的液体体积叫泵的流量，又称排量，单位为m3min。 （2）扬程H 单位重量的液体在泵内所获得的总能量叫泵的扬
3、程，单位为m。 （3）转速n 泵叶轮每分钟旋转周数叫转速，单位为rmin。 （4）功率 泵功率有轴功率和有效功率之分。 轴功率N 原动机传给泵轴上的功率，单位为W或kw。,18,1泵的特性参数,有效功率Na 单位时间内液体自泵所获得的实际能量叫泵的有效功率，单位为W或kw，其表达式为： （5）效率 泵的有效功率与轴功率之比称为效率，其表达式为： （6）允许吸上真空度 这个参数表示泵的吸液能力，单位为m。,19,2风机的特性参数,（1）流量Q 单位时间内通过风机的气体体积叫风机的流量，又称风量，单位为m3/min。 （2）压力P 压力有全压和静压。单位体积的气体在通风机内所获得的总能量叫通风机全
4、压P，单位为Pa；风机的全压减风机出口的动压称为风机的静压Pst，单位为Pa 。 （3）转速n 风机叶轮每分钟旋转周数叫转速，单位为rmin。 （4）功率 通风机功率有：轴功率和有效功率。 轴功率N 原动机传给通风机轴上的功率，单位为W或KW。 有效功率Na 单位时间内气体自风机所获得的实际能量，单位为W或kw。,20,2风机的特性参数,（5）效率 风机的有效功率与轴功率之比称为风机的效率。,全压效率,静压效率,21,例 题,某风机流量是125m3/s，入口处的静压是-2500Pa，速度是15m/s,出口处的静压是500Pa，速度是25m/s，气体密度取1.2kg/m3,设轴功率是460kW，
5、求风机的全压和静压、动压、全压效率、静压效率。 解：列风机进出口的能量方程,22,例 题,某风机流量是125m3/s，入口处的静压是-2500Pa，速度是15m/s,出口处的静压是500Pa，速度是25m/s，气体密度取1.2kg/m3，设轴功率是460kW，求风机的全压和静压、动压、全压效率、静压效率。 解：,23,第二章 泵与风机的基本理论,第一节 离心式泵与风机的基本理论 第二节 轴流风机的基本理论 第三节 泵与风机的相似理论,24,第一节 离心式泵与风机的基本理论,一、速度三角形,25,一、速度三角形,26,二、离心式泵与风机的基本方程式,1.理论流量：不考虑泄漏时的流量。,叶片排挤系
6、数，表示叶轮出口处实际出口截面积与不计叶片厚度的出口截面积之比值； D2叶轮外径； b2叶片出口宽度； C2r叶轮出口处的径向速度。,c2r,27,2叶片无限多时的理论压头基本方程,假设：）流过叶轮的流体是理想流体，不考虑能量损失；2）叶轮是理想叶轮，即叶轮的叶片数为无限多，叶片无限薄；3）流体不可压缩且流动是定常的。,28,2叶片无限多时的理论压头基本方程,流体所获得的压头，仅与流体在叶片进口及出口处的速度有关，而与流动过程无关。 流体所获得的压头与被输送流体的种类无关。也就是说，无论是被输送的流体是液体还是气体，只要叶片进口和出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的压头。 压头与叶轮外缘圆
7、周速度u2成正比，而u2=nD2/60。所以，当其他条件相同时，叶轮外径D2越大，转速n越高，压头就越高。,单位重量流体获得能量,29,3基本方程的分析和讨论,30,3基本方程的分析和讨论,动能,压力能,31,4. 叶片出口安装角对压头分配的影响,为了讨论方便，令进口切向速度为零（以后均按此条件进行讨论）即,32,4. 叶片出口安装角对压头分配的影响,33,4叶片出口安装角对压头分配的影响,在离心式泵和风机的设计中，叶轮进口截面积与出口截面积通常设计成相等，则由连续方程知：,34,4叶片出口安装角对压头分配的影响,35,5无限多叶片时的理论压头特性,无限多叶片的理论压头与理论流量的关系式称为理
8、论压头特性方程式，即HT=f(QT)。而对应的曲线称理论压头特性曲线。现仍令c1u=0来讨论。,36,5无限多叶片时的理论压头特性,37,6叶片无限多时的理论功率特性,在没有能量损失的情况下，流体获得的理论功率为：,38,7叶片数目有限多时的修正,39,7叶片数目有限多时的修正,设K=HT/HT,40,例21,某离心式水泵的转速n1450 rmin，通过叶轮的理论流量 QT180 m3/h。叶轮外径 D2= 329mm，叶片入口直径 D1120 mm。叶片出口宽度b215 mm，叶片出口排挤系数0.93。叶片的出口安装角222.5，叶片数Z7。试计算理论压头HT，并绘出叶轮出口速度三角形。假定
9、液体无旋转地径向进入叶片（即c1u=0).,2=22.50,D2=320mm,D1=180mm,b2=15mm,41,2=22.50,D2=320mm,D1=180mm,b2=15mm,42,2=22.50,D2=320mm,D1=180mm,b2=15mm,43,例21,2=22.50,u2,c2u,c2,w2,c2r,w2,c2,44,8离心式泵与风机的能量损失和效率,离心式泵或风机工作时有各种损失。按其产生原因不同可分为水力损失、容积损失和机械损失三种。 （1）水力损失：摩擦损失Hf冲击损失Hd,45,8离心式泵与风机的能量损失和效率,离心式泵或风机工作时有各种损失。按其产生原因不同可分
10、为水力损失、容积损失和机械损失三种。 （1）水力损失：摩擦损失Hf冲击损失Hd （2）容积损失 部分回流到低压区（或大气）的流 体在流经叶轮时，显然也已从叶轮中获得能量，但未能有效利用。因此，把这部分回流的流体称为容积损失。,46,8离心式泵与风机的能量损失和效率,（3）机械损失 泵或风机的机械损失包括轴承和轴封的摩擦损失以及叶轮转动时其外表与机壳内流体之间发生的所谓圆盘摩擦损失。,（4）泵与风机的效率,47,9泵与风机的实际特性曲线,48,第二节 轴流风机的基本理论,柱面流动假设,平面直列叶栅,柱坐标系,49,50,一、速度三角形,51,一、速度三角形,52,一、速度三角形,53,一、速度三
11、角形,54,二、轴流风机的基本方程式,轴流风机的基本方程式的推导仍采用与离心式机械一样的方法，假定流体为不可压缩且流动是定常的；流过叶轮的流体是理想流体，即旋转叶片的机械能将毫无保留地传给流体。,55,二、轴流风机的基本方程式,轴流,56,三、轴流通风机的特性曲线,1全压与流量（PQ）的特性曲线,57,2功率与流量（NQ）特性曲线,58,第三节 泵与风机的相似理论,根据模型实验的结果，进行新型泵或风机的设计，或者利用已有泵和风机的参数作为设计的依据，扩展系列； 根据已知泵或风机的实验性能曲线推算与该泵或风机相似的泵或风机的性能曲线； 根据一台泵或风机在某一状态下的工作参数，换算成其他工作状态的
12、工作参数（如改变转速）。 一、相似条件和相似定律 根据相似原理，要使泵或风机中的流动相似，应满足几何相似和动力相似三个相似条件。,59,1几何相似,几何相似是指相似的泵或风机的各种通流部件对应的线性尺寸间的比值为一常数，对应的角度相等。,60,2运动相似,运动相似指两相似的泵或风机对应点上流体的同名速度大小比值为一常数，方向相同。也就是说，每一对应点上的速度三角形相似。,61,3动力相似,动力相似指两几何相似的泵或风机运转时对应点的同名力大小比值为一常数，方向相同。 综上所述，泵或风机的相似条件是：模型和实物几何相似；速度场相似；Re105。,62,4相似定律,（1）压头,63,4相似定律,（
13、2）流量,64,（3）功率,4相似定律,65,4相似定律,66,例 题,67,例 题,68,二、比例定律,69,二、比例定律,70,例 2-4,71,三、比转数,当输送介质相同时，m，则：,72,三、比转数,n转速，r/min。 Q流量，m3/s。 H扬程，m。 P 全压，Pa(mmH2O),水泵,风机,73,三、比转数,比转数实质上是个比例（即相似）常数，它的大小是由叶轮本身形状（也即性能参数）所决定的。但这里应注意： （1）应取额定参数计算比转数。 （2）比转数相等是泵和风机几何相似、工况相似的必要条件，但不是充分条件。 （3）计算比转数时，由于采用不同的单位，计算比转数的公式有一定的差别。,74,三、比转数,（4）比转数实际上应理解为叶轮的比转数，而不是整机。所以公式中Q、H是对一个叶轮的流量和压头而言的，则对于双吸单级泵，ns应为： 对于多级泵，ns应为： （5）按以上定义的比转数是有量纲的，但习惯上将其看作无量纲参数。,75,三、比转数,76,四、风机的无因次性能曲线,无因次性能曲线也叫类型特性曲线，就是把彼此相似的风机归于一系列，同一系列的风机共同拥有一组通用的无因次特性曲线，用以代替这一系列的风机中任一单台风机的特性曲线，从而大大简化了特性曲线或图表的制作工作。,77,四、风机的无因次性能曲线,78,例 2-8,79,例 2-8,
