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1、第十一章第十一章 叶片式泵与风机叶片式泵与风机 的理论基础的理论基础 v掌握离心式泵与风机的基本方程 理解泵 与风机的性能曲线 理解相似率与比转数 及其应用 本章学习要求 1 泵与风机的用途 2 分类根据工作原理 离心式 轴流式 混流式 2 容积式 往复式 旋转式 3 其他类型 1 叶片式 11 1 叶片式泵与风机的工作原理与性能参数 1 主要结构介绍 一 工作原理 1 吸入口 2 叶轮前盘 3 叶片 4 后盘 5 机壳 6 出口 7 截流板 即风舌 8 支架 2 工作原理 机壳内先充满水叶轮带动流体旋转 流体获得能量 挤入机壳 动能转化为压能被导向出口排出 叶轮入口处压强降低形成真空 在大气
2、压作 用下 流体由吸入口进入叶轮 使泵或风机连续 工作 1 泵的扬程H 风机的全压 p 和静压 pj 二 性能参数 Qm3 sm3 h 2 流量 3 功率及效率 4 转速 n Ne N r min 一 流体在叶轮中的运动 11 2 离心式泵与风机的基本方程 欧拉方程 1 运动分析 理想叶轮 1 叶轮前盘 2 叶片 3 后盘 4 轴 5 机壳 a 风机的叶轮 b 流体在叶轮中的速度 2 速度三角形 1 概念 圆周速度u 相对速度w 绝对速度v 径向分速度vr 切向分速度vu 叶片安装角 叶片工作角 二 欧拉方程 2 求速度三角形 1 依据 动量矩定理 1 基本假设 2 欧拉方程 已知叶轮的转速n
3、和流量QT 可求得叶轮半径r的速度三角形 叶轮的几何形状和尺寸确定 流体动量矩的变化率 外力矩 理想叶轮 之假设 2 欧拉方程 HT 1 g u2T vu2T u1T vu1T HT 1 g u2T vu2T u1T vu1T 整理得 欧拉方程特点 1 与流程无关 2 与流体种类无关 离心式泵与风机的基本方程 3 叶片有限对欧拉方程修正 实际叶轮的理论扬程 HT 1 g u2 vu2 u1 vu1 4 理论扬程HT之组成 讨论三部分组成所占比重关系 1 动能头 2 静能头 例题 11 1 有一离心泵 已知叶轮进口直径D1 120mm 出口直径D2 240mm 进口宽度b1 27mm 出口宽 度
4、b2 15mm 进口安装角 出口安装角 叶轮转速n 1800r min 忽略叶片厚度的影响 试求 1 液体径向流入时的理论流量QT 2 出口工作角及理论扬程 3 理论功率NT 解 11 3 叶型及其对性能的影响 一 三种叶轮型式 根据 不同 1 三种叶轮型式与出口安装角 2 与的关系 3 实际应用时泵或风机的叶轮型式及原因 HT大的叶型一定好吗 为什么 分析不同叶型动 静压的组成 以及对效率的影响 问题 各种形式的叶轮各有优缺点 对于离心式水泵及大型风 机 一般要求效率高 低噪声 多采用后向型叶轮 对 于中小型风机 由于本身功率较小 效率成为次要的问 题 为了缩小风机的尺寸 常采用前向型叶轮
5、径向式 叶轮的性能介于两者之间 由于它加工容易 出口沿径 向 不易积尘堵塞 叶片强度较好 多采用于污水泵 排尘风机 耐高温风机等 习题 试计算例题 11 1 中的理论扬程中 动压头和 静压头各占多少 12 7m 23 8m 11 4 理论性能曲线 三种主要性能曲线 1 2 3 一 理论流量 扬程曲线 什么是性能曲线 怎么表示 二 理论流量 功率曲线 三 效率曲线 理想条件 各项损失为零 效率恒为100 理论性能曲线的意义 1 定性的说明了性能曲线的变化趋势 2 可以解释机器在运转时产生一些问题的原因 11 5 泵与风机的实际性能曲线 一 损失及效率 1 水力损失及水力效率 2 容积损失及容积效
6、率 3 机械损失及机械效率 4 总效率 二 实际性能曲线 三 Q H 曲线的三种类型 平坦型 陡降型和驼峰型 分析 说明 实际泵与风机的性能曲线都是由制造厂根据实验得出的 如图11 17 这些性能曲线是泵与风机选型以及分析其运行工况的根据 11 6轴流式泵与风机 贯流式风机 自阅 11 7相似率与比转数 一 泵与风机的相似率 几何相似 运动相似 相似工况点的速度三角形相似 相似率 相似率的应用 可解决研制 选用 运行中三个方面的问题 1 流量关系 同一系列的泵与风机 在相似工况下 性能参数有如下关系 2 扬程关系 3 功率关系 相似工况点的比例常数 二 风机的无因次性能曲线 无量纲性能系数 三
7、 比转数 比转数 反映同系列泵或风机综合性能的特征数 1 定义 必须根据行业规定的单位进行计算 1 风机 进口为标准大气压时 Q取m3 s H取Pa或mmH2O n取r min 注意 2 水泵 我国习惯将水泵的比转数换算为 式中 Q取m3 s H取m n取r min 2 比转数的实用意义 见图11 7 图11 8 1 反映泵与风机的性能 2 反映叶轮的形状 3 反映性能曲线变化的趋势 4 在泵与风机的设计选型中作用重大 11 8 相似率的实际应用 一 被输送流体密度改变时性能参数的换算 二 当转速改变时性能参数的换算 这个综合式表明各项关系式同时成立 若用加大n来提高流量的 同时 不要忘记原动
8、机所需功率与转数成三次方比例增长 注 三 泵叶轮切削 仅叶轮直径D改变的换算 四 当叶轮直径和转数都改变时性能曲线的换算 用此方法 可将泵或风机在 某一直径和某一转速经试验得 出的性能曲线 换算出各种不 同直径和转速下的许多条性能 曲线 例题1 例题2 第十二章第十二章 叶片式泵与风机在管路叶片式泵与风机在管路 上的工作分析及调节上的工作分析及调节 v掌握管路性能曲线及工作点 理解离心式 泵与风机的工况调节 泵或风机的联合工 作 了解管道内的压力分布 本章学习要求 12 1 管路性能曲线及工作点 一 管路特性曲线 知识回顾 泵与风机的性能曲线 管路特性 二 泵或风机的工作点 例12 1 当某管
9、路系统风量为500m3 h时 系统阻力为300Pa 今 预选一个风机的特性曲线如图所示 试计算 1 风机实际工作点 2 当系统阻力增加50 时的 工作点 3 当空气送入有正压150Pa的密封舱时的 工作点 解 1 绘管网特性曲线 可绘出管网特性曲线1 1 得工作点 Q 690m3 h p 550Pa 2 阻力增加50 时 管网特性曲线 可绘出管网特性曲线2 2 得工作点 Q 570m3 h p 610Pa 3 有附加正压150Pa 管网特性曲线 可绘出管网特性曲线3 3 得工作点 Q 590m3 h p 590Pa 关于例题的讨论 1 管网阻力增加 风量怎样变化 变化率与管网阻力增加成比例吗
10、2 计算结果与实际要求风量 Q 500m3 h 相等吗 若不等 可采取哪些方法进行调整 以使风机供给的 风量符合实际的要求 当风机供给的风量不能符合实际要求时 三种调整方法 详见 12 3节 工况的调节 图12 4 性能曲线呈驼峰形的 泵的不稳定工况运行工况 三 泵或风机在管路运行的稳定工作条件 工况稳定的判断条件 两性能曲线在工况点的斜率 3 大多数泵与风机的特性曲线都具有平缓下降的曲线 当少数曲线有驼峰时 则工作点应选在曲线的下降段 2 驼峰形性能曲线是产生不稳定运行的内在因素 管 路性能是不稳定运行的外在因素 总结 1 机器性能曲线与管网特性曲线的交点即为工作点 思考题 1 分析水泵向水
11、池供水时工况点的改变 如下图所示 12 2 泵或风机的联合工作 2台风机的并联 联合工作目的 增加流量或压头 一 并联运行 1 并联总性能曲线 2 三种工况点分析 1 联合运行总效果点 A 2 参加联合运行时每台机的 贡献点 D1和D2 3 不联合只开某一单机的A1或A2 分析 a 联合总流量小于两单机单独运行的流量和 b 两单机单独运行的流量都小于联合总流量QA 压 头都低于联合运行时的压力值HA c 并联运行的经济合理性 要通过研究各机效率而定 二 串联运行 注 并联运行对管路曲线较平坦的系统较有利 一般情况 应少用并联运行 但目前空调冷 热水系统中 多台水泵 运行已广为采用 此时 宜采用
12、相同型号及转数的水泵 3 并联的特殊情况 并联合总性能曲线与管 路性能曲线不相交 如 图所示 1 2台泵或风机串联 图12 7泵或风机的串联运行 工况分析 串联适用的情况 2 串联的特殊情况 自学 分析 3 两台泵串联时 后一台泵承受的压力较高 选泵时 要注意结构强度 风机串联因操作上可靠性较差 一般不 推荐使用 1 两机并联运行时 其总流量 Q 为什么不等于各 机单独工作所提供的流量 q1 与 q2 之和 2 两机联合运行时 其功率如何确定 思考题 注意 1 只有当管路系统中流量小 阻力大情况下 多级串联 才是合理的 同时 要尽可能采用性能曲线相同的泵或风机 进行串联 2 机器性能曲线愈平坦
13、 愈适于串联工作 12 3 离心式泵或风机的工况调节 一 改变管路性能曲线的调节方法 分析 1 出口节流调节特点 1 只改变管网性能曲线 机器性能曲线没有变动 2 不经济 节流阀的压力降完全是一种能量损失 使 整个装置的效率降低 同时调节也会使机器的工作点偏 离设计工况 造成机器效率下降 3 这种调节方式不适于大功率的装置 但由于简单 投资少 所以在小型装置中广泛应用 2 进口节流调节特点 1 进口节流调节仅用于气体介质 可压缩 因为 对于输送液体介质的泵而言 进口节流和出口节流的效 果是相同的 但进口节流的损失将降低装置的有效空化 余量 泵吸入口真空度增大 易引起气蚀 所以不宜采 用 2 对
14、于可压缩介质而言 进口节流和出口节流的效果 是不同的 进口节流阀的开度改变不仅改变了管网特性 阻力 同时也改变了机器进口处介质的密度和压力 从而改变了机器的特性 使调节更有效 如 D点移到 D 二 改变泵或风机性能曲线的调节法 1 改变泵或风机的转数 分析 改变转数 1 改变机器性能曲线 管网性能曲线没有变动 2 应验算泵与风机是否超过最高允许转数和电机是否 过载 增大转速时 易超载 3 改变转数方法 改变电机转数 变频调速 调换皮 带轮变速 水力耦合器变速等 4 调节性能范围宽 而且不产生其它调节方法所带来 的附加能量损失 是一种调节经济性较好的方法 2 改变风机进口导流叶片的角度 分析 改
15、变导流叶片角度 1 改变机器性能曲线和管网性能曲线 2 用导流器调节 比单用管路节流阀调节所消耗功率 小 是一种比较经济的调节方法 3 切削水泵叶轮调节其性能曲线 说明 如果切削量不大 切削后效率基本不变 可仅取 直径进行换算 分析 切削叶轮 1 离心泵的一种独特调节方法 2 改变机器性能曲线 管网性能曲线没有变动 3 切削后叶轮与原叶轮近似的相似 4 切削量太大时 泵的效率明显下降 三 改变并联泵台数的调节方法 分析 改变泵并联台数 1 改变机器性能曲线 管网性能曲线没有变动 2 不需要任何附加的装置 经济性很好 3 只能作有级的调节 不能做平滑的微量调节 常用 于大型排灌站和热水系统中 综
16、合评价各种调节方法 1 改变转速的调节方法 经济性最好 调节范围宽 最适合于由蒸汽轮机 燃气轮机等转速可变得原动机拖 动的情况 在大功率电力拖动的场合 变转速的成本较 高 在重要装置中必须进行调节时 主要用于离心式泵 因为离心式叶轮叶片不能转动 预期调节的效果又不 好 所以倾向于采用变转速调解 2 改变进口导叶片角度的调节法的调节范围较宽 经 济性也较好 缺点是结构比较复杂 而且对低比转速的工 作机效果较差 一般用在大型轴流和混流式机器中 由于 原动机中进口导叶位于转轮的高压侧 故调节效果好 所 以水轮机均采用这种方法 3 进 出口节流调节 进口节流调节方法 方法简单 经济性好 并具有一 定的调节范围 目前转速不变的的压缩机 鼓风机经常 采用此法调节 但由于 空蚀 的限制 水泵不宜采用此 方法调节 而只能采用出口节流调节方法 出口节流方法最简单 但经济性也最差 但对于功率 不大的水泵来说 这却是使用最广泛的方法 在通风机 及小功率的离心式鼓风机中也有应用 4 改变开机台数的调节方法 简单而有效 使所有装机 台数大于1的地方都会采用的调节方法 四 泵与风机的启动 离心式泵或风机 关阀启动
