泵与风机 PPT论文

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1、 泵与风机 指导导师 金花制作者 罗鹏飞 绪论 第一节泵与风机在国民经济中的应用泵与风机广泛的应用在国民经济的各个方面 如农田灌溉和排涝 采矿工业中井下通风和坑道排水 水力采煤中的液体输送 冶金工业中冶炼炉的鼓风及流体的输送 石油工业中的输油和注水 化学工业中的流体介质输送 城市给排水以及舰艇 航空航天的动力系统等 电能是国民经济中至关重要的能源 热力发电在电力生产中占据主导的地位 泵与风机是热电厂重要的辅机 下面着重介绍泵与风机在热力发电厂中的应用 图0 1是热力发电厂的系统简图 在热力发电厂的电力生产过程中 如果泵与风机发生故障 则直接影响到主机主炉的正常工作 严重时会造成停机停炉的重大事

2、故 特别是当今机组向大容量 单元制方向发展 由事故造成的损失更大 另外由于泵与风机用途广泛 数量大 其耗电量约占全国发电量的20 30 在热力发电厂里 厂用电量约占电厂发电量的10 左右 泵与风机又占电厂用电量的70 80 由此可见 泵与风机对电厂的安全 经济运行起着十分重要的作用 此外 核电站在20世纪80年代迅速的发展了起来 与热力发电站的电力生产过程基本相同 其常规岛部分也是一个汽水循环系统 如图0 2所示 第二节泵与风机的分类 泵与风机的用途广泛 种类繁多 因此分类方法也很多 但目前只采用两种分类方法 1 按产生压力的大小分类 2 按工作原理分类 一 叶片式泵与风机 1 离心式泵与风机

3、离心式泵与风机的工作原理是利用旋转叶轮带动流体一起旋转 借离心力的作用 使流体的压力能和动能得到增加 流体沿轴向进入叶轮转90 后沿径向流出 图0 4为离心泵示意图 2 轴流式泵与风机 轴流式泵与风机的工作原理 是利用叶轮上的翼型叶片在流体旋转所产生的升力使流体的能量增加 液体沿轴向进入叶轮并沿轴向流出 图0 6为轴流泵示意图 3 斜流式泵 斜流式又称混流式 是介于轴流式和离心式之间的一种叶片泵 斜流泵的工作原理是 部分利用了离心力 部分利用了升力 在两种力的共同作用下 输送流体 并提高其压力 流体轴向进入叶轮后 沿圆锥面方向流出 图0 8为导叶式斜流泵示意图 可作为大容量机组的循环水泵 二

4、容积式泵与风机 因工作方式的不同 容积式泵与风机可分为往复式和回转式两种 1 往复式泵与风机 往复式泵与风机的工作原理是利用工作容积周期性的改变来输送流体 并提高其压力 往复式泵与风机包括活塞式 柱塞式及隔膜式三类 现以活塞式为例说明其工作过程 图0 9为活塞泵示意图 活塞泵主要由泵缸和活塞组成 活塞由曲柄 连杆带动 将原动机的回转运动变为往复运动 2 回转式泵与风机 回转式泵与风机是利用一个或几个特殊形状的回转体如齿轮 螺杆或其他形状的转子在壳体内作旋转运动来输送流体并提高其压力 图0 10为齿轮泵示意图 图0 11为三螺杆泵示意图 三 其他泵 1 喷射泵喷射泵主要由喷嘴 扩散管和吸入室组成

5、 如图0 12所示 其工作原理是利用高速射流的抽吸作用来输送流体 2 水环式真空泵 水环式真空泵主要由一个星形叶轮 泵壳 吸气口 排气口 吸气管和排气管组成 如图0 13所示 水环式真空泵工作时 必须从外部连续地向泵内注入一定量的水 以补充随气体带走的水 第三节泵与风机的主要部件 一 离心式泵与风机的主要部件 一 离心泵的主要部件离心泵的主要部件有 叶轮 吸入室 压出室 密封装置等 1 叶轮叶轮是能实现能量转换的主要部件 其作用是将原动机的机械能传递给流体 使流体获得压力能和动能 叶轮水力性能的好坏 对泵的影响很大 叶轮一般是由前盖板 叶片后盖板和轮板组成 叶轮有封闭式 半开式和开式三种 如图

6、0 14所示 封闭式叶轮又分为单吸式和双吸式两种 如图0 14 a 和 b 所示 双吸式叶轮流量大于单吸式叶轮 且基本上不产生轴向力并具有改善汽蚀性能的优点 叶片型式有圆柱形叶片和扭曲 双曲率 叶片 圆柱形叶片流动效率较低 因此 为提高泵效率一般均采用扭曲叶片 2 吸入室离心泵吸水管法兰接头至叶轮进口的空间称为吸入室 其作用是以最小的阻力损失 引导液体平稳地进入叶轮 并使叶轮进口处的液体流速分布均匀 吸入室可分为以下几种 1 锥形吸入室 如图0 15所示其优点是水力性能好 结构简单 制造方便 2 环形吸入室 如图0 16所示其优点是结构对称 简单 紧凑 轴向尺寸较小 3 半螺旋形吸入室 如图0

7、 17所示 半螺旋形吸入室在轴的背面没有漩涡 进口速度分布均匀 流动损失最小 3 压出室 螺旋形压出室 又称蜗壳 如图0 18所示 环形压出室 如图0 19所示 压出室是指叶轮出口或导叶出口至压水管法兰接头间的空间 其作用是收集从叶轮流出的高速流体 然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮进口 它收集从叶轮流出的液体 同时在螺旋形的扩散管中将液体的部分动能转换为压力能 环形压出室的流道断面面积相等 因此 各处流速不想等 流动损失大 故效率低于螺旋形压出室 4 导叶多级泵的流液是从前一级叶轮流进次级叶轮的额 两级之间必须装有导叶 导叶的作用是 汇集前一级叶轮流出的液体 并在损失最小的情况下 引入

8、次级叶轮的进口或压出室 同时在导叶内吧部分动能转化为压力能 它由螺旋线 扩散管 过渡区和反导叶组成 正反导叶是一个连续的整体 正导叶进口到反导叶出口形成单独的流道 各流道内的液体各不相混合 1 径向式导叶 如图0 20所示 2 流道式导叶 如图0 21所示 5 密封装置 密封装置分为密封环和轴端密封 1 密封环 密封环又称口环 由于叶轮出口的压力较高 入口压力较低 则由叶轮流出的流体将有一部分反流回叶轮进口 为防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄漏至吸入口 在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环 密封环如图0 22所示几种结构型式 一般泵常采用平环式及角接式 高压泵则常采用迷宫式 2 轴端密

9、封 泵轴通过泵体向外伸出 在转动部件和静止部件之间存在间隙 若泵内压力大于外界压力 流体则从间隙向外泄漏 若泵吸入端处于真空状态 则空气通过间隙流入泵内 严重影响泵的工作 为减小泄漏 在间隙处装有轴端密封装置 轴端密封油填料密封 机械密封 浮动环密封 迷宫式密封等几种形式 1 填料密封 带水封环的填料密封结构如图0 23所示 他由填料压盖 填料 水封环 填料箱组成 是目前普通离心泵密封环最常采用的一种轴封 2 机械密封 机械密封如图0 24所示 主要由动环 静环 弹簧 密封圈等组成 3 浮动环密封 浮动环密封的结构如图0 25所示 主要由浮动环 支承环 浮动套 弹簧等组成 浮动环密封是以浮动环

10、与支承环的密封端面在液体压力及弹簧力的作用下 保持紧密接触来实现径向密封的 4 迷宫式密封 迷宫式密封是一种非接触型的流体动力密封 其机理是利用流体流过转子与静子间的微小间隙产生的节流降压效应来实现密封 迷宫式密封有多种不同型式 图0 26为金属迷宫式密封的示意图 与静子固接的金属密封片与转轴之间形成的多级突扩 突缩的间隙 对轴向泄漏实施多级降压 节流 从而实现密封 图0 27为螺旋迷宫式密封的示意图 迷宫式密封在工作时动 静部件间无接触 无磨损 使用寿命长 在大容量机组的给水泵上应用广泛 2 离心式风机的主要部件 1 叶轮叶轮是风机的主要部件 由前盘 后盘 叶片及轮毂组成 叶片有前弯式 径向

11、式后弯式三种 如图0 28所示 2 蜗壳蜗壳的作用是汇集从叶轮流出的气体并引向风机的出口 同时 将气体的部分动能转换为压力能 为了提高风机效率 蜗壳的外形一般采用阿基米德螺旋线或对数螺旋线 但为了加工方便 也常作成近似阿基米德螺旋线 蜗壳轴面为矩形 且宽度不变 如图0 30所示 在蜗壳出口附近有 舌状 结构 称为蜗舌 其作用是防止部分气流在蜗壳内循环流动 蜗舌分为平舌 浅舌 深舌三种 如图0 31所示 它的几何形状 蜗舌尖部的圆弧半径r 以及距叶轮的最小距离t 对风机性能 效率和噪声等均有很大的影响 3 集流器与进气箱集流器装在叶轮进口 其作用是以最小的阻力损失引导气流均匀地充满叶轮入口 集流

12、器有圆筒形 圆锥形和锥弧形等形式 如图0 32所示 第四节泵与风机的主要参数 一 流量泵与风机都在单位时间内输送的流体量称为流量 它可以用体积流量表示 也可以用介质流量表示 体积流量的常用单位是 s h L s 质量流量的常用单位为kg s t h 体积流量与质量流量的关系为式中 流体密度 kg 水在常温20 时的密度为10kg 空气在常温20 时的密度为1 2kg 由于空气的密度很小 且随温度 压力的变化而变化 所以风机的流量是以在标准状况 t 20 p 101 3kPa 下 单位时间内流过风机入口处的体积流量表示的 若工作状况下的流量为 密度为 则标准状况下的流量为 二 扬程 全压 单位重

13、力作用下的液体通过泵后所获得的能量增加值 称为扬程 用H表示 单位为m 单位体积的气体通过风机所获得的能量增加值 称为全压 全风压 用p表示 单位为Pa 三 轴功率与效率 泵与风机在一定工况下运行时原动机传递到泵或风机转轴上的功率 称为轴功率 用P表示 单位为kW 单位时间内通过泵与风机的流体所获得的功率称为有效功率 用P表示 泵与风机的效率为有效功率与轴功率之比 即 四 转速 泵或风机轴每分钟转数 称为转速 用n表示 单位为r min 五 汽蚀 汽蚀余量是标志泵汽蚀性能的重要参数 用NPSH表示 性能参数反映了泵与风机的整体性能 在铭牌上标有额定工况下的各参数 第五节泵与风机的发展趋势 泵与

14、风机的发展趋势 大容量 高参数化高速化高效率高可靠性低噪声自动化 第一章泵与风机的叶轮理论 第一节离心式泵与风机的工作原理 一 离心式泵与风机的工作原理 离心式泵与风机工作时 叶轮带动流体一起旋转 借离心力的作用 使流体获得能量 因此 叶轮是实现机械能转换为流体能量的重要部件 为阐明其工作原理 取一内缘何外缘封闭的叶轮 如图1 1所示 其中流体只能和叶轮一起做旋转运动 不能再叶轮流道中流出 二 流体在也轮中的运动及速度三角形 1 叶轮的叶片数为无限多 叶片厚度为无限薄 即认为流体质点严格地沿叶片的形线流动 流体质点的运动轨迹与叶片的形线重合 应用此假设的叶轮称为理想叶轮 2 通过旋转叶轮的流体

15、为理想的不可压缩流体 不考虑黏性和压缩性 流体在叶轮中的运动情况 可用叶轮的轴面投影图和平面投影图反映出来 这两个投影图表示了叶轮的几何形状 如图1 2所示 轴面又称子午平面 是通过轴线的平面 轴面投影是用圆弧投影法 即以轴线为圆心 把叶片旋转投影到轴面上所得到的投影图 平面是垂直于轴线的平面 平面投影是把前盖板去掉后的投影图 叶轮带动流体的旋转运动 称牵连运动 其速度又称牵连速度 又称圆周速度 用u表 流体相对于叶轮的运动称相对运动 其速度称为相对速度 用w表示 流体相对于静止机壳的运动称绝对运动 其速度称绝对速度 用v表示 如图1 3所示 绝对速度应为相对速度和圆周速度的矢量和 即 三 能

16、量方程 为理想流体通过无限多叶片时的扬程 单位为m 式 1 10 即为离心式泵与风机的能量方程 对风机而言 常用风压来表示所获得的能量 其单位为Pa 因此 风机的能量方程为 1 10 四 离心式叶轮叶片形式的分析 当叶轮以进入叶轮时 其理论扬程为 由图1 7 a 速度三角形得 代入上式得 1 14 由式 1 14 可知 当叶轮几何尺寸 转速 流量一定时 则理论杨程或风压的大小取决于叶片安装角 叶片出口安装角决定了叶片型式 通常有以下三种 叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相反 见图1 7a 称为后弯式叶片 叶片的出口方向为径向 见图1 7b 称为径向式叶片 叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相同 见图1 7c 称为前弯式叶片 五 有限叶片叶轮中流体的运动 流体在无限多叶片叶轮中流动时 流体内的流体沿叶片的型线运动 因而流道任意半径处相对速度分布是均匀的 如图1 9中b所示 而实际叶轮中的叶片是有限数量的 流体是在具有一定宽度的流道内流动 因此 除了紧靠叶片的流体沿叶片型线运动外 其他都与叶片的型线有不同程度的差异 从而使流场发生变化 这种变化是由轴向漩涡运动引起的 还可得到表达式 六 滑移系数