第二章泵与风机性能课件

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1、第二章泵与风机的性能,理解并掌握泵与风机的各种功率、损失、效率及相互关系; 理解泵与风机的理论性能曲线与实际性能曲线，以及两者之间的差异和差异产生的原因; 熟悉并掌握叶片式泵与风机实际性能曲线的特性。,最合理的结构形式，找出提高经济性的措施,一、功率、损失、效率,功率：单位时间内所做的功。 有效功率：单位时间内流体通过泵或风机实际获得的能量。 泵：,风机：全压功率,静压功率,风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差。 （）,轴功率(输入功率)：原动机传递到泵或风机轴上的功率,原动机功率：原动机的输出功率,tm传动效率：电动机直联1.0，联轴器直联0.98，皮带传动0.95。,配套电机功率：

2、,安全系数K一般电厂中取1.15,内功率 实际消耗于流体的功率称为泵与风机的内功率，用Pi表示。它等于有效功率加上除轴承、轴封外在泵与风机内损失掉的功率。即：,Pi =Pe+P （kW）,Pi,Pe,P,内效率 泵与风机的有效功率与内功率之比称为泵与风机的内效率（风机称为全压内效率）。 用i 表示，即：,静压效率:静压效率是指风机的静压有效功率和轴功率之比，用st表示，即：,静压内效率:静压内效率等于静压有效功率与内功率之比，用ist表示，即：,损失、效率,机械损失与叶轮转动有关但与流体量无直接关联的损失 容积损失（泄漏损失）与流量有关的损失 流动损失与流体粘性、管路结构（与输送流体直接相关）

3、 的损失,经验方法，即用经验公式计算,为尽量减 少损失提 高效率,功率 损失 效率,需研究产生损失的,原因 程度,需讨论,及相互间关系。,Pm 机械损失功率,PV 容积损失功率,Ph 流动损失功率,1、机械损失,轴封、轴承的机械摩擦损失P 叶轮前、后盖板与流体摩擦产生的圆盘摩擦损失Pdf 。 机械摩擦损失P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关。一般为轴功率的13%。 圆盘摩擦Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的210%。,机械摩擦损失P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关。一般为

4、轴功率的13%。 圆盘摩擦Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的210%。 圆盘摩擦损失大小（经验公式）：,即与叶轮外径的五次方成正比，与叶轮转速的三次方成正比，与流体密度成正比。圆盘摩擦系数K=f(Re、B/D2 、粗糙度）（其中B为间隙），一般可取K=0.85。,Pdfn3D25,Pdfn3D25,采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采用多级叶轮，而非增大叶轮直径来提高能头。必要时提高转速，减小叶轮直径。 提高比转数 保持接触面光滑，减少摩擦。,主要预防措施：,比 转 数,泵的比转数,风机的比转数：,总损失：,机械效率：,与比转数的关系：,

5、随着比转数减少（叶轮直径增加），机械损失增加，机械效率减小。,2、容积损失（泄漏损失）,流体从高压区侧通过运动部件与静止部件之间的间隙泄漏到低压区，从而使流量有一定的损失，使qvqvT，q叫容积损失。它只与流量有关，也叫流量损失。 主要泄漏位置： 叶轮入口与外壳密封环之间的间隙（A线） PV1； 平衡轴向力装置泄漏 PV2； 轴封泄露 PV3（相对较小）; 多级泵前后级之间隔板、轴套间隙；图中 B线，此部分泄露又回到回路中，不影响 流量。, PV= PV1+ PV2+ PV3,叶轮入口与外壳之间的间隙处q1( PV1)；,多级泵的级间间隙处q2；,平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间隙处

6、等q3。(平衡轴向力装置泄漏 PV2；轴封泄露 PV3）;,主要预防措施,维持动静部件间的最佳间隙，随着运行时间延长，间隙增大，效率会降低。 增大间隙中的流阻 增加密封的轴向长度，可增大间隙内沿程阻力 在间隙入口和出口采取节流措施，增大间隙内流动的局部阻力 采取不同形式的密封环,泄漏量：,容积效率：,与比转数的关系：,随着比转数减少（叶轮直径增加），叶轮间隙两侧压差增加，容积损失增加，容积效率减小。,3、流动损失,是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。 流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失 边界层分离、二次涡流所产生的漩涡损失 流量改变，流动角不等于安装角时，产生的冲

7、击损失,摩擦损失,涡流损失,冲击损失,与流体输送量有关,不仅与流体输送量有关，还与该流量与设计流量的偏差有关,流量、冲角与冲击损失的关系,冲角：相对速度方向与叶片 进口切线方向间的夹 角称为冲角。,流量、冲角 与冲击损失的关系：,当qv0 为正冲角，损失较小。 当qv=qvd 时，1 = 1a， = 1a- 1 =0 为零冲角，损失为零。 当qvqvd 时，1 1a， = 1a- 1 0 为负冲角，损失较大。,实践证明：正冲角时，由于涡流发生在吸力边，能量损失比负冲角（涡流发生在压力边）时为小。因此，设计时，一般取正冲角=35。,若全部流动损失用hw表示，则：,hw= hf+ hj+ hs,存

8、在流动损失最小工况。,流动损失曲线,流动效率：,其中qvd设计流量，n转速,合理设计叶片形式和过流部件的形状； 降低流道表面的粗糙度； 选择合理的叶片入口安装角。,流动损失减小措施,概念：泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。,结论：泵与风机的总效率等于机械效率m 、容积效率 v 、流 动效率 h三者的乘积。,目前泵与风机效率范围：,离心泵 约为60%90%。 离心风机 约为70%90%，高效离心风机 可达90%以上。 轴流泵 约为70%89%，大型轴流风机 可达90%左右 。,思考题：,1、提高泵与风机的总效率应从哪几方面考虑？ 2、为什么通常大的（高ns）泵与风机的总效率比小的高？,例

9、题,1、有一离心通风机，全压p=2000Pa，流量q.v.=47100m3/h，现用联轴器 直联传动，试计算风机的有效功率、轴功率及应选配多大的电动机。风机总 效率=70%，取电动机容量富裕系数K=1.15，传动效率tm=98%。,解：,2、有一离心泵，当转速为1450r/min时，q.v.=1.24m3/s，H=70m，此时轴 功率P=1100kw， v=93%， m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？,解：,二、泵与风机的性能曲线,泵与风机的基本性能参数之间都相互存在着一定的内在联系，若用曲线形式表示其性能参数间的相互关系，称这类曲线为泵与风机的性能曲线。,泵与风机 性能曲线,理

10、论性 能曲线,实验性 能曲线,泵与风机内部流动非常复杂，目前理论尚无法定量计算。 从理论上定性分析泵与风机性能参数的变化规律及其影响因 素的曲线，称理论性能曲线。有助于深入了解实验性能曲线。,通过实验获得的性能曲线。 在实验数据基础上，通过某种换算得到的性能曲线。,基本性能曲线：,相对性能曲线：了解泵与风机性能与构造之间的关系使用。 通用性能曲线：泵与风机变速、变角（可动叶）工况调节使用。 无因次性能曲线：风机选型设计、系列之间进行比较使用。 全面性能曲线：了解水泵“正常”与“反常”性能的曲线。 泵综合性能曲线：选择水泵时使用。 风机性能选择曲线：选择风机时使用。,泵与风机产品样本上所载的性能

11、曲线；直观反映总体性能。 以qv为横坐标、H(p).P.HS或h为纵坐标的一组曲线。 对泵与风机选型、经济合理运行（工况调节）有重要作用。,泵与风机性能曲线,H(p)qv，Pqv，qv的关系曲线。用于合理选择泵与风机，使其工作在最高效率范围内。,离心式泵与风机性能曲线 轴流式泵与风机性能曲线,1、流量与扬程（Hqv）曲线,其中A、B为与叶轮结构/安装角有关的常数。,无限多叶片，理想流体时HTqvT曲线,径向式叶轮,H不随流量改变,qvT,A,b,HT,2 a=900,后弯式叶轮,H随流量增加而线性减少； 随安装角增加，B减小，H减少趋势减缓。,前弯式叶轮,H随流量增加而线性增大； 随安装角增加

12、，直线斜率增大，H增加趋势加快。,qvT,A,a,b,c,HT,2 a900,2 a=900,2 a900,A/B,随安装角增加，扬程由陡直下降变为平滑下降，甚至平稳增加，直至急剧增加,流动损失,是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。 流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失 边界层分离、二次涡流所产生的漩涡损失 流量改变，流动角不等于安装角时，产生的冲击损失,摩擦损失,涡流损失,冲击损失,与流体输送量有关,不仅与流体输送量有关，还与该流量与设计流量的偏差有关,HTqvT,HTqvT,摩擦、涡流损失,冲击损失,泄漏损失,以后弯式为例,H,qv,Hq vT,Hqv,实际Hq

13、v曲线 叶片有限时，环流系数K1，是结构参数的函数，与叶片数、r1/r2有关，与流量无关。使曲线下移 由于摩擦损失、冲击损失，使HHT，曲线继续下移； 由于泄漏损失，曲线向左移动。,三种扬程H流量qv的性能曲线,陡降的曲线a：25%-30%的斜度，q.v. 变化小，H变化大（如电厂循环水泵，水位H变化大而qv变化小的场合)。 平缓的曲线b：8%-12%的斜度，qv变化很大，H 变化很小（如电厂给水泵，qv变化大而扬程H变化小的场合) 。 有驼峰曲线c：qv增加，H由小增加到最大值HK后减小，K 点左边为不稳定工作区, 只允许 q.v. qvk 区域工作。,总趋势：H随q.v.的增大而减小。形状

14、与结构及叶片安装角有关。,由于：,定义流动功率：,根据前面分析：,则：,所以：,因：Pm与qvT无关，因此可先求流动功率Ph与qvT的关系,2、流量与功率 （Pqv）曲线,径向式叶轮,这是一条过原点的直线，随流量增加，流动功率直线增加,理想工况下,后弯式叶轮,Ph曲线为一条过原点的抛物线，与qvT有两个交点，一个是qvT0，另一个是,前弯式叶轮,Ph曲线为一条过原点的上升曲线，随qvT增加而急剧增大,实际状况下（以后弯式为例）,在q vT Ph性能曲线上加一等值的Pm 即得q vT P曲线； 从q vT P曲线上对应q vT 减泄漏损失qv即得q v P曲线。 在空载状态（qvT0）下，轴功率

15、由两部分组成：,h,导致温度升高,3、流量与效率（qv）曲线,当qv0和H0时，0，因此，理论上，效率曲线是一条过原点的抛物线。 实际上，效率曲线不可能出现第二个零点。 但存在一个最高效率点。希望效率高；高效范围宽,前向式叶轮的某些特点,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。,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。,离心式叶轮性能曲线分析,一定流量下，对应一个扬程，功率和效率，称为一个工况点；最高效率对应最佳工况点；最高效率左右（8590区域）称为

16、高效工作区；要求泵与风机在高效工作区工作。 qvT0时（阀门全关），为空转状态，消耗功率，这部分功率转化为水的内能，使水温升高，可能产生汽化，因此，泵运行有一个最小流量要求；如系统要求流量小于最小流量，则应开启旁路。,启动：从功率曲线看，离心式叶轮空转时，轴功率最小（设计轴功率的30%左右），应在空载状态启动； 后弯式叶片：一般泵叶轮，采用后弯式叶片，其扬程曲线总体上随流量增加而下降；但其形状与安装角有关，随安装角增加，曲线由陡直下降趋于平坦，最后可能出现“驼峰”形式。,前弯式叶片：Hqv曲线一般为“驼峰”形曲线；轴功率增加很快，电机容易超载，应取较大安全系数；而后弯式叶片功率曲线增加缓慢，且有一最大功率点，电机不易超载。 前弯式叶轮风机效率远低于后弯式。,电动泵性能曲线,前置泵性能曲线,汽动泵性能曲线,