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1、第一章 泵与风机的性能,第一节 功率 损失与效率,第二节 泵与风机的性能曲线,第三节 泵与风机的测试,第一节 功率 损失与效率,一、功率,设原动机的输入功率为Pg，in，原动机的效率为g，,原动机功率Pg：,原动机功率Pg：,轴功率P：,若机械传动效率为tm，则机器的轴功率为：,有用功率Pe：,若泵与风机的效率为，则机器的有用功率为：,1.有用功率Pe：,（对于泵）,（对于风机）,2.轴功率Pe：,.原动机功率Pg：,在选择电动机时要考虑过载的问题，应加一定的富裕量。,4.原动机的输入功率：,二、损失和效率,1.机械损失（用功率Pm表示）包括：轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率，一般
2、分别用Pm1和Pm2表示。,（一）、机械损失与机械效率,2、机械损失的定性分析,Pm1nD2，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体密度有关，约为1%5%P。,Pm2n3D25，叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内流体与盖板之间存在的摩擦阻力而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率，这项损失约占轴功率的2%10%。,3、减小机械损失的一些措施,4、机械效率,机械损失功率的大小，用机械效率m来衡量。机械效率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率（即流动功率Ph）与轴功率P之比：,机械效率和比转速有关，下表可用来粗略估算泵的机械效率。,m与ns的关系（泵）,二、容积损失和容积效率,当叶轮旋转
3、时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称为容积（泄漏）损失，用功率PV 表示。,发生在叶轮入口处的容积损失,发生在平衡轴向力装置处的容积损失；,1. 发生在叶轮入口处的容积损失,通过进口间隙的泄漏量按下式计算：,式中：,2.发生在平衡轴向力装置处的容积损失；,通过轴向平衡装置的泄漏量按下式计算：,总的泄漏量：,（占理论流量：4%10%）,3.减小泵容积损失的措施,为了减小叶轮入口处的容积损失q1，一般在入口处都装有密封环（承磨环或口环），如图下所示。,平面式密封环,中间带一小室 的密封环,曲径式密封环,曲径式密封环,直角式密封环,锐角式密封环
4、,曲径式密封环,检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大q1；密封间隙过小Pm1；,4.容积效率,容积损失的大小用容积效率V 来衡量。容积效率为考虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比：,容积效率V 与比转速有关，对给水泵，可供参考。,给水泵的容积效率,三、流动损失和流动效率,1、流动损失,流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面发生摩擦、流道几何形状改变使流速变化而产生旋涡、以及偏离设计工况时产生的冲击等所造成的损失。,流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的粘性及流速、运行工况等因素密切相关。,1）摩擦损失和局部损失 当流动处于阻力平方区时，这部分损失
5、与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：,2）冲击损失 当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失。,冲击损失可用下式估算，即,2、冲击损失,当流量小于设计流量时，1a1，则=1a10，称为正冲角；,w1d w1,当流量大于设计流量时，1a1，则=1a10，称为负冲角。,工作面背面 称吸力边,正冲角及速度三角形,工作面 称压力边,负冲角及速度三角形,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,正冲角的存在
6、，对改善泵的汽蚀性能也有好处（?）。,存在流动损失最小工况。,流动损失曲线,3、流动效率,流动损失的大小用流动效率h来衡量。流动效率等于考虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的功率之比 ，即,四、泵与风机的总效率,泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：,第二节 泵与风机的性能曲线,泵或风机的主要性能参数有流量qV、扬程H(或全压PtF)、功率P和效率 。这些参数之间有着一定的相互联系，反映这些性能参数间变化关系的曲线，称为泵与风机的特性曲线。,常用的特性曲线有以下三种：,性能曲线的作用,（一）、流量扬程曲线（）,理论特性曲线（）,由无限多叶片时的理论能头可得：,显然，这是
7、一个直线方程，和呈直线关系变化,且直线的斜率由a 来确定， 。,一、离心式泵与风机的性能曲线,对于三种叶型分别为：,后弯式叶轮,当增大时，减小，流量扬程关系曲线是一条向下倾斜的直线。,B0,径向式叶轮,B0,当增大时，减小，流量扬程关系曲线是一条水平的直线。,前弯式叶轮,当增大时，减小，流量扬程关系曲线是一条向上倾斜的直线。,实际特性曲线,以上的直线为理想状况的流量扬程性能曲线，由于考虑到有限叶片数和流体粘性的影响，需对上述曲线进行修正。,考虑滑移系数,HT=KHT,考虑叶轮中流动损失,考虑叶轮中冲击损失,考虑叶轮中泄漏损失,qVT-q =qV,qVd,常用的泵或风机实际压头曲线有三种类型：,
8、陡降型、缓降型与驼峰型,陡降型性能曲线的泵或风机宜用于流量变化较小的情况。,缓降型曲线的泵或风机可用于流量变化大而要求压头变化不大的情况。,具有驼峰型性能曲线的泵或风机，可能出现不稳定工况。这种不稳定工况是应避免的。,（二）、流量-功率特性曲线,1.理论特性曲线,假设没有能量损失，理论轴功率等于有效功率,式中,可见对于不同的2值具有不同形状的曲线，当qVT=0时。三种叶轮的理论功率都等于零，理论功率曲线都交于原点。,对于径向式叶轮,对于前弯式叶轮,对于后弯式叶轮,理论功率曲线是一条直线。,理论功率曲线是向上凹的二次曲线。,理论功率曲线是向下凹的二次曲线。,根据以上分析，可以定性地说明不同叶型的
9、泵或风机性能曲线的变化趋势，对于研究实际性能曲线是很有意义的。同时理论性能曲线还可以解释泵或风机在运转中产生一些问题的原因。如由理论功率曲线可以看出，前弯式叶轮的轴功率随流量增加而迅速增长，因此这种风机在运行中，电机很容易超载，而后弯式叶轮几乎不会发生超载。,2.实际特性曲线,由于存在机械损失，实际轴功率大于理论功率。,再考虑容积损失的影响，再考虑容积损失的影响,（三）、流量效率特性曲线,.理论特性曲线,在理想条件下，各项损失为零，因此效率恒为100%。,.实际特性曲线,泵或风机的效率曲线，可由扬程曲线及功率曲线计算出来，即,由上式可见，当qV=0和H=0时，都等于零。因此,-H曲线是一条通过
10、坐标原点与横坐标轴相交于两点的曲线.这是理论分析的结果,实际上-H性能曲线不可能下降到与横坐标轴相交,因而曲线也不可能与横坐标轴相交.实际的性能曲线位于理论曲线的下放 。曲线上最高效率点即为泵或风机的设计工况点。泵或风机在此工况下工作最经济，能量损失最小。一般以max作为高效区，只要在此范围内工作，就认为是经济的。,效率曲线,（四）、性能曲线的分析,1.最佳工况点和经济工作区,当qV=0时，实际功率并不等于零。因为空载运转时，机械摩擦损失仍然存在。一般离心式泵或风机的实际功率随流量加大而增大，空载功率最小，所以离心式泵或风机应空载启动，以免电机超载。,若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动，则这部分功
11、率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，故凝结泵和给水泵不允许空载运行。,2.离心泵的空载起动和防止汽蚀,3.离心式泵与风机性能曲线的比较,H-qV 性能曲线的比较,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。,（1）陡降型曲线 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 ， 均会影响到循环水泵的工作性能（扬程），因而要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性。,（2）平坦型曲线 其特点是：当流
12、量变化较大时，能头变化很小。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， 由于主机安全经济性的要求，汽包的压强或凝汽器内的压强变化不能太大，因而要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变化不大的特性。,（3）有驼峰的性能曲线 其特点是：在峰值点 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，对离心式泵合理的选择叶片安装角2a 和叶片数z，可以避免性能曲线中的驼峰。,P-qV 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
13、流量时，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。, -qV 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。,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。,二、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；,2、性能曲线的特点,存在不稳定工作区，曲
14、线形状呈型；,空载易过载；,高效区窄。,3.离心式、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较,H-qV 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。,P-qV 性能曲线的比较,离心式和轴流式泵与风机的P-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则原则上应处于关闭状态。, -qV 性能曲线的比较,为了克
15、服轴流式泵与风机轴功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。,第三节 泵与风机的性能测试,以前，我们曾从理论上对泵与风机的性能曲线进行分析，但由于流体在叶轮内的流动情况非常复杂，至今还不能用理论计算的方法获得泵与风机的性能曲线。因此，通过试验手段开展对泵与风机性能的研究，或对已有的产品确定其实际的工作性能就显得极为重要。,试验目的：,确定泵的工作性能曲线，从而确定它的工作范围，以便向用户提供经济、合理地使用和选择的可靠数据。,通过试验得到的性能曲线来校核设计参数，检验是否达到了设计
16、所要求的技术指标，以便修改设计或改进制造质量。,一、泵性能测试,（一）、性能参数的测量及计算,1.流量的测量及汁算,孔板流量计,孔板流量计,喷嘴流量计,喷嘴流量计,文丘里管流量计,文丘里管流量计,2.扬程的测量及汁算,泵的进出口压力,3、功率和转速的测量及计算,二、风机性能测试,风机的性能试验必须遵循GBl23685通风机空气动力试验方法的规定。,1试验装置,试验装置按风管布置方式可分为三种：,(1)进气试验,这种布置形式只在风机进口装设管道。,(2)排气试验,(3)进排气联合试验,2性能参数的测量及计算,(1)流量的测量及计算,节流式流量计产生的节流损失较大，测量很小风压时不宜采用。因而，测旦气体的流量通常采用动压测定管。先测出截面上的气流平均速度再按截面尺寸计算出流量。,皮托管：这是一种标准的动压测定管，用丁含伞浓度不大的气体。,笛形管：这是一种测呈气体平均动比的非标泄型功压测定管。,带半球头的皮托管,单笛形管安装图,遮板式测定管：适用于含尘浓度较大的气体，是种非标准型的
