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1、泵 与 风 机,授课计划：共32学时（每周4学时）其中4学时实验，2学时课内考试 考核方式闭卷（卷库）平时、 实验、 期末20% 10% 70%,绪 论,第 一 节 泵与风机在国民经济中的应用,一、定义：将原动机的机械能转化为被输送流体能量 （压能、动能），并实现流体定向输送的一种 动力设备。一般，输送液体：泵；输送气体：风机,二、应用广泛农业：灌溉采矿工业：排水、通风机械工业：润滑（泵）、冷却（泵、风机）建筑工业：给排水、通风、空调、供暖医学：人工心脏,特别 电力工业： 火电：煤粉、天然气燃烧需要空气；燃烧后产生烟气，燃气工质 水，润滑冷却 水、油 核电：工质水，润滑冷却 书，图0-1,三、
2、重要性 全国泵与风机耗电量约占全国发电量的1/3。安全、高效运行具有重要意义电力行业锅炉给水泵，心脏送引风机，呼吸系统消耗大部分的厂用电,第 二 节 泵与风机的分类,分类 一、按产生能头大小,低压泵（6MPa),通风机（340KPa),二、按工作原理分类叶片式 容积式 其它 叶片对流体做功 工作室容积周期改变,1、叶片式根据力的作用方式不同： 离心、混流、轴流,轴流,斜流,旋涡,离心,叶轮,离心,斜流,轴流,旋涡,2、容积式工作元件运动方式： 回转、 往复,回转 往复,回转式（齿轮泵）,回转式 （ 螺杆泵）,单螺杆、双螺杆、三螺杆,往复式 （活塞泵）,3、其它,喷射泵,高速气流或水流 形成真空
3、 抽吸,三、按轴与基准的相对位置卧式 立式平行 垂直,四、按用途给水泵、循环水泵、冷却水泵送风机、引风机、增压风机,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)离心式泵的主要部件叶轮、轴、吸入室、压出室、导叶、密封装置 等,1、叶轮,作用：做功元件 分类：封闭叶轮 半开叶轮 全开叶轮 （前后盖板、轮毂、叶片）（吸入口个数：单吸、双吸） 特点：效率高 效率低 适用场合：输送清水 输送含杂质流体,离心泵，根据轴上叶轮个数分为：单级泵、多级泵,2、轴,作用：传递扭矩 分类： 水平、 阶梯,轴套；保护轴,3、吸入室,定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。 作用：以最小阻力损失，将流
4、体平稳引入叶轮,锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。 环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失较大；分段多级泵。 半螺旋形：有预旋，能头降低，流动损失小；大型单级、多级泵。 弯管：流动损失小，轴向尺寸大，大型单级、多级泵。,锥形 环形 半螺旋形 弯管,4、压水室 定义：叶轮出口到泵出口法兰之间的流动空间。 作用：在最小阻力损失下，将流体从叶轮收集起来并引出。 类型：环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失大。节段多级泵。螺旋形：流动损失小。 单级、多级泵。,5、导叶（导向叶轮）多级泵必须有导叶 作用：汇集叶轮出口流体，在最小损失下，将流体引入下级叶轮或压出室；同时并将部分动能变为压能。 分
5、为：径向式 轴向尺寸大，加工简单流道式 损失小，结构复杂,6、密封装置类型：密封环 叶轮与泵壳间间隙 轴向密封装置（轴封）轴端与泵壳间间隙,密封环,平环 角环 迷宫式,轴封 (1)填料密封（填料箱，压盖）结构简单、成本低、效果差； (2)机械密封 （动环，静环）结构复杂、安装运行要求高、效果最好；(3)浮动环 （浮动环，浮动套）结构简单，效果好，轴向尺寸大 (4)迷宫迷宫形式不同，效果不同,小型泵高温高压高转速泵,（二）离心风机主要部件,主要部件：叶轮、轴、集流器、蜗壳、进气箱（相当于离心泵：吸入室， 压出室）,(1)叶轮:叶片，前盘，后盘，轮毂叶片：直板，弯板，翼型（中空） (2)轴 (3)
6、集流器：叶轮前，最小损失引导流体进入叶轮圆筒形、圆锥形、锥弧形 (4)进气箱：由于结构、布置上的需要，为改善进气条件、减小进气损失。 （若有，在集流器前）,二、轴流式泵与风机主要部件,主要部件：叶轮、轴、吸入室（集流器）、扩压筒、导叶导叶：改变流体流动方向、减小损失、部分动能转变为压能,第四节 泵与风机主要性能参数,主要参数：流量、扬程（全压）、功率、效率,一、流量流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量。,二、扬程（全压）扬程：单位重量的流体通过泵后获得的能量。 H m全压：单位体积的气体通过风机后获得的能量。 p Pa,三、功率 有效功率：流体通过泵与风机获得的功率（单位时间获得的能量） P
7、e w,kw 轴功率：原动机传到泵与风机轴上的功率。 P 四、效率有效功率 是输出功率轴功率 输入功率,五、转速轴每分钟的转数n r/min 六、汽蚀余量,第五节 泵与风机发展趋势,一、大容量，高参数 二、高转速 三、高效率 四、高可靠性 五、低噪音,第一章 泵与风机的叶轮理论,第一节 离心式泵与风机的叶轮理论,原动机带动叶轮旋转叶片对流体做功 流体能量增加离心力作用下流体流出叶轮 叶轮中心形成真空 外部流体流入叶轮叶轮连续旋转流体连续吸入排出。,一、离心式泵与风机的工作原理,二、流体在叶轮中的运动及速度三角形 （一）运动 复杂 1、流体随叶轮旋转运动圆周运动或牵连运动, u 2、流体相对于旋
8、转的叶轮从叶轮入口到出口相对运动, w,实际运动：周运动 u 与相对运动 w 的合运动,u,w,v,（二）速度三角形分析为便于分析，假设：1、理想叶轮（叶片无限多、无限薄）流体沿叶片型线流动，相对运动速度w方向为叶片的切线方向。2、理想流体（无粘性）不考虑损失,为便于分析，总结7个元素：u， w， v ， vm （绝对速度径向分速度）vu （绝对速度圆周分速度） : 绝对速度角（绝对速度与圆周速度方向夹角） ：相对速度角或流动角（相对速度与圆周速度反方向夹角）附：a ：安装角（叶片切线方向与圆周速度反方向夹角），理想叶轮，流动角=安装角,（三）任意点速度三角形绘制7个元素u w v vm vu
9、 ,中任意3个，唯一决定速度三角形 常用公式：,排挤系数，反映由于叶片厚度对通流面积的影响。,例题： 有一离心泵，叶轮外径D2=0.6m，出口宽度b2=0.1m，叶片出口安装角2a =22，转速n=1200r/min，流量qv=0.5m3/s，画出口速度三角形。,2 =2a =22 ,u2,2 =22 ,三、能量方程及其分析,叶片式泵与风机：叶片对流体作用力，力做功，流体能量增加。与力矩有关。动量矩定理： 单位时间内流出的动量矩-流入动量矩=作用在流体上的外力矩,泵风机,动扬程 静扬程动能 压能,能量方程式分析： 参考教材p23根据余弦定理，能量方程可化为,四、离心式叶轮叶片型式分析,后弯 径
10、向 前弯 2a 90,为便于分析，假设:（1）叶轮外径相同,流量相同, 转速相同v2m相同,u2相同出口速度三角形等底等高,（2）流体径向进入叶轮1=90, V1u=0,(一)理论扬程HT= HT =(u2V2u -u1V1u )/g=(u2V2u )/gHT后弯 HT径向弯 径向 前弯,(三)效率 后弯:流道长,变化平缓,出口绝对速度小,损失小,效率高,噪音低. 前弯:流道短,变化剧烈,出口绝对速度大,损失大,效率低,噪音高. 径向:性能介于两者间,出口径向,不易积灰工艺简单.,叶型的选择：各有特点，如何选择？ 一般， 离心泵，流动的为液体，功率大，为提高效率，降低轴功率，一般采用后弯。 离
11、心风机，三种叶型都有。要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。,例题：有一离心风机，叶轮内径D1=0.3m，外径D2=0.8m，转速n=800n/r，若气体以v1=10m/s的速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。(1)画叶轮进出口处速度三角形;(2)不计叶片厚度，求理论全压为多少？ 解：1、气体径向进入叶轮1=90o v1=v1mu1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1,2、出口速度三角形u2=D2n/60=33.5m/s 出口相对速度为径向2= 90o v2m=w v2u=u2qv1=qv2 D1 b1v1m= D2 b2v2m v2m =
12、 3.75m/s 由2 v2m u2,pT= (u2V2u-u1V1u)= (u2V2u)= u22=1347Pa,理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮 与实际不符 修正 五、实际叶轮中运动实际叶轮，叶片有限个，流道有宽度轴向涡流实际叶轮中，相对于旋转叶轮，流体在流道中等角速度反方向旋转。影响： 流体出口相对速度角减小，流动角小于安装角，理论扬程下降。,不是损失 六、实际流体流动实际流体，损失修正： 流动效率,修正：滑移系数 或 环流系数 K半经验公式计算,七、预旋预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。无预旋,预旋的产生 自由预旋、强制预旋 自由预旋 流量改变引起流量变小 正预旋 能头降低 流量增加 负预旋 能头增加 强制预旋 结构原因 如半螺旋吸入室,正预旋（与叶轮旋转方向相同） 10 能头降低 负预旋（与叶轮旋转方向相反） 190， v1uw2,提高能头 四、能量方程,
