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1、泵 与 风 机,2,主要内容,第一章 泵与风机的分类和特点 叶片式、容积式、其他形式 第二章 叶片式泵与风机的基本理论 （一）离心泵工作过程 （二）泵与风机的基本方程：Euler方程 （三）理论扬程的组成 （四）损失与效率 （五） 泵与风机的理论性能曲线 （六） 轴流式泵与风机的叶轮理论,3,第三章 相似理论在泵与风机中的应用 （一） 相似律 （二） 相似律的实际应用 （三）比转数 （四）风机的选择曲线 （五） 风机无因次性能曲线 （六） 通用性能曲线 第四章 泵与风机的运行 第一节 管路性能曲线和工作点 第二节 泵与风机的联合运行 第三节 离心式泵与风机的工况调节 第四节 运行中的主要问题(
2、失速、喘振、抢风、汽蚀),4,泵与风机在热力发电厂的应用,灰渣泵,冲灰水泵,排粉风机,升压泵,凝结水泵,给水泵 前置泵,循环水泵,射水泵,疏水泵,送风机,引风机,蒸汽,空气,水,补水泵,生水泵,烟气,灰渣,射水抽气器,工业水泵,汽轮机系统,锅炉系统,5,第一章 泵与风机的分类和特点,(一)按流体排出压力的高低 风机可分为 1 .通风机：340 kPa 。 泵可分为： 1 .低压泵：6 MPa 。,6,（二） 按作用原理分,7,1.叶片式（动力式）,离心式 (小流量，高扬程),轴流式 (大流量，低扬程),混流式 (中流量，中扬程),8,风机,轴流式静叶可调引风机,9,2、容积式,柱塞泵 （往复泵
3、）,工作原理（活塞式）：活塞向左移动泵缸容积 泵体压力，排出阀门关阀，吸入杆打开，液体吸入； 活塞向右移动泵缸容积泵体压力排出阀门打开，吸入杆关闭，液体排出。 特点：单动泵由于吸入阀和排出阀均在活塞一侧，吸液时不能排液，排液时不能吸液，所以泵排液不连续，不均匀。优点是流量小，压力高。,10,齿轮泵（回转式）,工作原理与往复泵相似。 在泵吸入口，由于两齿轮分开，空间增大形成低压区而将液体吸入。 被吸入液体在齿轮和泵体之间被分成两路由齿轮推着前进。 在压出口，由于两齿轮互相合拢，空间缩小形成而将液体压出泵。,特点：输送粘性较大的液体,11,工作原理：与齿轮泵相似。 结构：由机壳和腰形转子组成。 两
4、转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。 改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。 特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。 罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。,罗茨式泵与风机,12,螺杆式泵与风机,结构原理：由缸套，主, 动螺杆组成，泵内形成多个彼此分隔的容腔。转动时，下部容腔V增大，吸入液体，然后封闭。封闭容腔沿轴向上升，新的吸入容腔又在吸入端形成。一个接一个的封闭容腔上移，液体就不断被挤出。 特点： 流量和压力均匀，故工作平稳，噪声和振动较少。 吸入性能好（单螺杆
5、泵吸上真空高度可达8.5m水柱） 流量范围大,13,正位移特性（容积泵、正位移泵） a）流量与管路特性无关,b）压头与流量无关，取决于管路需要 理论上，往复泵压头可按系统需要无限增大。 实际上，受泵体强度及泵原动机限制。,式中：,有自吸能力，不需灌泵；旁路调节，不能封闭启动,14,3、其他形式,靠高压工作流体经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，从而实现吸排作用。常用的工作流体有水、水蒸气、空气。被引射流体则可以是气体、液体或有流动性的固、液混合物。,(1)效率低。 (2)结构简单，体积小，价格低。 (3)无运动部件，工作可靠，使用寿命长。只有当喷嘴
6、因口径长期使用后，过分磨损导致性能降低，才需更换。 (4)吸入性能好，而且抽送液体时的允许吸上真空度也很高。 (5)可输送含固体杂质的污浊液体，即使被水浸没也能工作。,CP 型系列喷射泵,喷射泵,15,水环式真空泵,叶轮偏心安装，旋转时，液体受到离心力作用，在泵体内壁形成一个旋转的液环，叶轮端面与分配器之间被液体密闭，叶轮在前半转（此时经过吸气孔）旋转过程中密封的空腔容积逐渐扩大，气体由吸气孔吸入；后半转（此时经过排气孔）程中密封容积逐渐缩小，气体从排气孔排出，完成一个抽气过程。为了保持恒定的水环，在运行过程中必须连续向泵内供水。 综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因
7、此它属于变容式真空泵。,16,16,利用离心力的作用增加水体压力并使之流动的一种泵。动力机带动转轴，转轴带动叶轮在泵壳内高速旋转，泵内水体被迫随叶轮转动而产生离心力。离心力迫使液体自叶轮周边抛出，汇成高速高压水流经泵壳排出泵外，叶轮中心处形成低压，从而吸入新的水流，构成不断的水流输送作用。 另外，泵壳内的液体部分动能还转变成静压能。,（一）基本工作过程,第二章 叶片式泵与风机的基本理论,17,17,离心泵工作过程,开泵前，泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，高速流入泵壳。 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使
8、大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压从出口流入排出管。 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强与泵内压力的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。,灌泵、甩出、真空、吸入,18,18,气缚现象,离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。 离心泵无自吸能力，为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀,同时在泵体水平最高点还应设置放气口。离心泵与喷射泵组合，依靠喷射装置,在喷嘴处造成真空实现抽吸。
9、 容积式泵都具有自吸能力。,流体在封闭的叶轮中所获得的能（静压能）：,19,效率:流体得到的能量与输入功率的比例,转速n:转速高，流量大，扬程高，级数和轴长可以减小,功率P：原动机传递给泵与风机轴上的功率,扬程H/全压p：单位重量的液体/单位体积的气体获得的能量,流量qv（qm）：单位时间内输送的流体量,汽蚀余量hr:单位重量液体从泵吸入口至叶轮进口压力最低处的压力降,体积流量一定要在一定热力条件下定义才有意义。,基本性能参数,20,功率和效率,原动机配套功率：Pgr=KPg，K为容量安全系数（额定条件下）。,效率：,传动效率： tm,21,（二）泵与风机的基本方程：Euler方程,M表示叶轮
10、旋转时传递给流体的功率，应该等于流体获得的功率gqVTHT。,P=qVT(u22u- u11u),按照动量矩定理，动量矩的变化率应等于所有外力对转轴的力矩M,22,22,能量方程分析,(1)单位重量和单位体积的理想流体流过无限多叶片叶轮时所获得的能量仅与流体在叶片进口及出口处的运动速度有关，而与在流道中的流动过程和流体性质无关。如果泵与风机的叶轮尺寸相同,转速相同,流量相等时，则流体所获得的理论能头相等，即泵所产生的液柱与风机产生的气柱高度相等。而全风压与流体密度有关。因此，不同密度的流体所产生的压力是不同的。 (2)当190时，则v1u0，流体径向流入叶轮时，获得最大的理论扬程。 HT=u2
11、v2u/g (3)增加转速n，叶轮外径D2和绝对速度在圆周的分量V2u，均可提高理论能头HT，但加大D2会使损失增加，降低泵的效率。提高转速则受材料强度及汽蚀的限制。比较之下，用提高转速来提高理论能头，仍是当前普遍采用的主要方法。,23,（三）理论扬程的组成,Hp（静压头）,Hc(动压头),离心力的作用下叶轮旋转所增加的静压头,叶片间通道面积逐渐加大使液体的相对速度减少所增加的静压头,液体流经叶轮后所增加的动压头（在蜗壳中其中一部分将转变为静压能）,Hp用于克服装置中的流阻、液位差和反压。要求Hp大于这三者之和。,Hc表现为液流绝对速度增加。要求Hc不宜过大，因Hc大流阻大。,由叶轮叶片进、出
12、口速度三角形可知：,24,24,容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率v表示。,机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率m表示。,流动损失:由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的摩擦阻力、局部阻力和冲击能量损失。水力损失用水力效率h表示。,（四）损失与效率,Pm 机械损失功率,PV 容积损失功率,Ph 流动损失功率,Ph qVT HT,P qV HT,Pe qV H,Psh,泵或风机内部的能量平衡图
13、,25,25,1.机械损失和机械效率,圆盘摩擦损失 Pm2n3D25，是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的作用，形成回流运动，此时流体和,机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。 轴端密封与轴承的摩擦损失 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的密度有关，约占轴功率Psh的1%3%，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。,旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，约占轴功率的2%10%，是机械损失的主要部分。,26,26,（1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封
14、。,减小机械损失的一些措施,（2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。,（4）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取B/D2=2%5%。,（3）试验表明，将铸铁壳腔内表面涂漆后，效率可以提高2%3%，叶轮盖板和壳腔粗糙面用砂轮磨光后，效率可提高2%4% 。一般来说，风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。,27,27,2.容积损失和容积效率,泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，称为容积损失或泄漏损失。 容积损失主要发生在：叶轮入口与外壳密封环之间的间隙；平衡轴向
15、力装置与外壳间的间隙和轴封处的间隙；多级泵的级间间隙处；,28,28,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。,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 机械损失Pm1；,平面式密封环,中间带一小室 的密封环,曲径式密封环,直角式密封环,曲径式密封环,锐角式密封环,曲径式密封环,29,29,3.流动损失和流动效率,流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产生摩擦损失；流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起扩散损失；由于工况改变，偏离设计流量时，入口
16、流动角与叶片安装角不一致，会引起冲击损失。,1）摩擦损失和局部损失 由流体力学知道，当流动处于阻力平方区时（流体在泵与风机内的流动一般是这样），摩擦损失和局部损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：,30,30,2）冲击损失,qV0为正冲角，旋涡发生在吸力面。,qVqV,d时，11a ，=1a-10为负冲角，旋涡发生在压力面。,正冲角及速度三角形,负冲角及速度三角形,当流量偏离设计流量时，流体速度的大小和方向要发生变化，在叶片入口和从叶轮出来进入压出室时，流动角不等于叶片的安装角。,冲击损失可用下式估算，即,31,31,实践证明，在正冲角i0的情况下，由于涡流发生在叶片背面，能量损失比负冲角i0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,同时，正冲角的存在，可以增大入口过流面积，
