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1、泵 与 风 机,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）、通风 建筑工业：给排水、通风、空调、供暖 医学：人工心脏 电力工业： 火电：煤燃烧需要空气、产生烟气；工质水 核电：工质水，润滑冷却,第 二 节 泵与风机的分类,二、按工作原理 叶片 容积 其它 叶片对流体做功 工作室容积周期改变 三、按轴与基准的相对位置 卧式、 立式,一、按产生能头大小,低压泵（6MPa),通风机（ 340KPa),四、
2、按用途 给水泵、循环水泵、冷却水泵 送风机、引风机、增压风机,叶片式,离心,轴流,斜流,旋涡,叶轮,离心,斜流,轴流,旋涡,容积式,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）,其它,喷射泵,高速气流或水流 形成真空 抽吸,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 离心泵，根据轴上叶轮个数分为： 单级泵、多级泵,1、叶轮,作用：做功元件 分类：封闭叶轮 （前后盖板、轮毂、叶片） 半开叶轮 全开叶轮 （单吸、双吸） 特点：效率高 效率低 适用场合：输送清水
3、 输送含杂质流体,2、轴,作用：传递扭矩。 分类： 水平、 阶梯,轴套；保护轴,3、吸入室,特点及适用场合： 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,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，将流体平稳引入叶轮。 类型：,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
4、较大。节段多级泵。 螺旋形：流动损失小。单级、多级泵。 5、导叶 多级泵中 改变上级叶轮出口流体流动方向，并引入下级叶轮。,6、密封装置 密封环 轴向密封（轴封） 叶轮与泵壳间间隙 轴端与泵壳间间隙,平环 角环 迷宫式,填料（结构简单、成本低、效果差） 机械（结构复杂、安装运行要求高、效果好） 浮动环 迷宫,（二）离心风机主要部件,主要部件：叶轮、轴、蜗壳、集流器、进气箱,集流器：叶轮前，引导流体进入叶轮 圆筒形 圆锥形 锥弧形 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。,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
5、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） Pe 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 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
6、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。 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、流体相对于旋转的叶轮从叶轮入口到出口相对运动, w 实际运动：圆周运动 u 与相对运动 w 的合运动 v 实际速度：,构成矢量三角形，即速度三角形,u,w,v,一、离心式泵与风机的工作原理,（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
7、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,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 ,中任意3个，唯一决定一速度三角形,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=1200
8、r/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,能量方程式分析：参考教材 四、离心式叶轮叶片型式分析,后弯 径向 前弯 2a 90,假设: 叶轮外径相同,流量相同,转速相同v2m相同,u2相同 流体径向进入叶轮 1=90, V1u=0,(一)理论扬程 HT= HT=1/g(u2V2u-u1V1u)= 1/g(u2V2u)=1/g(u2V2u) HT后弯 HT径向弯 HT前弯 (二)静
9、扬程所占的比例, 后弯 径向 前弯 V2u 0u2 u2 12u2 11/2 1/2 1/20,(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:介于于两者之间,出口径向,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，为降低轴功率、提高效率，一般采用后弯。 离心风机，三种叶型都有。要求高效，采用后弯； 要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向。,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v=10m/s的速度径向进入
10、叶轮，出口相对速度也为径向。画出叶轮进出口处速度三角形,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=v1m u1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1,2、出口相对速度为径向 2= 90o v2m=w v2u=u2 u2=D2n/60=33.5m/s qv1=qv2 D1 b1v1m= D2 b2v2m v2m = 3.75m/s 由2 v2m u2,pT= (u2V2u-u1V1u)= (u2V2u)= u22=1347Pa,理想流体、理想叶轮 修正 五、实际叶轮中运动 轴向涡流 相对于旋转叶轮，流体在流道中反方向旋转。 影响： 流体出口相对速度
11、角减小，小于安装角，理论扬程下降。 修正： 滑移系数 或 环流系数 K 六、实际流体流动 实际流体，损失 修正： 流动效率,七、预旋 预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。,10 正预旋 190， v1u0,负预旋 能头降低 能头增加 原因： 结构原因 流量改变（流量减小，正预旋 ；流量增大，负预旋 ）,第二节 轴流式泵与风机叶轮理论,一、概述,原理： 原动机带动叶轮旋转叶片对流体做功 流体能量增加 升力（轴向推力）作用下流体流出叶轮 特点： （1）结构简单、体积小、重量轻 （2）流量大，能头低 （3）叶片角度可调，变工况调节性能好 （4）可调叶片转子结构较复杂 （5）噪音大,二、流体在叶轮中运动及
12、速度三角形,运动复杂： 圆周运动、相对运动 实际运动,Vm：绝对速度的轴向分速度,三、速度三角形分析 假设： 圆柱层无关（流体沿圆柱面分层流动，在轴向不发散，半径不变。 进出口u1=u2=u） 理想流体 分析： 与离心式相似，但 由于对于任意点u1=u2=u，u不变，进出口速度三角形画在一起，共用u。 任意点的Va不变 (流量不变，分层流动) 12 （提高能头）,四、能量方程 动量矩定理,u1=u2，少一项，理论能头比离心式低 12 ，w1w2，能头提高 绕流升力理论 见P49 五、轴流式泵与风机基本类型 单个叶轮,出口速度有圆周分速度 ，即出口旋转 ，能量损失 单个叶轮，后置导叶 单个叶轮，
13、前置导叶 单个叶轮，前后置导叶,例题,有一轴流泵，在叶轮半径300mm处，水以10m/s速度沿轴向流入，若出口绝对速度为15m/s，叶轮转速1000r/min，求理论扬程。 （轴流，等环量或能量设计，任意点，计算半径不同，但获得能量均相同） 解： 轴向流入， V1u=0 V=V1m u2 = u=D2n/60=31.4m/s 根据轴流速度三角形特点 V2m =V1m=10m/s 由 v2=15m/s 画速度三角形,第二章 泵与风机的性能,第一节 功率、损失与效率,一、功率,1、轴功率 原动机传到泵与风机轴上的功率 P 输入 2、有效功率 流体通过泵与风机得到的功率 Pe 输出,3、原动机功率 原动机输出功率 Pg=P/tm tm传动效率 4、原动机输入功率 P g, in P g, in=Pg/ g 5、选择原动机功率 选择原动机时必须考虑的功率 PM PM = P g, in K K安全富裕系数,例 一风机设计参数为：流量60000m3/h ，全压1200 Pa，效率85%，若将该风机与一电机直联传动，电动机效率98%，电动机铭牌24000w，问风机能否正常工作？,电动机铭牌功率为输入功率, 不能正常工作,
