泵與風機課件(3)

1、華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans一、離心式葉輪的三種型式一、離心式葉輪的三種型式 1-3 1-3 葉片出口安裝角對理論能頭的影響葉片出口安裝角對理論能頭的影響 二、二、2y對對HT的影響的影響三、三、2y對對Hst及及Hd的影響的影響 四、討論四、討論五、葉片出口安裝角的選用原則五、葉片出口安裝角的選用原則 華北電力大學華北電力大學流體力

2、學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans一、離心式葉輪的三種型式一、離心式葉輪的三種型式 后向式（后向式（ 2y 90 ）徑向式（徑向式（ 2y 90 ）前向式（前向式（ 2y 90 ）為提高理論揚程為提高理論揚程HT ，設計上使設計上使 190 。則在轉速。則在轉速n、流、流量量qV、葉輪葉片一定的情況下，有：、葉輪葉片一定的情況下，有：2y2y2r222u2Tctgctg11bauugugH華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPump

3、s and Fans二、二、2y對對HT的影響的影響2y2y2r222u2Tctgctg11bauugugH 2yHT ； 2yminHTmin=0 違反了泵與風機的定義；違反了泵與風機的定義；結論：結論： 2ymaxHstmin=0（三） 違反了泵與風機的定義。違反了泵與風機的定義。華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans三、三、2y對對Hst及及Hd的影響的影響 定義反作用度：定義反作用度： TdTst1HHHH2221uu2y22rctg2121u2y2r2ctgu2r2ugu/2u

4、22u1u =0，1r2r = + 2u22r/2g22u 顯然顯然應在應在（0，1）之間。之間。 華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans三、三、2y對對Hst及及Hd的影響的影響 2u(1, 1/2), 后向式葉輪， 2y (2ymin,90)小，后向式葉輪小，后向式葉輪大，前向式葉輪大，前向式葉輪 1/2, 徑向式葉輪， 2y =90(1/2 ,0), 前向式葉輪， 2y (90,2ymax)結論：結論： HT 各種各種2y時的速度三角形及時的速度三角形及Hd、Hst的曲線圖的曲線圖

5、2ymin2ymax90u2=c2ymax2w2 =1u2=cHTHd =1/22ymin2w2w22華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans四、討論四、討論1：當：當HT=const.，重量，重量輕，投資少；輕，投資少；2：若流速：若流速流道擴散度流道擴散度前向前向式葉輪易發(fā)生邊界層分離，致使局部損失增加，效率較低；希式葉輪易發(fā)生邊界層分離，致使局部損失增加，效率較低；希望望 Hst克服管路阻力，但前向式葉輪由于克服管路阻力，但前向式葉輪由于Hd較大，在壓出較大，在壓出室由室由Hd向向H

6、st轉化時，所產(chǎn)生的壓損較大，故轉化時，所產(chǎn)生的壓損較大，故；3：，前向式葉輪，前向式葉輪較差，而后向式居中；較差，而后向式居中；4：當流量：當流量時，時，軸功率軸功率，。華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （1 1）為了提高泵與風機的效率和降低噪聲，工程上對離心）為了提高泵與風機的效率和降低噪聲，工程上對離心式泵均采用后向式葉輪；式泵均采用后向式葉輪； （2 2）為了提高壓頭、流量、縮小尺寸，減輕重量，工程上）為了提高壓頭、流量、縮小尺寸，減輕重量，工程上對小型通風機也可采用前向式

7、葉輪；對小型通風機也可采用前向式葉輪； （3 3）由于徑向式葉輪防磨、防積垢性能好，所以，可用做）由于徑向式葉輪防磨、防積垢性能好，所以，可用做引風機、排塵風機和耐磨高溫風機等。引風機、排塵風機和耐磨高溫風機等。 五、葉片出口安裝角的選用原則五、葉片出口安裝角的選用原則 華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans一、軸向渦流的概念一、軸向渦流的概念1-4 1-4 葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響 二、葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響二、葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響 華北電

8、力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans一、軸向渦流的概念一、軸向渦流的概念 葉片型線嚴格控制流體流動。葉片型線嚴格控制流體流動。葉片型線不能完全控制流體流動。葉片型線不能完全控制流體流動。 AA軸向渦流試驗軸向渦流試驗流體流體(理想理想)相對于旋轉的容器，由于其慣相對于旋轉的容器，由于其慣性產(chǎn)生一個與旋轉容器反向的旋轉運動。性產(chǎn)生一個與旋轉容器反向的旋轉運動。流體在葉輪流道中的流動流體在葉輪流道中的流動軸向渦流軸向渦流無限葉片數(shù)無限葉片數(shù)有限葉片數(shù)有限葉片數(shù)AA華北電力大學華北電力大學流體力學

9、及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans1 1、流線和速度三角形發(fā)生變化，分布不均；流線和速度三角形發(fā)生變化，分布不均； 二、葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響二、葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響 pwpw，非工作面，工作面產(chǎn)生產(chǎn)生p形成阻力矩；形成阻力矩； 2 2、軸向渦流對進、出口速度三角形的影響軸向渦流對進、出口速度三角形的影響華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans二、葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響二、葉片數(shù)有限時對理論

10、能頭的影響 3 3、使理論能頭降低：、使理論能頭降低：T1u12u2T1KHuugH 不是效率，不是由損失造成的；不是效率，不是由損失造成的；流體慣性流體慣性有限葉片有限葉片軸向滑移；軸向滑移；K = f（結構結構）。a. HT HT，即：即： bK為滑移系數(shù)為滑移系數(shù)華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans1-5 1-5 葉片式泵與風機的損失和效葉片式泵與風機的損失和效率率 Pm機械損失功率機械損失功率PV容積損失功率容積損失功率Ph流動損失功率流動損失功率PhqVTHTPqVHTPeq

11、VHPsh泵或風機內部的能量平衡圖泵或風機內部的能量平衡圖由于結構、工藝及流體粘性的影響，流體流經(jīng)泵與風機由于結構、工藝及流體粘性的影響，流體流經(jīng)泵與風機時不可避免地要產(chǎn)生各種能量損失。時不可避免地要產(chǎn)生各種能量損失。因此，盡可能地因此，盡可能地流體在泵與風機流體在泵與風機內部的內部的，以確定最合理的結構形以確定最合理的結構形式，對提高泵與風機的式，對提高泵與風機的效率，降低能耗有著十效率，降低能耗有著十分重要的意義。分重要的意義。華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans機械損失（用功率機

12、械損失（用功率Pm表示）包括：表示）包括：及及摩擦所損失的功率，一般分別用摩擦所損失的功率，一般分別用Pm1和和Pm2表表示。示。1 1、什么是機械損失、什么是機械損失 2 2、機械損失的定性分析、機械損失的定性分析 ，當葉輪在殼腔內轉動時，因當葉輪在殼腔內轉動時，因克服殼腔內的流體與蓋板之間存在的摩擦阻力克服殼腔內的流體與蓋板之間存在的摩擦阻力而消耗的能量，稱為圓盤摩擦損失功率。而消耗的能量，稱為圓盤摩擦損失功率。 一、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 ，與軸承、軸封的結構形式、填料種類、軸，與軸承、軸封的結構形式、填料種類、軸頸的加工工藝以及流體的密度有關，約占軸功率頸的加工工藝以及流

13、體的密度有關，約占軸功率Psh的的1%3%。華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans（1 1）合理地壓緊填料壓蓋，對于泵采用機械密封。）合理地壓緊填料壓蓋，對于泵采用機械密封。 3 3、減小機械損失的一些措施、減小機械損失的一些措施 （2 2）對給定的能頭，增加轉速，相應減小葉輪直徑。）對給定的能頭，增加轉速，相應減小葉輪直徑。 （4 4）適當選取葉輪和殼體的間隙，可以降低圓盤摩擦損）適當選取葉輪和殼體的間隙，可以降低圓盤摩擦損失，一般取失，一般取B/D2=2%5%。一、機械損失和機械效率

14、機械損失和機械效率 （3 3）試驗表明，）試驗表明，后，效率可以提高后，效率可以提高2%2%3%3%，后，效率可提高后，效率可提高2%2%4% 4% 。一般來說，風機的蓋板和殼腔。一般來說，風機的蓋板和殼腔較泵光滑，風機的效率要比水泵高。較泵光滑，風機的效率要比水泵高。華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans4 4、機械效率、機械效率一、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 機械損失功率的大小，用機械效率機械損失功率的大小，用機械效率m來衡量。機械效率來衡量。機械效率等于軸功率克服機械損失

15、后所剩余的功率（即流動功率等于軸功率克服機械損失后所剩余的功率（即流動功率Ph）與軸功率與軸功率Psh之比：之比：shhshmshmPPPPP機械效率和比轉速有關，表機械效率和比轉速有關，表1-31-3可用來粗略估算泵的機械效率?？捎脕泶致怨浪惚玫臋C械效率。 表表1-3 m與與ns的關系（泵）的關系（泵）比 轉 速 ns5060708090100機械效率m（%）848789919293華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans在泵與風機中，由于結構上的要求，動、靜部件之間存在泵與風機中，由于

16、結構上的要求，動、靜部件之間存在著一定的間隙，當葉輪旋轉時，在間隙兩側壓強差的作用在著一定的間隙，當葉輪旋轉時，在間隙兩側壓強差的作用下，使部分已經(jīng)從葉輪獲得能量的流體不能被有效地利用，下，使部分已經(jīng)從葉輪獲得能量的流體不能被有效地利用，而是從高壓側通過間隙向低壓側流動，造成能量損失。這種而是從高壓側通過間隙向低壓側流動，造成能量損失。這種能量損失稱為容積損失，亦稱泄漏損失，用功率能量損失稱為容積損失，亦稱泄漏損失，用功率PV 表示。表示。 二、容積損失和容積效率二、容積損失和容積效率（一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 （二）通風機的容積損失（二）通風機的容積損失 華北電力大學華北電力大學流

17、體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 泵的容積損失主要發(fā)生在以下幾個部位：泵的容積損失主要發(fā)生在以下幾個部位：；多級泵的級間間隙處；多級泵的級間間隙處；以及軸封間隙處等。以及軸封間隙處等。華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 離心泵的軸向力離心泵的軸向力華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與

18、風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 平衡孔平衡孔雙吸式葉輪雙吸式葉輪對稱排列的葉輪對稱排列的葉輪背葉片平衡軸向力原理背葉片平衡軸向力原理用平衡盤平衡軸向力用平衡盤平衡軸向力平衡鼓、平衡盤和彈簧雙向平衡鼓、平衡盤和彈簧雙向止推軸承的平衡裝置止推軸承的平衡裝置華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 為了減小葉輪入口處的容積損失為了減小葉輪入口處的容積損失q1，一般在入口處都裝，一般

19、在入口處都裝有密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)），如圖下所示。有密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)），如圖下所示。檢修中應將密封間隙嚴格控制在規(guī)定的范圍內，密封間檢修中應將密封間隙嚴格控制在規(guī)定的范圍內，密封間隙過大隙過大q1；密封間隙過??；密封間隙過小 Pm1； 平面式密封環(huán)平面式密封環(huán)中間帶一小室中間帶一小室的密封環(huán)的密封環(huán)曲徑式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)直角式密封環(huán)直角式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)銳角式密封環(huán)銳角式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （二）通風機的容積損失（二）

20、通風機的容積損失 通風機的容積損失發(fā)生在以下部位：通風機的容積損失發(fā)生在以下部位：。由于。由于軸或軸套的直徑較小，由此產(chǎn)生的軸或軸套的直徑較小，由此產(chǎn)生的外泄漏可忽略不計。外泄漏可忽略不計。和泵的情況類似，容積和泵的情況類似，容積損失損失q 的大小和間隙形式有關。的大小和間隙形式有關。 通風機容積損失示意圖通風機容積損失示意圖華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans （二）通風機的容積損失（二）通風機的容積損失 離心式通風機葉輪進口與進氣口間隙的形式可分為離心式通風機葉輪進口與進氣口間隙的

21、形式可分為（軸向間隙）和（軸向間隙）和（徑向間隙）兩種形式。（徑向間隙）兩種形式。結構其泄漏氣體破壞了主流的流動，因而較少采用。結構其泄漏氣體破壞了主流的流動，因而較少采用。間隙尺寸對風機的性能影響甚大。間隙尺寸對風機的性能影響甚大。試驗表明：試驗表明：r/D2從從0.5%減小到減小到0.05%，可使效率提高可使效率提高3%4%，通常間隙約取，通常間隙約取為為(0.010.005)D2范圍內，范圍內，D2大時取小大時取小值，反之取大值。值，反之取大值。 。 華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and

22、Fans （三）（三） 容積效率容積效率 容積損失的大小用容積效率容積損失的大小用容積效率V 來衡量。容積效率為考慮來衡量。容積效率為考慮容積損失后的功率與未考慮容積損失前的功率之比，容積損失后的功率與未考慮容積損失前的功率之比， 容積效率容積效率V 與比轉速有關，對給水泵來說，表與比轉速有關，對給水泵來說，表1-4可供參可供參考?？肌qqqqHqHqPPVVVVVVVTTTThgg ns=5060708090100qV90m3/hqV145m3/h0.800.900.8350.920.860.940.8750.950.890.9550.900.96表表1-4 給水泵的容積效率給水泵的容積效

23、率比轉速V流量華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans1 1、什么是流動損失、什么是流動損失 三、流動損失和流動效率三、流動損失和流動效率 流動損失是指：當泵與風機工作時，由于流動著的流體流動損失是指：當泵與風機工作時，由于流動著的流體和流道壁面發(fā)生和流道壁面發(fā)生、流道的幾何形狀改變使流體運動速度、流道的幾何形狀改變使流體運動速度的大小和方向發(fā)生變化而產(chǎn)生的的大小和方向發(fā)生變化而產(chǎn)生的、以及當偏離設計工況、以及當偏離設計工況時產(chǎn)生的時產(chǎn)生的等所造成的損失。等所造成的損失。2 2、流動損失的

24、定性分析、流動損失的定性分析 流動損失和過流部件的幾何形狀，壁面粗糙度、流體的流動損失和過流部件的幾何形狀，壁面粗糙度、流體的粘性以及流體的流動速度、運行工況等因素密切相關，粘性以及流體的流動速度、運行工況等因素密切相關，華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans三、流動損失和流動效率三、流動損失和流動效率 2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 由流體力學知道，當流動處于由流體力學知道，當流動處于阻力平方區(qū)時（流體在泵與風機內的流動一般是這樣），阻力平方區(qū)時（流體在泵與風機內的流動

25、一般是這樣），可定性地用下式表，可定性地用下式表示：示：232221jfVVVqKqKqKhh ，流體速度的大小，流體速度的大小和方向要發(fā)生變化，在葉片入口和從葉輪出來進入壓出室時，和方向要發(fā)生變化，在葉片入口和從葉輪出來進入壓出室時，從而產(chǎn)生沖擊損失。，從而產(chǎn)生沖擊損失。 沖擊損失可用下式估算，即沖擊損失可用下式估算，即 2d4s)(VVqqKh華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans三、流動損失和流動效率三、流動損失和流動效率 2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 當流量小于

26、設計當流量小于設計流量時，流量時，1y1，則，則=1y10，稱為正，稱為正沖角；沖角；當流量大于設計當流量大于設計流量時，流量時，1y1，則，則=1y10的情況下，由于渦流發(fā)生在葉片的情況下，由于渦流發(fā)生在葉片背面，能量損失比負沖角背面，能量損失比負沖角0時為小。因此，設計時時為小。因此，設計時,一般取一般取正沖角正沖角=35。若全部流動損失用若全部流動損失用hw表示，表示，則：則： hw= hf+ hj+ hs 同時，正沖角的存在，可同時，正沖角的存在，可以增大入口過流面積，對改善以增大入口過流面積，對改善泵的汽蝕性能也有好處。泵的汽蝕性能也有好處。 流動損失曲線流動損失曲線華北電力大學華北

27、電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans三、流動損失和流動效率三、流動損失和流動效率 3 3、流動效率、流動效率 流動損失的大小用流動效率流動損失的大小用流動效率h來衡量。流動效率等于考來衡量。流動效率等于考慮流動損失后的功率（即有效功率）與未考慮流動損失前的慮流動損失后的功率（即有效功率）與未考慮流動損失前的功率之比功率之比 ，即，即TTTehppHHHgqHgqPPVV泵與風機的總效率等于有效功率和軸功率之比。即：泵與風機的總效率等于有效功率和軸功率之比。即： hmehshhsheVPPPPPPPP華北電力大學華北電力大學流體力學及泵與風機課程組流體力學及泵與風機課程組泵與風機泵與風機 Pumps and FansPumps and Fans 【例【例 1-2】 有一輸送冷水的離心泵，當轉速為有一輸送冷水的離心泵，當轉速為1450r/min時，時，流量為流量為qV=1.24m3/s，揚程，揚程H=70m，此時所需的軸功率，此時所需的軸功率Psh=1100kW，容積效率，容積效率V=0.93，機械效率機械效率m=0.94，求流動效，求流動效