第二章泵與風機性能

1、第二章泵與風機的性能第二章泵與風機的性能 理解并掌握泵與風機的理解并掌握泵與風機的各種功率、損失、效率各種功率、損失、效率及相互關(guān)系及相互關(guān)系; 理解泵與風機的理解泵與風機的理論性能曲線與實際性能曲線理論性能曲線與實際性能曲線，以及兩者之，以及兩者之間的差異和差異產(chǎn)生的原因間的差異和差異產(chǎn)生的原因; 熟悉并掌握熟悉并掌握葉片式泵與風機實際性能曲線葉片式泵與風機實際性能曲線的特性。的特性。最合理的結(jié)構(gòu)形式，找出提高經(jīng)濟性的措施最合理的結(jié)構(gòu)形式，找出提高經(jīng)濟性的措施 功率：單位時間內(nèi)所做的功。功率：單位時間內(nèi)所做的功。n有效功率：單位時間內(nèi)流體通過泵或風機實際獲有效功率：單位時間內(nèi)流體通過泵或風機

2、實際獲得的能量。得的能量。n泵：泵：n風機：全壓功率風機：全壓功率,kW1000vegq HP,1000veq pPkW,1000vste stq pPkW靜壓功率靜壓功率風機的靜壓風機的靜壓 風機的全壓減去風機出口截面處的動壓風機的全壓減去風機出口截面處的動壓pd2稱為風稱為風機的靜壓。用機的靜壓。用pst表示，即：表示，即：2std221112pppppv（Pa）風機的靜壓就是風機葉輪出口靜壓與進口靜壓之差。風機的靜壓就是風機葉輪出口靜壓與進口靜壓之差。 （）（） 原動機傳遞到泵或風機軸上的功率原動機傳遞到泵或風機軸上的功率 ,1000evPgq HPkw,1000vq pPkw原動機的原

3、動機的輸出輸出功率功率 tmvtmgHgqPP1000tmvgpqP1000 tmtm傳動效率傳動效率：電動機直聯(lián)電動機直聯(lián)1.01.0，聯(lián)軸器直聯(lián)，聯(lián)軸器直聯(lián)0.980.98，皮帶傳動，皮帶傳動0.950.95。 tmMPKP安全系數(shù)安全系數(shù)K一般電廠中取一般電廠中取1.15 內(nèi)功率內(nèi)功率 實際消耗于流體的功率稱為泵與風機的內(nèi)功率，用實際消耗于流體的功率稱為泵與風機的內(nèi)功率，用Pi表示。它等于有效功率表示。它等于有效功率加上除軸承、軸封外在泵與風機內(nèi)損加上除軸承、軸封外在泵與風機內(nèi)損失掉的功率失掉的功率。即：。即：Pi =Pe+P （kW） Pi Pe P%100ie PPi 內(nèi)效率內(nèi)效率

4、泵與風機的有效功率與內(nèi)功率之比稱為泵與風機的內(nèi)泵與風機的有效功率與內(nèi)功率之比稱為泵與風機的內(nèi)效率（風機稱為全壓內(nèi)效率）。效率（風機稱為全壓內(nèi)效率）。 用用 i 表示，即：表示，即：靜壓效率靜壓效率: :靜壓效率是指風機的靜壓有效功率和軸功率之比，用靜壓效率是指風機的靜壓有效功率和軸功率之比，用 st表示表示，即：，即：%100iestist PP 靜壓內(nèi)效率靜壓內(nèi)效率:靜壓內(nèi)效率等于靜壓有效功率與內(nèi)功率之比，用靜壓內(nèi)效率等于靜壓有效功率與內(nèi)功率之比，用 ist表示，即：表示，即：損失、效率損失、效率n機械損失機械損失（泄漏損失）（泄漏損失）與與有關(guān)的損失有關(guān)的損失n流動損失流動損失與與的損失的

5、損失 為盡量減為盡量減少損失提少損失提高效率高效率 功率功率損失損失效率效率 需研究產(chǎn)生損失的原因原因程度程度需討論 及相互間關(guān)系。PhqVTHTP qVHTPeqVHP Pm PV Ph軸封、軸承的機械摩擦損失軸封、軸承的機械摩擦損失 葉輪前、后蓋板與流體摩擦產(chǎn)生的圓盤摩擦損失葉輪前、后蓋板與流體摩擦產(chǎn)生的圓盤摩擦損失 。：與軸封、軸承的結(jié)構(gòu)形式、潤滑：與軸封、軸承的結(jié)構(gòu)形式、潤滑狀況、流體密度等有關(guān)。狀況、流體密度等有關(guān)。：圓盤與流體相對運動，以：圓盤與流體相對運動，以及葉輪兩側(cè)流體的渦流。及葉輪兩側(cè)流體的渦流。：與軸封、軸承的結(jié)構(gòu)形式、潤：與軸封、軸承的結(jié)構(gòu)形式、潤滑狀況、流體密度等有關(guān)

6、?；瑺顩r、流體密度等有關(guān)。：圓盤與流體相對運動，：圓盤與流體相對運動，以及葉輪兩側(cè)流體的渦流。以及葉輪兩側(cè)流體的渦流。圓盤摩擦損失大小圓盤摩擦損失大?。杭醇磁c葉輪外徑的五次方成正比，與葉輪轉(zhuǎn)速的三次方成正比，與流體與葉輪外徑的五次方成正比，與葉輪轉(zhuǎn)速的三次方成正比，與流體密度成正比。密度成正比。圓盤摩擦系數(shù)圓盤摩擦系數(shù)K=f(ReK=f(Re、B/DB/D2 2 、粗糙度、粗糙度）（）（其中其中B B為間為間隙），一般可取隙），一般可取K=0.85K=0.85。6223210DuKPdfPdfn3D25Pdfn3D25n采用合理的葉輪，對高壓泵與風機，采用多級采用合理的葉輪，對高壓泵與風機，采

7、用多級葉輪，而非增大葉輪直徑來提高能頭。必要時葉輪，而非增大葉輪直徑來提高能頭。必要時提高轉(zhuǎn)速，減小葉輪直徑。提高轉(zhuǎn)速，減小葉輪直徑。n提高比轉(zhuǎn)數(shù)提高比轉(zhuǎn)數(shù)n保持接觸面光滑，減少摩擦。保持接觸面光滑，減少摩擦。比比 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 數(shù)數(shù)s3/43.65Vn qnHy3/420Vn qnp泵的比轉(zhuǎn)數(shù)泵的比轉(zhuǎn)數(shù) 風機的比轉(zhuǎn)數(shù)：風機的比轉(zhuǎn)數(shù)： 2020ppdfmPPPPHgqPPPTvTmm67100107. 01smnn流體從高壓區(qū)側(cè)通過運動部件與靜止部件之間的間隙泄漏到低壓流體從高壓區(qū)側(cè)通過運動部件與靜止部件之間的間隙泄漏到低壓區(qū)，從而使流量有一定的損失，使區(qū)，從而使流量有一定的損失，使qvqvT， q叫

8、容積損失。它只叫容積損失。它只與流量有關(guān)，也叫流量損失。與流量有關(guān)，也叫流量損失。 葉輪入口與外殼密封環(huán)之間的間隙（葉輪入口與外殼密封環(huán)之間的間隙（A線）線） PV1；平衡軸向力裝置泄漏平衡軸向力裝置泄漏 PV2；軸封泄露軸封泄露 PV3（相對較?。ㄏ鄬^?。? 多級泵前后級之間隔板、軸套間隙；圖中多級泵前后級之間隔板、軸套間隙；圖中 B線，此部分泄露又回到回路中，不影響線，此部分泄露又回到回路中，不影響 流量。流量。 PV= PV1+ PV2+ PV3 葉輪入口與外殼之間的間隙處葉輪入口與外殼之間的間隙處q1( PV1)；多級泵的級間間隙處多級泵的級間間隙處q2；平衡軸向力裝置與外殼之間的

9、間隙處以及軸封間平衡軸向力裝置與外殼之間的間隙處以及軸封間隙處等隙處等q3。(平衡軸向力裝置泄漏平衡軸向力裝置泄漏 PV2；軸封泄露；軸封泄露 PV3）;n維持動靜部件間的最佳間隙，隨著運行時間延長，維持動靜部件間的最佳間隙，隨著運行時間延長，間隙增大，效率會降低。間隙增大，效率會降低。n增大間隙中的流阻增大間隙中的流阻q增加密封的軸向長度，可增大間隙內(nèi)沿程阻力增加密封的軸向長度，可增大間隙內(nèi)沿程阻力q在間隙入口和出口采取節(jié)流措施，增大間隙內(nèi)流動在間隙入口和出口采取節(jié)流措施，增大間隙內(nèi)流動的局部阻力的局部阻力q采取不同形式的密封環(huán)采取不同形式的密封環(huán)泄漏量：泄漏量：2qAg H容積效率：容積效

10、率：mvvTvvmvTTvTPPPgq HqPPgq Hq3268. 011svn與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系：隨著比轉(zhuǎn)數(shù)減少（葉輪隨著比轉(zhuǎn)數(shù)減少（葉輪直徑增加），葉輪間隙直徑增加），葉輪間隙兩側(cè)壓差增加，容積損兩側(cè)壓差增加，容積損失增加失增加，容積效率減小。，容積效率減小。n是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。21224vfqKgvRlh22vjqKh 24)(vdvsqqKh 不僅與流體輸送量有關(guān)，還與該流量與不僅與流體輸送量有關(guān)，還與該流量與設計流量的偏差有關(guān)設計流量的偏差有關(guān)流量、沖角與沖擊損失的關(guān)系流量、沖角

11、與沖擊損失的關(guān)系 沖角：沖角：相對速度方向與相對速度方向與間的夾間的夾 角稱為沖角角稱為沖角 。流量、沖角流量、沖角 與沖擊損失的關(guān)系與沖擊損失的關(guān)系： 當當qvqvd 時，時， 1 0 為正沖角，損失較小。為正沖角，損失較小。 當當qv=qvd 時，時， 1 = 1a， = 1a- 1 =0 為零沖角，損失為零。為零沖角，損失為零。 當當qvqvd 時，時， 1 1a， = 1a- 1 0222222cotaTvTuuHqgg D bvTTBqAHH隨流量增加而線性減少；隨流量增加而線性減少； 隨安裝角增加，隨安裝角增加，B減小，減小，H減少趨勢減緩。減少趨勢減緩。 0290a2cot0a前

12、彎式葉輪前彎式葉輪B0H隨流量增加而線性增大；隨流量增加而線性增大；隨安裝角增加，直線斜率增大，隨安裝角增加，直線斜率增大，H增加趨勢加快。增加趨勢加快。 222222cotaTvTuuHqgg D bvTTBqAHqvT Aab cHT2 a9002 a=9002 a900 A/B 隨隨安裝角增加安裝角增加，揚揚程由陡直下降變?yōu)槌逃啥钢毕陆底優(yōu)槠交陆?，甚至平平滑下降，甚至平穩(wěn)增加，直至急劇穩(wěn)增加，直至急劇增加增加n是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。21224vfqKgvRlh22vjqKh 24)(vdvsqqK

13、h 不僅與流體輸送量有關(guān)，還與該流量與不僅與流體輸送量有關(guān)，還與該流量與設計流量的偏差有關(guān)設計流量的偏差有關(guān)HTqvT HTqvT 摩擦、渦流損失摩擦、渦流損失泄漏損失泄漏損失以后彎式為例以后彎式為例HqvHq vTHqv vTTBqAHn葉片有限時，環(huán)流系數(shù)葉片有限時，環(huán)流系數(shù)K1，是結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，是結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，與葉片數(shù)、與葉片數(shù)、r1/r2有關(guān)，與流量有關(guān)，與流量無關(guān)。使曲線下移無關(guān)。使曲線下移n由于摩擦損失、沖擊損失，使由于摩擦損失、沖擊損失，使H qvk 區(qū)域工作。區(qū)域工作?？傏厔荩嚎傏厔荩篐隨隨q.v.的增大而減小。形狀與結(jié)構(gòu)及葉片安裝角有關(guān)。的增大而減小。形狀與結(jié)構(gòu)及葉片安裝

14、角有關(guān)。mvTTPPgq HhvTTPgq HmhPPPvTvTaTTqBAqbDguKguKKHHcot222222由于：由于：根據(jù)前面分析：根據(jù)前面分析：則則：所以：所以：因：因：Pm與與qvT無關(guān)，因此可先求流動功率無關(guān)，因此可先求流動功率Ph與與qvT的關(guān)系的關(guān)系2( ()vTTvTvhTvTTvgq HgPg AqqqB qAB0290a2cot0a徑向式葉輪徑向式葉輪 這是一條過原點的直線，隨流量增加，流動功率直線增加這是一條過原點的直線，隨流量增加，流動功率直線增加 理想工況下理想工況下22hvTPK u q2( ()vTTvTvhTvTTvgq HgPg AqqqB qABvT

15、vTaTTqBAqbDguKguKKHHcot2222220290a2cot0aBAqvT后彎式葉輪后彎式葉輪Ph曲線為一條過原點的拋物線，與曲線為一條過原點的拋物線，與qvT有兩個交點，一有兩個交點，一個是個是qvT0，另一個是另一個是B0vTvTaTTqBAqbDguKguKKHHcot2222222( ()vTTvTvhTvTTvgq HgPg AqqqB qAB0290a2cot0a前彎式葉輪前彎式葉輪Ph曲線為一條過原點的上升曲線，隨曲線為一條過原點的上升曲線，隨qvT增加而急劇增大增加而急劇增大B0vTvTaTTqBAqbDguKguKKHHcot2222222( ()vTTvTv

16、hTvTTvgq HgPg AqqqB qAB實際狀況下實際狀況下（以后彎式為例以后彎式為例）n在在q vT Ph性能曲線上加一等值的性能曲線上加一等值的Pm 即得即得q vT P曲線；曲線；n從從q vT P曲線上對應曲線上對應q vT 減泄漏損失減泄漏損失qv即得即得q v P曲線。曲線。n在空載狀態(tài)（在空載狀態(tài)（q qvTvT0）下，軸功率由兩部分組成：）下，軸功率由兩部分組成： vmPPh導致溫度升高導致溫度升高 PHgqPPve1000p當當qv0和和H0時，時，0 0，因因此，理論上，效率曲線是一條過此，理論上，效率曲線是一條過原點的拋物線。原點的拋物線。p實際上，效率曲線不可能出

17、現(xiàn)第實際上，效率曲線不可能出現(xiàn)第二個零點。二個零點。p但存在一個最高效率點。但存在一個最高效率點。前向式葉輪的效率較低，但在前向式葉輪的效率較低，但在額定流量附近，效率下降較慢；額定流量附近，效率下降較慢；而徑向式葉輪的效率居中。而徑向式葉輪的效率居中。因此，為了提高效率，因此，為了提高效率，泵幾乎不采用前向式葉輪泵幾乎不采用前向式葉輪，而采，而采用后向式葉輪。即使對于用后向式葉輪。即使對于風機，也趨向于采用效率較高的后風機，也趨向于采用效率較高的后向式葉輪向式葉輪。 離心式葉輪性能曲線分析離心式葉輪性能曲線分析 n一定流量下，對應一個揚程，功率和一定流量下，對應一個揚程，功率和效率，稱為一個

18、效率，稱為一個工況點工況點；最高效率對；最高效率對應最佳工況點；最高效率左右（應最佳工況點；最高效率左右（85859090區(qū)域）稱為區(qū)域）稱為高效工作區(qū)高效工作區(qū)；要求泵；要求泵與風機在高效工作區(qū)工作。與風機在高效工作區(qū)工作。 nq qvTvT0 0時（閥門全關(guān)），為空轉(zhuǎn)狀態(tài)，時（閥門全關(guān)），為空轉(zhuǎn)狀態(tài)，消耗功率，這部分功率轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)消耗功率，這部分功率轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，使水溫升高，可能產(chǎn)生汽化，因能，使水溫升高，可能產(chǎn)生汽化，因此，此，泵運行有一個最小流量要求泵運行有一個最小流量要求；。 從功率曲線看，離心式葉輪空從功率曲線看，離心式葉輪空轉(zhuǎn)時，軸功率最?。ㄞD(zhuǎn)時，軸功率最?。ㄔO計軸功率的設計

19、軸功率的30%30%左右左右），），應在空載狀態(tài)啟動應在空載狀態(tài)啟動；：一般泵葉輪，采用后彎：一般泵葉輪，采用后彎式葉片，其揚程曲線總體上隨流量增式葉片，其揚程曲線總體上隨流量增加而下降；但其形狀與安裝角有關(guān)，加而下降；但其形狀與安裝角有關(guān)，隨安裝角增加，曲線由陡直下降趨于隨安裝角增加，曲線由陡直下降趨于平坦，最后可能出現(xiàn)平坦，最后可能出現(xiàn)“駝峰駝峰”形式。形式。HqHqv v曲線一般為曲線一般為“駝峰駝峰”形曲線；軸功率增加很形曲線；軸功率增加很快，電機容易超載，應取較大安全系數(shù)；而后彎式葉片功率曲線快，電機容易超載，應取較大安全系數(shù)；而后彎式葉片功率曲線增加緩慢，且有一最大功率點，電機不易

20、超載。增加緩慢，且有一最大功率點，電機不易超載。n前彎式葉輪風機效率遠低于后彎式前彎式葉輪風機效率遠低于后彎式。 離心泵性能曲線n離心式葉輪高效的范圍寬離心式葉輪高效的范圍寬n軸流式葉輪高效的范圍窄軸流式葉輪高效的范圍窄n(1)(1)q qv vH(qH(qv vp)p)性能曲線，在小流量區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)駝峰形狀，性能曲線，在小流量區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)駝峰形狀，。n(2)(2)功率功率P P在空轉(zhuǎn)狀態(tài)在空轉(zhuǎn)狀態(tài)( (q qv v0)0)時最大，隨流量的增加而減小，為避免時最大，隨流量的增加而減小，為避免原動機過載，原動機過載，。如果葉。如果葉片安裝角是可調(diào)的，在葉片安裝角小時軸功率也小，所以對片安裝角是可調(diào)的

21、，在葉片安裝角小時軸功率也小，所以對可調(diào)葉可調(diào)葉片的軸流式泵與風機可在小安裝角時啟動片的軸流式泵與風機可在小安裝角時啟動。 軸流式泵與風機高效區(qū)窄，軸流式泵與風機高效區(qū)窄， 但如果采用可調(diào)葉片，則可但如果采用可調(diào)葉片，則可 使之在很大的流量變化范圍使之在很大的流量變化范圍 內(nèi)保持高效率，這就是可調(diào)內(nèi)保持高效率，這就是可調(diào) 葉片軸流式泵與風機較為突葉片軸流式泵與風機較為突 出的優(yōu)點。出的優(yōu)點。FAF30-13-1軸流風機性能曲線軸流風機性能曲線(660MW送風機送風機)動葉片的安裝角度動葉片的安裝角度離心引風機性能曲線離心引風機性能曲線 入口導流器的角度入口導流器的角度VPmPhP當泵啟動運行正

22、常后，根據(jù)裝在當泵啟動運行正常后，根據(jù)裝在( )的測量的測量儀表的壓力讀數(shù)，可以計算出泵的揚程。儀表的壓力讀數(shù)，可以計算出泵的揚程。 A.吸水池和壓水池的液面處吸水池和壓水池的液面處 B.泵的入口處泵的入口處(唯一唯一) C.泵的出口處泵的出口處(唯一唯一) D.泵的入口和出口處泵的入口和出口處泵與風機的主要性能參數(shù)之一的功率是指（泵與風機的主要性能參數(shù)之一的功率是指（）A.泵或風機的輸出功率泵或風機的輸出功率B.泵或風機的輸入功率泵或風機的輸入功率C.配套電動機的輸出功率配套電動機的輸出功率D.配套電動機的輸入功率配套電動機的輸入功率離心式泵與風機在定轉(zhuǎn)速下運行時，為了避免啟離心式泵與風機在

23、定轉(zhuǎn)速下運行時，為了避免啟動電流過大，通常在動電流過大，通常在( )A.閥門稍稍開啟的情況下啟動閥門稍稍開啟的情況下啟動 B.閥門半開的情況下啟動閥門半開的情況下啟動C.閥門全關(guān)的情況下啟動閥門全關(guān)的情況下啟動 D.閥門全開的情況下啟動閥門全開的情況下啟動對動葉可調(diào)的軸流式風機，為了避免啟動電流過對動葉可調(diào)的軸流式風機，為了避免啟動電流過大，應大，應( )啟動。啟動。A.關(guān)閉動葉片關(guān)閉動葉片B.全開動葉片全開動葉片C.半開動葉片半開動葉片D.將動葉片調(diào)到效率最高的角度時將動葉片調(diào)到效率最高的角度時 對一臺對一臺qvH曲線無不穩(wěn)區(qū)的離心泵，通過在泵曲線無不穩(wěn)區(qū)的離心泵，通過在泵的出口端安裝閥門進行節(jié)流調(diào)節(jié)，當將閥門的開的出口端安裝閥門進行節(jié)流調(diào)節(jié)，當將閥門的開度關(guān)小時，泵的流量度關(guān)小時，泵的流量qv和揚程和揚程H的變化為的變化為( )A.qv與與H均減小均減小 B.qv與與H均增大均增大C.qv減小，減小，H升高升高 D.qv增大，增大，H降低降低泵與風機的（泵與風機的（ ）大小不影響流量和揚程。）大小不影響流量和揚程。 A.容積損失容積損失