泵與風機1課件

第一章

概述第一節(jié)

泵與風機在國民經(jīng)濟中的地位與作用泵與風機是最常見，且較簡單的機械設備泵到處都是，風機也無處不在，有的結(jié)構(gòu)也非常簡單。正是因為最常見，才說明它們最有用；其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)看似簡單，其基本原理也不是太復雜，但研究泵與風機的理論卻并不簡單，有些深層的機理目前還未研究透徹。所以，很有學習的必要。第一節(jié)泵與風機在國民經(jīng)濟中的地位與作用第一章概述舉幾個簡單的例子有一井深20米，讓你設計一個方案向上抽水，選一個揚程為25米的清水泵安裝在地面上可以嗎？洪澇出現(xiàn)時，把1000t/h鍋爐給水泵拿來排澇是否可以？有些泵與風機的配用電機經(jīng)常燒毀(如換氣扇)，讓你去分析原因，應從何處著手呢？還有，如果由于擴建或設備改造等原因，原有的泵的揚程或風機的全壓不夠了，讓你提出一個改造方案。又如何去提高現(xiàn)有的泵與風機的揚程或全壓？

第一節(jié)泵與風機在國民經(jīng)濟中的地位與作用第一章概述再舉一個例子：在某礦山，地下幾百米深處，有一組抽水泵，因設備老化需要更新。

第一節(jié)泵與風機在國民經(jīng)濟中的地位與作用第一章概述有時，設計一臺泵或風機也是可能的。因風機結(jié)構(gòu)簡單，又買不著合適的，或某一風機的性能很好，讓你去測一測，然后依此放大或縮小，制造出新的風機，你應如何去做。這都是本課程要討論的內(nèi)容。第一節(jié)泵與風機在國民經(jīng)濟中的地位與作用第一章概述第二節(jié)

泵或風機

的

用途及現(xiàn)狀

1.歸屬機械之通用機械之流體機械之葉輪機械之工作機第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述2.用途正如大家所知，泵或風機的用途非常廣泛：能源生產(chǎn)行業(yè)(火力發(fā)電廠)：泵或風機的耗電量占發(fā)電量的5~10%，占廠用電的70~80%(見第一頁圖)；30萬千瓦機組泵或風機的功率就大于20000千瓦；70萬千瓦機組的引風機的功率為11000千瓦；180萬千瓦機組的給水泵功率達55000千瓦(單臺)；第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述2.用途從生產(chǎn)數(shù)量上也可以看出其用途廣泛，僅泵每年的生產(chǎn)量占機電產(chǎn)品的第二位(僅次于……？)，而僅泵的耗電量就約占全國發(fā)電量的1/4,再加上風機，耗電量就要超過全國發(fā)電量1/3。而對于制冷和熱能專業(yè)而言，泵與風機的用量是相當大的，我們所接觸到的各種設備，幾乎無一例外的包含大量的泵與風機。所以，泵與風機是很值得一學的。第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀既然泵與風機用的是如此廣泛，是不是在應用中就不存在什么問題了呢？但愿如此。以某化肥廠為例，前幾年我曾帶隊去化肥廠實習，了解到：每生產(chǎn)1噸合成氨，需耗能1400萬大卡，而國際水平500萬大卡；有時鍋爐爐渣中的可燃物就高達35%；當然，影響因素很多，但泵或風機及壓縮機的耗能占的比例這么大，其利用的不合理肯定是其中的主要因素之一。

第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀是不是就這一家的情況較差呢？回答是否定的。這幾年，我國原煤、原油及電的生產(chǎn)已位于世界前茅，但能源的緊張情況一直未得到改善當然，這與許多因素有關，但能源浪費、管理不善、耗能設備利用不合理也是一個相當重要的原因。第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀有一個較早的數(shù)據(jù)，每生產(chǎn)1美元國民生產(chǎn)總值，我國的消耗的能源等于：法國日本德國美國印度中國4.97倍4.433.842.11.6518.719KJ/1$9.79711.30420.655426.3843.39第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀另一組數(shù)據(jù)：若以單位GDP產(chǎn)出的能耗來計算能源利用效率，我國與發(fā)達國家差距極大。若以日本為1，意大利為1.33，法國為1.5，德國為1.5，英國為2.17，美國為2.67，加拿大為3.5而我國則高達11.5我國的耗能設備能源利用率比發(fā)達國家普遍低30%-40%。我國2004年的GDP占世界的份額只有4.4%，而當年我國消費的

原油、原煤、鐵礦石、鋼材、氧化鋁、水泥

卻分別占全世界消費總量的

7.4%、31%、30%、27%、25%和40%。

第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀當然，原因是多方面的，但設備運轉(zhuǎn)狀況不好也是一個重要的原因。如有的設備設計效率是90%，而實際的運行效率只有50%或更低的情況屢見不鮮。有些泵與風機就是典型的例子，它們的運轉(zhuǎn)不良也在上述數(shù)據(jù)中有很大的貢獻。因為其耗電量占了全國發(fā)電量的1/3左右，如果全國發(fā)電量為1萬億千瓦時，那么就有3000億千瓦時的電量被泵與風機消耗掉了，它們的運行狀況對上述數(shù)字的影響是不言而喻的。第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀這十幾年來，國內(nèi)一直在努力提高泵與風機的運行效率，有了一定的成績，但應該看到，存在的問題仍然不少，究其原因可能還是數(shù)量太多的緣故，運行情況復雜，不好管理所致。大家知道，效率等于輸出功率與輸入功率之比。對泵與風機而言，輸入功率是電能或機械能，而輸出功率是有一定壓力、一定流量的流體，而實際運行時的效率取決于兩方面：設計水平(設計效率)和運行情況(運行效率)。第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀買來一臺泵，設計效率很高，安裝好之后，只要能出水，其效率不就應等于設計效率了嗎？其實不一定。第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀因為泵與風機的實際工作參數(shù)同時取決于泵與風機本身的性能和運行環(huán)境，設計值只是該泵與風機可能達到的值，但在實際運行中，并不一定能在設計條件下運行。如有一臺鍋爐給水泵，設計效率為92%，(高效、高參數(shù))，如用來進行農(nóng)田灌溉或進行城市排水，可以嗎？絕對不行，不但運行效率很低(可能10%都不到)，還會造成電機燒毀事故為什么？6第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀另外，現(xiàn)在的選型方法也存在一定的弊端。舉個例子：現(xiàn)有一設備，需要的風量為50000m3/h,風壓3000Pa按規(guī)程，風量的裕量為1.05~1.1,風壓的裕量為1.1~1.15,風量留出5%的裕量，為52500m3/h,風壓留出10的裕量，為3300Pa而在選擇風機時，又無此型號的風機，按就大不就小的原則，只有選qv=60000m3/h,p=3500Pa的風機第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀假設該風機的效率為0.8。

需要留出裕量后選型后電機型號流量m3/h500005250060000全壓Pa300033003500功率kW5260.272.980最后選定的電機功率就比當初需要的功率增加了53.8%。第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述3.國內(nèi)應用現(xiàn)狀只需5萬流量，選擇了6萬的風機，該風機的設計流量(也就是最高效率時的流量)為6萬，在5萬流量運行時的效率可能只有0.7,而本應輸出80kW的電機此時也只能輸出52kW的功率，它也不在最高效率點工作，所以實際的運行效率就可想而知了。這還是較大型號的，再小的算都不算，買一個安上就行，效率嗎，自己看著辦吧。電廠中實際上也存在大馬拉小車的現(xiàn)象，以鍋爐給水泵為例，1臺200MW發(fā)電機組的給水泵，其電動機功率達5000kW，水泵的出口壓力為25.0MPa，而正常運行時的汽包壓力為16.5MPa

第二節(jié)泵或風機的用途及現(xiàn)狀第一章概述第三節(jié)泵與風機的分類

按壓力分類泵按產(chǎn)生的壓力分為：低壓泵：壓力在2MPa以下；中壓泵：壓力在2一6MPa；高壓泵：壓力在6MPa以上。風機按產(chǎn)生的風壓分為：通風機：風壓小于15kPa;鼓風機：風壓在15一340kPa以內(nèi)；壓氣機：風壓在340kPa以上。第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述按工作原理分類軸流風機風機葉片式風機容積式風機離心風機往復風機回轉(zhuǎn)風機第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述一、離心式泵與風機葉輪高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量，即流體通過葉輪后，壓能和動能都得到提高，從而能夠被輸送到高處或遠處。第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述二、軸流式泵與風機旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓推進力使流體獲得能量，升高其壓能和動能。

軸流風機示意圖

1-整流罩2-前導葉3-葉輪4-擴散筒5-整流體

第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述三、混流式泵與風機流體是沿介于軸向與徑向之間的圓錐面方向流出葉輪，部分利用葉型升力，部分利用離心力流量較大、壓頭較高，是一種介于軸流式與離心式之間的葉片式泵與風機第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述四、往復式泵與風機這種機械借活塞在汽缸內(nèi)的往復作用使缸內(nèi)容積反復變化，以吸入和排出流體此泵適用于小流量、高壓力，電廠中常用作加藥泵?；钊弥玫谌?jié)泵與風機的分類第一章概述五、齒輪泵齒輪泵具有一對互相嚙合的齒輪在輸油系統(tǒng)中可用作傳輸、增壓泵；

在燃油系統(tǒng)中可用作輸送、加壓、噴射的燃油泵；

在一切工業(yè)領域中，均可作潤滑油泵用。

齒輪泵示意圖

1-主動輪2-從動輪3-吸油管4-壓油管

第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述六、螺桿泵螺桿泵乃是一種利用螺桿相互嚙合來吸入和排出液體的回轉(zhuǎn)式泵。螺桿泵的轉(zhuǎn)子由主動螺桿和從動螺桿組成。主動螺桿與從動螺桿做相反方向轉(zhuǎn)動，螺紋相互嚙合，流體從吸入口進入，被螺旋軸向前推進增壓至排出口。第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述七、噴射泵將高壓的工作流體7，由壓力管送人工作噴嘴6，經(jīng)噴嘴后壓能變成高速動能，將噴嘴外圍的液體(或氣體)帶走。此時因噴嘴出口形成高速使擴散室2的喉部吸人室5造成真空，從而使被抽吸流體8不斷進入與工作流體7混合，然后通過擴散室將壓力稍升高輸送出去。工作流體可以為高壓蒸汽，也可為高壓水，前者稱為蒸汽噴射泵，后者稱為射水抽氣器。在電廠中都可用作抽出凝汽器中的空氣。第三節(jié)泵與風機的分類第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位泵與風機的主要參數(shù)以及它們的單位在以后的計算中起著重要的作用，如果計算前把題目給的單位都化成本節(jié)所列單位，直接代入公式就可得出正確的結(jié)果，否則在計算中就比較容易出錯。泵與風機中的參數(shù)較多，主要有：能頭(揚程H、全壓p)流量qv轉(zhuǎn)速n功率P效率η第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位一、能頭單位數(shù)量的流體所具有的能量。泵的能頭叫揚程，用H表示，表示單位重量的流體通過泵時所獲得的能量。暫時可理解為能提升的高度；單位為m.風機的能頭用p表示，叫全壓，表示單位體積的氣體通過風機時所獲得的能量，用p表示，單位為Pa(N/m2)

；單位為Pa。第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位二、流量qv(m3/s)單位時間內(nèi)流過泵或風機流體的數(shù)量(體積)。如給的是其他單位(G,m或m3/h)應換算成體積流量的標準單位。第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位三、轉(zhuǎn)速n(r/min,rpm,轉(zhuǎn)/分)泵與風機主軸每分鐘的轉(zhuǎn)速。第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位四、功率(kW)P（P57）根據(jù)測量點的不同，有三種功率：泵與風機的輸出功率(有效功率)Pe;泵與風機的輸入功率(軸功率)P;泵與風機驅(qū)動裝置的輸入功率(原動機功率)Pg;第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位五、泵與風機的效率

=輸出/輸入=Pe/P它反映了泵與風機內(nèi)部損失的大小程度。泵與風機的內(nèi)部損失由三部分組成：機械損失：機械摩擦和圓盤損失引起，用機械效率m表示；容積(泄漏)損失：內(nèi)部泄漏損失引起，用容積效率v表示；流動(水力)損失：流體流動損失和沖擊引起，用流動效率h表示。以后細講它們與泵或風機的效率的關系是：=mvh。本課程的目的：提高效率。

第一章概述第四節(jié)泵與風機的主要參數(shù)及單位第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向泵與風機的快速發(fā)展始于18世紀，由于蒸汽機的發(fā)明和采礦、鋼鐵工業(yè)的需要，出現(xiàn)了一種比較完善的以蒸汽機為動力的往復式泵與風機。之后又發(fā)明了離心式和軸流式泵與風機。與此同時歐拉和儒可夫斯基分別研究出葉片式泵與風機的基本方程式和升力公式，為泵與風機的設計提供了理論根據(jù)。到19世紀末，由于電動機的發(fā)明，泵與風機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。本世紀50年代初，我國吳仲華教授的三元流動一般理論，又使流體機械的設計理論上升到一個新的高度，對流體機械的高速發(fā)展作出了很大的貢獻。隨著科學技術的不斷進步，泵與風機正向著大容量、高轉(zhuǎn)速、高效率及自動化等方向發(fā)展。第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述1.大容量50年代，50MW的發(fā)電機組被看做是一個重大的技術成就，而今天，這一動力只能用來驅(qū)動一臺1300MW大型機組的給水泵。近年來，國內(nèi)200MW、300MW機組不斷增多，國產(chǎn)300MW機組配套的兩臺DG500-240型離心式鍋爐給水泵，驅(qū)動功率每臺為5500kW。而目前大型鍋爐給水泵的驅(qū)動功率已接近6000kW。給水泵的壓力也從超高壓13.7~15.7MPa，亞臨界壓力17.7~20MPa，已發(fā)展到超臨界壓力25.6~29.4MPa，近年來，有壓力更高達50MPa以上的產(chǎn)品。第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述1.大容量風機方面，300MW機組原配套0.7-11N923型送風機，已用引進西德TLT公司的FAF20-10-1型動葉可調(diào)軸流式風機代替；原配套的0.7-11N929型引風機，已用引進丹麥諾迪斯克公司的ASN-3000/2000N動葉可調(diào)軸流風機所代替。日本袖浦1000MW機組的軸流式送風機，其驅(qū)動功率為8000kW，美國阿姆斯電廠1300MW機組的離心式送風機、驅(qū)動功率為6700kW，這些都是目前世界上熱力發(fā)電廠的最大的輔助設備。但是泵與風機發(fā)展到大容量后，所采用的型式是不同的，由于對泵要求的壓力高，因此采用高速離心式。而風機并不要求把風壓提高，所以向軸流式發(fā)展。

第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述2.高速化隨著單元機組容量的增大，泵與風機容量迅速增加，尤其是給水泵壓力快速增長，導致轉(zhuǎn)速也很快提高。60年代，給水泵轉(zhuǎn)速一般為3000r/min，近年來已提高到7500r/min，泵的單級揚程由200m左右增加到1150m以上如美國660MW機組配套的給水泵，轉(zhuǎn)速為6500r/min，總揚程達2317m；因而級數(shù)從5級減少到2級，相應的軸的長度大大縮短，趨向于采用短而粗的剛性軸。由于轉(zhuǎn)速的提高，泵的外形尺寸大為減小，重量減少，節(jié)省了材料，搬運維修都更方便，由此帶來的經(jīng)濟效益是十分顯著的。

第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述3.高效率泵與風機是耗能大戶，泵的電能消耗占全國電能消耗的21％，風機占10％以上。從發(fā)電廠看，泵與風機耗電量占廠用電量的70％~80％，其中泵約占50％，風機約占30％。國務院節(jié)能2號指令規(guī)定：凡離心泵、軸流泵效率低于60％，通風機、鼓風效率低于70％，必須分批分期地予以改造或更換。這些年來，我國在這方面做了大量工作，如改進后的4-13.2(73)型后彎機翼葉片離心式送引風機的效率可達90％左右，原10Sh-6型泵改進為250S-65型，效率由79％提高到84％，原DG500-140型給水泵，改進為DG450-180型后，效率由72％提高到89％。第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述4.可靠性由于泵向大容量、高速化方向發(fā)展，因此對泵的可靠性要求越來越高。前蘇聯(lián)投入很大力量從事泵的汽蝕研究，如研究汽蝕新生、潛在汽蝕、斷裂汽蝕等；人們從事材料研究，進行材料抗汽蝕能力的試驗，研究評價方法和預測泵零件汽蝕壽命的方法；還從事密封研究，近幾年在工業(yè)中廣泛應用端面密封，在輸送腐蝕性和磨損性介質(zhì)時，這種密封能承受壓力達45MPa，溫度為-200~450℃，摩擦滑動速度達100m/s。目前，具體對大型鍋爐給水泵提出下列可靠性的要求：到大修時的工作壽命為15000~30000h；轉(zhuǎn)子的振動穩(wěn)定性(在軸承體處測量)不應大于35~50μm；振動速度的均方值不應超過7~8.5mm/s；不會由于熱膨脹而破壞泵的對中；泵和管路表面溫度低于45℃；限制最小啟動時間；泵體上下溫度差不超過15~20℃；泵轉(zhuǎn)子可以在n=10~15r/min下轉(zhuǎn)動。最近還提出了泵中汽化時泵能干轉(zhuǎn)5min的要求等。第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述

4.可靠性風機容量也在增大，可靠性要求同樣愈來愈高。據(jù)報道，美國西屋電氣公司建成一臺6.7MW(9000hp)的變速汽輪機驅(qū)動的試驗臺。還對風機安全可靠性做超速試驗、振動試驗、臨界轉(zhuǎn)速和諧振轉(zhuǎn)速試驗等。

第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述

5.低噪聲熱力發(fā)電廠是一個強烈的噪聲源，如300MW機組的送風機附近的噪聲高達124dB，一般希望控制在90dB以下，其他引風機、給水泵、電動機、球磨機等也是高噪聲源。噪聲污染如同空氣污染、水污染一樣，對人們健康是十分有害的。隨著工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護、勞動保護科學技術的進步，噪聲的危害不僅被人們所認識，而且已被設法進行控制。

第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述

6.自動化隨著科學技術的發(fā)展，自動檢測技術、自動控制技術和計算機已不僅逐步應用于泵與風機的設計、繪圖、制造過程中，而且還日益廣泛地應用在泵與風機的運行上，如泵與風機的自動啟停；流量、壓力、溫度等參數(shù)的自動檢測、顯示和控制；主要參數(shù)的上下限報警以及泵與風機的自動聯(lián)鎖、保護等。不僅如此，國內(nèi)外有的泵與風機的實驗裝置已實現(xiàn)自動化?？傊?，自動化水平隨著機組大容量化和高速化而不斷地發(fā)展和提高。

第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述

6.自動化隨著科學技術的發(fā)展，自動檢測技術、自動控制技術和計算機已不僅逐步應用于泵與風機的設計、繪圖、制造過程中，而且還日益廣泛地應用在泵與風機的運行上，如泵與風機的自動啟停；流量、壓力、溫度等參數(shù)的自動檢測、顯示和控制；主要參數(shù)的上下限報警以及泵與風機的自動聯(lián)鎖、保護等。不僅如此，國內(nèi)外有的泵與風機的實驗裝置已實現(xiàn)自動化?？傊詣踊诫S著機組大容量化和高速化而不斷地發(fā)展和提高。

第五節(jié)泵與風機的發(fā)展及方向第一章概述第六節(jié)流體力學基本知識復習

粘度、理想流體、牛頓流體、非牛頓流體的基本概念；不可壓縮流體：dρ/dt=0還是ρ=const？實際上，流體都是可壓縮的。判斷依據(jù)？以馬赫數(shù)為判別依據(jù)，如M<0.3，則可視為不可壓縮流體。而,在20℃時，c=345m/s，用M<0.3計算，只要流速不大于100m/s，就可把流體看成是不可壓縮流體。在實際中，風機所處理的流體的速度一般<30m/s；水的流速<3m/s,而水中聲速為1500m/s。所以，無論是氣體還是液體，在泵與風機中都可看成是不可壓縮流體。因此在以后的處理中，就不考慮流體的可壓縮性問題。

第六節(jié)流體力學基本知識復習第一章概述流量單位時間內(nèi)流過某一斷面的流體的數(shù)量。根據(jù)計量單位的不同，有可分為：體積流量qv(國內(nèi)多用Q）：單位時間內(nèi)流過某一斷面的流體的體積，單位m3/s，泵與風機中多用此單位。重量流量G：單位時間內(nèi)流過某一斷面的流體的重量，單位N/s。質(zhì)量流量m：單位時間內(nèi)流過某一斷面的流體的質(zhì)量，單位kg/s。它們的關系：G=γqv,m=ρqv。

第六節(jié)流體力學基本知識復習第一章概述流速qv=vA,注意斷面的面積應為與流速相垂直的面積，如計算流速V2應用哪一個面積？壓力(壓強)p=P/A。第六節(jié)流體力學基本知識復習第一章概述一維流動的連續(xù)性方程ρ1A1v1=ρ2A2v2因ρ1=ρ2故A1v1=A2v2知道其中3個量可求另外一個量。

第六節(jié)流體力學基本知識復習第一章概述一維流動的伯努力方程?z1+p1/γ+v12/2g=z2+p2/γ+v22/2gm因此，上式具有高度的量綱：[m][m]=[mN/N]=[J/N]--單位重量流體所具有的能量。

第六節(jié)流體力學基本知識復習第一章概述一維流動的伯努力方程z1+p1/γ+v12/2g=z2+p2/γ+v22/2gm上式兩端同乘γ有：γz1+p1+ρv12/2=γz2+p2+ρv22/2Pa上式具有壓力的量綱:[Pa][Pa]=[N/m2]=[Nm/m3]=[J/m3]--單位體積流體所具有的能量。第六節(jié)流體力學基本知識復習第一章概述一維流動的伯努力方程z1+p1/γ+v12/2g=z2+p2/γ+v22/2gm還有一個單位