第二章-泵及風(fēng)機(jī)性能

第二章泵與風(fēng)機(jī)的性能ChapterThreePerformanceofPumpandFans第一節(jié)功率、損失與效率PeriodonePowerandEfficiency第二節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線PeriodTwoPerformanceCurveforPumpandFans第三節(jié)性能曲線的測(cè)試方法PeriodThreeTestMethodforPerformanceCurve泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能第一節(jié)功率、損失與效率一、功率

三、容積損失和容積效率四、流動(dòng)損失和流動(dòng)效率

引言二、機(jī)械損失和機(jī)械效率

泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置泵與風(fēng)機(jī)原動(dòng)機(jī)配套功率：Pgr=KPg，K為容量安全系數(shù)（額定條件下）。效率：傳動(dòng)效率：

tm有效功率：（kW）

軸功率：傳到泵與風(fēng)機(jī)軸上的功率

（kW）

原動(dòng)機(jī)輸出功率：（kW）泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能一、功率1.有效功率◆定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，流體通過(guò)泵（風(fēng)機(jī)）所獲得的機(jī)械能，是泵（風(fēng)機(jī)）的輸出功率?！舯磉_(dá)式：泵：風(fēng)機(jī)：2.軸功率◆定義：原動(dòng)機(jī)傳給泵或風(fēng)機(jī)軸上的功率。是泵（風(fēng)機(jī)）的輸入功率?！舯磉_(dá)式：泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能3.原動(dòng)機(jī)功率◆定義：指原動(dòng)機(jī)的輸出功率。◆表達(dá)式：

式中：Pg是原動(dòng)機(jī)的輸出功率，Pg,in是原動(dòng)機(jī)輸入功率。

ηtm傳動(dòng)效率，ηg原動(dòng)機(jī)效率

在選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)要考慮過(guò)載，故應(yīng)加一定的富裕量。所以原動(dòng)機(jī)選擇時(shí)，功率應(yīng)乘以富裕系數(shù)K，電動(dòng)機(jī)容量富裕系數(shù)K查表。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

Pm機(jī)械損失功率PV容積損失功率Ph流動(dòng)損失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh由于結(jié)構(gòu)、工藝及流體粘性的影響，流體流經(jīng)泵與風(fēng)機(jī)時(shí)不可避免地要產(chǎn)生各種能量損失。哪些損失？在哪些部位？與那些因素有關(guān)？措施。引言泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

機(jī)械損失（用功率Pm表示）包括：軸與軸封、軸與軸承及葉輪圓盤(pán)摩擦所損失的功率，一般分別用Pm1和Pm2表示。1.什么是機(jī)械損失

2.機(jī)械損失的定性分析

Pm2∝n3D25，葉輪在殼腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因克服殼腔內(nèi)流體與蓋板之間存在的摩擦阻力而消耗的能量，稱為圓盤(pán)摩擦損失功率。二、機(jī)械損失和機(jī)械效率

Pm1∝nD2，與軸承、軸封的結(jié)構(gòu)形式、填料種類、軸頸的加工工藝以及流體密度有關(guān)，約為1%～3%Psh。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能3.減小機(jī)械損失的一些措施

（1）合理地壓緊填料壓蓋，對(duì)于泵采用機(jī)械密封。（2）對(duì)給定的能頭，增加轉(zhuǎn)速，相應(yīng)減小葉輪直徑。（4）適當(dāng)選取葉輪和殼體的間隙，可以降低圓盤(pán)摩擦損失，一般取B/D2=2%～5%。（3）將鑄鐵殼腔內(nèi)表面涂漆，效率可以提高2%～3%，葉輪蓋板和殼腔粗糙面用砂輪磨光，效率可提高2%～4%。風(fēng)機(jī)的蓋板和殼腔較泵光滑，風(fēng)機(jī)的效率要比水泵高。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能4.機(jī)械效率

機(jī)械損失功率的大小，用機(jī)械效率m來(lái)衡量。機(jī)械效率等于軸功率克服機(jī)械損失后所剩余的功率（即流動(dòng)功率Ph）與軸功率Psh之比：機(jī)械效率和比轉(zhuǎn)速有關(guān)，表1-3可用來(lái)粗略估算泵的機(jī)械效率。（泵：90%-97%；風(fēng)機(jī)：92%-98%）

表1ηm與ns的關(guān)系（泵）比轉(zhuǎn)速

ns5060708090100機(jī)械效率ηm（%）848789919293泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在動(dòng)、靜部件間隙兩側(cè)壓強(qiáng)差的作用下，部分流體從高壓側(cè)通過(guò)間隙流向低壓側(cè)所造成的能量損失稱為容積（泄漏）損失，用功率PV

表示。

二、容積損失和容積效率

（一）泵的容積損失

（二）通風(fēng)機(jī)的容積損失

◆定義：由泄漏或回流而產(chǎn)生的損失。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）泵的容積損失

1.泵的容積損失主要發(fā)生在以下幾個(gè)部位

◆葉輪入口與外殼之間的間隙處；

◆多級(jí)泵的級(jí)間間隙處；

◆平衡軸向力裝置與外殼之間的間隙處以及軸封間隙處等。T泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

2.軸向力的產(chǎn)生離心泵的軸向力泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能3.平衡軸向力裝置平衡孔雙吸式葉輪對(duì)稱排列的葉輪背葉片平衡軸向力原理用平衡盤(pán)平衡軸向力平衡鼓、平衡盤(pán)和彈簧雙向止推軸承的平衡裝置泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能4.減小泵容積損失的措施

維持動(dòng)靜部件間最佳的間隙；

增大間隙的流動(dòng)阻力

為了減小葉輪入口處的容積損失q1，一般在入口處都裝有密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)），如圖下所示。檢修中應(yīng)將密封間隙嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，密封間隙過(guò)大q1；密封間隙過(guò)小Pm1；平面式密封環(huán)中間帶一小室的密封環(huán)直角式密封環(huán)銳角式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)曲徑式密封環(huán)泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（二）通風(fēng)機(jī)的容積損失

通風(fēng)機(jī)的容積損失發(fā)生在以下部位

氣體通過(guò)通風(fēng)機(jī)的軸或軸套與機(jī)殼之間的間隙Δ向外泄漏。由于軸或軸套的直徑較小，由此產(chǎn)生的外泄漏可忽略不計(jì)。

氣體通過(guò)葉輪進(jìn)口與進(jìn)氣口之間的間隙δ流回到葉輪進(jìn)口的低壓區(qū)。和泵的情況類似，容積損失q

的大小和間隙形式有關(guān)。通風(fēng)機(jī)容積損失示意圖泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

離心式通風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口與進(jìn)氣口間隙的形式可分為對(duì)口和套口兩種形式。間隙尺寸對(duì)風(fēng)機(jī)的性能影響：

試驗(yàn)表明，r

/D2從0.5%到0.05%，可使效率提高3%~4%。通常間隙的取值范圍為(0.0050.01)D2，D2大時(shí)取小值，反之取大值。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（三）容積效率

容積效率V與比轉(zhuǎn)速有關(guān)，對(duì)給水泵，表1-4可供參考。（泵：90%-95%；風(fēng)機(jī)：小于泵）

容積損失的大小用容積效率V來(lái)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：

ns=5060708090100qV＜90m3/hqV＞145m3/h0.800.900.8350.9200.860.940.8750.9500.8900.9550.900.96表2給水泵的容積效率比轉(zhuǎn)速V流量泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能1.什么是流動(dòng)損失三、流動(dòng)損失和流動(dòng)效率

流動(dòng)損失是指：泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)，由于流體和流道壁面發(fā)生摩擦、流道幾何形狀改變使流速變化而產(chǎn)生旋渦、以及偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)產(chǎn)生的沖擊等所造成的損失。2.流動(dòng)損失的定性分析

流動(dòng)損失和過(guò)流部件的幾何形狀，壁面粗糙度、流體的粘性及流速、運(yùn)行工況等因素密切相關(guān)。

沖擊損失

摩擦損失和局部損失分類泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能2.流動(dòng)損失的定性分析

1）摩擦損失和局部損失當(dāng)流動(dòng)處于阻力平方區(qū)時(shí)，這部分損失與流量的平方成正比，可定性地用下式表示：2）沖擊損失當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)流量時(shí)，在葉片入口和出口處，流速變化使流動(dòng)角不等于葉片的安裝角，從而產(chǎn)生沖擊損失。沖擊損失可用下式估算，即泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，1y>1，則=1y1>0，稱為正沖角；當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，1y<1，則=1y1<0，稱為負(fù)沖角。正沖角及速度三角形負(fù)沖角及速度三角形w1dw1工作面背面稱吸力邊工作面稱壓力邊泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能實(shí)踐證明：正沖角時(shí)，由于渦流發(fā)生在吸力邊，能量損失比負(fù)沖角（渦流發(fā)生在壓力邊）時(shí)為小。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，一般取正沖角=3~5。

若全部流動(dòng)損失用hw表示，則：hw=hf+hj+hs正沖角的存在，對(duì)改善泵的汽蝕性能也有好處。

流動(dòng)損失曲線

存在流動(dòng)損失最小工況。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能表3某分段式多級(jí)給水泵通流部分水力損失的分布（某一級(jí)）區(qū)域名稱損失（m）占總損失的百分?jǐn)?shù)（％）區(qū)域名稱損失（m）占總損失的百分?jǐn)?shù)（％）葉輪1-1至2-24.750.5流出正導(dǎo)葉流入反導(dǎo)葉（環(huán)型空間）4-4至5-52.0622.15流出葉輪進(jìn)入導(dǎo)葉2-2至3-31.0110.85流出反導(dǎo)葉5-5至6-6至7-70.576.1導(dǎo)葉擴(kuò)散段3-3至4-40.9710.4節(jié)段的總損失9.31100可以看出：葉輪和導(dǎo)葉中的流動(dòng)損失幾乎是相等的，約各占50%。因此，在設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，只有將改善葉輪和壓出室的流動(dòng)性能統(tǒng)一考慮才能取得較好的效果。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能3.流動(dòng)效率

流動(dòng)損失的大小用流動(dòng)效率h來(lái)衡量。流動(dòng)效率等于考慮流動(dòng)損失后的功率（即有效功率）與未考慮流動(dòng)損失前的功率之比，即（泵：80%-90%；風(fēng)機(jī)：70%-85%）四、泵與風(fēng)機(jī)的總效率

泵與風(fēng)機(jī)的總效率等于有效功率和軸功率之比。即：

泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

【例1】有一輸送冷水的離心泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，流量為qV=1.24m3/s，揚(yáng)程H=70m，此時(shí)所需的軸功率Psh=1100kW，容積效率V=0.93，機(jī)械效率m=0.94，求流動(dòng)效率為多少?（已知水的密度ρ=1000kg/m3）。

【解】由已知，泵的有效功率為：Pe=gqVH/1000=1000×9.806×1.24×70/1000=851.161（kW）所以，=Pe/Psh=851.161/1100=0.774=77.4%h=/(Vm)=0.774/(0.9302×0.94)=0.88519=88.52%泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能第二節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線

一、能頭與流量性能曲線二、功率與流量性能曲線

三、效率與流量性能曲線四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較引言

六、預(yù)旋對(duì)泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響以離心式葉輪為例引言1.泵與風(fēng)機(jī)的性能及性能曲線3.性能曲線的繪制方法（試驗(yàn)方法及借助比例定律）2.性能曲線的作用

能直觀地反映泵與風(fēng)機(jī)的總體性能，對(duì)其所在系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大；

作為設(shè)計(jì)及修改新、老產(chǎn)品的依據(jù)；相似設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；工作狀態(tài)——工況（運(yùn)行、設(shè)計(jì)、最佳）n=const.主要的H-qV或

p-qVPsh-qV

-qV[NPSH]-qVn=const.其次[Hs]-qVqVH2）H-qV曲線一、能頭與流量性能曲線（H-qV）1）HT-qVT曲線由無(wú)限多葉片時(shí)的理論能頭可得：HT=KHT，qVT-q

=qVH=HT-hw，HT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqqVd后向式徑向式前向式qVPshOPh-qVT二、功率與流量性能曲線（Psh-qV）

空載功率Psh0=Pm+PV，若現(xiàn)場(chǎng)的凝結(jié)泵和給水泵閉閥啟動(dòng)，則這部分功率將導(dǎo)致泵內(nèi)水溫有較大的溫升，易產(chǎn)生泵內(nèi)汽蝕，故凝結(jié)泵和給水泵不允許空載運(yùn)行。后向式徑向式前向式q理論的Psh-qV曲線Psh-qVTPmPV實(shí)際的Psh-qV曲線三、效率與流量性能曲線（

-qV）

泵與風(fēng)機(jī)的

-qV性能曲線由下式計(jì)算可得，即并隨性能表一起附于制造廠家的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或產(chǎn)品樣本中。右圖為與300MW、600MW機(jī)組配套用的鍋爐給水泵的性能曲線。四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線1.性能曲線的趨勢(shì)分析

①?zèng)_角增加，曲線上升；

③葉頂和葉根分別出現(xiàn)二次回流，曲線回升。

②邊界層分離，葉根出現(xiàn)回流，曲線下降，但趨勢(shì)較緩；

2.性能曲線的特點(diǎn)

①存在不穩(wěn)定工作區(qū)，曲線形狀呈∽型；

②空載易過(guò)載；③高效區(qū)窄。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

離心式通風(fēng)機(jī)三種不同型式葉輪的性能曲線對(duì)前向式和徑向式葉輪，能頭性能曲線為一具有駝峰的或呈∽型的曲線，且隨2y曲線彎曲程度。K點(diǎn)左側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)。

對(duì)后向式葉輪，能頭曲線總的趨勢(shì)一般是隨著流量的增加能頭逐漸降低，不會(huì)出現(xiàn)∽型。

1.H-qV性能曲線的比較泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

結(jié)構(gòu)參數(shù)后向式葉輪的性能曲線存在不同程度的差異。常見(jiàn)的有陡降型、平坦型和駝峰型三種基本類型。其性能曲線的形狀是用斜度來(lái)劃分的，即：

不同型式的性能曲線，其工程應(yīng)用場(chǎng)合不同。應(yīng)重點(diǎn)給予關(guān)注。qVHOabc關(guān)死點(diǎn)的能頭最高效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的能頭泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

（1）陡降型曲線（Kp=25%~30%）其特點(diǎn)是：當(dāng)流量變化很小時(shí)能頭變化很大。例如火力發(fā)電廠自江河、水庫(kù)取水的循環(huán)水泵，就希望有這樣的工作性能。因?yàn)?，隨著季節(jié)的變化，江河、水庫(kù)的水位漲落差非常大，同時(shí)水的清潔度也發(fā)生變化；但是，由于凝汽器內(nèi)真空度的要求，其流量變化不能太大。qVHOabc泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

（2）平坦型曲線（Kp=8%～12%）其特點(diǎn)是：當(dāng)流量變化較大時(shí)，能頭變化很小。例如火力發(fā)電廠的給水泵、凝結(jié)水泵就希望有這樣的性能。因?yàn)?，汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)負(fù)荷變化是不可避免的，特別是對(duì)調(diào)峰機(jī)組，負(fù)荷變化更大。但是，由于主機(jī)安全經(jīng)濟(jì)性的要求，汽包、除氧器以及凝汽器內(nèi)的壓強(qiáng)變化不能太大。qVHOabc泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

（3）有駝峰的性能曲線（駝峰曲線不能用斜度表示）其特點(diǎn)是：在峰值點(diǎn)k

左側(cè)出現(xiàn)不穩(wěn)定工作區(qū)，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免這種情況，或盡量減小不穩(wěn)定區(qū)。qVHOabcqVkk經(jīng)驗(yàn)證明，對(duì)離心式泵采用右圖中的曲線來(lái)選擇葉片安裝角2y和葉片數(shù)，可以避免性能曲線中的駝峰。

泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

前向式、徑向式葉輪的軸功率隨流量的增加迅速上升。當(dāng)泵與風(fēng)機(jī)工作在大于額定流量時(shí)，原動(dòng)機(jī)易過(guò)載。

而后向式葉輪的軸功率隨流量的增加變化緩慢，且在大流量區(qū)變化不大。因而當(dāng)泵與風(fēng)機(jī)工作在大于額定流量時(shí)，原動(dòng)機(jī)不易過(guò)載。

2.Psh-qV性能曲線的比較泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（一）離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

前向式葉輪的效率較低，但在額定流量附近，效率下降較慢；后向式葉輪的效率較高，但高效區(qū)較窄；而徑向式葉輪的效率居中。

3.-qV性能曲線的比較

因此，為了提高效率，泵幾乎不采用前向式葉輪，而采用后向式葉輪。即使對(duì)于風(fēng)機(jī)，也趨向于采用效率較高的后向式葉輪。泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（二）離心式、混流式及軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

離心式泵與風(fēng)機(jī)的H-qV曲線比較平坦，而混流式、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的H-qV曲線比較陡。因此，前者適用于流量變化時(shí)要求能頭變化不大的場(chǎng)合，而后者宜用于當(dāng)能頭變化大時(shí)要求流量變化不大的場(chǎng)合。

1.H-qV性能曲線的比較泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（二）離心式、混流式及軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

離心式和軸流式泵與風(fēng)機(jī)的Psh-qV曲線隨著流量的增加其變化趨勢(shì)剛好相反，前者呈上升趨勢(shì)，而后者則急劇下降。因此，為了減小原動(dòng)機(jī)容量和避免啟動(dòng)電流過(guò)大，啟動(dòng)時(shí)，軸流式泵與風(fēng)機(jī)閥門(mén)應(yīng)處于全開(kāi)狀態(tài)，而離心式泵與風(fēng)機(jī)閥門(mén)則原則上應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

2.Psh-qV性能曲線的比較泵與風(fēng)機(jī)—泵與風(fēng)機(jī)的性能

（二）離心式、混流式及軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

五、泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的比較

應(yīng)引起注意的是：對(duì)于凝結(jié)泵和給水泵，為防止汽蝕，啟動(dòng)時(shí)則應(yīng)開(kāi)啟旁路閥。

2.Psh-qV性能曲線的比較

3.-qV性能曲線的比較

離心式泵與風(fēng)機(jī)的-qV曲線比較平坦，且高效區(qū)寬；隨著由離心式向軸流式過(guò)渡，