第二章泵與風(fēng)機(jī)的性能

第二章

泵與風(fēng)機(jī)的性能理解并掌握泵與風(fēng)機(jī)的各種功率、損失、效率及相互關(guān)系；理解泵與風(fēng)機(jī)的理論性能曲線與實(shí)際性能曲線，以及兩者之間的差異和差異產(chǎn)生的原因；熟悉并掌握葉片式泵與風(fēng)機(jī)實(shí)際性能曲線的特性。本章要求第一節(jié)功率、損失與效率單位時(shí)間內(nèi)所做的功有效功率Pe泵：風(fēng)機(jī)：

全壓功率

靜壓功率功率軸功率：原動(dòng)機(jī)功率：原動(dòng)機(jī)的輸出功率

功率ηtm：電動(dòng)機(jī)直聯(lián)1.0，聯(lián)軸器直聯(lián)0.98，皮帶傳動(dòng)0.95。功率配套電機(jī)功率：

安全系數(shù)K一般電廠中取1.15

功率內(nèi)功率：

Pi=Pe+P

（kW）

P

PiPe效率內(nèi)效率

（風(fēng)機(jī)--全壓內(nèi)效率）靜壓效率:靜壓內(nèi)效率:損失機(jī)械損失—與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)但與流體量無直接關(guān)聯(lián)的損失容積損失/泄漏損失—與流量有關(guān)的損失流動(dòng)損失—與流體粘性、管路結(jié)構(gòu)（與輸送流體直接相關(guān)）的損失損失一、機(jī)械損失軸封、軸承——機(jī)械摩擦損失△P

前、后蓋板與流體摩擦——圓盤摩擦損失△Pdf

機(jī)械摩擦損失△P（動(dòng)靜部分之間）:與軸封、軸承的結(jié)構(gòu)形式、潤滑狀況、流體密度等有關(guān)。一般為軸功率的1～3%。圓盤摩擦△Pdf（葉輪與殼體之間流體內(nèi)耗）：圓盤與流體相對運(yùn)動(dòng)，以及葉輪兩側(cè)流體的渦流。一般為軸功率的2～10%。△P∝nD2損失一、機(jī)械損失即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。圓盤摩擦系數(shù)K=f(Re、B/D2、粗糙度）（其中B為間隙），一般可取K=0.85。ΔPdf∝n3D25損失一、機(jī)械損失總損失：機(jī)械效率：損失一、機(jī)械損失——預(yù)防措施采用合理的葉輪，對高壓泵與風(fēng)機(jī)，采用多級(jí)葉輪，而非增大葉輪直徑來提高能頭。必要時(shí)提高轉(zhuǎn)速，減小葉輪直徑。提高比轉(zhuǎn)數(shù)保持接觸面光滑，減少摩擦。損失泵的比轉(zhuǎn)數(shù)

風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)：效率與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系：隨著比轉(zhuǎn)數(shù)減少（葉輪直徑增加），機(jī)械損失增加，機(jī)械效率減小。損失二、容積損失/泄漏損失流體從高壓區(qū)側(cè)通過運(yùn)動(dòng)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q，使qv<qvT，

q叫容積損失。它只與流量有關(guān)，也叫流量損失。損失主要泄漏位置：1、葉輪入口與外殼密封環(huán)之間的間隙泄漏△PV1（A線）注意：多級(jí)泵前后級(jí)之間隔板、軸套間隙；圖中B線，此部分泄露又回到回路中，不影響流量。損失主要泄漏位置：2、平衡軸向力裝置泄漏△PV23、軸封泄露△PV3（相對較?。p失△PV=△PV1+△PV2+△PV3泄漏量容積效率與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系隨著比轉(zhuǎn)數(shù)減少（葉輪直徑增加），葉輪間隙兩側(cè)壓差增加，容積損失增加，容積效率減小損失二、容積損失/泄漏損失——預(yù)防措施維持動(dòng)靜部件間的最佳間隙，隨著運(yùn)行時(shí)間延長，間隙增大，效率會(huì)降低。增大間隙中的流阻增加密封的軸向長度，可增大間隙內(nèi)沿程阻力在間隙入口和出口采取節(jié)流措施，增大間隙內(nèi)流動(dòng)的局部阻力采取不同形式的密封環(huán)損失三、流動(dòng)損失流體與各部分流道壁面摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力損失邊界層分離、二次渦流所產(chǎn)生的漩渦損失流量改變，流動(dòng)角不等于安裝角時(shí)，產(chǎn)生的沖擊損失摩擦損失渦流損失與流體輸送量有關(guān)損失三、流動(dòng)損失沖擊損失

不僅與流體輸送量有關(guān)，還與該流量與設(shè)計(jì)流量的偏差有關(guān)沖角：相對速度方向與葉片進(jìn)口切線方向間的夾角稱為沖角。當(dāng)qv<qvd時(shí)，1<1a，=1a-1>0為正沖角，損失較小。當(dāng)qv>qvd時(shí)，1

>1a，=1a-1<0為負(fù)沖角，損失較大。設(shè)計(jì)時(shí)，一般取正沖角=3~5損失三、流動(dòng)損失全部流動(dòng)損失hw，則：hw=hf+hj+hs存在流動(dòng)損失最小工況。損失三、流動(dòng)損失其中qvd——設(shè)計(jì)流量，n—轉(zhuǎn)速

損失三、流動(dòng)損失——減小措施

合理設(shè)計(jì)葉片形式和過流部件的形狀；

降低流道表面的粗糙度；

選擇合理的葉片入口安裝角。效率結(jié)論：泵與風(fēng)機(jī)的總效率等于機(jī)械效率m、容積效率v、流動(dòng)效率h三者的乘積。目前：離心泵：60%~90%離心風(fēng)機(jī)：70%~90%，高效可達(dá)90%以上軸流泵：70%~89%大型軸流風(fēng)機(jī)

：90%左右

課堂提問1、有一離心通風(fēng)機(jī)，全壓p=2000Pa，流量qv=47100m3/h，現(xiàn)用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動(dòng)，試計(jì)算風(fēng)機(jī)的有效功率、軸功率及應(yīng)選配多大的電動(dòng)機(jī)。風(fēng)機(jī)總效率=70%，取電動(dòng)機(jī)容量富裕系數(shù)K=1.15，傳動(dòng)效率tm=98%。2、有一離心泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，qv=1.24m3/s，H=70m，此時(shí)軸功率P=1100kw，v=93%，m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？第二節(jié)性能曲線意義不同的泵和風(fēng)機(jī)性能不同性能如何反映？性能參數(shù)：

n、qv、H（p）、P、η、NPSH……性能曲線：

全面、直觀、形象定義在一定的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速條件下，泵和風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程（全壓）、軸功率、效率等參數(shù)，隨流量變化關(guān)系的曲線。獲得方法理論分析——不準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)測繪qv-H(p)，qv-P，qv-η

一、離心式無限多葉片：幾何尺寸、轉(zhuǎn)速一定：其中A、B為與葉輪結(jié)構(gòu)/安裝角有關(guān)的常數(shù)。1.qv-H1.qv-H徑向式（b）后彎式（a）前彎式（c）β2a∞↑，B↓，a線變平緩，c線變陡峭隨β2a∞↑，理論揚(yáng)程曲線由陡直下降變?yōu)槠交陆担踔疗椒€(wěn)增加，直至急劇增加實(shí)際揚(yáng)程曲線（以后彎式為例）1.qv-HHT∞—qvT

HT—qvT

摩擦、渦流損失沖擊損失泄漏損失HqvH—qvTH—qv

有限葉片、摩擦損失、渦流損失、沖擊損失、泄漏損失實(shí)驗(yàn)測得揚(yáng)程曲線1.qv-H前彎后彎實(shí)驗(yàn)測得揚(yáng)程曲線1.qv-H●曲線a：陡降25%-30%的斜度，qv變化小，H變化大。●曲線b：平緩8%-12%的斜度，qv變化很大，H變化很小。●曲線c：有駝峰qv增加，H由小增加到最大值HK后減小，K點(diǎn)左邊為不穩(wěn)定工作區(qū),只允許qv>qvk區(qū)域工作。2.qv-P流動(dòng)功率機(jī)械損失△Pm與qv無關(guān)2.qv-P前彎徑向后彎2.qv-P泄漏損失△qv，曲線左移實(shí)際曲線：2.qv-P前彎，隨流量增加，軸功率迅速增加，易過載后彎，隨流量增加，軸功率緩慢增加空載（qv=0）時(shí)，P0≠0，功率轉(zhuǎn)化為流體溫升。故：離心式泵與風(fēng)機(jī)應(yīng)將出口閥門全部關(guān)閉，空載啟動(dòng)，以避免原動(dòng)機(jī)過載。3.qv-η當(dāng)qv=0和H=0時(shí)，η=0，因此，理論上，效率曲線是一條過原點(diǎn)且與橫坐標(biāo)有兩個(gè)交點(diǎn)的拋物線。實(shí)際上，效率曲線不可能出現(xiàn)第二個(gè)零點(diǎn)。但存在一個(gè)最高效率點(diǎn)。3.qv-η后彎，效率高，高效區(qū)寬前彎，效率低，高效區(qū)窄最佳工況點(diǎn)：效率最高的工況點(diǎn)。高效區(qū)：最高效率的85%-90%的經(jīng)濟(jì)工作區(qū)故：泵幾乎不采用前向式葉輪；即使風(fēng)機(jī)，也趨于后向式葉輪。4.性能曲線圖4.性能曲線圖工況點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)工作區(qū)小流量運(yùn)行（旁路）空載啟動(dòng)（防過載）后彎式葉輪（3形式）前彎式葉輪（喘振）二、軸流式1.qv-H

倒“s”形或“馬鞍”形原因：

d為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，

d-c流量減小，沖角增大，升力系數(shù)增加，能頭增加

c-b流量減小，附面層分離，升力系數(shù)降低，能頭降低

b-a流量繼續(xù)減小，流體二次回流，重新獲得能量，能頭增加。

d-e流量增大，沖角減小，升力系數(shù)降低，能頭降低2.qv-P空載功率：qv=0時(shí)功率，（螺旋槳）

qv=0時(shí)，p=max,空載功率最大隨著流量增加，軸功率下降啟動(dòng)：軸流，隨著流量增加，軸功率下降，故：應(yīng)閥門全開時(shí)或小安裝角下啟動(dòng)，避免電機(jī)過載。3.qv-η

qv=0，η=0安裝角不變下,高效區(qū)窄,流量偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，效率迅速下降。但葉片角度可調(diào)，流量變化較大時(shí)，調(diào)節(jié)葉片安裝角，性能曲線移動(dòng)，仍可保持高效（P123）4.性能曲線圖特點(diǎn)：駝峰形狀，c點(diǎn)的左邊不穩(wěn)定工作區(qū)段閥門全開或小安裝角時(shí)啟動(dòng)如采用可調(diào)葉片，則可在很大流量范圍內(nèi)保持高效率動(dòng)葉片的安裝角度FAF30-13-1軸流風(fēng)機(jī)性能曲線(660MW送風(fēng)機(jī))入口導(dǎo)流器的角度離心式與軸流式曲線對比性能曲線泵與風(fēng)機(jī)性能曲線理論性能曲線實(shí)驗(yàn)性能曲線●泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)非常復(fù)雜，目前理論尚無法定量計(jì)算?！駨睦碚撋隙ㄐ苑治霰门c風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的變化規(guī)律及其影響因素的曲線，稱理論性能曲線。有助于深入了解實(shí)驗(yàn)性能曲線?！裢ㄟ^實(shí)驗(yàn)獲得的性能曲線?！裨趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過某種換算得到的性能曲線?；拘阅芮€：相對性能曲線：了解泵與風(fēng)機(jī)性能與構(gòu)造之間的關(guān)系使用。通用性能曲線：泵與風(fēng)機(jī)變速、變角（可動(dòng)葉）工況調(diào)節(jié)使用。無因次性能曲線：風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)、系列之間進(jìn)行比較使用。全面性能曲線：了解水泵“正?！迸c“反?！毙阅艿那€。泵綜合性能曲線：選擇水泵時(shí)使用。風(fēng)機(jī)性能選擇曲線：選擇風(fēng)機(jī)時(shí)使用?！癖门c風(fēng)機(jī)產(chǎn)品樣本上所載的性能曲線；直觀反映總體性能?！褚詑v為橫坐標(biāo)、H(p).P.η.[HS]或[△h]為縱坐標(biāo)的一組曲線?！駥Ρ门c風(fēng)機(jī)選型、經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行（工況調(diào)節(jié)）有重要作用。第三節(jié)測試方法

性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量課堂問答圓盤摩擦損失屬于()A.機(jī)械損失B.容積損失C.流動(dòng)損失D.既屬于機(jī)械損失，又屬于流動(dòng)損失風(fēng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速及喘振的主要原因是其性能曲線為駝峰型，上述的風(fēng)機(jī)的性能曲線是指()A.qv—p曲線B.qv—P曲線C.qv—η曲線D.包括qv—p、qv—P、qv—η曲線在內(nèi)某臺(tái)水泵在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了軸承潤滑不良，軸承處的機(jī)械摩擦比較嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速?zèng)]有明顯變化，這時(shí)相應(yīng)地會(huì)出現(xiàn)（）。

A.

流量減小、揚(yáng)程降低、電動(dòng)機(jī)功率增大；B.流量減小、揚(yáng)程降低、電動(dòng)機(jī)功率減小；C.流量減小、揚(yáng)程降低、電動(dòng)機(jī)功率變化不明顯；D流量和揚(yáng)程不變、電動(dòng)機(jī)功率增大。某臺(tái)水泵在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，當(dāng)輸送的水溫度增加時(shí)，其軸功率()A.增加B.降低C.不變D.先降低，后增加對β2a>90°的前彎式葉片，qvT－HT∞的關(guān)系曲線為()A.水平直線B.自左向右上升的直線C.自左向右下降的直線D.自左向右下降的曲線某水泵，轉(zhuǎn)速不變，當(dāng)輸送的水溫增加時(shí)，泵最高效率點(diǎn)的揚(yáng)程值（）A．增加B．降低C．先增加后降低D．不變流動(dòng)功率指軸功率減去（）A．B．C.D．三者之和駝峰型qv－H性能曲線的特點(diǎn)是：在曲線最高點(diǎn)K點(diǎn)（）A．為不穩(wěn)定工作點(diǎn)，其余均為穩(wěn)定工作區(qū)域B．右側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)域C．附近為不穩(wěn)定工作區(qū)域D．左側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)域

為什么電廠鍋爐給水泵的曲線應(yīng)是平坦型的？為什么前彎式葉片的風(fēng)機(jī)容易出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)超載？（前彎式葉片風(fēng)機(jī)在選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意什么問題？有效功率大小相同時(shí)，為什么前彎式葉片風(fēng)機(jī)要比后彎式葉片風(fēng)機(jī)選配更大容量的電動(dòng)機(jī)？）軸流式泵與風(fēng)機(jī)的曲線與離心式的有何區(qū)別？由此說明這兩種類型的泵與風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)和調(diào)節(jié)方法上有何區(qū)別？某臺(tái)風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，當(dāng)輸送的空氣溫度增加時(shí)，其全壓()A.增加B.不變C.降低D.先增加后降低當(dāng)泵啟動(dòng)運(yùn)行正常后，根據(jù)裝在()的測量儀表的壓力讀數(shù)，可以計(jì)算出泵的揚(yáng)程。

A.吸水池和壓水池的液面處

B.泵的入口處(唯一)C.泵的出口處(唯一)D.泵的入口和出口處泵與風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)之一的功率是指（）A.泵或風(fēng)機(jī)的輸出功率 B.泵或風(fēng)機(jī)的輸入功率C.配套電動(dòng)機(jī)的輸出功率 D.配套電動(dòng)機(jī)的輸入功率離心式泵與風(fēng)機(jī)在定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，為了避免啟動(dòng)電流過大，通常在()A.閥門稍稍開啟的情況下啟動(dòng)B.閥門半開的情況下啟動(dòng)

C.閥門全關(guān)的情況下啟動(dòng)D.閥門全開的情況下啟動(dòng)對動(dòng)葉可調(diào)的軸流式風(fēng)機(jī)，為了避免啟動(dòng)電流過大，應(yīng)()啟動(dòng)。

A.關(guān)閉動(dòng)葉片

B.全開動(dòng)葉片

C.半開動(dòng)葉片

D.將動(dòng)葉片調(diào)到效率最高的角度時(shí)對一臺(tái)qv—H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(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，當(dāng)將閥門的開度關(guān)小時(shí)，泵的流量qv和揚(yáng)程H的變化為()

A.qv與H均減小B.qv與H均增大

C.qv減小，H升高D.qv增大，H降低泵與風(fēng)機(jī)的（）大