《流體力學(xué)與流體機(jī)械 第2版》課件 第11、12章 泵與風(fēng)機(jī)的相似理論、泵的汽蝕

1第十一章

泵與風(fēng)機(jī)的相似理論力學(xué)相似——幾何相似，運(yùn)動(dòng)相似，動(dòng)力相似，邊界條件與初始條件等第一節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的相似條件一、幾何相似通常選擇葉輪外徑為特征尺寸D2λl為相應(yīng)線性比例尺2二、運(yùn)動(dòng)相似λv為線性比例尺三、動(dòng)力相似動(dòng)力相似是指模型和原型中相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的各種力的方向相同、大小成同一比例。佛勞德數(shù)（內(nèi)流），雷諾數(shù)（自動(dòng)?；?，歐拉數(shù)（自動(dòng)滿足）。因此動(dòng)力相似在泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)不考慮。3第二節(jié)

泵與風(fēng)機(jī)的相似定律相似工況下模型和原型性能參數(shù)之間的關(guān)系又稱相似定律。相似工況：當(dāng)原型性能曲線上某一點(diǎn)工況點(diǎn)A與模型性能曲線上工況點(diǎn)A’所對(duì)應(yīng)的流體運(yùn)動(dòng)相似，也就是相應(yīng)的速度三角形相似，則A與A’兩個(gè)工況為相似工況。幾何相似的泵與風(fēng)機(jī)，在相似的工況下運(yùn)行時(shí)，其流量之比與幾何尺寸之比的三次方成正比，與轉(zhuǎn)速比的一次方成正比，與容積效率比的一次方成正比。4二、揚(yáng)程（全壓）相似關(guān)系泵：揚(yáng)程之比與幾何尺寸比的平方成正比，與轉(zhuǎn)速比的平方成正比，與水力效率比的一次方成正比風(fēng)機(jī)5三、功率相似關(guān)系軸功率的相似關(guān)系為：其功率之比與幾何尺寸比的五次方成正比，與轉(zhuǎn)速比的三次方成正比，與密度比的一次方成正比，與機(jī)械效率比的一次方成正比6若模型與原型的轉(zhuǎn)速和幾何尺寸相差不大，可以認(rèn)為在相似工況下運(yùn)行時(shí)，各種效率相等，則流量、揚(yáng)程（全壓）、功率相似關(guān)系可以簡(jiǎn)化為7四、相似定律的特例1.改變轉(zhuǎn)速時(shí)各參數(shù)的變化----比例定律2.改變?nèi)~輪直徑D時(shí)各參數(shù)的變化----切割定律3.改變密度時(shí)參數(shù)的變化---只有全壓與功率變化8第三節(jié)

比轉(zhuǎn)數(shù)流量qV、揚(yáng)程H以及轉(zhuǎn)速n在內(nèi)的綜合相似特征數(shù)，這個(gè)特征數(shù)稱為比轉(zhuǎn)數(shù)一、泵的比轉(zhuǎn)數(shù)將兩式相除并開四次方得即比轉(zhuǎn)數(shù)：China9二、風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)與泵的比轉(zhuǎn)數(shù)公式完全相同，只是將揚(yáng)程改為全壓。三、比轉(zhuǎn)數(shù)公式的說(shuō)明1）判別比轉(zhuǎn)數(shù)為最優(yōu)工況下的。2）比轉(zhuǎn)數(shù)是由單級(jí)單吸入葉輪為標(biāo)準(zhǔn)，雙吸泵流量取一半，多級(jí)泵揚(yáng)程取單級(jí)揚(yáng)程。3）比轉(zhuǎn)數(shù)是一個(gè)相似準(zhǔn)則數(shù)，即幾何相似的泵與風(fēng)機(jī)在相似工況下其比轉(zhuǎn)數(shù)相等。比轉(zhuǎn)數(shù)相等的泵與風(fēng)機(jī)不一定相似，因?yàn)橥槐绒D(zhuǎn)數(shù)的泵或風(fēng)機(jī)，可以設(shè)計(jì)成不同的型式。4）比轉(zhuǎn)數(shù)是有量綱的。10四、比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用1）比轉(zhuǎn)數(shù)反映了某系列泵或風(fēng)機(jī)性能上的特點(diǎn)。2）比轉(zhuǎn)數(shù)反映了該系列泵或風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。3）比轉(zhuǎn)數(shù)反映了性能曲線的變化趨勢(shì)。比轉(zhuǎn)數(shù)大體表征了泵與風(fēng)機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)狀況。比轉(zhuǎn)數(shù)反映了泵與風(fēng)機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)型式和使用上的一些列特點(diǎn)，通常將比轉(zhuǎn)數(shù)作為泵與風(fēng)機(jī)分類的重要依據(jù)。11第四節(jié)

泵與風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱性能曲線與通用性能曲線一、無(wú)量綱性能參數(shù)12二、無(wú)量綱性能曲線三、通用性能曲線13第十二章

泵的汽蝕第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其影響一、汽蝕現(xiàn)象及發(fā)生低壓區(qū)→產(chǎn)生氣泡（汽化）→高壓區(qū)→氣泡破裂→產(chǎn)生局部真空區(qū)→水力沖擊→發(fā)生震動(dòng)、噪音，局部部件產(chǎn)生麻點(diǎn)、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。14二、汽蝕對(duì)泵工作的影響當(dāng)汽蝕發(fā)生時(shí)，容易產(chǎn)生以下破壞：1）汽蝕發(fā)生時(shí)，由于機(jī)械剝蝕與化學(xué)腐蝕的共同作用，致使材料受到破壞。2）汽蝕發(fā)生時(shí)，不僅材料受到破壞，而且還會(huì)出現(xiàn)噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象。3）汽蝕嚴(yán)重發(fā)生時(shí)，大量氣泡的存在會(huì)堵塞流道的截面積，減少流體從葉輪獲得的能量，導(dǎo)致?lián)P程下降，效率降低。a）離心泵b）混流泵c）軸流泵15第二節(jié)

泵吸上真空度允許吸上真空高度與泵的幾何安裝高度有關(guān)。列出水面e-e和泵入口s-s斷面的伯努利方程式16吸上真空度Hs在發(fā)生斷裂工況時(shí)的吸上真空度稱為最大吸上真空度或臨界吸上真空高度Hsmax允許吸上真空度通常取或允許幾何安裝高度為：17第三節(jié)

泵汽蝕余量泵汽蝕性能還可以采用泵汽蝕余量或者用NPSH表示泵汽蝕余量有效汽蝕余量必需汽蝕余量或者[NPSH]a或者[NPSH]r一、泵有效汽蝕余量18二、泵必需汽蝕余量與吸入系統(tǒng)的裝置情況無(wú)關(guān)，是泵本身的汽蝕性能所確定的。液體從泵吸入口至壓強(qiáng)最低點(diǎn)k點(diǎn)的壓力降。三、有效汽蝕余量

與必需汽蝕余量

的關(guān)系汽蝕性能越好為臨界汽蝕余量19保證泵不發(fā)生汽蝕，

需加一安全余量，允許汽蝕余量四、汽蝕余量

與允許吸上真空度

的關(guān)系發(fā)生汽蝕的條件：20若用允許汽蝕余量代替可得允許幾何安裝高度21第四節(jié)

汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)一、汽蝕相似定律汽蝕的基本方程：幾何相似的泵，在工況相似時(shí)，壓降系數(shù)相等，即汽蝕相似定律指出：進(jìn)口幾何尺寸相似的泵，在相似工況下運(yùn)行時(shí)，原型和模型泵必需汽蝕余量之比等于葉輪進(jìn)口幾何尺寸的平方比和轉(zhuǎn)速平方比的乘積。對(duì)同一臺(tái)泵，22二、汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)泵汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)和泵比轉(zhuǎn)數(shù)一樣，都是用最高效率點(diǎn)值計(jì)算的。三、提高泵抗汽蝕性能的措施設(shè)計(jì)方面。采用雙吸葉輪；增大葉輪進(jìn)口的過(guò)流面積和葉片進(jìn)口處寬度，即相應(yīng)減少進(jìn)口流速；合理繪制葉輪前蓋板的形狀，適當(dāng)選定葉片進(jìn)口邊的位置并向吸入口方向延伸；在葉輪吸入口前增加誘導(dǎo)輪。安裝與使用方面。減少幾何吸上高度；增加管徑，盡量減少管路長(zhǎng)度和局部裝置，以減小吸入損失；