《泵与风机》第一章.ppt

绪论,一、泵与风机在建筑环境与设备工程专业的应用,1、泵与风机在各行各业均有广泛的应用,表现为：应用领域越来越广，如采矿、冶金、电力、石油、化工、市政、建筑以及农林等部门。特点为：形式越来越多、角色越来越重要、规模与投资越来越大、功能分类愈分愈细、耗能比例越来越大。,2、泵与风机在建环专业的作用与地位,在建环专业的各类系统中，起“心脏”作用。作为机电设备，“维修”、“维护”量很大，显得它们非常重要。能耗很大，从这个方面讲也是重点管理对象。,绪论,二、泵的发展趋势,1、大型化、大容量化,在40年前，5万千瓦的发电机组被看做是一个重大的技术成就，而今天它只能用来驱动一台130万千瓦大型汽轮发电机组的给水泵。目前，世界上巨型轴流泵的叶轮直径已达7米，潜水泵直径已达1米，用于城市及工业企业给水工程中的双吸离心泵的功率已达5500千瓦。,2、高扬程化、高速化,目前，水泵的单扬程已打破了10兆帕的记录。要进一步实现高扬程化，势必要提高泵的转速。,3、系列化、通用化、标准化,“三化”，是现代化工业化生产工艺的必然要求。1975年，国际标准化协会制订了额定压力为0.72兆帕的单级离心泵的主要尺寸及规格参数（ISO28581975E）。我国自1958年以来，在统一型号、系列分类、定型尺寸等方面也做了不少工作。目前“三化”的程度在不断提高。,绪论,三、风机的发展趋势,4、不断提高常规产品的质量和水平，大力发展高速、高温、高压、高效率以及大容量的各类特殊产品。,1、系列化、通用化、标准化,3、多样化，满足特殊需求,比如，“抗磨损”、“抗酸碱”、“耐高温”等。,2、高效、节能、降噪、自控,比如，用于室内空调的“静音”风机、用于流量控制的“调速”风机等。,二、泵的发展趋势,绪论,四、本课程的主要内容1、离心式泵与风机的理论基础泵与风机工作原理泵与风机理论扬程方程式泵与风机性能曲线泵与风机比转数2、离心式泵与风机的构造3、离心式泵与风机运行与安装4、离心式泵与风机的管路工作特点5、离心式泵与风机的调节与选择,五、本课程主要要求1、正常完成课堂教学，经过结课考试，综合成绩合格。2、综合成绩包括平时成绩与结课成绩两部分。平时成绩占2030，结课成绩占7080。3、平时成绩主要考核：课堂纪律、出勤、课堂提问、作业等。4、结课考试采用闭卷考试，120分钟，满分100分。5、出勤不足2/3的同学，按学院规定，不得参加结课考试。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第一节 泵与风机的分类,一、泵的定义与分类1、泵的定义：是输送和提升液体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能。2、泵的分类（按工作原理分）（1）、叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的，如离心泵、轴流泵、混流泵等。（2）、容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的，如活塞式往复泵、柱塞式往复泵、转子泵等。（3）、其它类型水泵：螺旋泵、射流泵、气升泵等。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第一节 泵与风机的分类,二、风机的定义与分类1、风机的定义：是压送和抽吸气体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送气体的能量，使气体获得动能或势能。风机有通风机和鼓风机，与压缩机略有区别。全压P 3.5105Pa为压缩机。2、风机的分类（与水泵的分类基本一致）（1）、叶片式：如离心风机、轴流风机、贯流风机等。（2）、容积式：罗茨风机等。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第一节 泵与风机的分类,三、泵与风机总型谱图1、泵的总型谱图由图可见，目前定型生产的各类叶片式水泵的使用范围是相当广泛的，而其中离心泵、轴流泵、混流泵和往复泵等的使用范围各具有不同的性能。往复泵的使用范围侧重于高扬程小流量。轴流泵和混流泵的使用范围侧重于低扬程大流量。而离心泵的使用范围介乎于两者之间，工作区间最广，产品的品种、系列和规格也最多。,2、结论以一般的市政给水、建筑用水来说，就其扬程和流量范围，大量采用离心泵和轴流泵。风机的使用情况也大致一样。所以，本课主要介绍离心式泵与风机。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,一、泵与风机的构造,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,一、泵与风机的构造,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,一、泵与风机的构造离心式泵与风机的主要结构部件是：叶轮和机壳。图为离心式风机的主要结构简图。二、泵与风机的工作原理 叶轮联接在轴上，原动机通过轴带动叶轮旋转，叶片间的气体也随着叶轮旋转。气体获得的离心力使其从叶片间的出口处（外缘）甩出，而挤入机壳。于是机壳内的气体压强增高，气体被从导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部分的气体压强降低，吸入口处的气体得以进入叶轮前盘。如是，风机源源不断地输送气体。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,二、泵与风机的工作原理对于水泵，其工作原理与前大同小异。三、泵与风机的性能参数1、泵的扬程H与风机的压头P 泵的扬程H的定义：泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增量。也就是单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量。单位，m。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数1、泵的扬程H与风机的压头p 风机的压头p的定义：单位体积流量气体通过风机所获得的能量增量。单位为Pa。虽然两者的单位是m和Pa，但它们均表示能量，具有能量的意义。如分别取泵或风机的进口1、出口2为计算断面，利用能量方程则有：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数,而风机的压头是对应于单位体积流体而言的，pH，故风机的全压p的单位为Pa。有时会用到N/m2或kN/m2。要注意到：泵的扬程为m液柱高度。有时风机全压p也用mmH2O表示，1mmH2O9.81Pa。,1、泵的扬程H与风机的压头p,可见，由于能量方程就是对应于单位重量流体而言的，故泵的扬程单位即为m。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数2、流量Q 流量Q的定义：单位时间内泵或风机所输送的流体量。单位为“m3/s”或“m3/h”。对于泵还用到“l/s”或“t/s”。3、功率N及效率 功率 泵 由泵的扬程定义，在单位时间内通过泵的流体所获得的总能量，即有效能量（用符号Ne表示）为：NeQH（kW）。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数3、功率N及效率 功率 风机 由风机的全压定义，在单位时间内通过风机的气体所获得的总能量，即有效能量（用符号Ne表示）为：NeQp（kW）。这里，为被输送流体的容重，kN/m3；流量Q的单位，m3/s；扬程H的单位，m；压头p的单位，kN/m2；功率Ne的单位，kW。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数3、功率N及效率 效率 效率 表示输入的轴功率N被利用的程度。用表示。其定义式为：,还可改写为：,通常是由实验来确定的,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数4、转速n转速 指泵或风机叶轮每分钟的转数。单位为：r/min。,通常，水泵的基本性能参数由6个性能参数表示：、流量；、扬程；、轴功率；、效率；、转速；、允许吸上真空高度。如国内生产的12Sh28A型单级双吸式离心泵，其铭牌及符号数字意义如下：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第二节 泵与风机的工作原理与性能参数,三、泵与风机的性能参数铭牌,铭牌上部分符号及数字的意义：“12”表示水泵吸入口的直径；“Sh”表示单级双吸卧式离心泵；“28”表示水泵的比转数被10除的整数；“A”表示该水泵叶轮直径已经切削小了一档。,离心式清水泵型号：12Sh28A 转数：1450r/min扬程：10m 效率：78流量：684m3/h 轴功率：28kW允许吸上真空高度：4.5m 重量：660kg,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,一、流体在叶轮中的运动1、建立模型如图，建立实物模型再对模型进行简化。,1,2,图中，D0为叶轮进口直径，D1、D2为叶片进出口直径，b1、b2位叶片的进出口宽度，1、1为叶片进出口的安装角。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,一、流体在叶轮中的运动1、建立模型为了研究问题，将复杂的流体在叶轮中的运动，进行理想化，提出“理想叶轮”的概念。理想叶轮、恒定流动，层与层无干扰；、无限多叶片，进出无冲击；、不可压缩，不计能量损失。2、分析当叶轮旋转时，流体一方面随叶轮旋转作圆周牵连运动，速度为圆周速度u；另一方面又沿叶片方向作相对运动，速度为相对速度w。绝对速度v应为u和w的矢量和。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,一、流体在叶轮中的运动2、分析如对于进口1，绝对速度v1等于圆周速度u1加相对速度w1：同理，在出口处，有：3、应用在实际应用中，常常将绝,1,1,2,2,对速度v分解为与流量有关的径向分速vr和与压头有关的切向分速vu。vr的方向与叶轮半径方向相同；vu的方向与叶轮的圆周运动方向相同。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,一、流体在叶轮中的运动4、速度三角形这样，就可将所有质点的速度绘制在一张图上，形成速度三角形。,在速度三角形上，v、u之间的夹角叫做叶片的工作角（1是叶片进口工作角，1是叶片出口工作角）。叶片的工作角决定着径向分速vr与切向分速vu的大小。速度三角形：清楚地表达了流体在叶轮中的流动情况；也是研究泵或风机的一个重要手段。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,一、流体在叶轮中的运动5、速度三角形的确定,叶轮流道及尺寸确定,安装角确定,叶轮转速n确定,流量QT确定,vrQT/F，F2rb,vr确定,u确定,urdn/60,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程1、动量矩定理流体获得的能量叶轮从外界向流体供给的能量动量矩定理：质点系对某一转轴的动量矩对时间的变化率，等于作用于该质点系的外力对该轴的力矩M。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程2、欧拉方程 注意到：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程2、欧拉方程 描述了：在理想条件下，单位重量流体的能量增量与流体在叶轮中运动的关系。特点：流体所获得的理论扬程HT，仅与流体在叶片进出口处的运动速度有关，而与流体流动过程无关。如，u2T越大，则HT越大。u2TnD2/60，因此增加转速n和加大轮径D2，可以提高扬程。流体所获得的理论扬程HT，与被输送流体的种类无关。该方程适用于各种理想流体。解释：离心力与有关，扬程相当于离心力造成的压强除以，所以与无关。但是泵与风机所消耗的功率随的增大是增加的。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程3、欧拉方程的修正 假定1，关于“流体是恒定流”的问题。在正常的使用情况下，泵与风机开动一定时间后，外部使用条件不变时，这一假定基本上可以认为是能满足的。假定2，关于“叶片是无限多”的问题。这与实际应用是有差异的。因为有限叶片（如水泵一般为212片），流体的流动具有某种程度的自由。当叶轮旋转时，叶片间流体的惯性，反抗流体本身被叶轮带着旋转，趋向于保持原来的位置，因而相当于叶片的旋转产生了“反旋现象”。如下页图所示，我们先举一例。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程3、欧拉方程的修正 图中圆形容器内的流体一开始就保持一个状态N，当容器绕着O点旋转时，由于惯性流体仍将有保持状态N的趋势，它总是指向上方。而容器的位置状态A却发生了改变，它总是指向O点。这就使得容器内的流体相对于容器壁产生了相对运动“反旋”。在“有限叶片”时，泵与风机中的流体的情况与此非常相似。,o,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程3、欧拉方程的修正 在泵与风机内，由于“反旋”，靠近叶片“背水面”的地方，流速提高压力降低；靠近叶片“迎水面”的地方，流速降低压力升高。这与叶轮内叶片“迎水面”的压力高于“背水面”的压力的事实是相符合的，而与叶轮内水流运动均匀一致的假定是相矛盾的（产生了相对涡流）。因此，“有限叶片”造成叶片间流体流速的实际分布是不均匀的。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程3、欧拉方程的修正 这种“叶片间流体流速的实际分布不均匀”，结果使得“相对流速”在同一半径的圆周上分布不均匀。它对理论方程造成两方面的影响：、使得叶片两面形成压力差，作为阻力矩，消耗原动力；、在叶轮出口处，相对速度将朝旋转的反方向偏离于切线，即由w2T变为w2T。在速度三角形上，更能体现出这种变化。,w2T,w2T,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程3、欧拉方程的修正“这种变化”所导致的结果，目前还只能以经验公式来表明。即用小于1的涡流修正系数来联系，修正后的扬程成为理论扬程HT。对于离心机来说，一般在0.780.85之间为了简明起见，常常将表示理想条件的“T”取消，可得理论扬程的方程式：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,二、欧拉方程3、欧拉方程的修正 必须指出：“理论扬程方程式”并没有考虑任何流动损失，只考虑了涡流影响。假定3，关于“不可压缩流体，不计能量损失”的问题。实际的情况是，能量损失必然存在。扣除能量损失后，即可求出泵与风机的实际扬程。这部分内容在后面再讲。三、理论扬程HT之组成将右图的两个速度三角形按三角形的余弦定理展开，并进行移项整理，可得：,1,1,2,2,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,三、理论扬程HT之组成,1,1,2,2,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,三、理论扬程HT之组成此式即为理论扬程方程式的又一种形式。可见：流体所获得的总扬程系由三部分组成。解释如下：1、单位重量流体的动能增量。2、压力势能增量，也叫静压水头增量。,说明：该项动压水头的增量不宜过大。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,三、理论扬程HT之组成3、单位重量流体在叶轮旋转时所产生的离心力所作的功。此离心力所作的功使流体自进口至出口产生一个向外的压能（静压水头）增量HjR。,离心力mr2，单 位重量离心力r2,说明：离心泵与风机中的流体径向流动，u2大于u1，离心力作用强，HjR较大。轴流泵与风机的u2等于u1，几乎不受离心力影响。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第三节 泵与风机的基本方程欧拉方程,三、理论扬程HT之组成4、单位重量流体在叶片流道展宽时相对速度降低所获得的静压水头增量。,说明：离心泵与风机中的流体径向流动，叶片间流道展宽，但是b减小，w2约等于w1，故此增量较小。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,一、进口安装角1对理论扬程HT的影响 当vu1v1cos10时，达到最大值。因此，实际上总是使进口绝对速度v1与圆周速度u1间的工作角190。这一问题，可通过适当设计叶片的进口方向来保证，因为叶片的方向取决于安装角1。当进口安装角在设计流量下保证流体径向进入流道后，剩下的问题是2与HT有何关系。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,二、出口安装角2对理论扬程HT的影响 按出口2处的参数进行讨论，可得：所以：就叶轮直径不变的某一设备而言，在相同的转速下，从上式可以发现：叶片出口安装角2的大小对理论扬程HT有直接影响。,vr,vu,u,v,w,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,二、出口安装角2对理论扬程HT的影响由下边公式可以看出：当290时，ctg20，这时HTu22/g。叶片出口按径向装设，叫做“径向叶型”。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,二、出口安装角2对理论扬程HT的影响由下边公式可以看出：当20，这时HTu22/g。叶片出口方向和叶轮旋转方向相反，叫做“后向型叶型”。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,二、出口安装角2对理论扬程HT的影响由下边公式可以看出：当290时，ctg2u22/g。叶片出口方向和叶轮旋转方向相同，叫做“前向型叶型”。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,二、出口安装角2对理论扬程HT的影响三种叶型对比：“径向叶型”：290，叶片出口按径向装设。“后向型叶型”：290，叶片出口方向和叶轮旋转方向相同。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,二、出口安装角2对理论扬程HT的影响结论：具有前向型叶型的叶轮所获得的扬程最大；其次为径向叶型；而后向型叶型的叶轮所获得的扬程最小。三、叶型型式的具体应用似乎是前向型叶型的叶轮最好，其实不然。1、总能中动压头含量的分析以A代表流道截面积，由连续性方程有：,设备设计使流体径向进入；且常常进口截面出口截面,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,三、叶型型式的具体应用1、总能中动压头 含量的分析参看右边速度三角形，根据勾股定理，可知：v22vr22vu22，所以：说明：理论扬程HT中的动压头成分 HTd是与出口速度的切向分速vu2的平 方成正比的。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,三、叶型型式的具体应用1、总能中动压头含量的分析从右图可以看出：同一叶轮直径和叶轮转速固定的条件下，具有290的前向型叶轮的出口切向分速vu2较大，动压水头成分较多，而静水压头成分有所减少。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 叶型及其对性能的影响,三、叶型型式的具体应用2、结论动压头成分大，意味着流体在扩压器中的流速大，动静压转换的损失大。前向型叶型的泵与风机的总的扬程较大，但能量损失也大。所以实际上离心泵与风机大多数都采用后向型叶轮。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 理论的流量压头曲线和流量功率曲线,一、性能曲线1、前面分析了泵与风机的理论扬程及其影响因素。得出理论扬程与出口切向分速的平方成正比。当泵与风机的结构、转速等确定后，出口切向分速本身直接受泵与风机的流量的大小而左右。所以，泵与风机的流量Q 与泵与风机的扬程之间必然存在联系。事实上，泵与风机的流量、扬程、功率三者是相互影响的：流量大 功率大 扬程大 功率大2、在实际的应用中也有必要找出它们的关系。为此，有如下关系出现：Hf1（Q），Nf2（Q），f3（Q）。上述三个关系常以曲线形式绘在以流量Q为横坐标的图上。称为性能曲线。,性能曲线,理论性能曲线（无损失）,实际性能曲线（实验来完成）,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 理论的流量压头曲线和流量功率曲线,一、性能曲线 下图为14SA10型离心泵的性能曲线（实际）,14SA10n1450r/min,20,40,60,80,H（m）,0,4,8,HS（m）,20,0,40,60,80,100,0,200,400,（）,（kW）,N,0,80,160,240,320,400,Q,（L/s）,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 理论的流量压头曲线和流量功率曲线,二、理论的性能曲线1、理论的流量扬程曲线、理论流量QT、HTQT关系就大小一定的泵与风机来说，转速不变时，上式中的u2、g、D2、及b2均为定值，所以上式可改写为：,为叶片排挤系数；b2为叶轮出口前盘与后盘之间的轮宽,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 理论的流量压头曲线和流量功率曲线,二、理论的性能曲线1、理论的流量扬程曲线、HTQT曲线说明，泵与风机理论上的扬程与流量的关系是线性的。当QT0时，HTAu22/g。下图为三种不同叶型的泵与风机流量上的HTQT曲线。三条曲线的斜率为：Bctg2，所以结构不同叶型不同，“曲线”的斜率也不同。,前向叶型，290,径向叶型，290,后向叶型，290,HT,QT,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 理论的流量压头曲线和流量功率曲线,二、理论的性能曲线2、理论的流量功率曲线、NTQT关系当无损失时，流量上的有效功率就是轴功率。即：NeNTQTHT。所以：可见，对于不同的2，有三种不同的曲线。当QT0时，NT0。三条曲线交于原点。、NTQT曲线当具有径向型叶轮时，290，ctg20，功率曲线为一条直线；,第一章 离心式泵与风机的理论基础第四节 理论的流量压头曲线和流量功率曲线,二、理论的性能曲线2、理论的流量功率曲线、NTQT曲线当具有前向型叶轮时，290，ctg20，功率曲线为一条向下凹的二次曲线。、分析变化倾向，指导意义。前向型QT NT，不稳定；后向型QT NT不变，原动机不易超载。,前向叶型，290,径向叶型，290,后向叶型，290,NT,QT,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,扣除“假定3”的能量损失，即得实际性能曲线。实际性能曲线以后统称性能曲线，但是真正的性能曲线是通过实验测得的，泵与风机的机内损失按产生原因分三类：水力损失、容积损失、机械损失。一、水力损失水力损失的大小与过流部件的几何形状、壁面粗糙度以及流体的粘性有关。机内阻力损失发生于几个部分：、进口损失H1、撞击损失H2、叶轮中水力损失H3、动压转换和机壳出口损失H4,一、水力损失水力损失的总和H H1 H2 H3 H4，这四个部分都遵守流体力学的流动阻力规律。各个阻力损失及总阻力损失与流量的关系如下图所示：水力损失常以水力效率h来估计。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,H,Q,撞击损失,其它水力损失,总水力损失,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,二、容积损失机内高压和低压区之间，通过缝隙泄漏流量，造成损失，就是容积损失。容积损失常用容积效率 v 来估计，如以 q 表示泄漏的总回流量，则：减小回流量的措施：提高密封效果，如：密封环间隙尽可能做得很小，做成曲折形状等。密封环的直径尽可能小。一般来说，大流量的泵与风机的QT相对地较大，v较大；风机没有平衡孔，v较水泵为大。,三、机械损失泵与风机的机械损失包括：轴承和轴封的摩擦损失，还包括叶轮转动时其外表与机壳内流体之间发生的所谓圆盘摩擦损失。通常，圆盘摩擦损失的功率N1占主要部分。但是当采轴封填料密封且压盖太紧时，轴封摩擦损失的功率N2也会很大。泵与风机的机械损失可以用机械效率m来表示：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,四、泵与风机的全效率,泵与风机的全效率等于：容积效率、水力效率和机械效率的乘积。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,五、泵与风机的性能曲线1、我们模拟用理论性能曲线绘制实际性能曲线、建立坐标系横坐标为：流量Q纵坐标为：扬程H、功率N、效率、首先绘制：“曲线”QTHT 曲线“曲线”QTHT曲线,、H、N,Q,（QTHT）,（QTHT）,它们均是直线,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,五、泵与风机的性能曲线1、建立坐标系；、绘制：“曲线”、“曲线”；、扣除水力损失之“其它水力损失”得“曲线”、扣除水力损失之“撞击损失”得“曲线”、扣除容积损失，得“曲线”即QH曲线,、H、N,Q,（QTHT）,（QTHT）,q,q-H,（QH）,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,五、泵与风机的性能曲线1、建立坐标系；、绘制：“曲线”、“曲线”；、绘制：“曲线”、绘制：“曲线”、绘制：“曲线”、NNTNmQtHt Nm据此，得“曲线”QN曲线、QH/N，得“曲线”Q曲线,、H、N,Q,（QTHT）,（QTHT）,q,q-H,（QH）,（QN）,（Q）,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,五、泵与风机的性能曲线2、图中的：QH曲线、QN曲线、Q曲线三条曲线，是泵与风机在一定转速下的基本性能曲线。其 中 最 重要 的是QH曲线。,、H、N,Q,（QTHT）,（QTHT）,q,q-H,（QH）,（QN）,（Q）,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,五、泵与风机的性能曲线3、QH曲线 通常按照QH曲线的大致倾向，可将其分为下列三种平坦型；陡降型；驼峰型。如下图。三类曲线，流量变化时扬程变化各不相同。平坦型表现出工作最稳定；驼峰型最不稳定。在选择泵与风机时应注意。,、H、N,Q,QH,QN,Q,H,Q,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲线,五、泵与风机的性能曲线4、实际的性能曲线是由制造厂家根据实验得出的。这些性能曲线是：选用泵与风机和分析其运行工况的根据。另外还有，选择性能曲线、通用性能曲线等，它们都是由本节所述的性能曲线演变而来的。右图为：926系列风机无因次性能曲线属高压离心通风机生产厂家：石家庄市风机厂,8,第一章 离心式泵与风机的理论基础第五节 泵与风机的实际性能曲,五、泵与风机的性能曲线,0,4,12,H（m）,20,0,40,60,0,0.4,0.8,（kW）,N,0,1,2,3,4,Q,（l/s）,16,18,20,1.2,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,一、泵与风机的相似率1、“系列”泵与风机研制的原因，需要使用“相似”“系列”。形成“系列”有利于：选型、运行调节、生产、技术交流、维修等。所以，实际上泵与风机的设计、制造是按“系列”进行的。同一系列的泵或风机是相似的。2、泵与风机的相似相似必须是几何相似：m表示模型机，n表示实型机，为线尺寸的比值。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,一、泵与风机的相似率1、“系列”泵与风机2、泵与风机的相似相似必须是几何相似相似还必须是运动相似即：两机在相似工况点的同名称速度比值相等和方向相同，也就是相似工况点的速度三角形相似。对于不可压缩流体，相似还必须是动力相似。即要求模型与实型反映惯性力与重力相对比值的弗诺得准数Frv2/gl相等，同时也要求反映惯性力与粘性力相对比值的雷诺准数Revl/相等。,一、泵与风机的相似率1、“系列”泵与风机2、泵与风机的相似3、相似工况当 实型性能曲线 上 某一工况点A与模型性能曲线上工况点A所对于的流体运动相似，也就是相应的速度三角形相似，则A与A两个工况为相似工况。在相似工况下，“实型”与“模型”的扬程、流量及功率所具有的关系，叫做相似率。4、相似率流量关系：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,H,Q,A（QA，HA）,H,Q,A（QA，HA）,一、泵与风机的相似率4、相似率流量关系：注意到：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,一、泵与风机的相似率4、相似率扬程关系：注意到：同理，压头关系为：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,一、泵与风机的相似率4、相似率功率关系：注意到：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,一、泵与风机的相似率4、相似率性能参数关系一般形式：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,二、风机的无因次性能曲线1、从“系列”中找出“某一”类风机的共性，用一条性能曲线来代替某一整个系列全部机器在各种转速下的性能曲线。这就是“无因次性能曲线”。2、由于：用“叶轮外径处的圆周速度u代替乘积nD2，引入“压力系数”的概念，则有：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,二、风机的无因次性能曲线注意：p的单位采用mmH2O或kgf/m2，以kgfs2/m4为单位，u的单位为m/s。同理，仍以叶轮外径处的圆周速度u代替乘积nD2，且用面积D22/4代替D22，得风机的“流量系数”：注意：Q的单位采用m3/h，D2以m为单位，u的单位为m/s。同理，仍以叶轮外径处的圆周速度u代替乘积nD2，用D22/4代替D22，得风机的“功率系数”：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,二、风机的无因次性能曲线3、上面所得的无因次比例常数“”、“”、“”是取决于相似工况点的函数，不同的相似工况点，有不同的一组“”、“”、“”值。将这种关系，绘制成曲线，加上效率曲线，就是“无因次曲线”。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,二、风机的无因次性能曲线4、“无因次曲线”举例：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,926系列高压离心通风机无因次性能曲线,47211型风机无因次性能曲线,三、比转数1、前面所得的“无因次曲线”是用一条曲线来表达一个“系列”的诸多相似机的特性。这种曲线，可以用于方便地选择风机，也可以用于风机性能的分析比较。但是在用于性能比较时，还可以有更好的办法。如果我们指定效率最高点最佳工况点的一组（，）值，作为这个“系列”的代表值，这样就把表征“系列”的手段由一条无因次曲线简化为两个参数值作为这个系列的代表值。这就出现了“比转数”。2、回顾右边的两个公式，它们表示相似泵或相似风机的相似工况点各性能参数之间的关系。比例常数“Q”和“H”因相似工况点的不同而异。现在我们指定了最佳工,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,三、比转数况点，那么该点的比例常数“Q”和“H”就是定数了。对于某一类型的泵与风机，在最高效率工况时，有相等的Q和H值，即、。我们把此效率最高点的流量比 和扬程比 两式合并，消去D，就可以求出不依赖于泵或风机的尺寸，而反映其流量和扬程关系的一个综合参数比转数n3、,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,三、比转数3、此n是一个不依其尺寸D改变的无因次量，称为比转数。此无因次数，可以用任何系统的单位计算。工程应用中，消去了常数 g，变为了有因次的了，使用时要注意单位。实际上的比转数定义为：水泵比转数计算式为：以上公式，Q取m3/s，n取r/min，对于风机，H取mmH2O，对于水泵H取mH2O。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,三、比转数4、比转数的实用意义、比转数反映了某系列泵或风机性能上的特点。比转数大表明其流量大而压头小；反之，亦反。、比转数可以反映该系列泵或风机结构上的特点。比转数大的机器流量大而压头小，故其进出口叶轮面积必然较大，即进口直径D0与出口宽度b2较大，而轮径D2则较小，因此叶轮厚而小。反之比转数小的机器，叶轮相对地扁而大。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,D0,D2,D0,D2,D0,D2,D0,D2,D0,D2,三、比转数4、比转数的实用意义、比转数可以反映性能曲线变化的趋势。如直径D2相同，低比转数的机器由于压头增加较多，故流道一般较长，比值D2/D0和出口安装角2也较大。从图中可以看出，当流量变化Q相同时，2 大的机器具有较小的切向分速变化vu2，按照欧拉方程知道相应的压头变化H也较小。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,三、比转数4、比转数的实用意义、比转数可以反映性能曲线变化的趋势。这说明：低比转数的泵与风机的Q-H曲线比较平坦，或者说压头的变化较缓慢。至于Q-N 曲线则因为流量增加而压头减少不多，机器的轴功率上升较快，曲线较陡。Q-曲线则较平。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,H,N,H,N,H,N,H,N,H,N,三、比转数4、比转数的实用意义、比转数可以反映性能曲线变化的趋势。高比转数的泵与风机则相反，Q-H曲线较陡，下降较快；Q-N 曲线上升较缓，且比转数越大，上升越缓慢。当比转数高达一定程度时，Q-H曲线会出现S形状，Q-N曲线甚至会随着流量的增加而下降。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,H,N,H,N,H,N,H,N,H,N,三、比转数4、比转数的实用意义、比转数在泵与风机设计选型中起着极其重要的作用。对于编制系列和安排型号编谱上有重大影响。如：1）从一台泵或风机的型号上，可以了解其比转数，479型风机的比转数为79。而知道了比转数，就大体上了解了泵或风机的性能和结构状况。2）比转数既然反映泵或风机的性能、结构型式和使用上的一系列特点，故常作为泵与风机的分类依据。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,离心泵,5001000,300500,150300,80150,3080,比转数,轴流泵,混流泵,高比转数,中比转数,低比转数,泵的类型,三、比转数4、比转数的实用意义、如：3）利用比转数可以对无性能资料的泵与风机绘制性能曲线。详见下面例题。例：某水泵铭牌见右图，绘制其性能曲线。解：其比转数为2810280，或者计算，然后根据公式得出曲线方程：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,离心式清水泵型号：12Sh28A 转数：1450r/min扬程：10m 效率：78流量：684m3/h 轴功率：28kW允许吸上真空高度：4.5m 重量：660kg,三、比转数4、比转数的实用意义、如：3）例：某水泵铭牌见右图，绘制其性能曲线。解：然后根据曲线方程：选点，绘制出HQ曲线。下面介绍N-Q曲线的绘制，将铭牌参数代入上式，求出n：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,三、比转数4、比转数的实用意义、如：3）例：某水泵铭牌见右图，绘制其性能曲线。解：据此，即可绘制NQ曲线。由公式即可绘制Q曲线。具体的作图过程略。,第一章 离心式泵与风机的理论基础第六节 相似率与比转数,一、当被输送流体的密度改变时性能参数的换算 注意到，厂家给出的产品样本的性能参数是在标准条件下试验得出的。例如，对一般风机，我国规定的标准条件是：一个标准大气压（1.01325105Pa），空气温度20，相对湿度50%。当被输送流体的实际使用条件与上述不符时，应修正后选用。具体的修正方法为：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第七节 相似率的实际应用,若给出的是质量流 量，则必须进行 温度、压力修正，方法同 p 修正。,一、当被输送流体的密度改变时性能参数的换算例题：现有 Y935-12No.10D 型锅炉引风机一台，铭牌参数为n0960r/min，p0162mmH2O，Q20000m3/h，60%。配用电机 22kW。考虑三角皮带的传动效率t98%。现在用此引风机输送温度为 20的清洁空气，n 不变，求在新的条件下的性能参数。是否影响电机的大小？解锅炉引风机的铭牌参数是以大气压为101325Pa和介质温度200为基础提供的，这时空气的容重为0.745kgf/m37.31N/m3。当改送20的空气时，其容重为1.2kgf/m311.77N/m3。故该风机的性能参数应为：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第七节 相似率的实际应用,二、当转速改变时性能参数的换算当实际运行转速n与额定转速n0不同时，有：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第七节 相似率的实际应用,说明了用加大转速来提高流量的同时，原动机所需功率与转速成三次方比例增长。,三、泵叶轮切削仅叶轮直径D改变的换算当切削叶轮时，有：,第一章 离心式泵与风机的理论基础第七节 相似率的实际应用,四、当叶轮直径与转速都改变时性能曲线的换算 当知道在某一叶轮直径（D2）0和转速n0下的性能曲线，然后按相似率换算出在另一叶轮直径D2和转速n下的性能曲线。具体方法如下：、首先在上任取某一工况点A，然后由曲线查出该工况点所对应的Q A 和H A 值。、然后根据