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1、*,*,*,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,單擊此處編輯母版標題樣式,,*,,泵與風機的基本理論,,,,,,,,,,,,,泵,與,風,機,2,泵與風機的基本性能參數,2,3 離心式泵與風機的基本理論,3,4 泵與風機的性能曲線,4,5 相似定律及比轉數,5,泵與風機的基本理論,1 泵與風機的分類及組成,1,2,,,一、按產生壓力的大小分類,,（1）泵按產生壓力的大小分類,,,,（2）風機按產生壓力的大小分類,,,,通風機：全壓小于15KPa,,鼓風機：全壓小于15~340KPa,,壓氣機：全壓大于于340KPa,,,※,,泵與風機的分類,※,,低壓泵
2、：壓力小于2MPa,,中壓泵：壓力在2-6MPa,,高壓泵：壓力高于6MPa,3,,,,（3）通風機按產生全壓的大小可分為,,低壓離心通風機：全壓小于1KPa,,中壓離心通風機：全壓在1~3KPa,,高壓離心通風機：全壓在3~15KPa,,低壓軸流通風機：全壓小于0.5KPa,,高壓軸流通風機：全壓在0.5~5KPa,,二、按工作原理的分類,,,,※,泵與風機的分類,※,,風機,葉片式風機,容積式風機,離心式風機,軸流式風機,往復式風機,回轉式風機,螺桿風機等,葉氏風機,羅茨風機,4,,泵,葉片式泵,離心泵,軸流泵,斜流泵,旋渦泵,單級,多級,單吸式,雙吸式,節(jié)段式,蝸殼式（水平中開式）,圓筒
3、形雙殼體式,固定葉片,可調葉片,蝸殼式,導葉式,容積式泵,往復泵,回轉泵,活塞式,隔膜式,柱塞式,齒輪泵,螺桿泵,滑片泵等,外齒輪,內齒輪,雙螺桿,三螺桿,其他類型泵,真空泵,噴射泵,水錘泵等,5,,,,※,泵與風機的主要部件,※,（一）離心泵與風機的主要部件,,離心泵的主要部件有：葉輪、吸入室、壓出室、密封裝置等。,,葉輪一般由前蓋板、葉片、后蓋板和輪轂組成。,,葉輪的分類,吸入室：離心泵吸水管法蘭接頭至葉輪進口的空間稱為吸入室，其作用是以最小的阻力損失，引,封閉式一般用于輸送清水效率高,,半開式一般用于輸送雜質的流體,,開式因效率低很少采用,6,,導液體平穩(wěn)的進入葉輪，并使葉輪進口處的液體
4、流速分布均勻。,,吸入室的分類,錐形吸入室,環(huán)形吸入室,半螺旋形吸入室,壓出室：葉輪出口至壓水管法蘭街頭處的空間，起作用是收集從葉輪流出的高速流體，然后以最小的阻力損失引入壓水管或次級葉輪進口，同時還將液體的部分動能轉化為壓力能。,,壓出室分為兩類即螺旋形壓出室和環(huán)形壓出室。,7,,密封裝置,,密封裝置分為密封環(huán)和軸端密封。,,密封環(huán)又稱口環(huán)。由于葉輪出口的壓力較高，入口壓力較低，則由葉輪流出的流體將有一部分反流回葉輪進口。為防止高壓流體通過葉輪進口與泵殼之間的間隙泄露至吸入口，在葉輪進口外圈與泵殼之間加裝密封環(huán)。,一般泵采用平環(huán)式及角接式，高壓泵則采用迷宮式,軸端密封。泵軸通過泵體向外伸出，
5、在轉動部件與靜止部件之間存在間隙，若泵內壓力大于外界壓力，流體則從間隙向外泄露，若泵吸入端處于真空狀態(tài)，則空氣通過間隙流入泵內，嚴重影響泵的工作，為減小泄露，在間隙處裝有軸端密封裝置。,,軸端密封裝置分為填料密封、機械密封、浮動環(huán)密封和機械密封等幾種形式。,8,,離心式風機的主要部件,離心式泵與風機的主要部件由葉輪、蝸殼、集流器與進氣箱組成。,軸流式泵與風機的主要部件,,軸流式泵與風機主要部件基本一致，主要部件有葉輪、導葉、吸入室（集流器）和擴壓筒組成,9,,※ 泵與風機的基本性能參數※,,（1）流量,。是指泵與風機在單位時間內所輸送的流體體積，即體積流量，以符號,Q,表示，單位為L/s、m
6、,3,/h或m,3,／s。,,（2）揚程（全壓或壓頭）,。單位重量流體通過泵與風機后獲得的能量增量。對于水泵，此能量增量叫做揚程，以符號,H,表示，單位是mH,2,O；對于風機，此能量增量叫做全壓或壓頭，以符號,P,表示，單位是Pa。,,（3）功率,。功率主要有兩種。,,有效功率,：是指在單位時間內通過泵與風機的全部流體獲得的總能量。這部分功率完全傳遞給通過泵與風機的流體，以符號,N,e表示，它等于流量和揚程（全壓）的乘積，常用的單位是kW，可按下式計算：,二 泵與風機的基本性能參數,10,,N,e,=,γQ,,H,=,QP,,（式10.1）,,式中,γ,—通過泵與風機的流體容重（kN/m3
7、）。,,軸功率：是指原動機加在泵或風機轉軸上的功率，以符號,N,表示，常用的單位是kW。泵或風機不可能將原動機輸入的功率完全傳遞給流體，還有一部分功率被損耗掉了，這些損耗包括,,,①,轉動時，由于摩擦產生的機械損失；,,,②,克服流動阻力產生的水力損失；,,,③,由于泄漏產生的容積損失等。,,（4）效率,。效率反映了泵或風機將軸功率,N,轉化為有效功率,N,e,的程度，有效功率,N,e與軸功率,N,的比值稱為效率,η,，即,,,（式10.2）,,效率是衡量泵與風機性能好壞的一項技術經濟指標。,,軸功率的計算公式為：,,,（式10.3）,泵與風機的基本性能參數,11,,（5）轉速,。是指泵與風機
8、葉輪每分鐘旋轉的圈數， 用符號,n,表示，單位是r/min(rpm)。轉速是影響泵與風機性能參數的一個重要因素，泵與風機是按一定的轉速設計的，當泵與風機的實際轉速不同于設計轉速時，泵與風機的其它性能參數將按一定的規(guī)律變化。,,（6）允許吸上真空高度Hs及汽蝕余量Hsv,。允許吸上真空高度是指水泵在標準狀況下(即水溫為20℃、水泵工作環(huán)境壓力為一個標準大氣壓101.325KPa)運轉時，水泵吸入口處(一般指真空表連接處)所允許的最大吸上真空高度。單位為mH2O。水泵樣本中提供了,H,s值，是水泵生產廠按國家規(guī)定通過汽蝕試驗得到的，它反映了離心泵的吸水能力。,泵與風機的基本性能參數,12,,汽蝕余
9、量是指水泵吸入口處單位重量液體必須具有的超過飽和蒸汽壓力的富余能量，也稱為必須的凈正吸入水頭。汽蝕余量一般用來反映泵的吸水性能，其單位仍為mH2O。,H,s值與,H,sv值是從不同角度反映水泵吸水性能的參數，通常，,H,s值越大，水泵吸水性能越好；,H,sv越小，水泵吸水性能越好。,H,s及,H,sv是確定水泵安裝高度的參數。,,為了方便用戶使用，每臺泵或風機出廠前在機殼上都嵌有一塊銘牌，銘牌上簡明地列出了該泵或風機生產年月日及在設計轉速下運轉時，效率最高時的流量、揚程(或全壓)、轉速、電機功率及允許吸上真空高度值。,泵與風機的基本性能參數,13,,※ 離心式泵與風機的基本理論※,,,由理論力
10、學可知，絕對速度是指運動物體相對于靜止參照系的運動速度，相對速度則是指運動物體相對于運動參照系的速度，而運動參照系相對于靜止參照系的速度被稱為牽連速度。當流體在離心式泵與風機的葉輪中運動時可以認為，流體相對外界環(huán)境系統(tǒng)的運動速度是絕對速度,w,，而流體相對于葉輪的運動速度是相對速度,u,，葉輪相對外界環(huán)境系統(tǒng)的速度是牽連速度，且有,v=w+u,。,圖10.1,表示流體在葉輪流道中流動示意圖。,,,速度三角形,離心式泵與風機的基本理論,14,,當葉輪旋轉時，流體沿軸向以絕對速度,v,0,，自葉輪進口處流入，以絕對速度,v,2,在葉輪出口處流出。在葉片進口1處，流體質點一方面隨葉輪旋轉作圓周牽連運
11、動，其圓周速度為,u,1,；另一方面又沿葉片方向作相對運動，相對速度為,w,1,。根據速度合成定理，流體質點在進口處的絕對速度,v,1,應為牽連速度,u,1,與相對速度,w,1,兩者的矢量和。同理，在葉片出口2處，流體質點的絕對速度,v,2,應為牽連速度,u,2,與相對速度,w,2,兩者的矢量和。,,如,圖10.1,所示，圖中相對速度,w,與牽連速度,u,反方向之間的夾角,β,即葉片安裝角，它表明了葉片的彎曲方向。絕對速度,v,與牽連速度,u,之間的夾角,α,稱為葉片的工作角，,α,1,是葉片進口工作角，,α,2,是葉片出口工作角。,離心式泵與風機的基本理論,15,,圖10.2 葉輪出口,,速
12、度三角形,圖10.1 流體在葉輪,,流道中的流動,離心式泵與風機的基本理論,16,,圖10.2,,離心式泵與風機的基本理論,17,,,分析了葉輪中流體的運動之后，就可以進一步利用動量矩定理來推導泵或風機的基本方程式——歐拉方程。,,鑒于流體在葉輪流道中的運動十分復雜，為了簡便起見，可做一些假定，把它當做一元流動來討論，也就是用流束理論進行分析。這些基本假定是。,,（1）流動為恒定流,,即流動不隨時間變化。,,（2）流體為不可壓縮流體,,因流體流經離心式泵與風機所獲升壓較小，則進、出口的流體密度可視為不變，當作不可壓縮流體看待。,10.2,.2,離心泵與風機的基本方程式,離心式泵與風機的基本
13、理論,18,,（3）,葉輪的葉片數目為無限多，葉片厚度為無限薄,,即流體被葉片分成微小流束，其形狀與葉片的形狀完全一致，且葉片入口與出口沒有突然收縮和突然擴大現(xiàn)象，因此可認為沿圓周各點的速度相等。,,（4）,流體在整個葉輪中的流動過程為理想過程,,即泵與風機工作時沒有任何能量損失，則原動機加到泵與風機軸上的能量，等于被輸送流體所獲得的能量。,,基于以上假設條件，應用動量矩定律把葉輪對流體作的功與葉輪進、出口流體運動狀況聯(lián)系起來，即可推導出泵與風機的基本方程式為：,,,上式表示為單位重量流體所獲得的能量。也就是離心式泵與風機的基本方程，又稱為歐拉方程。,（式10.5）,,離心式泵與風機的基本理論
14、,19,,基本方程式的分析討論,,離心式泵與風機的基本理論,20,,離心式泵與風機的基本理論,21,,基本方程式的修正,,在推導基本方程式—歐拉方程時我們曾做了基本假設，其中的第一點(流動為恒定流)只要原動機轉速不變是基本上可以保證的，第二點(流體為不可壓縮流體)對泵是完全成立的，對一般常用的風機也是近似成立的，而后兩點確是需要作出修正的。,,,圖10.3 軸向渦流對流速,,分布的影響,離心式泵與風機的基本理論,22,,離心式泵與風機的基本理論,23,,圖10.4 葉輪出口處流體速度的偏移,離心式泵與風機的基本理論,24,,離心式泵與風機的基本理論,25,,離心式泵與風機的基本理論,26,
15、,泵與風機的損失與效率,,離心式泵與風機的基本方程一歐拉方程的建立曾假定：“流體在整個葉輪中的流動過程為理想過程，其工作時沒有任何能量損失，原動機加到泵與風機軸上的能量被輸送流體全部獲得”。而在實際流動過程中，流體從進口軸向吸入，然后以約90°折轉進入葉道，通過旋轉葉輪獲得能量，由蝸殼集中，從出口排出。流體流通過程所通過的流道比較復雜，在流通過程中勢必產生各種損失。這就必然要對前述理論進行修正。泵與風機的損失大致可分為流動、泄漏、輪阻和機械損失等，其中流動損失引起泵與風機的揚程和全壓的降低；泄漏損失引起泵與風機的流量的減少；輪阻和機械損失則使泵與風機多耗功。,離心式泵與風機的基本理論,27,,
16、（1）流動損失與流動效率,,① 流動損失,,流動損失的根本原因在于流體具有粘滯性。泵與風機從進口到出口，由許多不同形狀的流道組成。多種原因使泵與風機往往并不能在設計工況下運轉。當工作流量不等于設計流量時，則進入葉輪葉片流體的相對速度的方向就不再同葉片進口安裝角的切線相一致，從而與葉片發(fā)生沖擊作用，形成撞擊損失。另外，在整個流動過程中一方面存在著從葉輪進口、葉道、葉片擴壓器到蝸殼及出口擴壓器沿程摩擦損失，另一方面還因邊界層分離，產生渦流損失(邊界層分離、二次渦、尾跡等)。至于整個流動損失的計算，目前尚欠完善的方法，一般以流體力學計算損失公式的型式，按單項分別估算。其中,ζ,系數由經驗數據或實驗確
17、定，故流動總損失為：,（式10.9）,,或,,離心式泵與風機的基本理論,28,,離心式泵與風機的基本理論,29,,（2）泄漏損失與泄漏效率,,① 泄漏損失,,離心式泵與風機靜止部件和轉動部件間必然存在一定的間隙。流體會從泵與風機轉軸與蝸殼之間的間隙處泄漏，稱為外泄漏。離心式泵與風機因外泄漏損失很小，一般可略去不計。當葉輪工作時，機內存在著高壓區(qū)和低壓區(qū)，蝸殼靠近前盤的流體，經過葉輪進口之間的間隙，流回到葉輪進口的低壓區(qū)而引起的損失，稱為內泄漏損失。此外，對離心泵來說為平衡軸向推力常設置平衡孔，同樣引起內泄漏損失，見,圖10.5,。,離心式泵與風機的基本理論,30,,隨著泄漏的出現(xiàn)導致出口流量降
18、低，又消耗一定的功率。泄漏量,q,可（m,3,/s）按以下公式進行計算,圖10.5 機內流體泄漏回流示意圖,離心式泵與風機的基本理論,31,,離心式泵與風機的基本理論,32,,離心式泵與風機的基本理論,33,,離心式泵與風機的基本理論,34,,,,離心式泵與風機的性能曲線,泵與風機的性能曲線,35,,離心式泵與風機的理論性能曲線,,泵與風機的性能曲線,36,,泵與風機的性能曲線,37,,泵與風機的性能曲線,38,,泵與風機的性能曲線,39,,離心式泵與風機的實際性能曲線,圖10.8 離心式泵或風機,,的性能曲線分析,,泵與風機的性能曲線,40,,泵與風機的性能曲線,41,,如,圖10.9,分別
19、描述了離心式泵與風機具有前向型和后向型葉輪的性能曲線，后向葉輪具有相對平坦的,Q,—,H,曲線，當流量變動很大時能保持基本恒定的揚程。而前向葉輪具有駝峰型,Q,—,H,曲線，當流量自零逐漸增加時，相應的揚程最初上升，達到最高值后開始下降。具有駝峰性能曲線的泵或風機在一定的運行條件下可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工作。,,圖10.9 離心式泵與風機的性能曲線,,(,a,)前向葉輪；(,b,)后向葉輪,泵與風機的性能曲線,42,,,圖10.10 IS65-40-200型單級單吸離心泵的性能曲線,,(,a,),n,=2900r/min； (,b,),n,=1450r/min；,泵與風機的性能曲線,43,,圖1
20、0.11,為4-72N,o,5型離心式風機的實測性能曲線。,圖10.11 4-72N,o,5型離心式風機的性能曲線,泵與風機的性能曲線,44,,,圖10.12,給出了軸流式泵和風機的性能曲線，表示在一定轉速下，流量,Q,與揚程,H,(或壓頭,P,)、功率,N,及效率,η,等性能參數之間的內在關系。,軸流式泵與風機的性能曲線,圖10.12 軸流式泵和風機的性能曲線,,(,a,)軸流泵性能曲線； (,b,)軸流風機性能曲線,泵與風機的性能曲線,45,,泵與風機的性能曲線,46,,,泵與風機的相似條件,,相似律,相似定律及比轉數,47,,相似定律及比轉數,48,,相似定律及比轉數,
21、49,,泵與風機的相似律,,相似定律及比轉數,50,,相似定律及比轉數,51,,,,比例律,相似定律及比轉數,52,,相似定律及比轉數,53,,,比轉數,相似定律及比轉數,54,,比轉數的計算,,相似定律及比轉數,55,,相似定律及比轉數,56,,比轉數的特點及實用意義,,比轉數是一個綜合特征數，它包含了葉片泵、風機在設計工況的主要性能參數(,Q,、,H,、,n,、 )。它雖有因次，但不是泵與風機的實際轉速，只是一個相似準則數，因而其單位無實際含義，常略去不寫。,,比轉數實質上是相似律的一個特例，其實用意義在于。,,（1）,比轉數反映了某相似系列泵或風機的性能參數方面的特點。,,比轉數大表明
22、了流量大，而揚程??；比轉數小則表明流量小，而揚程大。,,（2）,比轉數反映了某相似系列泵或風機在構造方面的特點。,相似定律及比轉數,57,,比轉數大則由于流量大而揚程小，所以葉輪進口直徑,D,1,與出口寬度,b,2,較大，而葉輪出口直徑,D,2,較小，因此葉輪的形狀是厚而小。隨著比轉數的減小葉輪形狀將由厚而小變得扁而大，葉輪結構由軸流式向離心式變化如,圖10.13,所示。,圖10.13 泵的,n,s,與,D,2,/,D,1,的關系曲線,相似定律及比轉數,58,,（3）,比轉數可以反映性能曲線的變化趨勢。,,如,圖10.14,所示，比轉數越小，則,Q,—,H,曲線越平坦，,Q,—,N,曲線上升
23、較快，,Q,— 曲線變化越??；比轉數越大，則,Q,—,H,曲線下降較快，,Q,—,N,曲線變化較緩慢，,Q,—曲線變化越大。,相似定律及比轉數,59,,圖10.14 泵的比轉數、葉輪形狀和性能曲線形狀,相似定律及比轉數,60,,,流體的密度改變時性能參數的換算,,,,相似律、比例律及比轉數的實際實用,相似定律及比轉數,61,,相似定律及比轉數,62,,圖10.15 相似泵,Q,—,H,曲線的換算,相似定律及比轉數,63,,【本章小結】,,本章首先介紹了泵與風機的基本性能參數，分析了流體在泵與風機中的運動情況和泵與風機的基本方程式，對離心式和軸流式泵與風機的性能曲線進行了分析，介紹了相似定律與比轉數的基本理論。要求熟練識記泵與風機的基本性能參數，掌握離心式和軸流式泵與風機性能曲線的變化規(guī)律，能夠掌握相似律在泵與風機運行、調節(jié)和選型中的應用，理解比轉數的意義，了解泵與風機的基本方程式。,小 結,64,,
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