单元13水泵与风机的构造与基本理论

1、13 泵与风机的构造与理论基础泵与风机的构造与理论基础 泵与风机是利用原动机（电动机）驱使泵与风机是利用原动机（电动机）驱使使流体提高能量的一种流体机械。也是一种使流体提高能量的一种流体机械。也是一种换能装置。输送液体并提高液体能量的流体换能装置。输送液体并提高液体能量的流体机械称为泵；输送气体并提高气体能量的流机械称为泵；输送气体并提高气体能量的流体机械称为风机。体机械称为风机。（一）叶片式（一）叶片式叶片式泵与风机主要是通过高速旋转的叶轮叶片式泵与风机主要是通过高速旋转的叶轮对流体做功，使流体获得能量。根据流体的对流体做功，使流体获得能量。根据流体的流动情况，可分为离心式、轴流式、混流式流

2、动情况，可分为离心式、轴流式、混流式及贯流式几种。叶片式泵与风机具有效率高、及贯流式几种。叶片式泵与风机具有效率高、启动方便、工作稳定、性能可靠及容易调节启动方便、工作稳定、性能可靠及容易调节等优点，用途最为广泛。等优点，用途最为广泛。 （三）其他类型的泵与风机（三）其他类型的泵与风机除上述两种类型水泵以外还有利用高速流除上述两种类型水泵以外还有利用高速流体工作的射流泵和气升泵，利用螺旋推进体工作的射流泵和气升泵，利用螺旋推进原理工作的螺旋泵及利用有压管道水击原原理工作的螺旋泵及利用有压管道水击原理工作的水锤泵等其它类型泵。理工作的水锤泵等其它类型泵。名称名称泵轴位置泵轴位置机壳形式机壳形式吸

3、入方式吸入方式叶轮级数叶轮级数口径（口径（mm）实用扬程实用扬程(m)离离心心泵泵卧卧式式透平式透平式单吸单吸单级单级5015020120多级多级38250201500双吸双吸12580020140蜗壳式蜗壳式单吸单吸多级多级38300385单级单级50200201000双吸双吸12515004100立立式式透平式透平式单吸单吸单级单级501502090多级多级3830020300双吸双吸1254002085蜗壳式蜗壳式单吸单吸多级多级7510001060单级单级5020020100双吸双吸250800460离心式泵的种类离心式泵的种类 离心式风机的种类离心式风机的种类离心式风机按其产生的压力

4、不同，可分为三类：离心式风机按其产生的压力不同，可分为三类： 低压离心式风机低压离心式风机 风压小于风压小于981pa(100mmh2o)。一般用于送风系统或空气。一般用于送风系统或空气调节系统。调节系统。 中压离心式风机中压离心式风机 风压在风压在9812943pa(即即100300mmh2o)范围内。一般用范围内。一般用于除尘系统或管网较长，阻力较大的通风系统。于除尘系统或管网较长，阻力较大的通风系统。 高压离心式风机高压离心式风机 风压大于风压大于2943pa(即即300mmh2o)。一般用于锻冶设备的强。一般用于锻冶设备的强制通风及某些气力输送系统。制通风及某些气力输送系统。 图图1低

5、压离心式风机低压离心式风机 图图2中压离心式风机中压离心式风机 图图3 高压离心式风机高压离心式风机 泵与风机的应用范围很广泛，是一般的泵与风机的应用范围很广泛，是一般的通用机械。它们广泛地应用于国民经济及通用机械。它们广泛地应用于国民经济及国防工业等各部门；供热、工业通风、空国防工业等各部门；供热、工业通风、空调制冷、锅炉给水、冲灰除渣、消烟除尘、调制冷、锅炉给水、冲灰除渣、消烟除尘、煤气工程及给水排水工程等，都离不开泵煤气工程及给水排水工程等，都离不开泵与风机。如果把城市市政管网比作人身上与风机。如果把城市市政管网比作人身上的血管系统，那么泵与风机就是输送血液的血管系统，那么泵与风机就是输

6、送血液的心脏。的心脏。 离心式风机按其输送气体的性质不同，还可以分为：一离心式风机按其输送气体的性质不同，还可以分为：一般通风机、排尘通风机、锅炉引风机、耐腐蚀通风机、防爆般通风机、排尘通风机、锅炉引风机、耐腐蚀通风机、防爆通风机及各种专用风机。按风机材质不同又可分为：普通钢、通风机及各种专用风机。按风机材质不同又可分为：普通钢、不锈钢、塑料以及玻璃钢离心式通风机。在实际应用中，为不锈钢、塑料以及玻璃钢离心式通风机。在实际应用中，为方便起见，往往使用汉语拼音字头缩写来表示通风机的用途，方便起见，往往使用汉语拼音字头缩写来表示通风机的用途，如表如表2所示。所示。用途类别用途类别代号代号用途类别用

7、途类别代号代号汉字汉字拼音缩写拼音缩写汉字汉字拼音缩写拼音缩写一般通用通风换气一般通用通风换气通用通用t纺织工业通风换气纺织工业通风换气纺织纺织fz排尘通风排尘通风排尘排尘c工业冷却水通风工业冷却水通风冷却冷却l防爆气体输送防爆气体输送防爆防爆b工业炉吹风工业炉吹风工业工业gy防腐气体输送防腐气体输送防腐防腐f煤气输送煤气输送煤气煤气mq高温气体输送高温气体输送高温高温w降温凉风用降温凉风用凉风凉风lf煤粉吹风煤粉吹风煤粉煤粉m冷冻用冷冻用冷冻冷冻ld锅炉通风锅炉通风锅炉锅炉g空气调节用空气调节用空调空调kt锅炉引风锅炉引风锅引锅引y天然气输送天然气输送天气天气tq矿井通风矿井通风矿井矿井k特

8、殊场所通风换气特殊场所通风换气特殊特殊ts当前泵与风机的发展趋势和特点：当前泵与风机的发展趋势和特点：(1)大型化、大容量化。大型化、大容量化。 (2)高速化、高扬程化。高速化、高扬程化。 (3)系列化、标准化、通用化。系列化、标准化、通用化。 (4)自动与节能。自动与节能。 13.1.1 离心泵的基本构造及工作原理离心泵的基本构造及工作原理13.1 泵与风机的基本构造、工作原理泵与风机的基本构造、工作原理吸入口吸入口联轴器联轴器出水口出水口泵壳泵壳吸入口吸入口出水口出水口单级双吸离心泵单级双吸离心泵吸水管段吸水管段吸入口吸入口出水口出水口压水管段压水管段图图9.2 单级双吸卧式离心泵剖面图单

9、级双吸卧式离心泵剖面图1泵体；泵体； 2泵盖；泵盖； 3泵轴；泵轴； 4叶轮；叶轮； 5叶轮上减漏环；叶轮上减漏环； 6泵壳上减漏环；泵壳上减漏环； 7水封管；水封管；8充水孔；充水孔； 9油孔；油孔； 10双列滚珠轴承；双列滚珠轴承； 11键；键； 12填料套；填料套； 13填料环；填料环； 14填料；填料；15压盖；压盖； 16联轴器；联轴器； 17油杯指示管；油杯指示管； 18压水管法兰；压水管法兰； 19泵座；泵座； 20吸水管；吸水管；21泄水孔；泄水孔； 22放油孔放油孔中开式中开式单级双吸泵安装示意图单级双吸泵安装示意图 slow900-900 slow900-900单级双吸离心

10、单级双吸离心泵是专门为深圳自来水厂开泵是专门为深圳自来水厂开发的大型泵。发的大型泵。 该泵泵体重该泵泵体重6.36.3吨，泵盖重吨，泵盖重2.52.5吨，泵的总高度吨，泵的总高度2.8m2.8m，进出水法兰间距进出水法兰间距2.8m2.8m，轴承，轴承档间距档间距2.8m2.8m，进水法兰最大，进水法兰最大外径为外径为1.23m1.23m，出水法兰最，出水法兰最大外径为大外径为1.12m1.12m。 部部 分分主要零件主要零件转动部分转动部分叶轮、泵轴叶轮、泵轴固定部分固定部分泵壳、泵座泵壳、泵座交接部分交接部分轴承、轴封、联轴器、减漏环及轴向力平衡装轴承、轴封、联轴器、减漏环及轴向力平衡装置

11、等。置等。 离心泵的主要零件离心泵的主要零件 叶轮是离心泵的最主要零件之一，叶轮是离心泵的最主要零件之一，它由盖板、叶片和轮毂等部件组成。它由盖板、叶片和轮毂等部件组成。 （1）叶轮）叶轮 泵壳的主要作泵壳的主要作用是以最小的损失用是以最小的损失汇集由叶轮流出的汇集由叶轮流出的液体，使其部分动液体，使其部分动能转变为压能，并能转变为压能，并均匀地将液体导向均匀地将液体导向水泵出口。水泵出口。 （2）泵壳）泵壳泵壳顶部通常设有灌水漏斗和排气栓，以便启动前灌水和泵壳顶部通常设有灌水漏斗和排气栓，以便启动前灌水和排气。底部有放水方头螺栓，以便停用或检修时泄水。排气。底部有放水方头螺栓，以便停用或检修

12、时泄水。（3）泵轴）泵轴 泵轴是用来泵轴是用来旋转叶轮并传递扭矩旋转叶轮并传递扭矩的。常用的材料是的。常用的材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度。它与叶轮用键进行连接。度。它与叶轮用键进行连接。 泵座上有收集轴封滴水的水槽，轴向的水槽槽底设泵座上有收集轴封滴水的水槽，轴向的水槽槽底设有泄水螺孔，以便随时排出由填料盒内渗出的水。有泄水螺孔，以便随时排出由填料盒内渗出的水。（4 ）泵座）泵座（5）轴封装置）轴封装置轴封的作用是密闭泵轴与泵壳之轴封的作用是密闭泵轴与泵壳之间的空隙，以防止泵内高压水流间的空隙，以防止泵内高压水流出泵外

13、和防止空气进入泵内。出泵外和防止空气进入泵内。 （6）联轴器）联轴器 联轴器是用来联接水泵轴和联轴器是用来联接水泵轴和电机轴的部件，又称靠背轮，有电机轴的部件，又称靠背轮，有刚性和挠性两种。刚性和挠性两种。 刚性联轴器实际上就是两个刚性联轴器实际上就是两个圆法兰盘用螺栓连接，它对泵轴圆法兰盘用螺栓连接，它对泵轴与电机轴的不同心无调节余地，与电机轴的不同心无调节余地，当泵轴与电机轴偏心时，可能会当泵轴与电机轴偏心时，可能会加剧机组的振动；加剧机组的振动； 挠性联轴器是用带有橡胶圈挠性联轴器是用带有橡胶圈的钢柱销联接。它能在一定范围的钢柱销联接。它能在一定范围内调节水泵轴与电机轴的不同心内调节水泵

14、轴与电机轴的不同心度，从而减小转动时因机轴少量度，从而减小转动时因机轴少量偏心而引起的轴周期性弯曲应力偏心而引起的轴周期性弯曲应力和振动。和振动。 （6 ）减漏装置）减漏装置 减少漏损和防止磨减少漏损和防止磨损的作用，称为减损的作用，称为减漏环或承磨环漏环或承磨环 （7）轴向力平衡措施）轴向力平衡措施单吸离心泵或某些多级泵的叶轮单吸离心泵或某些多级泵的叶轮有轴向推力存在，产生轴向推力有轴向推力存在，产生轴向推力的原因是作用在叶轮两侧的流体的原因是作用在叶轮两侧的流体压力不平衡造成的。压力不平衡造成的。 离心泵的管路及附件离心泵的管路及附件1离心式泵；离心式泵；2电动机；电动机；3拦拦污栅；污栅

15、；4底阀；底阀；5真空表；真空表；6防振件；防振件；7压力表；压力表；8止回阀；止回阀；9闸阀；闸阀；10排水管；排水管； 11吸水吸水管；管；12支座；支座；13排水沟；排水沟；14压水管压水管吸水管段吸水管段压水管段压水管段离心泵工作原理离心泵工作原理13.1.2离心风机的基本构造及工作原理离心风机的基本构造及工作原理 离心式风机主要结构分解示意图离心式风机主要结构分解示意图1吸入口；吸入口； 2叶轮前盘；叶轮前盘； 3叶片；叶片； 4后盘；后盘； 5机壳；机壳； 6出口；出口；7截流板，即风舌；截流板，即风舌； 8支架支架 叶轮是离心通风机的主叶轮是离心通风机的主要零件，叶轮的结构参数和

16、要零件，叶轮的结构参数和几何形状对通风机的性能有几何形状对通风机的性能有着重要影响。叶轮一般由前着重要影响。叶轮一般由前盘、后盘、叶片和轮毂所组盘、后盘、叶片和轮毂所组成，其结构有焊接和铆接两成，其结构有焊接和铆接两种形式。种形式。 （1）叶轮）叶轮离心风机叶轮主要结构参数离心风机叶轮主要结构参数 d0为叶轮进口直径，为叶轮进口直径，d1为叶片进口直径，为叶片进口直径，d2为叶片出口直为叶片出口直径，即叶轮外径，径，即叶轮外径，b1为叶片进口宽度，为叶片进口宽度，b2为叶片出口宽度，为叶片出口宽度，1为叶片进口安装角，为叶片进口安装角，2为叶片出口安装角。为叶片出口安装角。 叶片是叶轮最主要的

17、部分，离心风机的叶片，一般为叶片是叶轮最主要的部分，离心风机的叶片，一般为664个。叶片的形状、数量及其出口安装角度对通风机的个。叶片的形状、数量及其出口安装角度对通风机的性能有很大影响。根据叶片出口安装角度的不同，可将叶轮性能有很大影响。根据叶片出口安装角度的不同，可将叶轮的形式分为以下三种。的形式分为以下三种。径向叶片的叶轮径向叶片的叶轮 后向叶片的叶轮后向叶片的叶轮 前向叶片的叶轮前向叶片的叶轮（1）前向叶片的叶轮）前向叶片的叶轮叶片出口安装角度叶片出口安装角度290，其中，其中(a)为薄板前向叶轮，为薄板前向叶轮，(b)为多叶前向叶轮。这种类型的叶轮流道短而出口为多叶前向叶轮。这种类型

18、的叶轮流道短而出口宽度较宽。宽度较宽。叶轮能量损失大，整机效率低，运转时叶轮能量损失大，整机效率低，运转时噪声大，但产生的风压较高，此类叶型的叶轮多用噪声大，但产生的风压较高，此类叶型的叶轮多用于中小型离心风机。于中小型离心风机。 （2）径向叶片的叶轮）径向叶片的叶轮 叶片出口安装角度叶片出口安装角度2=90，其中，其中(d)为曲线形径向叶为曲线形径向叶轮，轮，(e)为直线形径向叶轮。前者制作复杂，但损失小，为直线形径向叶轮。前者制作复杂，但损失小，后者则相反。后者则相反。其特点介于前向型叶片与后向型叶片之其特点介于前向型叶片与后向型叶片之间。间。（3）后向叶片的叶轮）后向叶片的叶轮叶片出口安

19、装角叶片出口安装角290。其中。其中(c)为薄板后向叶轮，为薄板后向叶轮，(f)为机翼形后向为机翼形后向叶轮。这类叶型的叶轮。这类叶型的叶轮能量损失少，叶轮能量损失少，整机效率高，运转时噪声小，但产整机效率高，运转时噪声小，但产生的风压较低，一般大型离心风机生的风压较低，一般大型离心风机多采用此类叶型的叶轮。多采用此类叶型的叶轮。 离心风机叶片的形状离心风机叶片的形状有：平板形、圆弧形和中空机翼形有：平板形、圆弧形和中空机翼形等几种。平板形叶片制造简单。目前，前向叶片一般多采等几种。平板形叶片制造简单。目前，前向叶片一般多采用圆弧形叶片。在后向叶片中，对于大型离心风机多采用用圆弧形叶片。在后向

20、叶片中，对于大型离心风机多采用机翼形叶片，而对于中、小型离心风机，则以采用圆弧形机翼形叶片，而对于中、小型离心风机，则以采用圆弧形和平板形叶片为宜。我国生产的和平板形叶片为宜。我国生产的4-72型离心风机均采用中型离心风机均采用中空机翼形叶片。空机翼形叶片。(a)平板叶片；平板叶片； (b)圆弧窄叶片；圆弧窄叶片； (c)圆弧叶片；圆弧叶片； (d)机翼型叶片机翼型叶片 （2）机壳）机壳 风机的机壳与泵壳相似，呈风机的机壳与泵壳相似，呈蜗壳形。它的作用是汇集叶蜗壳形。它的作用是汇集叶轮中甩出来的气体，并将部轮中甩出来的气体，并将部分动压转换为静压，最后将分动压转换为静压，最后将气体导向出口。气

21、体导向出口。 机壳可以用钢板、塑料板、玻璃钢等材料制成，其断面机壳可以用钢板、塑料板、玻璃钢等材料制成，其断面有方形和圆形两种，一般中、低压风机多呈方形，高压风机有方形和圆形两种，一般中、低压风机多呈方形，高压风机则呈圆形。目前研制生产的新型风机的机壳能在一定的范围则呈圆形。目前研制生产的新型风机的机壳能在一定的范围内转动，以适应用户对出风口方向的不同需要。内转动，以适应用户对出风口方向的不同需要。（3） 吸入口吸入口 风机的吸入口又称集流器。作用是保证气流能均匀地充风机的吸入口又称集流器。作用是保证气流能均匀地充满叶轮进口截面，降低流动损失。满叶轮进口截面，降低流动损失。 (a)圆筒形；圆筒

22、形； (b)圆锥形；圆锥形； (c) 圆弧形；圆弧形； (d)锥筒形；锥筒形； (e)弧筒形；弧筒形； (f)锥弧形锥弧形 进气箱一般只使用在大型的或双吸的离心风机上。进气箱一般只使用在大型的或双吸的离心风机上。其主要作用可使轴承装于风机的机壳外边，便于安装与其主要作用可使轴承装于风机的机壳外边，便于安装与检修，对改善锅炉引风机的轴承工作条件更为有利。对检修，对改善锅炉引风机的轴承工作条件更为有利。对进风口直接装有弯管的风机，在进风口前装上进气箱，进风口直接装有弯管的风机，在进风口前装上进气箱，能减少因气流不均匀进入叶轮产生的流动损失。断面逐能减少因气流不均匀进入叶轮产生的流动损失。断面逐渐收

23、敛的进气箱的效果较好。渐收敛的进气箱的效果较好。（4） 进气箱进气箱 一般在大型离心式风机或要求性能调节的风一般在大型离心式风机或要求性能调节的风机的进风口或进风口的流道内装置前导器。改变机的进风口或进风口的流道内装置前导器。改变前导器叶片的角度，能扩大风机性能、使用范围前导器叶片的角度，能扩大风机性能、使用范围和提高调节的经济性。前导器有轴向式和径向式和提高调节的经济性。前导器有轴向式和径向式两种。两种。（5） 前导器前导器 扩散器装于风机机壳出口处，其作用是降低出扩散器装于风机机壳出口处，其作用是降低出口流体速度，使部分动压转变为静压。根据出口管口流体速度，使部分动压转变为静压。根据出口管

24、路的需要，扩散器有圆形截面和方形截面两种。路的需要，扩散器有圆形截面和方形截面两种。（6）扩散器）扩散器离心风机离心风机的工作原理的工作原理离心风机的结构形式离心风机的结构形式（1）离心风机的旋转方式）离心风机的旋转方式 离心式风机可以做成右旋转或左旋转两种形式。离心式风机可以做成右旋转或左旋转两种形式。从原从原动机一端正视叶轮，动机一端正视叶轮，叶轮旋转为叶轮旋转为顺时针方向的称为右旋转顺时针方向的称为右旋转，用用“右右”表示；叶轮旋转为表示；叶轮旋转为逆时针方向的称为左旋转逆时针方向的称为左旋转，用，用“左左”表示。但必须注意表示。但必须注意叶轮只能顺着蜗壳螺旋线的展开叶轮只能顺着蜗壳螺旋

25、线的展开方向旋转方向旋转。（2）离心风机的出风口位置离心风机的出风口位置 基本位置基本位置04590135180225270315补充位置补充位置15306075105120150165195210240255285300330345（3） 离心风机的支承与传动方式离心风机的支承与传动方式 代代 号号abcdef传动方式传动方式无轴承，电无轴承，电机直机直接传动接传动悬臂支承，悬臂支承，皮皮带轮在轴带轮在轴承中间承中间悬臂支承，悬臂支承，皮皮带轮在轴带轮在轴承外侧承外侧悬臂支承，悬臂支承，联联轴器传动轴器传动双支承，双支承，皮带轮在皮带轮在外侧外侧双支承，联双支承，联轴器传动轴器传动（4） 离

26、心式风机的表示方法离心式风机的表示方法 表示机号，叶轮直径的dm数表示设计序号，用阿拉伯数字12等表示表示比转数，采用两位整数，当用两叶轮并联或单叶轮双吸入时，用2 比转数表示表示压力系数，用一位整数，个别前向叶轮压力系数大于1.0时，也可用两位整数表示，两叶轮串联时，用2 压力系数表示表示用途，常用代号表示见表2no.13.1.3 轴流泵与风机的基本构造及工作原理轴流泵与风机的基本构造及工作原理 轴流泵的主要零件轴流泵的主要零件1吸入管；吸入管；2叶片；叶片；3叶轮；叶轮；4导叶；导叶；5轴；轴；6机壳；机壳；7压水管压水管 轴流泵的外形很像一轴流泵的外形很像一根弯管。根据安装方式不根弯管。

27、根据安装方式不同，轴流泵通常分为立式、同，轴流泵通常分为立式、卧式和斜式三种。卧式和斜式三种。 轴流泵主要由轴流泵主要由吸入管、吸入管、叶轮、导叶、轴和轴承、叶轮、导叶、轴和轴承、机壳、出水弯管及轴封装机壳、出水弯管及轴封装置置等零部件组成。等零部件组成。 （1）吸水管）吸水管。 形状如流线型的喇叭管，以便汇集水流，并使其得到良形状如流线型的喇叭管，以便汇集水流，并使其得到良好的水力条件。好的水力条件。 （2）叶轮）叶轮。 是轴流泵的主要工作是轴流泵的主要工作部件。按其调节的可能性部件。按其调节的可能性分为固定式、半调式和全分为固定式、半调式和全调式三种调式三种 半调式叶片半调式叶片1叶片；叶

28、片；2轮毂体；轮毂体；3角度位置；角度位置；4调节螺母调节螺母 （3）导叶）导叶： 导叶固定在泵壳上，导叶固定在泵壳上，也有安装在泵轴上的，也有安装在泵轴上的，一般为一般为36片。水流经片。水流经过导叶时旋转运动受限过导叶时旋转运动受限制而作直线运动，旋转制而作直线运动，旋转运动的动能转变为压力运动的动能转变为压力能。因此，导叶的作用能。因此，导叶的作用是把叶轮中向上流出的是把叶轮中向上流出的水流旋转运动变为轴向水流旋转运动变为轴向运动，并减少水头损失。运动，并减少水头损失。1吸入管；吸入管；2叶片；叶片；3叶轮；叶轮；4导叶；导叶；5轴；轴；6机壳；机壳；7压水管压水管 （4）轴和轴承）轴和

29、轴承： 泵轴是用来传递扭矩的，全调节轴流泵泵轴做成空泵轴是用来传递扭矩的，全调节轴流泵泵轴做成空心，里面安置调节操作油管。轴承有两种，一种称为导心，里面安置调节操作油管。轴承有两种，一种称为导轴承，主要用来承受径向力，起径向定位作用；另一种轴承，主要用来承受径向力，起径向定位作用；另一种称为推力轴承，在立式轴流泵中用来承受水流作用在叶称为推力轴承，在立式轴流泵中用来承受水流作用在叶片上方的压力及水泵转动部件重量，维持转子的轴向位片上方的压力及水泵转动部件重量，维持转子的轴向位置，并将这些推力传递到机组的基础上去。置，并将这些推力传递到机组的基础上去。 （5）轴封装置）轴封装置： 轴流泵出水弯管

30、的轴孔处需要设置轴封装置，目前轴流泵出水弯管的轴孔处需要设置轴封装置，目前常用的轴封装置和离心泵相似。常用的轴封装置和离心泵相似。轴流式风机的主要零件轴流式风机的主要零件 主要由圆形风筒、钟罩形吸入口、装有扭曲叶片的主要由圆形风筒、钟罩形吸入口、装有扭曲叶片的轮毂、流线形轮毂罩、电动机、电动机罩、扩压管等零轮毂、流线形轮毂罩、电动机、电动机罩、扩压管等零部件组成。部件组成。 轴流式风机基本构造图轴流式风机基本构造图1圆形风筒；圆形风筒；2叶片及轮毂；叶片及轮毂；3钟罩形吸入口；钟罩形吸入口；4扩压管；扩压管；5电机及轮毂罩电机及轮毂罩轴流式泵与风机的工作原理轴流式泵与风机的工作原理 轴流式泵与

31、风机的叶轮形状与离心式泵与风机不同，轴流式泵与风机的叶轮形状与离心式泵与风机不同，不是扁平的圆盘，而是一个圆柱体。其叶片呈迥转状，不是扁平的圆盘，而是一个圆柱体。其叶片呈迥转状，有螺旋浆形、机翼形等。轴流泵的叶轮和泵轴一起安装有螺旋浆形、机翼形等。轴流泵的叶轮和泵轴一起安装在圆筒形的机壳中，机壳浸没在液体中。泵轴的伸出端在圆筒形的机壳中，机壳浸没在液体中。泵轴的伸出端通过联轴器与电动机联接。通过联轴器与电动机联接。 当电动机带动叶轮高速旋转运动时，由于叶片对流当电动机带动叶轮高速旋转运动时，由于叶片对流体的推力作用，迫使自吸入管吸入机壳的流体产生迥转体的推力作用，迫使自吸入管吸入机壳的流体产生

32、迥转上升运动，从而使流体的压强及流速增高。增速增压后上升运动，从而使流体的压强及流速增高。增速增压后的流体经固定在机壳上的导叶作用，使流体的旋转运动的流体经固定在机壳上的导叶作用，使流体的旋转运动变为轴向运动，把旋转的动能变为压力能而自压出管流变为轴向运动，把旋转的动能变为压力能而自压出管流出。出。 轴流泵轴流泵轴流风机轴流风机 叶轮叶轮1 1、固定式、固定式 2 2、半调节、半调节zlb型立式轴流泵型立式轴流泵13.2泵与风机的基本性能参数泵与风机的基本性能参数泵与风机的基本性能参数有：泵与风机的基本性能参数有：（1）流量）流量。是指泵与风机在单位时间内所输送的流体体积，。是指泵与风机在单位

33、时间内所输送的流体体积，即体积流量，以符号即体积流量，以符号q表示，单位为表示，单位为l/s、m3/h或或m3/s。（2）扬程（全压或压头）扬程（全压或压头）。单位重量流体通过泵与风机后获。单位重量流体通过泵与风机后获得的能量增量。得的能量增量。 流经泵的出口断面与进口断面单位重量流体所具有总能量流经泵的出口断面与进口断面单位重量流体所具有总能量之差称为泵的之差称为泵的扬程扬程，以符号，以符号h表示，单位是表示，单位是pa或或mh2o。 流经风机出口断面与进口断面单位体积流体具有的总能量流经风机出口断面与进口断面单位体积流体具有的总能量之差称为风机的之差称为风机的全压全压，以符号，以符号p表示

34、，单位是表示，单位是pa或或mh2o。（3）功率。）功率。功率主要有两种。功率主要有两种。有效功率：有效功率：是指在单位时间内通过泵与风机的全部流体获是指在单位时间内通过泵与风机的全部流体获得的总能量。这部分功率完全传递给通过泵与风机的流体，得的总能量。这部分功率完全传递给通过泵与风机的流体，以符号以符号ne表示，它等于流量和扬程（全压）的乘积，常用表示，它等于流量和扬程（全压）的乘积，常用的单位是的单位是kw，可按下式计算：，可按下式计算： 轴功率：轴功率：是指原动机加在泵或风机转轴上的功率，以符号是指原动机加在泵或风机转轴上的功率，以符号n表示，常用的单位是表示，常用的单位是kw。泵或风机

35、不可能将原动机输入。泵或风机不可能将原动机输入的功率完全传递给流体，还有一部分功率被损耗掉了，这的功率完全传递给流体，还有一部分功率被损耗掉了，这些损耗包括：些损耗包括：转动时，由于摩擦产生的机械损失；转动时，由于摩擦产生的机械损失；克克服流动阻力产生的水力损失；服流动阻力产生的水力损失；由于泄漏产生的容积损失由于泄漏产生的容积损失等。等。neqhqp（4）效率）效率。效率反映了泵或风机将轴功率。效率反映了泵或风机将轴功率n转化为有效转化为有效功率功率ne的程度，有效功率的程度，有效功率ne与轴功率与轴功率n的比值称为效率的比值称为效率，即，即%100nne效率是衡量泵与风机性能好坏的一项技术

36、经济指标。效率是衡量泵与风机性能好坏的一项技术经济指标。轴功率的计算公式为：轴功率的计算公式为：qpqhnen（5）转速）转速。是指泵与风机叶轮每分钟旋转的圈数，。是指泵与风机叶轮每分钟旋转的圈数， 用用符号符号n表示，单位是表示，单位是r/min(rpm)。转速是影响泵与风机。转速是影响泵与风机性能参数的一个重要因素，泵与风机是按一定的转速设性能参数的一个重要因素，泵与风机是按一定的转速设计的，当泵与风机的实际转速不同于设计转速时，泵与计的，当泵与风机的实际转速不同于设计转速时，泵与风机的其它性能参数将按一定的规律变化。风机的其它性能参数将按一定的规律变化。（6）允许吸上真空高度）允许吸上真

37、空高度hs及汽蚀余量及汽蚀余量hsv（或（或h)。 允许吸上真空高度允许吸上真空高度是指水泵在标准状况下是指水泵在标准状况下(即水温为即水温为20、水泵工作环境压力为一个标准大气压、水泵工作环境压力为一个标准大气压101.325kpa)运转时，水泵吸入口处运转时，水泵吸入口处(一般指真空表连接处一般指真空表连接处)所允许的最所允许的最大吸上真空高度。单位为大吸上真空高度。单位为mh2o。水泵样本中提供了。水泵样本中提供了hs值，值，是水泵生产厂按国家规定通过汽蚀试验得到的，它反映了是水泵生产厂按国家规定通过汽蚀试验得到的，它反映了离心泵的吸水能力。离心泵的吸水能力。 汽蚀余量汽蚀余量是指水泵吸

38、入口处单位重量液体必须具有的是指水泵吸入口处单位重量液体必须具有的超过饱和蒸汽压力的富余能量，也称为必须的净正吸入水超过饱和蒸汽压力的富余能量，也称为必须的净正吸入水头。汽蚀余量一般用来反映泵的吸水性能，其单位仍为头。汽蚀余量一般用来反映泵的吸水性能，其单位仍为mh2o。 hs值与值与hsv值是从不同角度反映水泵吸水性能的参数，值是从不同角度反映水泵吸水性能的参数，通常，通常，hs值越大，水泵吸水性能越好；值越大，水泵吸水性能越好；hsv越小，水泵吸越小，水泵吸水性能越好。水性能越好。hs及及hsv是确定水泵安装高度的参数。是确定水泵安装高度的参数。 为了方便用户使用，水泵制造厂家提供两种性能

39、为了方便用户使用，水泵制造厂家提供两种性能资料。资料。一是水泵样本一是水泵样本。在样本中，除了水泵的结构、。在样本中，除了水泵的结构、尺寸外，主要提供一套各性能参数相互之间关系的性尺寸外，主要提供一套各性能参数相互之间关系的性能曲线，以便用户全面了解该水泵的性质。能曲线，以便用户全面了解该水泵的性质。二是在每二是在每台泵或风机的机壳上都钉有一块铭牌台泵或风机的机壳上都钉有一块铭牌，铭牌上简明地，铭牌上简明地列出了该泵或风机在设计转速下运转时，效率为最高列出了该泵或风机在设计转速下运转时，效率为最高时的流量、扬程时的流量、扬程(或全压或全压)、转速、电机功率及允许吸、转速、电机功率及允许吸上真空

40、高度值。上真空高度值。 is65-50-125型单级单吸悬臂式离心泵铭牌：型单级单吸悬臂式离心泵铭牌：离心式清水泵离心式清水泵 型号：型号： is65-50-125 流量：流量：25m3/h扬程：扬程：20m允许吸上真空高度：允许吸上真空高度：7m出厂编号出厂编号转速：转速：2900r/min效率：效率：69%电机功率：电机功率：3kw重量：重量：出厂：出厂： 年年 月月 日日铭牌上泵的型号为铭牌上泵的型号为is65-50-125，其中，其中is表示国际标准离表示国际标准离心泵；心泵；65表示进口直径为表示进口直径为65mm；50表示出口直径为表示出口直径为50mm；125表示叶轮名义直径为表

41、示叶轮名义直径为125mm。 4-72型离心风机铭牌：型离心风机铭牌：离心式通风机离心式通风机 型号：型号：4-72 5 5 流量：流量：11830m3/h 电机功率：电机功率：13kw 全压：全压：290mmh2o 转速：转速：2900r/min 出厂编号：出厂编号： 出厂：出厂： 年年 月月 日日铭牌上风机的型号为铭牌上风机的型号为4-725，其中，其中4表示风机在最高效表示风机在最高效率点时全压系数乘率点时全压系数乘l0后的化整数，本例风机的全压系数后的化整数，本例风机的全压系数0.4；72表示比转数；表示比转数；5代表风机的机号，以风机叶轮代表风机的机号，以风机叶轮外径的分米数表示，外

42、径的分米数表示，5表示叶轮外径为表示叶轮外径为500mm。13.3 泵与风机的性能曲线泵与风机的性能曲线 泵和风机的性能曲线实际上都是由制造厂根据实泵和风机的性能曲线实际上都是由制造厂根据实验得出的。这些性能曲线是选用泵或风机和分析其运验得出的。这些性能曲线是选用泵或风机和分析其运行工况的根据。行工况的根据。 性能曲线包括三条线：性能曲线包括三条线：q h 关系曲线，关系曲线，q n 关系曲线，关系曲线，q 关系曲线。都是泵与风机在一定转速关系曲线。都是泵与风机在一定转速下的基本性能曲线。其中下的基本性能曲线。其中q h曲线最重要，它揭示曲线最重要，它揭示了泵与风机的两个最重要、最有实用意义的

43、性能参数了泵与风机的两个最重要、最有实用意义的性能参数之间的关系。之间的关系。is65-40-200型单级单吸型单级单吸离心泵离心泵的性的性能曲线能曲线 4-72no5型型离心式风机离心式风机的性能曲线的性能曲线 离心式泵与风机性能曲线的特点：离心式泵与风机性能曲线的特点： 从上面两图可以看出：从上面两图可以看出： q h 关系曲线一般是下降的，关系曲线一般是下降的，q n 关系曲线是上扬的，离心式泵与风机应该关系曲线是上扬的，离心式泵与风机应该闭阀闭阀门启动。门启动。q 曲线为驼峰型，其最高点表明为最大效率，它的曲线为驼峰型，其最高点表明为最大效率，它的位置与设计流量相对应的。位置与设计流量

44、相对应的。最高效率点的最高效率点的10%的区间内属于高效区段，也是经济的区间内属于高效区段，也是经济使用范围。使用范围。 (a)轴流泵轴流泵性能曲线；性能曲线； (b)轴流风机轴流风机性能曲线性能曲线（1）qh曲线呈陡降型，曲线上有拐点。曲线呈陡降型，曲线上有拐点。扬程随流量的减扬程随流量的减小而急剧增大，当流量小而急剧增大，当流量q=0时，扬程达到最大值。轴流式泵时，扬程达到最大值。轴流式泵或风机在运行过程中只适宜在较大的流量下工作。或风机在运行过程中只适宜在较大的流量下工作。（2）qn曲线也呈陡降曲线。曲线也呈陡降曲线。轴流式泵或风机应当在闸阀轴流式泵或风机应当在闸阀全开的情况下来启动电动

45、机，一般称为全开的情况下来启动电动机，一般称为“开闸启动开闸启动”。实际。实际工作中，轴流式泵或风机在启动时总会经历一个低流量阶段，工作中，轴流式泵或风机在启动时总会经历一个低流量阶段，因而在选配电机时，应注意留出足够的余量。因而在选配电机时，应注意留出足够的余量。（3）q曲线呈驼峰型。曲线呈驼峰型。这表明轴流式泵或风机的高效率这表明轴流式泵或风机的高效率工作范围很窄。因此，一般轴流式泵或风机均不设置调节阀工作范围很窄。因此，一般轴流式泵或风机均不设置调节阀门来调节流量，而采用调节叶片安装角度或改变转速的方法门来调节流量，而采用调节叶片安装角度或改变转速的方法来调节流量。来调节流量。 轴流式泵

46、与风机的性能曲线特点：轴流式泵与风机的性能曲线特点： 。13.4 泵的汽蚀与安装高度泵的汽蚀与安装高度13.4.1 汽蚀及其危害汽蚀及其危害 水泵气蚀的两个阶段：水泵气蚀的两个阶段：汽蚀第一阶段：表现在水泵外部有轻微噪音和振动，水汽蚀第一阶段：表现在水泵外部有轻微噪音和振动，水泵扬程和功率开始有些下降。泵扬程和功率开始有些下降。汽蚀第二阶段：空穴区会突然扩大，这时，水泵的汽蚀第二阶段：空穴区会突然扩大，这时，水泵的h、n、将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。 气蚀对水泵的危害通常表现为以下三种现象：气蚀对水泵的危害通常表现为以下三种现象：（1）对

47、叶轮的破坏）对叶轮的破坏（2）产生噪音和振动）产生噪音和振动（3）使泵的性能下降：）使泵的性能下降： 13.4.2 泵的安装高度泵的安装高度22ssgwsvhhhg泵吸入口的真空高度泵吸入口的真空高度hs 和几和几何安装高度何安装高度hg的关系为的关系为通常泵是在一定流量下运行的，通常泵是在一定流量下运行的， 及及hws都应是定值，所以都应是定值，所以hs将随将随hg的增加而增加。如果吸入口增加至某一最大值的增加而增加。如果吸入口增加至某一最大值hsmax时，即泵的吸入口处压强接近液体的汽化压强时，泵内就会时，即泵的吸入口处压强接近液体的汽化压强时，泵内就会开始出现汽蚀。为避免发生汽蚀，实际开

48、始出现汽蚀。为避免发生汽蚀，实际hs必须满足：必须满足：22gsvmax0.3ssshhhm在已知泵的允许吸入口真空度在已知泵的允许吸入口真空度hs的条件下，可用公式的条件下，可用公式计算出计算出“允许的允许的”水泵安装高度水泵安装高度hg，而实际的安装高，而实际的安装高度度hg应遵守：应遵守： sssgghgvhhh22在应用上式时应注意以下两点：在应用上式时应注意以下两点：1）当泵的流量增加时，吸水管水头损失和泵吸入口速度水头都）当泵的流量增加时，吸水管水头损失和泵吸入口速度水头都随之增加，导致随之增加，导致hg随流量增加而有所降低。因此，用上式确定随流量增加而有所降低。因此，用上式确定泵

49、的安装高度时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量为准。泵的安装高度时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量为准。2）hs值是制造厂在大气压为值是制造厂在大气压为101325pa和和20的清水条件下通的清水条件下通过实验得出的，当泵的实际使用条件与上述条件不符时，应对过实验得出的，当泵的实际使用条件与上述条件不符时，应对产品样本上规定的产品样本上规定的hs值按下式进行修正。值按下式进行修正。)24. 0()33.10(vasshhhh13.4.3 汽蚀余量汽蚀余量 把泵进口处单位重量液体所具有把泵进口处单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量称超过饱和蒸汽压力的富裕能量称为汽蚀余量，以符号为汽

50、蚀余量，以符号h表示，单表示，单位为位为m。在工程实际中，为确保安全运行，规定了一个必需的气蚀余在工程实际中，为确保安全运行，规定了一个必需的气蚀余量以量以h表示。必须使叶片入口处的实际气蚀余量表示。必须使叶片入口处的实际气蚀余量h符合符合下述安全条件：下述安全条件：3 . 0minhhh汽蚀余量汽蚀余量h与泵的允许几何安装高度与泵的允许几何安装高度hg之间的关之间的关系式：系式：hhpphwsvg0 与允许吸入口真空高度与允许吸入口真空高度hs相同，必须气蚀余量相同，必须气蚀余量h也是泵抗汽蚀性能的指标。也是泵抗汽蚀性能的指标。 hs越大，抗汽蚀性能越好；越大，抗汽蚀性能越好； h越小，抗汽

51、蚀性能越好。有的制造厂给出越小，抗汽蚀性能越好。有的制造厂给出hs ，有的，有的制造厂给出制造厂给出h 。式中式中p0吸液池面吸液池面绝对压强绝对压强，单位，单位pa； pv与工作流体相对应的汽化压强，单位与工作流体相对应的汽化压强，单位pa。 泵的安装高度大于零，即泵安装在吸水池液面以泵的安装高度大于零，即泵安装在吸水池液面以上一定距离，此时称该泵为上一定距离，此时称该泵为吸入式泵吸入式泵。 当管网系统中泵输送的流体温度较高时（如供热当管网系统中泵输送的流体温度较高时（如供热管网），或者吸水池液面压强低于当地大气压（如蒸管网），或者吸水池液面压强低于当地大气压（如蒸汽凝结水管网），都可能导致

52、为负值，这说明此时泵汽凝结水管网），都可能导致为负值，这说明此时泵必须安装在吸水池液面以下一定距离，才能保证不发必须安装在吸水池液面以下一定距离，才能保证不发生汽蚀，此时称该泵为生汽蚀，此时称该泵为灌注式泵灌注式泵。 因此实际工程中泵的安装高度一定要具体问题具因此实际工程中泵的安装高度一定要具体问题具体分析，才能确保泵的安全运行。体分析，才能确保泵的安全运行。【例题】【例题】12sh-19a型离心泵，泵进水口直径型离心泵，泵进水口直径300mm，泵的允许吸入口真空高度，泵的允许吸入口真空高度hs=4.5m，流量，流量0.24m3/s，泵吸入管段的水头损失为，泵吸入管段的水头损失为1.0m。试求

53、：（。试求：（1）若）若泵的几何安装高度为泵的几何安装高度为3m时，输送常温清水，该泵能否正常工作？（时，输送常温清水，该泵能否正常工作？（2）若该）若该泵安装在海拔泵安装在海拔1000m的地区，输送的地区，输送40的清水，问泵的最大安装高度的清水，问泵的最大安装高度hg为为多少？多少？【解】（【解】（1）计算泵的吸入口流速）计算泵的吸入口流速124 0.243.4/0.3qvm sa 2213.44.5-12.9122 9.8gswsvhhhmg 因为泵的几何安装高度为因为泵的几何安装高度为3m2.91m，所以此时泵不能正常工作。，所以此时泵不能正常工作。(2)查表，海拔查表，海拔1000m

54、处的大气压为处的大气压为9.2m，40清水的汽化压强清水的汽化压强为为0.75m，则修正后的泵允许吸入口真空高度，则修正后的泵允许吸入口真空高度 10.330.244.510.339.20.240.752.86ssavhhhhm 2213.42.861 1.2722 9.8gswsvhhhmg 【例题】某单级单吸离心泵，流量【例题】某单级单吸离心泵，流量q=70m3/h，必须气蚀余量，必须气蚀余量h=2.3m，从封闭容器抽送，从封闭容器抽送40的清水，封闭容器液面绝对压强的清水，封闭容器液面绝对压强为为8.8kpa，泵吸入管段水头损失为，泵吸入管段水头损失为0.5 m，试求该泵的允许安装高，试

55、求该泵的允许安装高度？（度？（40水的密度为水的密度为992kg/m3）【解】查表得【解】查表得40水的汽化压强水的汽化压强 mhhgpphlvg64. 25 . 03 . 275. 08 . 999288000吸泵的允许安装高度为负值，说明此时泵必须安装在封泵的允许安装高度为负值，说明此时泵必须安装在封闭容器液面以下闭容器液面以下2.64 m，才能保证不发生汽蚀。，才能保证不发生汽蚀。mgpv75. 013.5 相似律与比转数相似律与比转数 泵或风机的相似律表明了同一系列相似机器的相似泵或风机的相似律表明了同一系列相似机器的相似工况之间的相似关系。泵或风机的设计、制造通常是按工况之间的相似关

56、系。泵或风机的设计、制造通常是按“系列系列”进行的。同一系列中，大小不等的泵或风机都进行的。同一系列中，大小不等的泵或风机都是相似的，也就是说它们之间的流体力学性质遵循本书是相似的，也就是说它们之间的流体力学性质遵循本书所阐明的力学相似原理。相似律是根据相似原理导出的，所阐明的力学相似原理。相似律是根据相似原理导出的，除用于设计泵或风机外，对于从事本专业的工作人员来除用于设计泵或风机外，对于从事本专业的工作人员来说，更重要的还在于用来作为运行、调节和选用型号等说，更重要的还在于用来作为运行、调节和选用型号等的理论根据和实用工具。的理论根据和实用工具。13.5.1 泵与风机的相似条件泵与风机的相

57、似条件 根据力学相似理论，流体在两台泵或风机中作相似流动，根据力学相似理论，流体在两台泵或风机中作相似流动，其相似条件为：几何相似、运动相似和动力相似。其相似条件为：几何相似、运动相似和动力相似。 （1）几何相似）几何相似 两相似泵或风机的各过流部分一切相对应的尺寸比例相两相似泵或风机的各过流部分一切相对应的尺寸比例相等，相对应的角度相等，即：等，相对应的角度相等，即：lmnmnmnmnbbbbdddd212211221122nmnm； （2）运动相似）运动相似 两台相似的泵或风机，各相应点上速度三角形相似。两台相似的泵或风机，各相应点上速度三角形相似。即相应点的同名速度方向相同，大小比值等于

58、常数。即即相应点的同名速度方向相同，大小比值等于常数。即vmnrmrnmnuuvvvv.222222nlmmnnmnndnduu221122nmnm；凡是满足几何相似和运动相似条件的两台泵或风机称工况凡是满足几何相似和运动相似条件的两台泵或风机称工况相似的泵或风机。相似的泵或风机。 （3）动力相似）动力相似 动力相似要求作用于流体的同名力之间的比值动力相似要求作用于流体的同名力之间的比值相等。作用在泵或风机内流体的诸力中，主要是压相等。作用在泵或风机内流体的诸力中，主要是压力，对于黏性力，由于雷诺数较大，所以影响不大，力，对于黏性力，由于雷诺数较大，所以影响不大，一般可以略而不计自动满足动力相

59、似。一般可以略而不计自动满足动力相似。 13.5.2 相似律相似律在相似工况下，研究原型与模在相似工况下，研究原型与模型之间流量、扬程和功率的关型之间流量、扬程和功率的关系，此关系叫系，此关系叫相似律相似律。 （1）流量相似定律：）流量相似定律： 3nqnlemqq （2）扬程（压头）相似定律：）扬程（压头）相似定律： 22nhnlhmhh hlnmnppp22（3）功率相似定律：）功率相似定律： 35nnnlmmnn 注意各个物理量的含义注意各个物理量的含义3lnq22lnh22lnp53lnn以上各公式中的以上各公式中的 、 、 分别表示相似机的泄漏效分别表示相似机的泄漏效率、水力效率、机

60、械效率比例常数，率、水力效率、机械效率比例常数， 为密度比例常数。为密度比例常数。如果两个工况相似的泵或风机的尺寸比值不是很大，转如果两个工况相似的泵或风机的尺寸比值不是很大，转速的比值也不很大，速的比值也不很大，可近似认为两台相似泵或风机的各可近似认为两台相似泵或风机的各种效率均相等，种效率均相等，于是得到：于是得到：ehm13.5.3 比例律比例律把相似定律应用于不同转速运行的同一台泵或风机时，把相似定律应用于不同转速运行的同一台泵或风机时， 11l；2231111111122322222222qnhnpnnnqnhnpnnn；则相似律变为：则相似律变为：上述公式是同一台水泵在不同转速下运