泵与风机课件(3)第二章泵与风机的性能

1、泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans第二章第二章 泵与风机的性能泵与风机的性能2-12-1 功率、损失与效率功率、损失与效率 2-22-2泵与风机的性能曲线泵与风机的性能曲线 2-32-3 性能曲线的测试方法性能曲线的测试方法 （实验）（实验）泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans2-1 2-1 功率、损失与效率功率、损失与效率由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经泵与风机时不可避免地要产生各种能量损失。泵

2、与风机时不可避免地要产生各种能量损失。因此，尽可能地因此，尽可能地流体在泵与风机内部流体在泵与风机内部的的，以确定最合理的结构形式，对，以确定最合理的结构形式，对提高泵与风机的效率，降低能耗有着十分重要的意提高泵与风机的效率，降低能耗有着十分重要的意义。义。一、功率一、功率Pegtm原动机原动机电等电等Pg,in传动装置传动装置泵与风机泵与风机PgP流体流体泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans例例 一风机设计参数为：流量一风机设计参数为：流量60000m60000m3 3/h /h ，全压，全压1200 1200 PaPa，效率，效率85%85%，若将该风

3、机与一电机直联传动，电动，若将该风机与一电机直联传动，电动机铭牌功率机铭牌功率24000w24000w，效率效率98%，问风机能否正常工作？问风机能否正常工作？WpqPve200003600600001200有效功率：W.PPe2352985020000轴功率：WpPtmgtm23529，原动机功率：1直联传动WPPggin,g24010原动机输入功率：电动机铭牌功率为电动机铭牌功率为24000W,小于原动机输入功率小于原动机输入功率, 不能正常工作不能正常工作泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans习题：习题：排烟风机铭牌流量排烟风机铭牌流量12450m12

4、450m3 3/h /h ，全压，全压431 Pa431 Pa。已知当地大气压为标准大气压，排烟温度为已知当地大气压为标准大气压，排烟温度为270270.若若风机、电机和传动效率在内总效率为风机、电机和传动效率在内总效率为0.52，求，求该配套风机的电机功率为多少？该配套风机的电机功率为多少？泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans二、损失与效率二、损失与效率PPmPVPhP-PmP-Pm-PVPe=P- Pm - PV - PhpPPPPPPhvmePPPPPPPPPPPPPPPmmvmvmhvmmvh泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps

5、 and Fans机械损失机械损失容积损失容积损失流动损失流动损失例例 某泵，入口真空表读数某泵，入口真空表读数20kPa,20kPa,出口压力表读出口压力表读数数100Kpa100Kpa，流量，流量0.1m0.1m3 3/s/s，若轴功率，若轴功率14kw14kw，(1)(1)求总效求总效率率.(2).(2)若机械效率若机械效率97%97%，流动效率，流动效率98%98%，求容积效率。，求容积效率。解：解： 能头能头 p=p=（100+20100+20）=120kPa=120kPaWpqgHqPvve12000有效功率：%.PPe785总效率：%.hmv909709808570容积效率：泵与

6、风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans机械损失是指在机械运动中克服摩擦所造成的能量损失。机械损失是指在机械运动中克服摩擦所造成的能量损失。（用功率（用功率Pm表示）包括：表示）包括：及及摩擦所损失的功率，一般分别用摩擦所损失的功率，一般分别用P和和Pdf表示。表示。1 1、什么是机械损失、什么是机械损失 2 2、机械损失的定性分析、机械损失的定性分析 Pdf ，当叶轮在壳腔内转动时，因当叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内的流体与盖板之间存在的摩擦阻力克服壳腔内的流体与盖板之间存在的摩擦阻力而

7、消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。 约占轴功率的约占轴功率的2% 10%。1.机械损失和机械效率机械损失和机械效率 ，与轴承结构形式、轴端密封的密封型式有关。，与轴承结构形式、轴端密封的密封型式有关。（机械密封，约占轴功率的（机械密封，约占轴功率的1%；填料密封，；填料密封，1.3%3%）。）。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（1 1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。 3 3、减小机械损失的一些措施、减小机械损失的一些措施 （2 2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶

8、轮直径。）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。 （3 3）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取失，一般取B/D2=2%5%。一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 （4 4）保持叶轮及泵体内侧表面的光洁）保持叶轮及泵体内侧表面的光洁以减少摩擦。试验表明，以减少摩擦。试验表明，后，效率可以提高后，效率可以提高2%2%3%3%，后，效率可提后，效率可提高高2%2%4% 4% 。一般来说，风机的盖板和壳。一般来说，风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。泵与风机泵与风机 Pumps an

9、d FansPumps and Fans（5 5）随比转速）随比转速n ns s减小，圆盘摩擦损失急剧增加。因减小，圆盘摩擦损失急剧增加。因此，轴流式泵与风机比离心式泵与风机具有较少的圆此，轴流式泵与风机比离心式泵与风机具有较少的圆盘摩擦损失。盘摩擦损失。 3 3、减小机械损失的一些措施、减小机械损失的一些措施 一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans4 4、机械效率、机械效率一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 机械损失功率的大小，用机械效率机械损失功率的大小，用机械效率m来衡量。机械效率来衡量。机械效率等于轴功

10、率克服机械损失后所剩余的功率与轴功率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率与轴功率P之比：之比：机械损失功率mmmPPPP泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans在泵与风机中，由于结构上的要求，动、静部件之间存在泵与风机中，由于结构上的要求，动、静部件之间存在着一定的间隙，当叶轮旋转时，在间隙两侧压强差的作用在着一定的间隙，当叶轮旋转时，在间隙两侧压强差的作用下，使部分已经从叶轮获得能量的流体不能被有效地利用，下，使部分已经从叶轮获得能量的流体不能被有效地利用，而是从高压侧通过间隙向低压侧流动，造成能量损失。这种而是从高压侧通过间隙向低压侧流动，造成能量损失。这

11、种能量损失称为容积损失，亦称泄漏损失，用功率能量损失称为容积损失，亦称泄漏损失，用功率PV 表示。表示。 二、容积损失和容积效率二、容积损失和容积效率泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 泵的容积损失主要发生在以下几个部位：泵的容积损失主要发生在以下几个部位：；多级泵的级间间隙处；（属于圆盘摩擦损失）多级泵的级间间隙处；（属于圆盘摩擦损失）以及轴封间隙处等。以及轴封间隙处等。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 1、维持动、静部件间最佳的间隙；

12、 2、增大间隙中的流动阻力：、增大间隙中的流动阻力： （1）增加密封的轴向长度，加大沿程阻力）增加密封的轴向长度，加大沿程阻力 （2）在间隙入口和出口采取节流措施，增大局部阻力）在间隙入口和出口采取节流措施，增大局部阻力 （3）采用不同形式的密封环）采用不同形式的密封环泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （三）（三） 容积效率容积效率 容积损失的大小用容积效率容积损失的大小用容积效率V 来衡量。容积效率为考虑来衡量。容积效率为考虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比，容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比， s/mqWkPqqqqqqqHq

13、qgHqgPPPPPVVVTVTVmVmV3321泄露流量，容积损失功率，泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1、什么是流动损失、什么是流动损失 三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 流动损失是指：当泵与风机工作时，由于流动着的流体流动损失是指：当泵与风机工作时，由于流动着的流体和流道壁面发生和流道壁面发生、流道的几何形状改变使流体运动速度、流道的几何形状改变使流体运动速度的大小和方向发生变化而产生的的大小和方向发生变化而产生的、以及当偏离设计工况、以及当偏离设计工况时产生的时产生的等所造成的损失。等所造成的损失。2 2、流动损失的定性分析、流

14、动损失的定性分析 流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的粘性以及流体的流动速度、运行工况等因素密切相关，粘性以及流体的流动速度、运行工况等因素密切相关，泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 由流体力学知道，当流动处于由流体力学知道，当流动处于阻力平方区时（流体在泵与风机内的流动一般是这样），阻力平方区时（流体在泵与风机内的流动一般是这样），可定性地用下式表，可定性地用下式表示：示：232221jfVVVqKq

15、KqKhh ，流体速度的大小，流体速度的大小和方向要发生变化，在叶片入口和从叶轮出来进入压出室时，和方向要发生变化，在叶片入口和从叶轮出来进入压出室时，从而产生冲击损失。，从而产生冲击损失。 冲击损失可用下式估算，即冲击损失可用下式估算，即 2d4s)(VVqqKh泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 当流量小于设计当流量小于设计流量时，流量时，1a1，则，则=1a10，称为正，称为正冲角；冲角；当流量大于设计当流量大于设计流量时，流量时，1a1，则，则=1a10的

16、情况下，由于涡流发生在叶片的情况下，由于涡流发生在叶片背面，能量损失比负冲角背面，能量损失比负冲角0时为小。因此，设计时时为小。因此，设计时,一般取一般取正冲角正冲角=35。若全部流动损失用若全部流动损失用hw表示，表示，则：则： hw= hf+ hj+ hs 同时，正冲角的存在，可同时，正冲角的存在，可以增大入口过流面积，对改善以增大入口过流面积，对改善泵的汽蚀性能也有好处。泵的汽蚀性能也有好处。 流动损失曲线流动损失曲线泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 3 3、流动效率、流动效率 流动损失的大小用流动效率

17、流动损失的大小用流动效率h来衡量。流动效率等于考来衡量。流动效率等于考虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的功率之比功率之比 ，即，即TTTehppHHHgqHgqPPVV泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即： hmehshhsheVPPPPPPPP 离心式泵与风机的总效率视其容量、型式和结构而异。 离心式泵：离心式泵：0.60.9 离心式风机：离心式风机：0.70.9，高效风机，高效风机0.9以上以上 轴流泵：轴流泵：0.70.89 大型轴流风机：大型轴流风机：0.9以上以

18、上泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 【例例 1-2】 有一输送冷水的离心泵，当转速为有一输送冷水的离心泵，当转速为1450r/min时，时，流量为流量为qV=1.24m3/s，扬程，扬程H=70m，此时所需的轴功率，此时所需的轴功率Psh=1100kW，容积效率，容积效率V=0.93，机械效率机械效率m=0.94，求流动效，求流动效率为多少率为多少?（已知水的密度（已知水的密度=1000kg/m3）。）。 【解解】 由已知，泵的有效功率为：由已知，泵的有效功率为：P=gqV H/

19、1000=10009.8061.2470/1000=851.161（kW）所以，所以， = Pe/P=851.161/1100 =0.774=77.4%h=/(Vm)=0.774/(0.93020.94)=88.52%泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、能头与流量性能曲线一、能头与流量性能曲线2-22-2泵与风机的性能曲线泵与风机的性能曲线二、功率与流量性能曲线二、功率与流量性能曲线 三、效率与流量性能曲线三、效率与流量性能曲线 四、轴流式泵与风机性能曲线四、轴流式泵与风机性能曲线五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 工程现象工程现象1

20、 1：某工程风系统离心风机启动某工程风系统离心风机启动起来时常跳闸或烧电机，影响使用。情况起来时常跳闸或烧电机，影响使用。情况是风机铭牌风量和设计风量一致，但风机是风机铭牌风量和设计风量一致，但风机风压远远高于设计系统阻力。请分析这现风压远远高于设计系统阻力。请分析这现象原因。象原因。工程现象工程现象2 2：离心水泵启动时常是关阀启离心水泵启动时常是关阀启动，而轴流泵刚好相反（开阀启动），为动，而轴流泵刚好相反（开阀启动），为什么？什么？泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans引引 言言H-qV 或或 p-qV主要的主要的NPSH-qV其次其次能直观地反映了能

21、直观地反映了泵与风机泵与风机总体的性能，对其安全经济运总体的性能，对其安全经济运行意义重大；行意义重大；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态工作状态工况，运行工况，设计工况，最佳工况。工况，运行工况，设计工况，最佳工况。P-qV -qVH s-qV 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans2）H-qV曲线曲线（H-qV ）1）HT-qVT曲线曲线 由无限多叶片时的理论能头可得：由无限多叶片时的理论能头可得：HT=KHT ，qVT-q =qVH=HT-hw ，HT-qVTHT-qVThf+hjh

22、sH-qVTH-qVqVHqqVdTVTV2a2aTV2uTBq-AqbDgctgugu)ctgbDqu(guugH22222222221泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 2TVTVTVTVTTVhmmhqBqA)BqA(KqgHqgPPPPP与流量无关，且 ，若现，若现场的凝结泵和给水泵闭阀启场的凝结泵和给水泵闭阀启动，动，则则这部分功率将这部分功率将，故故。实际的实际的Psh-qV 曲线曲线泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 泵与风机效率等于有效泵与风机效率等于有效功率与轴功率之比，即：功率与轴功率之比，即：

23、 PHqgPPVe，并随性能表一，并随性能表一起附于制造厂家的起附于制造厂家的或或中。左图为与中。左图为与300MW、600MW机机组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。 倒倒“s s”形或形或“马鞍马鞍”形形原因：原因： d d 为设计工况点，为设计工况点， d-c, d-c, 流量减小，冲角增大，升力系数增加，能头增加流量减小，冲角增大，升力系数增加，能头增加 c-b,c-b,流量减小流量减小, ,附面层分离，升力系数降低，能头降低附面层分离，升力系数降低，能头降低 b-a,b-a,流量继续减小，流体二次回流，重新获得能量，能流量继续减小，流体二次回流，重新获得能

24、量，能头增加。头增加。 d-e,d-e,流量增大，冲角减小，升力系数降低，能头降低流量增大，冲角减小，升力系数降低，能头降低（1）qv-H曲线曲线: 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans空载功率：空载功率：q qv v=0=0时功率，时功率， qv=0qv=0时，时，p=max,p=max,空载功率最大空载功率最大 随着流量增加，轴功率下降随着流量增加，轴功率下降启动：启动： 轴流，随着流量增加，轴功率下降，阀门全开轴流，随着流量增加，轴功率下降，阀门全开启动或小安装角下启动，避免电机过载。启动或小安装角下启动，避免电机过载。（2）qv-P曲线曲线泵与风机

25、泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans q qv v=0=0，=0=0安装角不变下安装角不变下, ,高效区窄高效区窄, ,流流量偏离设计工况时，效率迅量偏离设计工况时，效率迅速下降。速下降。 但叶片角度可调，流量变但叶片角度可调，流量变化较大时，调节叶片安装角，化较大时，调节叶片安装角，性能曲线移动，仍可保持高性能曲线移动，仍可保持高效效（3）qv-曲线曲线泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的

26、比较 ，其，其p-qV ，且随，且随2a曲线弯曲曲线弯曲程度程度。K点左侧为不稳定工作区。点左侧为不稳定工作区。当风机在该区工作时，可能发生当风机在该区工作时，可能发生喘振或飞动等现象，从而影响风喘振或飞动等现象，从而影响风机的正常工作。因此，机的正常工作。因此， 离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较 ，H-qV（p-qV）曲线曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低，不会出现

27、渐降低，不会出现型。型。五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较但是，由于结构参数不同，使得后向式叶轮的性能曲线但是，由于结构参数不同，使得后向式叶轮的性能曲线也有所差异。常见的有也有所差异。常见的有、和和三种基本类三种基本类型。其性能曲线的形状是用型。其性能曲线的形状是用来划分的，即：来划分的，即： %10000s0pHHHK泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 当当Kp=25%30% 时，则称为陡降型曲时，则称为陡降型曲

28、线，如右图线，如右图a 线所示。其特点是：当流量变化很小时能头变线所示。其特点是：当流量变化很小时能头变化很大，因而化很大，因而，就希望有这，就希望有这样的工作性能。样的工作性能。这是因为：随着季节的变化，江河、这是因为：随着季节的变化，江河、水库的水位涨落差非常大，同时水的清水库的水位涨落差非常大，同时水的清洁度也发生变化，均会影响到循环洁度也发生变化，均会影响到循环水泵的工作性能（扬程），而我们要求循环水泵应具有当扬水泵的工作性能（扬程），而我们要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性。程变化较大时而流量变化较小的特性。 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPump

29、s and Fans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 当当Kp=8%12% 时，称为平坦型曲线，时，称为平坦型曲线，如右图如右图b 线所示。其特点是：当流量变化较大时，能头变化线所示。其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。很小。就希望有这样的性能。就希望有这样的性能。 这是因为：汽轮发电机在运行时负荷这是因为：汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的，特别是对调峰机组，变化是不可避免的，特别是对调峰机组，负荷变化更大。但是，由于主机安全经济负荷变化更大。但是，由于主机安全经济性的要求，汽包的压强（或凝汽

30、器内的压强）变化不能太大，性的要求，汽包的压强（或凝汽器内的压强）变化不能太大，这就要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变这就要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变化不大的性能。化不大的性能。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 驼峰曲线不能用斜度表示。其驼峰曲线不能用斜度表示。其特点是：能头随流量的变化先增大，而后减小。因而，特点是：能头随流量的变化先增大，而后减小。因而，。所以，在设计时应尽量避免这种情况，或尽量

31、减小不稳定区。所以，在设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角2a 和叶片数，可以避免性能曲线中的驼峰。和叶片数，可以避免性能曲线中的驼峰。 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较由右图可以看出，前向式、径由右图可以看出，前向式、径向式叶轮的轴功率随流量的增加迅向式叶轮的轴功率随流量的增加迅速上升，流量越大，功率就越大。速上升，流量越大，功率就越大。因此，当泵与风机工作在大于额定