泵与风机-2_1性能曲线

1、Welcome第二节第二节泵与风机泵与风机 的的 性能曲线性能曲线Welcome一、概述一、概述w泵与风机的主要参数有泵与风机的主要参数有5个：个：qv、H(p)、P、 、n。w它们之间存在一定的关系，如它们之间存在一定的关系，如n和和qv一定时，对某一定时，对某一泵或风机，其一泵或风机，其H(p)、P和和 有一一对应的关系有一一对应的关系w而这些关系在以前是用式子表示的，但由于实际而这些关系在以前是用式子表示的，但由于实际中存在以上的损失，这些式子中有一些不能用理中存在以上的损失，这些式子中有一些不能用理论计算的系数论计算的系数w所以，实际的泵与风机的性能是不可能用精确的所以，实际的泵与风机

2、的性能是不可能用精确的解析式子来表示的，只能用曲线表示解析式子来表示的，只能用曲线表示w而曲线可以通过对该泵或风机进行实测获得，这而曲线可以通过对该泵或风机进行实测获得，这些曲线就叫些曲线就叫性能曲线性能曲线。Welcome一、概述一、概述w性能曲线是指，性能曲线是指，在在一定转速一定转速n下，流量下，流量qv与扬程与扬程H(或全压或全压p)、轴功率、轴功率P和效率和效率 之间的关系曲线。之间的关系曲线。wn一定时，给出一个一定时，给出一个qv,就可在曲线上找到对应的就可在曲线上找到对应的一组一组H、P和和 ，这一组数就叫做一个，这一组数就叫做一个工况工况。w所以，在曲线上有无穷多个点，也就是

3、有无穷多所以，在曲线上有无穷多个点，也就是有无穷多个工况个工况w在曲线上，有一个效率最高的点，这个点代表的在曲线上，有一个效率最高的点，这个点代表的是设计工况。是设计工况。w但在实际上，泵与风机不可能总是在最高效率点但在实际上，泵与风机不可能总是在最高效率点工作，运行效率在设计效率的工作，运行效率在设计效率的93%以内时的区域以内时的区域叫叫高效区高效区。 Welcome二、用理论的方法绘制性能曲线二、用理论的方法绘制性能曲线w实际的性能曲线是用实验的方法绘制出来的，但实际的性能曲线是用实验的方法绘制出来的，但为了说明曲线的一些影响因素，我们先用理论的为了说明曲线的一些影响因素，我们先用理论的

4、方法绘制性能曲线。方法绘制性能曲线。1. qvH曲线曲线1) qvT HT 曲线曲线uTvugH221)cot(122222bDquugvT2cotvTBqA在在qvT HT 坐标上为一直线方程。坐标上为一直线方程。 2 90 时斜率为正，时斜率为正， 2 90 时斜率为负，时斜率为负， 2 =90 时斜率为时斜率为0。Welcome二、用理论的方法绘制性能二、用理论的方法绘制性能曲线曲线2cotvTTBqAHTHvTqgu222cotBA90290290222Welcome二、用理论的方法绘制性能曲线二、用理论的方法绘制性能曲线w1. qv H曲线曲线2) qvH曲线曲线(实际实际)从理论上

5、分析曲线的大体形状。以从理论上分析曲线的大体形状。以 2 90 为例，取为例，取其中的一部分进行放大。其中的一部分进行放大。(1)先去下标先去下标 w仍为一直线，只不过仍为一直线，只不过AA,BB，即截距和斜率均减小。，即截距和斜率均减小。TTKHH2cotvTKBqKA2cotvTqBAWelcome二、用理论的方法绘制性能曲线二、用理论的方法绘制性能曲线w1. qvH曲线曲线2) qvH曲线曲线(实际实际)(1)先去下标先去下标 2cotvTTqBAHqvT HT qvT HTH、HT、HT qv、qvTA2cotvTTBqAHAWelcome(2)去去H的下标的下标T因为因为H= hHT

6、，而，而 h和和 h1、 h2及及 h3有关。有关。 h1+ h2 qvT2，又因为是损失，在坐标上应为负值。又因为是损失，在坐标上应为负值。H、HT、HT qv、qvTAA阻力损失阻力损失 h1+ h2 =K1qvT2qvT HT qvT HTWelcome(2)去去H的下标的下标T h3=K2(qv-qvd)2也应为负值也应为负值(损失损失)。 H、HT、HT qv、qvTAAqvT H h3=K2(qv-qvd)2qvd阻力损失阻力损失冲击损失冲击损失qvT HT qvT HTWelcome(3)再去掉再去掉qvT的下标的下标q H1/2也为一抛物线，也为一抛物线，q应负值。应负值。H、

7、HT、HT qv、qvTAqvT Hqvd阻力损失阻力损失冲击损失冲击损失Aq H1/2容积损失容积损失qvT HTqvT HT Welcome二、用理论的方法绘制性能曲线二、用理论的方法绘制性能曲线2. qvP曲线曲线在在qvTPh坐标上坐标上 2 90 时为一有极值的抛物线。时为一有极值的抛物线。轴功率应为轴功率应为P与机械损失与机械损失 Pm之和。之和。因为因为 Pm为纯功率损失，无论有无流量，为纯功率损失，无论有无流量， Pm总是存在，故曲线向上平移可总是存在，故曲线向上平移可得得qvT-P曲线。曲线。P66图图2-13vTThqHP)cot(2vTvTBqAqK2211cotvTvT

8、qBqAWelcome二、用理论的方法绘制性能曲线二、用理论的方法绘制性能曲线2. qvP曲线曲线w再去掉再去掉qvT的下标，即减去泄漏损失，可的的下标，即减去泄漏损失，可的qvP曲线。曲线。w从图不难看出，无论有无流量，只要运转，均有从图不难看出，无论有无流量，只要运转，均有一定的轴功率。即一定的轴功率。即qv=0时，时，P0,此即空转功率，此即空转功率，它由两部分组成，一部分是机械损失，一部分是它由两部分组成，一部分是机械损失，一部分是由泄漏引起。由泄漏引起。w在实际中，一般只用到曲线的上升段，故功率曲在实际中，一般只用到曲线的上升段，故功率曲线一般为上升的曲线（近似直线）。（线一般为上升

9、的曲线（近似直线）。（ P67图图2-15） Welcome二、用理论的方法绘制性能曲线二、用理论的方法绘制性能曲线3. qv 曲线曲线w有了有了qv,在上述两条曲线上可得一在上述两条曲线上可得一H与与P,从而可算从而可算出出 ，但理论，但理论qv 曲线为一典型的抛物线曲线为一典型的抛物线wqv=0时，时，Pe=0, =0；qv较大时也有较大时也有 =0。w实际的实际的qv 曲线比理论值小，曲线比理论值小，qv较大时无用。较大时无用。 （ P66图图2-14） w通常，三条曲线绘在同一图上，通常，三条曲线绘在同一图上， =93% max的范的范围为高效区，即最佳工作区。围为高效区，即最佳工作区

10、。 （ P67图图2-15,16） Welcome三、实验方法绘制性能曲线三、实验方法绘制性能曲线实际中一般用此法绘制，如有时间讲泵与风机的实际中一般用此法绘制，如有时间讲泵与风机的测试方法，并进行实验。测试方法，并进行实验。Welcome四、离心式泵与风机性能曲线的分析四、离心式泵与风机性能曲线的分析1.工况工况 有一有一qv,就有一组就有一组 、H、P,这一组数就是一个工这一组数就是一个工况，应为一曲线，曲线上有无限多个点，就有无限多况，应为一曲线，曲线上有无限多个点，就有无限多个工况，个工况， = max的工况为的工况为设计工况设计工况(最佳工况最佳工况、额定额定工况工况)。泵与风机的泵

11、与风机的实际运行工况（只有一个）实际运行工况（只有一个）取决于本身的性取决于本身的性能曲线及负荷情况能曲线及负荷情况(管路特性管路特性)。2. 高效区宽高效区宽(qv 曲线平坦曲线平坦)的泵与风机的泵与风机调节性能调节性能好。好。3.qvH曲线的三种形状：平坦、陡降、驼峰。曲线的三种形状：平坦、陡降、驼峰。 2a增加增加易出现驼峰。易出现驼峰。 Welcome四、离心式泵与风机性能曲线的分析四、离心式泵与风机性能曲线的分析在最佳工况点左右的区域在最佳工况点左右的区域(一般不低于最高效率的一般不低于最高效率的0.93)称为经济工作区或高效工作区称为经济工作区或高效工作区,泵与风机在此区泵与风机在

12、此区域内工作最经济域内工作最经济.当阀门全关时当阀门全关时,qv=0,H=H0,P=P0,该工况为空转状态该工况为空转状态.这时这时,空载功率户空载功率户.主要消耗在机械损失上主要消耗在机械损失上,如旋转的叶如旋转的叶轮与流体的摩擦轮与流体的摩擦,使水温迅速升高使水温迅速升高,会导致泵壳变形会导致泵壳变形,轴轴弯曲以致汽化弯曲以致汽化,特别是锅炉给水泵及凝结水泵特别是锅炉给水泵及凝结水泵,由于输由于输送的是饱和液体送的是饱和液体,因此因此,为防止汽化为防止汽化,一般不允许在空转一般不允许在空转状态下运行状态下运行(除特殊注明允许的外除特殊注明允许的外).如在运行中负荷降如在运行中负荷降低到所规

13、定的最小流量时低到所规定的最小流量时,则应开启泵的旁路管则应开启泵的旁路管.Welcome四、离心式泵与风机性能曲线的分析四、离心式泵与风机性能曲线的分析离心式泵与风机离心式泵与风机,在空转状态时在空转状态时,轴功率轴功率(空载功率空载功率)最最小小,一般为设计轴功率的一般为设计轴功率的30%左右左右为避免启动电流过大为避免启动电流过大,原动机过载原动机过载,所以所以离心式的离心式的泵与风机要在阀门全关的状态下启动泵与风机要在阀门全关的状态下启动待运转正常后待运转正常后,再开大出口管路上的调节阀门再开大出口管路上的调节阀门,使泵与使泵与风机投入正常的运行风机投入正常的运行.Welcome四、离

14、心式泵与风机性能曲线的分析四、离心式泵与风机性能曲线的分析后弯式叶轮后弯式叶轮qVH性能曲线的三种基本形状性能曲线的三种基本形状可以分为三种基本类型可以分为三种基本类型:陡降的曲线陡降的曲线,如图如图217a所示所示,这种曲线有这种曲线有25%30%的斜度的斜度,当当流量变动很小时流量变动很小时,扬程变化很大扬程变化很大,适用于扬程变化大而流量变化适用于扬程变化大而流量变化小的情况小的情况,如电厂的取水水位变化较大的循环水泵如电厂的取水水位变化较大的循环水泵平坦的曲线平坦的曲线,如图如图217b所示所示,这种曲线具有这种曲线具有8%一一12%的斜度的斜度;当流量变化很大时当流量变化很大时,扬程

15、变化很小扬程变化很小,适用于流量变化大而要求扬适用于流量变化大而要求扬程变化小的情况程变化小的情况,如电厂的汽包锅炉给水泵如电厂的汽包锅炉给水泵有驼峰的曲线有驼峰的曲线,如图如图217c所示所示,其扬程随流量的变化是先增加其扬程随流量的变化是先增加后减小后减小,曲线上曲线上k点对应扬程的最大值点对应扬程的最大值Hk和和qVk,在在k点左边为不稳点左边为不稳定工作段定工作段,在该区域工作在该区域工作,会影响泵与风机的稳定工作会影响泵与风机的稳定工作.因此因此,不不希望使用具有驼峰形曲线的泵与风机希望使用具有驼峰形曲线的泵与风机.Welcome四、离心式泵与风机性能曲线的分析四、离心式泵与风机性能

16、曲线的分析由由qv一一P性能曲线性能曲线(图图2-12)可见可见,后弯式叶轮和前弯式后弯式叶轮和前弯式叶轮有着明显的差别叶轮有着明显的差别:后弯式叶轮的后弯式叶轮的qv一一P性能曲线性能曲线,随流量的增加功率变化随流量的增加功率变化缓慢缓慢.前弯式叶轮随流量的增加前弯式叶轮随流量的增加,功率急剧上升功率急剧上升,因此原动机因此原动机容易超载容易超载.所以所以,对前弯式叶轮的风机在选用原动机时对前弯式叶轮的风机在选用原动机时,容量富裕系数容量富裕系数K值应取得大些值应取得大些.Welcome四、离心式泵与风机性能曲线的分析四、离心式泵与风机性能曲线的分析因前弯式叶轮的因前弯式叶轮的qvTHT理论

17、性能曲线为一上升直线理论性能曲线为一上升直线,在其上扣除轴向涡流及损失扬程后在其上扣除轴向涡流及损失扬程后,所得到的实际所得到的实际qvH性能曲线是一具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线性能曲线是一具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线.如果风机在不稳定工作段工作如果风机在不稳定工作段工作,将导致喘振将导致喘振.因此因此,不允不允许在此区段工作许在此区段工作.前弯式叶轮效率远低于后弯式前弯式叶轮效率远低于后弯式.为了提高风机效率为了提高风机效率,节节约能耗约能耗,目前大中型风机均采用效率较高的后弯式叶目前大中型风机均采用效率较高的后弯式叶片片.Welcome五、轴流式泵与风机的性能曲线五、轴流式泵与风机

18、的性能曲线在一定的转速下在一定的转速下,对叶片安装角固定的轴流式泵与对叶片安装角固定的轴流式泵与风机风机,试验所测得的典型性能曲线如图试验所测得的典型性能曲线如图219所示所示,和离心式泵与风机性能曲线相比有显著的区别：和离心式泵与风机性能曲线相比有显著的区别：效率曲线与离心类似，只是高效区较窄效率曲线与离心类似，只是高效区较窄qvH曲线曲线:设计流量为设计流量为qvd,随流量的减小随流量的减小,扬程扬程(全压全压)先是上升先是上升,当减小到当减小到qvc时时,扬程扬程(全压全压)开始下降开始下降,流量再流量再减小到减小到qvb时时,扬程扬程(全压全压)又开始上升直到流量为零时的又开始上升直到

19、流量为零时的最大值最大值.此最大扬程此最大扬程(全压全压)约为设计工况下扬程约为设计工况下扬程(全压全压)的的2倍倍.qvP曲线曲线:设计流量为设计流量为qvd,随流量的减小随流量的减小,轴功率最小，轴功率最小，随着流量的减小，轴功率逐渐增大，流量为随着流量的减小，轴功率逐渐增大，流量为0时，轴时，轴功率最大，所以功率最大，所以轴流式泵与风机应在阀门全开时启动轴流式泵与风机应在阀门全开时启动Welcome五、轴流式泵与风机的性能曲线五、轴流式泵与风机的性能曲线轴流式泵与风机性能曲线归结起来有以下特点轴流式泵与风机性能曲线归结起来有以下特点: (1) qvH性能曲线性能曲线,在小流量区域内出现驼

20、峰形状在小流量区域内出现驼峰形状,在在c点点的左边为不稳定工作区段的左边为不稳定工作区段,一般不允许泵与风机在此区域一般不允许泵与风机在此区域工作工作. (2)轴功率轴功率P在空转状态在空转状态(qv =0)时最大时最大,随流量的增加而减随流量的增加而减小小,为避免原动机过载为避免原动机过载, 要在阀门全开状态下启动要在阀门全开状态下启动.如果叶如果叶片安装角是可调的片安装角是可调的,在叶片安装角小时在叶片安装角小时,轴功率也小轴功率也小,所以所以对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动. (3)轴流式泵与风机高效区窄轴流式泵与风机高效区窄.但如

21、果采用可调叶片但如果采用可调叶片,则可则可使在很大的流量变化范围内保持高效率使在很大的流量变化范围内保持高效率.这就是可调叶片这就是可调叶片轴流式泵与风机较为突出的优点轴流式泵与风机较为突出的优点.Welcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响w显而易见，离心式泵与风机的叶轮结构与泵与风机的性显而易见，离心式泵与风机的叶轮结构与泵与风机的性能有着密切的关系，但各参数的变化又是相互影响的。能有着密切的关系，但各参数的变化又是相互影响的。w为了简化，我们只讨论它们各自对性能的影响，而不考为了简化，我们只讨论它们各自对性能的影响，而不考虑它们之间的

22、互相影响。虑它们之间的互相影响。1. 1a叶片入口安装角叶片入口安装角w前面讲过，如果流体流入角前面讲过，如果流体流入角 1等于叶片入口安装角等于叶片入口安装角 1a，则冲角则冲角i=0，流体流入时是无冲击的，对效率有利，流体流入时是无冲击的，对效率有利w但事实上，流体流入时是有冲角的，在具有一定的正冲但事实上，流体流入时是有冲角的，在具有一定的正冲角时，泵与风机进口处气流的阻力损失较小，效率可能角时，泵与风机进口处气流的阻力损失较小，效率可能还能提高，另外，还可提高泵的抗汽蚀性能。还能提高，另外，还可提高泵的抗汽蚀性能。w它的变化对性能曲线的形状影响不大。它的变化对性能曲线的形状影响不大。W

23、elcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响2. 叶片进口边的布置叶片进口边的布置w叶片进口边的布置主要影响泵的汽蚀性能，同时对泵的叶片进口边的布置主要影响泵的汽蚀性能，同时对泵的扬程、功率也有一定的影响。扬程、功率也有一定的影响。w叶片进口边的布置有平行与延伸两类。叶片进口边的布置有平行与延伸两类。a为平行布置，为平行布置，b为延伸布置，全称为叶片为延伸布置，全称为叶片在进口边延伸布置，它一方面增加了叶片在进口边延伸布置，它一方面增加了叶片的做功面积，另一方面由于圆周速度减小，的做功面积，另一方面由于圆周速度减小，对泵的抗汽蚀性能有利。目前

24、，大多泵与风机采用这种布置对泵的抗汽蚀性能有利。目前，大多泵与风机采用这种布置方法。方法。叶片进口边的延伸布置时，叶片进口边的延伸布置时，qvH性能曲线较陡，性能曲线较陡，qv 曲线曲线向流量小的方向移动，最高效率有所提高；而在叶片平行布向流量小的方向移动，最高效率有所提高；而在叶片平行布置时，置时，qvH性能曲线容易出现驼峰。性能曲线容易出现驼峰。abWelcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响2. 叶片进口边的布置叶片进口边的布置w叶片进口边的延伸布置，使叶片进口的圆周速度变化了，叶片进口边的延伸布置，使叶片进口的圆周速度变化了，造成叶

25、片在前后盖板处与中间流线处的液体流入角不等。造成叶片在前后盖板处与中间流线处的液体流入角不等。w叶片进口边的延伸不能太多，否则叶片扭曲厉害，容易叶片进口边的延伸不能太多，否则叶片扭曲厉害，容易造成进口流道的堵塞，且不易制造，一般取叶片与轴线造成进口流道的堵塞，且不易制造，一般取叶片与轴线的夹角的夹角2545 。w优点：优点：1) qvH曲线不易出驼峰，曲线不易出驼峰，2) max有所提高，有所提高，3)增增大了叶片的作用面积，使相同扬程下单位面积上的载荷大了叶片的作用面积，使相同扬程下单位面积上的载荷下降，下降，4)进口边各点上的直径减小，进口边各点上的直径减小，u1w1v1 p1，不易汽蚀。

26、不易汽蚀。w但延伸后，叶片呈扭曲形状，加工较困难。但延伸后，叶片呈扭曲形状，加工较困难。 Welcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响3. D2叶轮外经叶轮外经叶轮外径对泵与风机性能的影响角较大。由公式：叶轮外径对泵与风机性能的影响角较大。由公式： uTvugH221)cot(122222bDquugvT222222cot11bDqugugvT222222cot601601bDqnDgnDgvT2222cot601601bqngnDgvTWelcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响3.

27、D2叶轮外经叶轮外经1) 随随D2的增加而增加，截距的增加而增加，截距，斜率不变，斜率不变2) Pm2D25,D2 Pm2， m， 。3) D2流道变长流道变长, h1 , h2 , 不变或稍有增加。不变或稍有增加。4) D2材料的离心力增加，材料要求高。材料的离心力增加，材料要求高。5) D2占地面积占地面积，耗材多，成本高。，耗材多，成本高。6) D2(p，qv不变不变)，n，噪音，噪音。 2222cot601601bqngnDgHvTTWelcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响4. b2叶轮出口宽度叶轮出口宽度仍由上式：仍由上式：1

28、) b2斜率斜率曲线变平，易出驼峰。曲线变平，易出驼峰。2) qvT较大时，较大时，b2HT max右移。右移。 2222cot601601bqngnDgHvTTWelcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响5.n的影响的影响(副产品副产品)仍由上式：仍由上式：1) n斜率斜率曲线变陡曲线变陡不易出驼峰。不易出驼峰。2) n截距成平方增加。截距成平方增加。 2222cot601601bqngnDgHvTTTHvTq的影响nnnn 0Welcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响性能的影响6. 2a的影

29、响的影响1) 2a v2uHT 2) 2a 流道弯曲严重，流道变短，流道弯曲严重，流道变短，扩散度扩散度 h1 ， h2 ，但，但 h1 h2， (离心式离心式)3) 2a Hd Hst h1， h2 4) 2a qvH曲线变平曲线变平易出现驼易出现驼峰峰2222cot601601bqngnDgHvTTTHvTq的影响y2yyy222 Welcome五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响5)qvP曲线曲线由右式可知：由右式可知： 2a 90 时，为一上跷的抛物线，在流量的增加值很小时，时，为一上跷的抛物线，在流量的增加值很小时，轴功率就有较大的增长，极易过载。轴功率就有较大的增长，极易过载。另外，从前面的公式还可看出，另外，从前面的公式还可看出，抛物线的斜率与输送流体的密抛物线的斜率与输送流体的密度有关，如流体密度较小，则度有关，如流体密度较小，则抛物线的上跷不是很厉害，过抛物线的上跷不是很厉害，过载量可能较小，但如果流体密载量可能较小，但如果流体密度较大，则流量的增加将引起度较大，则流量的增加将引起轴功率的快速增加，电机可能轴功率的快速增加，电机可能很快就过载烧毁。很快就过载烧毁。 2211cotvTvTqBqAPPqvP3qvP22a=90ay902a90 的叶轮的叶轮(前弯式叶轮前弯式叶轮)，就，就是后弯式叶轮，