泵与风机-2损失和效率

1、君子不器君子不器 9第二章第二章 离心式泵与风机离心式泵与风机的的性能性能君子不器君子不器 9第一节第一节功率功率 损失损失及效率及效率君子不器君子不器 9w前面去掉了前面去掉了HT 下标下标 ，现在再去下标，现在再去下标T。w在一开始我们讲过，本课程的主要目的是提在一开始我们讲过，本课程的主要目的是提高泵与风机的效率，而效率包含两方面的含高泵与风机的效率，而效率包含两方面的含义：设计效率和运行效率，而设计效率是基义：设计效率和运行效率，而设计效率是基础，知道了在设计中应从哪几方面着手，才础，知道了在设计中应从哪几方面着手，才能在运行中有效地提高效率。能在运行中有效地提高效率。w效率和损失是相

2、互对应的，损失增加，效率效率和损失是相互对应的，损失增加，效率就降低。现在我们先看看在泵与风机中哪些就降低。现在我们先看看在泵与风机中哪些地方存在损失，只有找到了损失出现在什么地方存在损失，只有找到了损失出现在什么地方，才能知道如何减小这些损失。地方，才能知道如何减小这些损失。君子不器君子不器 9w一、功率一、功率绪论中已讲，不再重复绪论中已讲，不再重复君子不器君子不器 9二、损失与效率二、损失与效率主要损失有主要损失有(以泵为例以泵为例)：1. 机械损失：包含机械摩擦损失和圆盘损失，这一损机械损失：包含机械摩擦损失和圆盘损失，这一损失主要表现在消耗功率，与泵的扬程和流量无关，所失主要表现在消

3、耗功率，与泵的扬程和流量无关，所以，可看作是以，可看作是纯功率纯功率损失。损失。2. 泄漏损失：由于在泵中有压差，也有缝隙，就存在泄漏损失：由于在泵中有压差，也有缝隙，就存在泄漏的条件，从而使泄漏的条件，从而使qv减小，引起有效功率的降低，减小，引起有效功率的降低，可看作是可看作是只与流量有关只与流量有关的损失。的损失。3. 流动损失：流体有粘性，流动有阻力，可能在入流流动损失：流体有粘性，流动有阻力，可能在入流角度不合适时还存在冲击，这些损失都会使泵的扬程角度不合适时还存在冲击，这些损失都会使泵的扬程降低，引起有效功率的减小，这些损失统称为流动损降低，引起有效功率的减小，这些损失统称为流动损

4、失，可看作是失，可看作是只与扬程有关只与扬程有关的损失。的损失。下面分别讨论。下面分别讨论。君子不器君子不器 9一、机械损失与机械效率圆盘损失：一、机械损失与机械效率圆盘损失：w压力不同，有回流压力不同，有回流有损失有损失圆盘损圆盘损失。失。w不管有无流量输出，只要有流体，即不管有无流量输出，只要有流体，即有此项损失。有此项损失。w所以是纯功率损失，计入机械损失。所以是纯功率损失，计入机械损失。w其大小率叶轮与机壳之间的间隙大小、其大小率叶轮与机壳之间的间隙大小、形状、表面光洁度有关，还与形状、表面光洁度有关，还与 、n、D2、等因素有关。等因素有关。耗叶轮与机壳之间流体内圆盘损失）动与静之间

5、（机械摩擦-P3%-1-Pm2m1mP君子不器君子不器 9一、机械损失与机械效率圆盘损失：一、机械损失与机械效率圆盘损失：w圆盘损失。圆盘损失。62232210DuPm水泵风机1200/13.389. 081. 0可见，可见， Pm2正比于正比于D25、n3,在提高泵的扬程时在提高泵的扬程时,如用增加如用增加D2的方法，则圆盘的方法，则圆盘损失将大幅度增加，而用提高转速的方法来提高扬程，其损失增加的强度将损失将大幅度增加，而用提高转速的方法来提高扬程，其损失增加的强度将好得多。好得多。君子不器君子不器 9一、机械损失与机械效一、机械损失与机械效率圆盘损失：率圆盘损失： Pm2(210%)P P

6、m= Pm1 Pm2机械损失的大小用机械机械损失的大小用机械效率来表示：效率来表示：降低机械损失的方法降低机械损失的方法,看书。看书。风机泵0.980.9297. 09 . 0PPPmmPqHvTTmP机械损失vTTmqHPP君子不器君子不器 9二、容积损失及容积效率二、容积损失及容积效率 w流体从高压区侧通过运动部件与静止部件之间的流体从高压区侧通过运动部件与静止部件之间的间隙泄漏到低压区，从而使流量有一定的损失，间隙泄漏到低压区，从而使流量有一定的损失，使使qvqvT， qv叫容积损失。叫容积损失。w它只与流量有关，所以也叫流量损失。它只与流量有关，所以也叫流量损失。主要泄漏处有：主要泄漏

7、处有：1)叶轮入口处的间隙叶轮入口处的间隙(p60，图，图2-6); 2)平衡轴向力装置的泄漏孔；平衡轴向力装置的泄漏孔； 3)多级叶轮后一级向前一级的泄漏多级叶轮后一级向前一级的泄漏可以看出，这些损失与机械损失互有矛盾，减小这一项，可能会增加另一项。可以看出，这些损失与机械损失互有矛盾，减小这一项，可能会增加另一项。君子不器君子不器 9二、容积损失及容积效率二、容积损失及容积效率 w在这些泄漏损失中，以在这些泄漏损失中，以1)和和2)项为大。项为大。w书上有很多公式，但精度都不理想，因为实际情况很复书上有很多公式，但精度都不理想，因为实际情况很复杂，如紧盘根。杂，如紧盘根。w但我们可根据流体

8、力学，给出一个定性的公式。但我们可根据流体力学，给出一个定性的公式。w根据流体力学，泄漏量与高差的二分之一次方成正比，根据流体力学，泄漏量与高差的二分之一次方成正比，即：即： 所以所以 HgAq2HgAk2HkA 因此因此 qHPvqqqvTv君子不器君子不器 9二、容积损失及容积效率二、容积损失及容积效率 w其大小可用容积其大小可用容积效率来表示：效率来表示： PqHvTTmP机械损失vP容积损失vTTmqHPPvTvmqHPPP降低容积损失的方法书上有，可自己看。降低容积损失的方法书上有，可自己看。mvmvPPPPP95. 09 . 0vTvvTTvTqqqHqHH不变君子不器君子不器 9

9、三、流动损失与流动效率三、流动损失与流动效率w是指流体在流动时，流体与流体、流体与固体之是指流体在流动时，流体与流体、流体与固体之间的摩擦阻力损失和局部阻力损失，以及由于在间的摩擦阻力损失和局部阻力损失，以及由于在非设计工况下运行时产生的冲击损失。非设计工况下运行时产生的冲击损失。 1. 流动阻力损失 所以阻力损失所以阻力损失 gvdlh22121vqKgvh22222vqK221vqhh君子不器君子不器 9三、流动损失与流动效率三、流动损失与流动效率2. 冲击损失冲击损失w泵与风机在设计工况下运行时，泵与风机在设计工况下运行时，qv=qvd, 1=90 , 1= 1a,流流体沿叶轮型线的切线

10、方向进入叶轮体沿叶轮型线的切线方向进入叶轮,不会产生冲击不会产生冲击w但当但当qvqvd时时,是否会产生冲击呢是否会产生冲击呢?w首先看流量发生变化时首先看流量发生变化时,进出口三角形的变化情况。进出口三角形的变化情况。w一般认为，流量变化时，进口三角形的一般认为，流量变化时，进口三角形的 1不变，而出口三不变，而出口三角形的角形的 2不变。即不变。即 君子不器君子不器 9三、流动损失与流动效率三、流动损失与流动效率w可以看出，入口三角形的变化对可以看出，入口三角形的变化对HT无影响，但出无影响，但出口三角形的变化却能影响口三角形的变化却能影响HT wqv增加时，增加时，v2uv2u, HT增

11、加。增加。w也就是说，扬程是随流量的增加而减小的。记！也就是说，扬程是随流量的增加而减小的。记！君子不器君子不器 9三、流动损失与流动效率三、流动损失与流动效率w再由入口三角形的变化可知，在再由入口三角形的变化可知，在qvqvd时，即流动方向也不沿叶片入口处的切向进入叶轮，会在云的正时，即流动方向也不沿叶片入口处的切向进入叶轮，会在云的正背面产生漩涡。背面产生漩涡。w可见，只要流量不等于设计流量，就会产生冲击，引起冲击损失。可见，只要流量不等于设计流量，就会产生冲击，引起冲击损失。其大小可用下式表示：其大小可用下式表示： 233)(vdvqqKh君子不器君子不器 9三、流动损失与流动效率三、流

12、动损失与流动效率w总的流动损失为上述三项之和：总的流动损失为上述三项之和：233)(vdvqqKh221vqhh321hhhhw根据上述表达式绘出的曲线如图所示。根据上述表达式绘出的曲线如图所示。w由图可见，在无冲击时，由图可见，在无冲击时， h不是最小。不是最小。w h最小处出现在设计流量的左边最小处出现在设计流量的左边w即在流量略小于设计流量的地方。即在流量略小于设计流量的地方。w如果把入口安装角与入口流动角之差叫做冲角如果把入口安装角与入口流动角之差叫做冲角i的话，的话，即，即，w那么，在设计时，如有意让那么，在设计时，如有意让i0,则可减小整个流动损失，因此在设计泵与风机时，一般取则可

13、减小整个流动损失，因此在设计泵与风机时，一般取i=08 。11ai君子不器君子不器 9三、流动损失与流动效率三、流动损失与流动效率w流动损失的大小可用流流动损失的大小可用流动效率来表示：动效率来表示： PqHvTTmP机械损失vP容积损失vTTmqHPPvTvmqHPPPw泵的流动效率一般在泵的流动效率一般在0.80.95之间，而风机的流动效率一般在之间，而风机的流动效率一般在0.70.95之间。之间。w h最小，最小， Ph最大，故如欲提高泵与风机的效率，应主要从提高流动效率入手。最大，故如欲提高泵与风机的效率，应主要从提高流动效率入手。 w提高流动效率、降低流动损失的方法书上有，可自己看。

14、提高流动效率、降低流动损失的方法书上有，可自己看。vmhvmhPPPPPPPvTvqHqHTHHhP流动损失veqHP君子不器君子不器 9四、总效率四、总效率w现在已去掉了现在已去掉了HT 和和qvT的全部下标，即去掉了前的全部下标，即去掉了前面所做的两个假设，亦即已经把能头和流量的理面所做的两个假设，亦即已经把能头和流量的理论值变成了实际值：论值变成了实际值： 但可惜的是，但可惜的是，K 、 h和和 v不能精确计算。不能精确计算。ThThKHHHvTvvqq君子不器君子不器 9四、总效率四、总效率w它们之间的组合反映在泵与风机的总效率上： PPePPPPPPPPPPPPmmvmvmemvhPqHvTTmP机械损失vP容积损失vTTmqHPPvTvmqHPPPhP流动损失veqHP为三个分效率之积。为三个