第二章泵与风机性能

1、第二章泵与风机的性能第二章泵与风机的性能 理解并掌握泵与风机的理解并掌握泵与风机的各种功率、损失、效率各种功率、损失、效率及相互关系及相互关系; 理解泵与风机的理解泵与风机的理论性能曲线与实际性能曲线理论性能曲线与实际性能曲线，以及两者之，以及两者之间的差异和差异产生的原因间的差异和差异产生的原因; 熟悉并掌握熟悉并掌握叶片式泵与风机实际性能曲线叶片式泵与风机实际性能曲线的特性。的特性。最合理的结构形式，找出提高经济性的措施最合理的结构形式，找出提高经济性的措施 功率：单位时间内所做的功。功率：单位时间内所做的功。n有效功率：单位时间内流体通过泵或风机实际获有效功率：单位时间内流体通过泵或风机

2、实际获得的能量。得的能量。n泵：泵：n风机：全压功率风机：全压功率,kW1000vegq HP,1000veq pPkW,1000vste stq pPkW静压功率静压功率风机的静压风机的静压 风机的全压减去风机出口截面处的动压风机的全压减去风机出口截面处的动压pd2称为风称为风机的静压。用机的静压。用pst表示，即：表示，即：2std221112pppppv（Pa）风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差。风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差。 （）（） 原动机传递到泵或风机轴上的功率原动机传递到泵或风机轴上的功率 ,1000evPgq HPkw,1000vq pPkw原动机的原

3、动机的输出输出功率功率 tmvtmgHgqPP1000tmvgpqP1000 tmtm传动效率传动效率：电动机直联电动机直联1.01.0，联轴器直联，联轴器直联0.980.98，皮带传动，皮带传动0.950.95。 tmMPKP安全系数安全系数K一般电厂中取一般电厂中取1.15 内功率内功率 实际消耗于流体的功率称为泵与风机的内功率，用实际消耗于流体的功率称为泵与风机的内功率，用Pi表示。它等于有效功率表示。它等于有效功率加上除轴承、轴封外在泵与风机内损加上除轴承、轴封外在泵与风机内损失掉的功率失掉的功率。即：。即：Pi =Pe+P （kW） Pi Pe P%100ie PPi 内效率内效率

4、泵与风机的有效功率与内功率之比称为泵与风机的内泵与风机的有效功率与内功率之比称为泵与风机的内效率（风机称为全压内效率）。效率（风机称为全压内效率）。 用用 i 表示，即：表示，即：静压效率静压效率: :静压效率是指风机的静压有效功率和轴功率之比，用静压效率是指风机的静压有效功率和轴功率之比，用 st表示表示，即：，即：%100iestist PP 静压内效率静压内效率:静压内效率等于静压有效功率与内功率之比，用静压内效率等于静压有效功率与内功率之比，用 ist表示，即：表示，即：损失、效率损失、效率n机械损失机械损失（泄漏损失）（泄漏损失）与与有关的损失有关的损失n流动损失流动损失与与的损失的

5、损失 为尽量减为尽量减少损失提少损失提高效率高效率 功率功率损失损失效率效率 需研究产生损失的原因原因程度程度需讨论 及相互间关系。PhqVTHTP qVHTPeqVHP Pm PV Ph轴封、轴承的机械摩擦损失轴封、轴承的机械摩擦损失 叶轮前、后盖板与流体摩擦产生的圆盘摩擦损失叶轮前、后盖板与流体摩擦产生的圆盘摩擦损失 。：与轴封、轴承的结构形式、润滑：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关。状况、流体密度等有关。：圆盘与流体相对运动，以：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。及叶轮两侧流体的涡流。：与轴封、轴承的结构形式、润：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关

6、。滑状况、流体密度等有关。：圆盘与流体相对运动，：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。以及叶轮两侧流体的涡流。圆盘摩擦损失大小圆盘摩擦损失大小：即即与叶轮外径的五次方成正比，与叶轮转速的三次方成正比，与流体与叶轮外径的五次方成正比，与叶轮转速的三次方成正比，与流体密度成正比。密度成正比。圆盘摩擦系数圆盘摩擦系数K=f(ReK=f(Re、B/DB/D2 2 、粗糙度、粗糙度）（）（其中其中B B为间为间隙），一般可取隙），一般可取K=0.85K=0.85。6223210DuKPdfPdfn3D25Pdfn3D25n采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采用多级采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采

7、用多级叶轮，而非增大叶轮直径来提高能头。必要时叶轮，而非增大叶轮直径来提高能头。必要时提高转速，减小叶轮直径。提高转速，减小叶轮直径。n提高比转数提高比转数n保持接触面光滑，减少摩擦。保持接触面光滑，减少摩擦。比比 转转 数数s3/43.65Vn qnHy3/420Vn qnp泵的比转数泵的比转数 风机的比转数：风机的比转数： 2020ppdfmPPPPHgqPPPTvTmm67100107. 01smnn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，使区，从而使流量有一定的损失，使qvqvT， q叫

8、容积损失。它只叫容积损失。它只与流量有关，也叫流量损失。与流量有关，也叫流量损失。 叶轮入口与外壳密封环之间的间隙（叶轮入口与外壳密封环之间的间隙（A线）线） PV1；平衡轴向力装置泄漏平衡轴向力装置泄漏 PV2；轴封泄露轴封泄露 PV3（相对较小）（相对较小）; 多级泵前后级之间隔板、轴套间隙；图中多级泵前后级之间隔板、轴套间隙；图中 B线，此部分泄露又回到回路中，不影响线，此部分泄露又回到回路中，不影响 流量。流量。 PV= PV1+ PV2+ PV3 叶轮入口与外壳之间的间隙处叶轮入口与外壳之间的间隙处q1( PV1)；多级泵的级间间隙处多级泵的级间间隙处q2；平衡轴向力装置与外壳之间的

9、间隙处以及轴封间平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间隙处等隙处等q3。(平衡轴向力装置泄漏平衡轴向力装置泄漏 PV2；轴封泄露；轴封泄露 PV3）;n维持动静部件间的最佳间隙，随着运行时间延长，维持动静部件间的最佳间隙，随着运行时间延长，间隙增大，效率会降低。间隙增大，效率会降低。n增大间隙中的流阻增大间隙中的流阻q增加密封的轴向长度，可增大间隙内沿程阻力增加密封的轴向长度，可增大间隙内沿程阻力q在间隙入口和出口采取节流措施，增大间隙内流动在间隙入口和出口采取节流措施，增大间隙内流动的局部阻力的局部阻力q采取不同形式的密封环采取不同形式的密封环泄漏量：泄漏量：2qAg H容积效率：容积效

10、率：mvvTvvmvTTvTPPPgq HqPPgq Hq3268. 011svn与比转数的关系与比转数的关系：随着比转数减少（叶轮随着比转数减少（叶轮直径增加），叶轮间隙直径增加），叶轮间隙两侧压差增加，容积损两侧压差增加，容积损失增加失增加，容积效率减小。，容积效率减小。n是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。21224vfqKgvRlh22vjqKh 24)(vdvsqqKh 不仅与流体输送量有关，还与该流量与不仅与流体输送量有关，还与该流量与设计流量的偏差有关设计流量的偏差有关流量、冲角与冲击损失的关系流量、冲角

11、与冲击损失的关系 冲角：冲角：相对速度方向与相对速度方向与间的夹间的夹 角称为冲角角称为冲角 。流量、冲角流量、冲角 与冲击损失的关系与冲击损失的关系： 当当qvqvd 时，时， 1 0 为正冲角，损失较小。为正冲角，损失较小。 当当qv=qvd 时，时， 1 = 1a， = 1a- 1 =0 为零冲角，损失为零。为零冲角，损失为零。 当当qvqvd 时，时， 1 1a， = 1a- 1 0222222cotaTvTuuHqgg D bvTTBqAHH随流量增加而线性减少；随流量增加而线性减少； 随安装角增加，随安装角增加，B减小，减小，H减少趋势减缓。减少趋势减缓。 0290a2cot0a前

12、弯式叶轮前弯式叶轮B0H随流量增加而线性增大；随流量增加而线性增大；随安装角增加，直线斜率增大，随安装角增加，直线斜率增大，H增加趋势加快。增加趋势加快。 222222cotaTvTuuHqgg D bvTTBqAHqvT Aab cHT2 a9002 a=9002 a900 A/B 随随安装角增加安装角增加，扬扬程由陡直下降变为程由陡直下降变为平滑下降，甚至平平滑下降，甚至平稳增加，直至急剧稳增加，直至急剧增加增加n是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。21224vfqKgvRlh22vjqKh 24)(vdvsqqK

13、h 不仅与流体输送量有关，还与该流量与不仅与流体输送量有关，还与该流量与设计流量的偏差有关设计流量的偏差有关HTqvT HTqvT 摩擦、涡流损失摩擦、涡流损失泄漏损失泄漏损失以后弯式为例以后弯式为例HqvHq vTHqv vTTBqAHn叶片有限时，环流系数叶片有限时，环流系数K1，是结构参数的函数，是结构参数的函数，与叶片数、与叶片数、r1/r2有关，与流量有关，与流量无关。使曲线下移无关。使曲线下移n由于摩擦损失、冲击损失，使由于摩擦损失、冲击损失，使H qvk 区域工作。区域工作。总趋势：总趋势：H随随q.v.的增大而减小。形状与结构及叶片安装角有关。的增大而减小。形状与结构及叶片安装

14、角有关。mvTTPPgq HhvTTPgq HmhPPPvTvTaTTqBAqbDguKguKKHHcot222222由于：由于：根据前面分析：根据前面分析：则则：所以：所以：因：因：Pm与与qvT无关，因此可先求流动功率无关，因此可先求流动功率Ph与与qvT的关系的关系2( ()vTTvTvhTvTTvgq HgPg AqqqB qAB0290a2cot0a径向式叶轮径向式叶轮 这是一条过原点的直线，随流量增加，流动功率直线增加这是一条过原点的直线，随流量增加，流动功率直线增加 理想工况下理想工况下22hvTPK u q2( ()vTTvTvhTvTTvgq HgPg AqqqB qABvT

15、vTaTTqBAqbDguKguKKHHcot2222220290a2cot0aBAqvT后弯式叶轮后弯式叶轮Ph曲线为一条过原点的抛物线，与曲线为一条过原点的抛物线，与qvT有两个交点，一有两个交点，一个是个是qvT0，另一个是另一个是B0vTvTaTTqBAqbDguKguKKHHcot2222222( ()vTTvTvhTvTTvgq HgPg AqqqB qAB0290a2cot0a前弯式叶轮前弯式叶轮Ph曲线为一条过原点的上升曲线，随曲线为一条过原点的上升曲线，随qvT增加而急剧增大增加而急剧增大B0vTvTaTTqBAqbDguKguKKHHcot2222222( ()vTTvTv

16、hTvTTvgq HgPg AqqqB qAB实际状况下实际状况下（以后弯式为例以后弯式为例）n在在q vT Ph性能曲线上加一等值的性能曲线上加一等值的Pm 即得即得q vT P曲线；曲线；n从从q vT P曲线上对应曲线上对应q vT 减泄漏损失减泄漏损失qv即得即得q v P曲线。曲线。n在空载状态（在空载状态（q qvTvT0）下，轴功率由两部分组成：）下，轴功率由两部分组成： vmPPh导致温度升高导致温度升高 PHgqPPve1000p当当qv0和和H0时，时，0 0，因因此，理论上，效率曲线是一条过此，理论上，效率曲线是一条过原点的抛物线。原点的抛物线。p实际上，效率曲线不可能出

17、现第实际上，效率曲线不可能出现第二个零点。二个零点。p但存在一个最高效率点。但存在一个最高效率点。前向式叶轮的效率较低，但在前向式叶轮的效率较低，但在额定流量附近，效率下降较慢；额定流量附近，效率下降较慢；而径向式叶轮的效率居中。而径向式叶轮的效率居中。因此，为了提高效率，因此，为了提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮泵几乎不采用前向式叶轮，而采，而采用后向式叶轮。即使对于用后向式叶轮。即使对于风机，也趋向于采用效率较高的后风机，也趋向于采用效率较高的后向式叶轮向式叶轮。 离心式叶轮性能曲线分析离心式叶轮性能曲线分析 n一定流量下，对应一个扬程，功率和一定流量下，对应一个扬程，功率和效率，称为一个

18、效率，称为一个工况点工况点；最高效率对；最高效率对应最佳工况点；最高效率左右（应最佳工况点；最高效率左右（85859090区域）称为区域）称为高效工作区高效工作区；要求泵；要求泵与风机在高效工作区工作。与风机在高效工作区工作。 nq qvTvT0 0时（阀门全关），为空转状态，时（阀门全关），为空转状态，消耗功率，这部分功率转化为水的内消耗功率，这部分功率转化为水的内能，使水温升高，可能产生汽化，因能，使水温升高，可能产生汽化，因此，此，泵运行有一个最小流量要求泵运行有一个最小流量要求；。 从功率曲线看，离心式叶轮空从功率曲线看，离心式叶轮空转时，轴功率最小（转时，轴功率最小（设计轴功率的设计

19、轴功率的30%30%左右左右），），应在空载状态启动应在空载状态启动；：一般泵叶轮，采用后弯：一般泵叶轮，采用后弯式叶片，其扬程曲线总体上随流量增式叶片，其扬程曲线总体上随流量增加而下降；但其形状与安装角有关，加而下降；但其形状与安装角有关，随安装角增加，曲线由陡直下降趋于随安装角增加，曲线由陡直下降趋于平坦，最后可能出现平坦，最后可能出现“驼峰驼峰”形式。形式。HqHqv v曲线一般为曲线一般为“驼峰驼峰”形曲线；轴功率增加很形曲线；轴功率增加很快，电机容易超载，应取较大安全系数；而后弯式叶片功率曲线快，电机容易超载，应取较大安全系数；而后弯式叶片功率曲线增加缓慢，且有一最大功率点，电机不易

20、超载。增加缓慢，且有一最大功率点，电机不易超载。n前弯式叶轮风机效率远低于后弯式前弯式叶轮风机效率远低于后弯式。 离心泵性能曲线n离心式叶轮高效的范围宽离心式叶轮高效的范围宽n轴流式叶轮高效的范围窄轴流式叶轮高效的范围窄n(1)(1)q qv vH(qH(qv vp)p)性能曲线，在小流量区域内出现驼峰形状，性能曲线，在小流量区域内出现驼峰形状，。n(2)(2)功率功率P P在空转状态在空转状态( (q qv v0)0)时最大，随流量的增加而减小，为避免时最大，随流量的增加而减小，为避免原动机过载，原动机过载，。如果叶。如果叶片安装角是可调的，在叶片安装角小时轴功率也小，所以对片安装角是可调的

21、，在叶片安装角小时轴功率也小，所以对可调叶可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动。 轴流式泵与风机高效区窄，轴流式泵与风机高效区窄， 但如果采用可调叶片，则可但如果采用可调叶片，则可 使之在很大的流量变化范围使之在很大的流量变化范围 内保持高效率，这就是可调内保持高效率，这就是可调 叶片轴流式泵与风机较为突叶片轴流式泵与风机较为突 出的优点。出的优点。FAF30-13-1轴流风机性能曲线轴流风机性能曲线(660MW送风机送风机)动叶片的安装角度动叶片的安装角度离心引风机性能曲线离心引风机性能曲线 入口导流器的角度入口导流器的角度VPmPhP当泵启动运行正

22、常后，根据装在当泵启动运行正常后，根据装在( )的测量的测量仪表的压力读数，可以计算出泵的扬程。仪表的压力读数，可以计算出泵的扬程。 A.吸水池和压水池的液面处吸水池和压水池的液面处 B.泵的入口处泵的入口处(唯一唯一) C.泵的出口处泵的出口处(唯一唯一) D.泵的入口和出口处泵的入口和出口处泵与风机的主要性能参数之一的功率是指（泵与风机的主要性能参数之一的功率是指（）A.泵或风机的输出功率泵或风机的输出功率B.泵或风机的输入功率泵或风机的输入功率C.配套电动机的输出功率配套电动机的输出功率D.配套电动机的输入功率配套电动机的输入功率离心式泵与风机在定转速下运行时，为了避免启离心式泵与风机在

23、定转速下运行时，为了避免启动电流过大，通常在动电流过大，通常在( )A.阀门稍稍开启的情况下启动阀门稍稍开启的情况下启动 B.阀门半开的情况下启动阀门半开的情况下启动C.阀门全关的情况下启动阀门全关的情况下启动 D.阀门全开的情况下启动阀门全开的情况下启动对动叶可调的轴流式风机，为了避免启动电流过对动叶可调的轴流式风机，为了避免启动电流过大，应大，应( )启动。启动。A.关闭动叶片关闭动叶片B.全开动叶片全开动叶片C.半开动叶片半开动叶片D.将动叶片调到效率最高的角度时将动叶片调到效率最高的角度时 对一台对一台qvH曲线无不稳区的离心泵，通过在泵曲线无不稳区的离心泵，通过在泵的出口端安装阀门进行节流调节，当将阀门的开的出口端安装阀门进行节流调节，当将阀门的开度关小时，泵的流量度关小时，泵的流量qv和扬程和扬程H的变化为的变化为( )A.qv与与H均减小均减小 B.qv与与H均增大均增大C.qv减小，减小，H升高升高 D.qv增大，增大，H降低降低泵与风机的（泵与风机的（ ）大小不影响流量和扬程。）大小不影响流量和扬程。 A.容积损失容积损失