流体第9章泵与风机

1、第第9章章 泵与风机泵与风机泵与风机都是输送流体的机械。泵与风机都是输送流体的机械。 泵泵用于输送用于输送液体；风机液体；风机用于输送用于输送气体气体。从从能量观点能量观点来看，泵与风机都是传递和转换能量的机械。来看，泵与风机都是传递和转换能量的机械。 从外部输入的从外部输入的机械能机械能，在泵或风机中传递给流体，转化，在泵或风机中传递给流体，转化为流体的为流体的压力能压力能，以克服流体在流道中的阻力。，以克服流体在流道中的阻力。 有些流体如压气机中的气体及高压泵中的液体，有更高有些流体如压气机中的气体及高压泵中的液体，有更高的压力能储备做功，有些液体被举到更高的位置（如水的压力能储备做功，有

2、些液体被举到更高的位置（如水塔）而转化为塔）而转化为位能位能。有些情况，流体在经过泵或风机后，。有些情况，流体在经过泵或风机后，速度也有变化，因而部分地转化为流体的速度也有变化，因而部分地转化为流体的动能动能。第第9章章 泵与风机泵与风机泵与风机分类泵与风机分类 依据：依据：能量传递及转化的方式不同。能量传递及转化的方式不同。 类型：类型：叶轮动力式与容积式（或静力式）。叶轮动力式与容积式（或静力式）。 l 在在叶轮动力式叶轮动力式机械中，某些机械部件与流体间发生动机械中，某些机械部件与流体间发生动力作用，其能量转换关系是由动能转化为压力能或由力作用，其能量转换关系是由动能转化为压力能或由压力

3、能转化为动能。如离心式或轴流式的泵或风机、压力能转化为动能。如离心式或轴流式的泵或风机、液力联轴器、水轮机等，常称为液力联轴器、水轮机等，常称为涡轮机械涡轮机械。l 容积式或静力式容积式或静力式机械的特点是容积的变化或流体的位机械的特点是容积的变化或流体的位移。由位移作用所提高的静压强大于由速度或动能的移。由位移作用所提高的静压强大于由速度或动能的变化而提高的静压强。如往复式泵、齿轮泵、回转式变化而提高的静压强。如往复式泵、齿轮泵、回转式泵等。泵等。第第9章章 泵与风机泵与风机第第9章章 泵与风机泵与风机 风机的类型风机的类型通风机通风机：气体通过风机后，压力能增加不大，：气体通过风机后，压力

4、能增加不大，气体的密度变化很小。气体的密度变化很小。压气机压气机：应考虑气体的：应考虑气体的压缩性。压缩性。离心式、轴流式。离心式、轴流式。 主要内容：主要内容：l离心式泵与风机的工作原理、性能等。离心式泵与风机的工作原理、性能等。9.1 离心式泵离心式泵 主要部件主要部件：固定在机座上的：固定在机座上的机壳机壳及与转轴连在一起并随轴转动的及与转轴连在一起并随轴转动的叶轮叶轮。 工作原理：工作原理：当泵工作时，外部动当泵工作时，外部动力驱动转轴旋转，叶轮力驱动转轴旋转，叶轮1随着旋转，随着旋转，叶片叶片2间原来充满着的液体在惯性间原来充满着的液体在惯性离心力的作用下，从叶轮外缘抛离心力的作用下

5、，从叶轮外缘抛出，在机壳出，在机壳4中汇集，从出口中汇集，从出口5排排走。当叶片间的液体被抛出时，走。当叶片间的液体被抛出时，叶轮内缘入口叶轮内缘入口3处压强降低，外部处压强降低，外部的液体便被吸入填充。的液体便被吸入填充。图图9.1 离心式泵的构造略图离心式泵的构造略图1-叶轮；叶轮；2-叶片；叶片；3-吸入口；吸入口；4-机壳；机壳；5-出口出口9.1.1 离心式泵的构造与工作原理离心式泵的构造与工作原理9.1.1 离心式泵的构造与工作原理离心式泵的构造与工作原理 叶轮转动不停，外部液体源源不断地经过叶轮从机叶轮转动不停，外部液体源源不断地经过叶轮从机壳出口排出或被送往需要的地方。壳出口排

6、出或被送往需要的地方。 液体经过叶轮时，装在叶轮上的许多叶片将能量传液体经过叶轮时，装在叶轮上的许多叶片将能量传递给液体，使递给液体，使液体的压强与速度增加液体的压强与速度增加。液体在离开。液体在离开叶轮进入蜗形机壳后，一部分动能转化为压力能。叶轮进入蜗形机壳后，一部分动能转化为压力能。 若将几个叶轮按一定的距离装在同一根转轴上，来若将几个叶轮按一定的距离装在同一根转轴上，来提高液体的能量，这样的泵称为提高液体的能量，这样的泵称为多级泵多级泵。 为了把液体送到较远或较高的地方，常采用多级为了把液体送到较远或较高的地方，常采用多级离离心泵心泵。9.1.2 泵的扬程泵的扬程 一般离心式泵的装置如图

7、一般离心式泵的装置如图9.2所示。所示。 单位重量液体在泵出口处的能量单位重量液体在泵出口处的能量 e2 与在泵入口处的能量与在泵入口处的能量 e1 之差，即单之差，即单位重量液体在泵中实际获得的能量，位重量液体在泵中实际获得的能量，就是泵的就是泵的扬程或总扬程扬程或总扬程，也是泵的，也是泵的总水头总水头或称或称总输水高度总输水高度，以，以 H 表示。表示。即即 H = e2 e1 如图所示：以吸液池如图所示：以吸液池1的液面的液面OO为基准，单位重量液体在为基准，单位重量液体在1-1断面和断面和2-2断面处的能量分别为：断面处的能量分别为： 图图9.2 离心式泵装置简图离心式泵装置简图 1-

8、吸液池；吸液池；2-排液池；排液池；3-真空表；真空表；4-压力表；压力表；5-闸阀闸阀gvphes221119.1.2 泵的扬程泵的扬程于是于是 式中式中 液体的重度。液体的重度。v设大气的压强为设大气的压强为Pa，真空表的读数为，真空表的读数为Pv，压力表的读数为，压力表的读数为PM，则则 上式中上式中，(z2+zm)zv=z 表示压力表与真空表位置的高度差。表示压力表与真空表位置的高度差。 gvpzhes222222vvazppp1MMazppp2即即（9.1） gvvppzzzHvMvm2)(2122212eeHgvvzpphzppzhvvasmMas2212229.1.2 泵的扬程泵

9、的扬程v当当z很小时可忽略不计，且若泵的进口断面积与出口断面很小时可忽略不计，且若泵的进口断面积与出口断面积相等或相差很小时，即积相等或相差很小时，即v1v2，则总扬程，则总扬程 v即从泵进口处的真空表读数与出口处的压力表读数之和，即从泵进口处的真空表读数与出口处的压力表读数之和，就可以表示泵的扬程大小。所以在运转时，常根据真空表就可以表示泵的扬程大小。所以在运转时，常根据真空表与压力表的读数，看泵的扬程变化。与压力表的读数，看泵的扬程变化。 例题例题9.1 某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径 d1=250 mm，压出管直径压出管直径 d2= 200m

10、m，水泵出口的压力表与入口处真空表的位，水泵出口的压力表与入口处真空表的位置高差为置高差为0.3m。水泵正常运转时，真空表的读数。水泵正常运转时，真空表的读数Pv= 3.92 N/cm2，压力表的读数压力表的读数PM= 83.3N/cm2，测得其流量，测得其流量Q = 60 l/s。求水泵的。求水泵的扬程扬程H。（9.2） 液柱mvMppH解解 在泵的入口处，水的平均流速为在泵的入口处，水的平均流速为在泵的出口处，水的平均流速为在泵的出口处，水的平均流速为根据式根据式(9.1)，求得泵的扬程为，求得泵的扬程为m/s222.1425.0142.306.042211dQvm/s91. 142 .

11、0142. 306. 042222dQvgvvppzHvM22122m41.898 . 92222. 191. 19800833000392003 . 0229.1.2 泵的扬程泵的扬程因为吸液池液面与排液池液面面积较大，因为吸液池液面与排液池液面面积较大，vd 0，v0 0，故故再按图再按图9.2，以，以O-O面为基准，列吸液池液面与面为基准，列吸液池液面与1-1断面的能量方断面的能量方程：程：（7.3） lsshgvphgvp22211200故故12eeHlslddddshgvphgvphh222002则则lsshgvpgvphe222002111列列2-2断面与排液池液面断面与排液池液面

12、d-d 的能量方程：的能量方程：（7.4） lddddsshgvphhgvpzh2222222lddddshgvphhe222则则9.1.2 泵的扬程泵的扬程v式中：式中：(hs+hd)为排液池液面与吸液池液面的垂直距离，为排液池液面与吸液池液面的垂直距离，称为称为几何扬程几何扬程，以，以 HG 表示；表示；(hls+hld)是吸入管路与压出是吸入管路与压出管路的阻力损失，称为管路的阻力损失，称为损失扬程或损失水头损失扬程或损失水头，以，以 Hl 表表示；示；PdP0为排液池液面的压强为排液池液面的压强Pd 与吸液池液面的压强与吸液池液面的压强P0 之差。之差。v所以泵的所以泵的总扬程总扬程是

13、用于将单位重量液体举上几何高度是用于将单位重量液体举上几何高度hs+hd 、供给吸入管路与压出管路克服阻力所消耗的能、供给吸入管路与压出管路克服阻力所消耗的能量量hls+hld及克服排液池液面与吸液池液面的压强差及克服排液池液面与吸液池液面的压强差(PdP0 )/。 （9.5） 0pphhhhHdldlsds9.1.2 泵的扬程泵的扬程v如果吸液池与排液池都与大气相通，则如果吸液池与排液池都与大气相通，则Pd = Pa = P0 ，故，故泵的扬程泵的扬程 这是一般离心式泵装置的情况。由此可知，泵的扬程这是一般离心式泵装置的情况。由此可知，泵的扬程不仅包括将单位重量液体升高的几何高度，而且也还包

14、不仅包括将单位重量液体升高的几何高度，而且也还包括吸入管路和压出管路中的阻力损失。括吸入管路和压出管路中的阻力损失。 （9.6） lGldlsdsHHhhhhH9.1.2 泵的扬程泵的扬程 例题例题9.2 由离心式泵经管路向水塔供水，其装置情况如下：由离心式泵经管路向水塔供水，其装置情况如下： （1）吸入管路。管直径）吸入管路。管直径 d1= 250mm，管长，管长 l1= 20m；每米；每米长度的沿程损失长度的沿程损失 i1 为为0.02 mH2O；装有一个带底阀的滤水；装有一个带底阀的滤水网网(v=4.45 )，90弯头弯头(b=0.291)两个。两个。 （2）压出管路。管直径）压出管路。

15、管直径 d2= 200mm，管长，管长 l2 = 200m ；每；每米长度的沿程损失米长度的沿程损失 i2 为为0.03 mH2O；装有全开的闸阀；装有全开的闸阀(g=0.05)一个，一个，90弯头弯头(b=0.291)三个。管路出口的局部三个。管路出口的局部阻力系数阻力系数ex=1 。 （3）泵的吸入几何高度）泵的吸入几何高度 hs= 4m，压出几何高度，压出几何高度 hd = 30m ；输水量输水量 Q = 60l/s；吸水池与水塔的液面均为大气。；吸水池与水塔的液面均为大气。v试确定此水泵应具备的扬程试确定此水泵应具备的扬程 H。9.1.2 泵的扬程泵的扬程 解解 水在吸入管中的流速为水

16、在吸入管中的流速为m/s222. 1425. 0142. 306. 042211dQv水在压出管中的流速为水在压出管中的流速为在吸入管中的阻力损失为在吸入管中的阻力损失为m/s91. 142 . 0142. 306. 042222dQvgvgvlihbvls222212111OmH783. 08 . 92222. 1291. 028 . 92222. 145. 42002. 0222在压出管中的阻力损失为在压出管中的阻力损失为gvgvgvlihexbgld2232222222229.1.2 泵的扬程泵的扬程按式（按式（7.6）求得水泵应具有的扬程为）求得水泵应具有的扬程为 OmH357. 68

17、 . 9291. 118 . 9291. 1291. 038 . 9291. 105. 0200023. 02222ldhm14.41357. 6783. 0304ldlsdshhhhH9.1.3 叶叶 轮轮 叶轮动力式机械的叶轮动力式机械的主要部件主要部件就是就是叶轮叶轮。离心式泵的扬程的。离心式泵的扬程的高低，也主要取决于叶轮的情况。分析流体在叶轮中的运高低，也主要取决于叶轮的情况。分析流体在叶轮中的运动情况，对于了解与掌握这类机械设备的工作原理与性能动情况，对于了解与掌握这类机械设备的工作原理与性能是很重要的。是很重要的。 叶轮分类叶轮分类 依据：构造不同。依据：构造不同。 （1）闭式叶

18、轮闭式叶轮。如图。如图9.3，由轮毂，由轮毂1、叶片、叶片2、底盘、底盘3、盖板、盖板4所组成。常用于清水泵中，效率较高，多为铸造而成。所组成。常用于清水泵中，效率较高，多为铸造而成。 （2）半开式叶轮半开式叶轮。有轮毂、底盘、叶片，而无盖板。多用。有轮毂、底盘、叶片，而无盖板。多用于抽送粘性较大的液体。于抽送粘性较大的液体。 （3）开式叶轮开式叶轮。如图。如图7.4，既无底盘，也无盖板；叶片，既无底盘，也无盖板；叶片2固固定在轮毂定在轮毂1上。效率较低，用于输送污水或含有固体颗粒的上。效率较低，用于输送污水或含有固体颗粒的矿浆或泥浆。矿浆或泥浆。7.1.3 叶叶 轮轮图图9.3 闭式叶轮闭式

19、叶轮 图图9.4 开式叶轮开式叶轮 图图9.5 双面吸液叶轮双面吸液叶轮 v除单面吸液的叶轮外，还有双面吸液的叶轮，如图除单面吸液的叶轮外，还有双面吸液的叶轮，如图9.5。这种。这种叶轮由于两个入口同时吸液，以增大流量。装置这种叶轮的叶轮由于两个入口同时吸液，以增大流量。装置这种叶轮的泵，称为泵，称为双吸式泵双吸式泵。v为了分析方便，假设叶轮是为了分析方便，假设叶轮是理想理想的，即理想叶轮上的叶的，即理想叶轮上的叶片数为无限多，叶片的厚度为无限薄，流体进入叶轮便片数为无限多，叶片的厚度为无限薄，流体进入叶轮便紧沿着叶片运动，至叶轮出口处流出，可视为流体沿流紧沿着叶片运动，至叶轮出口处流出，可视

20、为流体沿流束的运动。因而在同一断面上，便可认为有相同的压强束的运动。因而在同一断面上，便可认为有相同的压强分布与速度分布。并假设在叶轮中运动的流体为假想的分布与速度分布。并假设在叶轮中运动的流体为假想的无粘性流体，即不考虑任何能量损失。无粘性流体，即不考虑任何能量损失。v这样的叶轮传递给单位重量流体的能量，称为这样的叶轮传递给单位重量流体的能量，称为理想叶轮理想叶轮的欧拉扬程的欧拉扬程，以，以HE 表示。表示。v当考虑叶轮的叶片数目时，应对理想叶轮的欧拉扬程当考虑叶轮的叶片数目时，应对理想叶轮的欧拉扬程 HE 进行修正，可得实际叶轮但不计能量损失的理论扬进行修正，可得实际叶轮但不计能量损失的理

21、论扬程程 Ht，有，有 Ht = k HE9.1.3 叶叶 轮轮9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失实际流体通过实际的泵，不可避免地会发生能量损失。这实际流体通过实际的泵，不可避免地会发生能量损失。这些损失必然由泵的输入功率中的相当部分来补偿。些损失必然由泵的输入功率中的相当部分来补偿。泵中的泵中的能量损失能量损失分为水力损失、容积损失和机械损失三类。分为水力损失、容积损失和机械损失三类。 1）水力损失）水力损失 影响泵内水力损失的因素很多，很难精确地判定出这些因影响泵内水力损失的因素很多，很难精确地判定出这些因素的综合影响。大体说来，引起水力损失的原因是：（素的综合影响。大体说来，引起水

22、力损失的原因是：（1）壁面摩擦；（壁面摩擦；（2）流动速度的大小或方向的改变而产生的旋）流动速度的大小或方向的改变而产生的旋涡及脱流，这里包括撞击损失与流道扩散损失。涡及脱流，这里包括撞击损失与流道扩散损失。（1）摩擦损失与扩散损失摩擦损失与扩散损失。摩擦损失发生于叶轮的流道及机。摩擦损失发生于叶轮的流道及机壳之中，可用达西公式表示其关系壳之中，可用达西公式表示其关系22=QKhdiv（9.8） 式中式中 K2 随结构而定的系数。对于给定的泵，随结构而定的系数。对于给定的泵， K2 为常数。为常数。因式（因式（9.7）和（）和（9.8）所表示的这两种损失，都和流量的平方）所表示的这两种损失，都

23、和流量的平方成比例，因而可以合并为一个式子，即成比例，因而可以合并为一个式子，即23QKhhhdivffdiv（9.9）9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失21QKhf（9.7）v式中：式中：K1 考虑某台泵全部长度、流道横断面积及阻力系考虑某台泵全部长度、流道横断面积及阻力系数的常数。数的常数。v由于流道断面的扩大，流经其中的流体速度随之变化，引起由于流道断面的扩大，流经其中的流体速度随之变化，引起的扩散损失可用下式表示：的扩散损失可用下式表示：24)(sstrQQKh（9.10） 9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失 （2）撞击与脱流损失撞击与脱流损失。这种损失主要发生在叶轮的入口

24、处。这种损失主要发生在叶轮的入口处。流体沿轴向经过入口流进叶轮时，流体是没有转动的。但随流体沿轴向经过入口流进叶轮时，流体是没有转动的。但随即逐渐改变流动方向，按径向流进两叶片间的流道。若设计即逐渐改变流动方向，按径向流进两叶片间的流道。若设计流量为流量为Qs，则流体质点在叶片入口边缘处将有随叶轮绕轴旋，则流体质点在叶片入口边缘处将有随叶轮绕轴旋转的牵连运动与按入口叶片角转的牵连运动与按入口叶片角 1方向对叶片的相对运动。方向对叶片的相对运动。 式中：式中：hstr撞击与脱流损失；撞击与脱流损失； Q 当时的体积流量；当时的体积流量； Qs 设计流量；设计流量； K4 比例系数。比例系数。l

25、将式（将式（9.9）与（）与（9.10）按同一流量迭加，得）按同一流量迭加，得 hstr+ hfdiv 曲线，曲线，即为此流量时泵的水力损失，用即为此流量时泵的水力损失，用 hh表示。表示。实际扬程与理论扬程之比称为水力效率，以实际扬程与理论扬程之比称为水力效率，以h表示：表示：1hthhHHHH（9.12）（9.13）EhthkHHH所以所以流体从机壳的入口进去，又自机壳的出口流出，除了在叶流体从机壳的入口进去，又自机壳的出口流出，除了在叶轮中的水力损失外，由于速度的方向或大小改变，与机壳轮中的水力损失外，由于速度的方向或大小改变，与机壳的摩擦等，也都有水力损失。的摩擦等，也都有水力损失。若

26、包括全部水力损失，则就若包括全部水力损失，则就是泵的水力效率。是泵的水力效率。9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失hthHH （9.11） 此项损失的能量，由叶轮产生的水头供给。所以叶轮产生的此项损失的能量，由叶轮产生的水头供给。所以叶轮产生的实际水头或扬程，应为理论扬程实际水头或扬程，应为理论扬程 Ht 减去水力损失减去水力损失 hh 后的能后的能量，即量，即2）容积损失）容积损失v漏失流体漏失流体而造成的能量损失与转动部分和不动部分之间的而造成的能量损失与转动部分和不动部分之间的间隙有关。根据泵的类型，流体的漏失可能发生于下列的间隙有关。根据泵的类型，流体的漏失可能发生于下列的一处、数

27、处间隙或管路中：一处、数处间隙或管路中： （1）叶轮入口处的机壳和叶轮之间；）叶轮入口处的机壳和叶轮之间； （2）多级泵内两个相邻级之间；）多级泵内两个相邻级之间； （3）填料箱密封或转轴与机壳间的缝隙；）填料箱密封或转轴与机壳间的缝隙； （4）开式叶轮片的轴向间隙；）开式叶轮片的轴向间隙； （5）经过向轴承体和填料箱供冷却液的管路。）经过向轴承体和填料箱供冷却液的管路。v单位时间内从泵输出的流体体积为单位时间内从泵输出的流体体积为Q，漏失的流体体积为，漏失的流体体积为Ql，则不考虑漏失的理论流量，则不考虑漏失的理论流量 Qt 为为9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失ltQQQ+= 实际流

28、量实际流量 Q 有理论流量有理论流量 Qt 之比，称为泵的容积效率，以之比，称为泵的容积效率，以v表示，即表示，即1ltVQQQQQ（9.14）9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失 3）机械损失）机械损失v由于流体作用在叶轮轮盘上的摩擦，轴承内和填料箱密封内由于流体作用在叶轮轮盘上的摩擦，轴承内和填料箱密封内的摩擦等所造成的能量损失，为的摩擦等所造成的能量损失，为机械损失机械损失。v若加给泵叶轮轴上功率为若加给泵叶轮轴上功率为N，消耗于机械摩擦的功率为，消耗于机械摩擦的功率为NM，则泵的机械效率为则泵的机械效率为1NNNMM （9.15）v若无水力损失与容积损失，则单位时间内经过泵的流体所

29、若无水力损失与容积损失，则单位时间内经过泵的流体所获得的能量获得的能量 QtHt 应等于应等于NNM ，即，即v当考虑水力损失与容积损失时，将式（当考虑水力损失与容积损失时，将式（9.12）与（）与（9.14）中）中的的h与与v代入式（代入式（9.16）中，得）中，得NHQttM或MttHQN（9.16）9.1.4 泵中的能量损失泵中的能量损失 （9.17） WQHQHNhVM式中式中 = M vh ，为泵的总效率。，为泵的总效率。v泵的总效率就是有效功率对其轴功率之比。现有的小型泵的泵的总效率就是有效功率对其轴功率之比。现有的小型泵的总效率总效率 最大平均值在最大平均值在0.600.70之间

30、，大型泵的之间，大型泵的 值可达值可达0.92。v若吸液池与大气相通，其液面上的压强若吸液池与大气相通，其液面上的压强 p0 即为大气压强即为大气压强 pa 。且因吸液池液面较大，其下降的速度很小，可近似地认为且因吸液池液面较大，其下降的速度很小，可近似地认为 v0 0，于是，于是v泵的安装位置（卧式泵以叶轮轴线代表，立式泵以第一级叶泵的安装位置（卧式泵以叶轮轴线代表，立式泵以第一级叶轮吸入口的中心代表）到吸液池液面的垂直距离，称为泵的轮吸入口的中心代表）到吸液池液面的垂直距离，称为泵的吸上扬程或吸液高度吸上扬程或吸液高度。合理的吸液高度，对于保证泵的正常。合理的吸液高度，对于保证泵的正常吸液

31、工作有重要意义。吸液工作有重要意义。 v在图在图9.2表示的离心式泵的简单装置中，表示的离心式泵的简单装置中， hs 为吸上扬程。为为吸上扬程。为了便于泵的安装与操作运转，希望了便于泵的安装与操作运转，希望 hs 值能大一些，但不能超值能大一些，但不能超过某一限度。过某一限度。9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象lsashgvpph2211（9.18） （9.3） lsshgvphgvp22211200由式（由式（9.3） 图图9.2 离心式泵装置简图离心式泵装置简图 v式中式中 p1 为泵入口处液体的绝对压强；为泵入口处液体的绝对压强； pa - p1为泵入口的真为泵入口

32、的真空度。空度。v由此可知：吸上扬程由此可知：吸上扬程 hs 的大小，取决于泵入口处的绝对压的大小，取决于泵入口处的绝对压强强 p1 及流速及流速 v1 和吸入管路的阻力损失和吸入管路的阻力损失 hls 。v若输送的液体为水，且若体积流量一定，则若输送的液体为水，且若体积流量一定，则 v1 与与 hls 均为定均为定值，值， pa /为为10.332 mH2O。v吸上扬程吸上扬程 hs 将随将随 p1 /的减小而增大；但其最大值必然小于的减小而增大；但其最大值必然小于10.332 m。 9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象lsashgvpph2211（9.18） v液体在一

33、定温度条件下，其绝对压强达到液体在一定温度条件下，其绝对压强达到汽化压强（饱和蒸汽化压强（饱和蒸汽压强）汽压强） psat时时，此液体即汽化为蒸汽。水的饱和蒸汽压强与，此液体即汽化为蒸汽。水的饱和蒸汽压强与温度的关系如表温度的关系如表9.1的数值。的数值。 9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象表表9.1 水的饱和蒸汽压强与温度的关系水的饱和蒸汽压强与温度的关系温温 度，度，5102030405060708090100汽化压强汽化压强 ，mH2O0.090.120.240.430.751.252.003.174.807.1010.33satpv因为泵的叶轮入口处的绝对压强因为

34、泵的叶轮入口处的绝对压强 p1 低于大气压强，在当时低于大气压强，在当时的温度下，若的温度下，若 p1 之值等于或低于其汽化压强，将有蒸汽及之值等于或低于其汽化压强，将有蒸汽及溶解在液体中的气体大量地逸放出来，溶解在液体中的气体大量地逸放出来，形成很多由蒸汽与形成很多由蒸汽与气体混合的小气泡气体混合的小气泡。v这些气泡随液体至高压区，由于气泡周围的压强大于气泡这些气泡随液体至高压区，由于气泡周围的压强大于气泡内的汽化压强，气泡受压而破裂，并重新凝结，液体质点内的汽化压强，气泡受压而破裂，并重新凝结，液体质点从四周向气泡中心加速冲来。在凝结的一瞬间，质点相互从四周向气泡中心加速冲来。在凝结的一瞬

35、间，质点相互撞击，产生很高的局部压强。而这些气泡在靠近金属表面撞击，产生很高的局部压强。而这些气泡在靠近金属表面的地方破裂而凝结，则液体质点将似小弹头连续打击金属的地方破裂而凝结，则液体质点将似小弹头连续打击金属表面，此金属表面在大压强、高频率的连续打击下，逐渐表面，此金属表面在大压强、高频率的连续打击下，逐渐疲劳而破坏，形成疲劳而破坏，形成机械剥蚀机械剥蚀。v而且，气泡中还杂有一些活泼气体（如氧），当气泡凝结而且，气泡中还杂有一些活泼气体（如氧），当气泡凝结放出热量时，就对金属进行放出热量时，就对金属进行化学腐蚀化学腐蚀。v金属在机械剥蚀与化学腐蚀的作用下加速损坏，这种现象金属在机械剥蚀与化

36、学腐蚀的作用下加速损坏，这种现象叫做叫做气蚀现象气蚀现象。v离心式泵开始离心式泵开始发生气蚀时发生气蚀时，气蚀区域较小，对泵的正常工，气蚀区域较小，对泵的正常工作没有明显的影响。当发展到一定程度时，气泡大量产生，作没有明显的影响。当发展到一定程度时，气泡大量产生，影响液体的正常流动，甚至造成液流间断，发生振动与噪影响液体的正常流动，甚至造成液流间断，发生振动与噪音，流量、扬程与效率也明显下降。离心式泵在严重的气音，流量、扬程与效率也明显下降。离心式泵在严重的气蚀状态下运转，蚀状态下运转，发生气蚀的部位很快就被破坏成蜂窝状或发生气蚀的部位很快就被破坏成蜂窝状或海绵状海绵状，缩短泵的使用寿命，以致

37、泵不能工作。所以，离，缩短泵的使用寿命，以致泵不能工作。所以，离心式泵必须防止气蚀现象的产生。其必要条件是：心式泵必须防止气蚀现象的产生。其必要条件是： p1/ psat/。v设在泵的吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压强设在泵的吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压强的富余能量，称为的富余能量，称为气蚀余量气蚀余量，用，用h h m m 液柱表示，则气蚀液柱表示，则气蚀余量余量9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象satpgvph2211（9.19） v在给定的离心式泵的装置中，为了在运转中不发生气蚀，离在给定的离心式泵的装置中，为了在运转中不发生气蚀，离心式泵则须保

38、持一定的气蚀余量心式泵则须保持一定的气蚀余量h 。为了保证。为了保证h 之值，吸之值，吸液高度液高度 hs 必将受到一定的限制。必将受到一定的限制。v式（式（9.18）中，（）中，（pa/- p1 /）称为吸上真空度，以）称为吸上真空度，以 Hs 表示，表示，即即 9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象v设代入式（设代入式（9.18），得），得 即即 gvphpsat22111satslspphhh （9.20） gvhhppHlssas2211（9.21） v若泵在某流量下运转，若泵在某流量下运转， v12/2g 将是定值，将是定值， hls 也几乎不变，也几乎不变，吸上真

39、空度吸上真空度 Hs 将随泵的吸上扬程将随泵的吸上扬程 hs 的增加而增大。当的增加而增大。当 hs 增大到某数值后，增大到某数值后， p1 降低到该温度下液体的汽化压强降低到该温度下液体的汽化压强，泵就出现气蚀而不能工作。在此情况下的吸上真空度泵就出现气蚀而不能工作。在此情况下的吸上真空度 Hs ，称为最大吸上真空高度或称为最大吸上真空高度或最大吸上真空度最大吸上真空度，以，以 Hsmax 表示。表示。v目前，目前，Hsmax 只能由试验得出。为了保证离心式泵运行时只能由试验得出。为了保证离心式泵运行时不发生气蚀，同时又有尽可能大的吸上真空度，不发生气蚀，同时又有尽可能大的吸上真空度，Hsm

40、ax 应应留有留有0.3 m的安全量。即将试验得出的的安全量。即将试验得出的 Hsmax 减去减去0.3 m，作为允许最大吸上真空高度，或允许吸上真空度，以作为允许最大吸上真空高度，或允许吸上真空度，以Hs 表示，表示， 9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象3 . 0maxssHHv在泵的工作范围内，允许吸上真空度在泵的工作范围内，允许吸上真空度Hs 是随流量变化而有是随流量变化而有不同之值。一般情况，流量增加，不同之值。一般情况，流量增加， Hs 下降。下降。v故在决定泵的允许安装高度故在决定泵的允许安装高度hs 时，应按泵运转时可能出现时，应按泵运转时可能出现的最大流量

41、所对应的的最大流量所对应的Hs 值来进行计算，以保证水在大流量值来进行计算，以保证水在大流量情况下运转不发生气蚀。情况下运转不发生气蚀。9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象v离心式泵运转时，泵入口处的真空度离心式泵运转时，泵入口处的真空度 Hs 不应该超过泵样本不应该超过泵样本上规定的上规定的 Hs 值。泵安装时，应该根据泵样本上规定的值。泵安装时，应该根据泵样本上规定的Hs值来计算吸上扬程值来计算吸上扬程 hs 。按式（。按式（7.21）得）得允许安装高度允许安装高度hs 为为 gvhHhlsss221（9.22） 式中式中 Hs修正后的允许吸上真空高度，修正后的允许吸上

42、真空高度，mH2O； Hs 泵样本或说明书上给定的允许吸上真空度，泵样本或说明书上给定的允许吸上真空度，mH2O； A 泵使用地点的大气压强，泵使用地点的大气压强，mH2O； psat 当时温度下的饱和蒸汽压强，当时温度下的饱和蒸汽压强，N/m2。 9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象v通常，在泵的样本或说明书上规定的通常，在泵的样本或说明书上规定的Hs 值，是在大气压强值，是在大气压强为为760 mmHg、液体温度为、液体温度为20的情况下，进行试验得出的。的情况下，进行试验得出的。当泵的使用地点、大气压强、液体温度与上述情况不同时，当泵的使用地点、大气压强、液体温度与上

43、述情况不同时，则应进行如下的修正：则应进行如下的修正： （9.23） satsspAHH109.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象v泵运转时，应避免产生气蚀现象。泵运转时，应避免产生气蚀现象。为了防止发生气蚀为了防止发生气蚀，可，可采用下述方法：采用下述方法：（1）泵的安装位置可以低一些，以增加有效吸入水头。低扬）泵的安装位置可以低一些，以增加有效吸入水头。低扬程的大型水泵，多做成立式，并使叶轮浸没在水中，这是程的大型水泵，多做成立式，并使叶轮浸没在水中，这是防止气蚀的一个方法。防止气蚀的一个方法。（2）降低泵的转速。）降低泵的转速。（3）减少通过叶轮的流量。在可能范围内，用

44、双吸泵代替单）减少通过叶轮的流量。在可能范围内，用双吸泵代替单吸泵；如果不能改成双吸泵，可用两台以上的泵。吸泵；如果不能改成双吸泵，可用两台以上的泵。（4）增大吸液管直径，或尽量减少吸入管路的局部阻力，以）增大吸液管直径，或尽量减少吸入管路的局部阻力，以减少局部阻力损失。减少局部阻力损失。 按式（按式（9.22），泵的允许安装高度为），泵的允许安装高度为 9.1.5 泵的吸上扬程与汽蚀现象泵的吸上扬程与汽蚀现象v例题例题9.3 50D86型离心式泵的说明书给出：转数型离心式泵的说明书给出：转数n = 1400 r/min，流量时流量时Q = 18 m3/h时，扬程时，扬程 H = 74.7 m

45、。允许吸液真空高度。允许吸液真空高度Hs = 8 m。若输送的水的温度在。若输送的水的温度在20以下，吸入管直径以下，吸入管直径 d1 = 50 mm，吸入管的总阻力损失吸入管的总阻力损失hls = 0.5 m ，求此泵的允许安装高度，求此泵的允许安装高度hs 。 v解解 水在吸入管中的流速为水在吸入管中的流速为m/s55. 2405. 0142. 33600/1842211dQvgvhHhlsss221m17. 78 . 9255. 25 . 0829.1.6 离心式泵的性能曲线离心式泵的性能曲线 v根据实验，离心式泵在某一固定转速下，一个流量根据实验，离心式泵在某一固定转速下，一个流量 Q

46、 值，有其相对应的扬程值，有其相对应的扬程 H 值及功率值及功率 N 值。再按式值。再按式（9.17），取），取 Q 及其相对应的及其相对应的 H 与与 N 值，可计算出在值，可计算出在此流量此流量 Q 时的效率时的效率。以。以 Q 为横坐标，为横坐标，H 、N 、为纵为纵坐标，分别将各坐标，分别将各 H 、 N值、值、 值连成曲线，则得值连成曲线，则得 H - Q 、N - Q 、 - Q 等曲线，如图等曲线，如图9.6所示，以表示离心式泵所示，以表示离心式泵在此固定转速下的性能，称为在此固定转速下的性能，称为性能曲线图性能曲线图。 v图图9.6可以较清楚地说明离心式泵的基本性能。不同系可以

47、较清楚地说明离心式泵的基本性能。不同系列型号的泵在不同的转数下运转，可有不同的性能曲线列型号的泵在不同的转数下运转，可有不同的性能曲线图，但同名曲线的形状与趋势，大体上是相类似的。图，但同名曲线的形状与趋势，大体上是相类似的。 9.1.6 离心式泵的性能曲线离心式泵的性能曲线 图图9.6 离心式泵的性能曲线图离心式泵的性能曲线图 9.1.6 离心式泵的性能曲线离心式泵的性能曲线 （1） H - Q 曲线。曲线。当当 Q 由由0逐渐增加时，逐渐增加时， H 也由低逐渐增高；也由低逐渐增高；当当 Q 增至某一数值，增至某一数值， H 则不在增加；则不在增加； Q 继续增加，继续增加， H 则下则下

48、降。此凸形曲线有一个峰。峰的左边，降。此凸形曲线有一个峰。峰的左边， Q 增大，增大， H 也增大；也增大；峰的右边，峰的右边， Q 增大，增大， H 降低。说明离心式泵的流量与扬程之降低。说明离心式泵的流量与扬程之间存在者相互制约的关系。这是由于水力损失的缘故。间存在者相互制约的关系。这是由于水力损失的缘故。v因此，离心式泵在性能曲线高峰的右边运转时，如果得到较因此，离心式泵在性能曲线高峰的右边运转时，如果得到较大的流量，必须降低扬程大的流量，必须降低扬程(即减少几何扬程与损失扬程即减少几何扬程与损失扬程)；如；如管路阻力管路阻力(损失扬程损失扬程)加大或几何扬程增高，流量必然减少。加大或几

49、何扬程增高，流量必然减少。（2） N - Q 曲线。曲线。随着随着 Q 的增大，的增大， N 不断上升。说明流量大，不断上升。说明流量大，消耗的功率越大。当消耗的功率越大。当 Q 为零值时，为零值时， N 有最小值；这时消耗的有最小值；这时消耗的功率，主要用于克服机械摩擦。为了防止起动电流过大烧毁功率，主要用于克服机械摩擦。为了防止起动电流过大烧毁电机，所以离心式泵都是在电机，所以离心式泵都是在 Q = 0（压出管路的闸阀全闭）时（压出管路的闸阀全闭）时起动。起动。 9.1.6 离心式泵的性能曲线离心式泵的性能曲线 （3） - Q 曲线。随着曲线。随着 Q 的增大，的增大， 由低到高，再由高到

50、由低到高，再由高到低，有一个最高点，即最高效率点。此最高效率点所对低，有一个最高点，即最高效率点。此最高效率点所对应的流量应的流量 Q 、扬程、扬程 H 、功率、功率 N ，称为离心式泵的最佳工，称为离心式泵的最佳工况。况。v制造厂生产的泵，其铭牌上所标明的扬程、流量、功率制造厂生产的泵，其铭牌上所标明的扬程、流量、功率等数值，就是指这种泵效率最高时的扬程、流量、功率，等数值，就是指这种泵效率最高时的扬程、流量、功率，即所谓即所谓最佳工况的性能最佳工况的性能。为了保持泵的较高的经济性，。为了保持泵的较高的经济性，一般要求在最高效率点附近的范围内运转，如图中所示一般要求在最高效率点附近的范围内运

51、转，如图中所示的的“工作范围工作范围”。v按第按第4章的阻力公式知章的阻力公式知 9.1.7 泵在管路中的工况点泵在管路中的工况点v流体在管路中流动，其流量与管路阻力有一定的关系。表示流体在管路中流动，其流量与管路阻力有一定的关系。表示流量与阻力关系的曲线，称为此流量与阻力关系的曲线，称为此管路的特性曲线管路的特性曲线。v将单位重量液体从吸液池举上一个几何高度将单位重量液体从吸液池举上一个几何高度 HG到排液池里，到排液池里，克服在长为克服在长为 L、断面积为、断面积为 A 的管路中流动时的阻力，所需的的管路中流动时的阻力，所需的能量设为能量设为HA ，则，则 lGAhHHgvDLhl2)(2

52、2222)(RQgAQDL（9.24） v式中式中 R 称为管阻常数，其值与管路的材料、尺寸、局部装置称为管阻常数，其值与管路的材料、尺寸、局部装置及阀门开启度有关。管路一定，及阀门开启度有关。管路一定，R 为定值。为定值。 v此式为管路特性曲线的表此式为管路特性曲线的表示式，如图示式，如图9.7所示。由图所示。由图可知：有地形（几何）高可知：有地形（几何）高度差的管路特性曲线为一度差的管路特性曲线为一条不通过坐标原点的抛物条不通过坐标原点的抛物线。线。 9.1.7 泵在管路中的工况点泵在管路中的工况点v上式说明，当管路一定，即为定值时，管路阻力随流量的平上式说明，当管路一定，即为定值时，管路

53、阻力随流量的平方而变。因此方而变。因此 （9.25） 2RQHHGA图图9.7 管路特性曲线管路特性曲线 9.1.7 泵在管路中的工况点泵在管路中的工况点v泵一般都装置在管路上工作。泵经吸入管路自吸液池吸泵一般都装置在管路上工作。泵经吸入管路自吸液池吸上的液体，又经压出管路送往排液池。单位时间内由泵上的液体，又经压出管路送往排液池。单位时间内由泵排出的液体体积，也就是同一时间内在管路中流动的液排出的液体体积，也就是同一时间内在管路中流动的液体体积，即流量是一致的。体体积，即流量是一致的。v在此流量的情况下，单位重量液体在泵中获得的能量，在此流量的情况下，单位重量液体在泵中获得的能量，也正是这个

54、重量的液体流经管路时所需要的能量。也正是这个重量的液体流经管路时所需要的能量。v按同一比例尺将泵在给定的转速下的性能曲线按同一比例尺将泵在给定的转速下的性能曲线 H - Q 与与管路装置的特性曲线管路装置的特性曲线HA = HG + hl 绘在同一坐标图上，这绘在同一坐标图上，这两条曲线的交点两条曲线的交点 M，就是泵在此管路系统中的，就是泵在此管路系统中的工况点工况点，表示当时泵在此管路系统中的运转的工况：流量为表示当时泵在此管路系统中的运转的工况：流量为QM ，扬程为扬程为HM ，功率为，功率为NM ，效率为，效率为M 。 9.1.7 泵在管路中的工况点泵在管路中的工况点v泵的性能曲线泵的

55、性能曲线 H - Q 的最高点为的最高点为 F，其右边的工况点，其右边的工况点，属于稳定工况区；属于稳定工况区；v若管路的特性曲线很陡峭（例如，当若管路的特性曲线很陡峭（例如，当 HG 值很大，而且值很大，而且R 值也很大。诸如阀门开启度很小，局部阻力很多，管值也很大。诸如阀门开启度很小，局部阻力很多，管径很小，管路很长，管壁很粗糙等），则管路特性曲线径很小，管路很长，管壁很粗糙等），则管路特性曲线 HA = HG + RQ2 与泵的曲线与泵的曲线 H - Q 的交点的交点 M 工况点，工况点，可能落在最高点可能落在最高点 F 的左边，泵的工作将不稳定，发生振的左边，泵的工作将不稳定，发生振动

56、现象。动现象。v泵一般应避免在不稳定区运转。泵一般应避免在不稳定区运转。 9.1.8 离心式泵的选择离心式泵的选择 v选择离心式清水泵，一般按下列步骤进行：选择离心式清水泵，一般按下列步骤进行：（1）根据生产上对流量）根据生产上对流量 Q 及几何扬程及几何扬程 HG 的要求，在泵安的要求，在泵安装地点至需要液体（如水）的地方，拟订输液（水）管装地点至需要液体（如水）的地方，拟订输液（水）管路的配置方案，选择管路中的流速路的配置方案，选择管路中的流速 v 与管径与管径 d，然后计算，然后计算管路的阻力，确定所需要的泵的扬程管路的阻力，确定所需要的泵的扬程 H 与流量与流量 Q 。v水在管中的流动

57、，选择合理的流速，从而确定管径。根水在管中的流动，选择合理的流速，从而确定管径。根据实践经验，几十据实践经验，几十km长的输水管路，水在其中流动的平长的输水管路，水在其中流动的平均流速均流速 v = 0.50.7 m/s；在工厂内的输水管路，水的平均；在工厂内的输水管路，水的平均流速流速 v = 13 m/s。（2）根据）根据 Q 与与 H，在泵的产品样本或说明书中，选择能满，在泵的产品样本或说明书中，选择能满足要求的泵。选择时，可考虑把所需扬程加大足要求的泵。选择时，可考虑把所需扬程加大5%，不要，不要太大，否则不经济。太大，否则不经济。 9.1.8 离心式泵的选择离心式泵的选择 v一般有关

58、泵的说明书中，都载有泵的性能曲线，可通过计一般有关泵的说明书中，都载有泵的性能曲线，可通过计算，将管路特性曲线画出。若两曲线相交的工况点恰是泵算，将管路特性曲线画出。若两曲线相交的工况点恰是泵的最佳工况点或是在泵的工作范围内，则所选择的泵可以的最佳工况点或是在泵的工作范围内，则所选择的泵可以认为是经济与合理的。认为是经济与合理的。（3）如果生产上要求的流量过大，没有合适的泵，或者生）如果生产上要求的流量过大，没有合适的泵，或者生产上所要求的流量变化较大，则可以考虑泵的并联装置问产上所要求的流量变化较大，则可以考虑泵的并联装置问题。根据生产上所需要的流量，按不同的情况，取其一半题。根据生产上所需

59、要的流量，按不同的情况，取其一半或更小的数值来选择泵，但扬程仍应满足要求。考虑并联或更小的数值来选择泵，但扬程仍应满足要求。考虑并联装置时，尽可能选择同样型号的泵，因安装及零配件的准装置时，尽可能选择同样型号的泵，因安装及零配件的准备，都比较方便。备，都比较方便。（4）泵选定后，尚需根据管路安装情况，检查泵的吸入高）泵选定后，尚需根据管路安装情况，检查泵的吸入高度是否超过规定的限度。度是否超过规定的限度。（5）管路的直径，不能小于泵进口或出口的直径。如预先）管路的直径，不能小于泵进口或出口的直径。如预先设计时选用的管径过大或过小，应重新计算。设计时选用的管径过大或过小，应重新计算。 9.2 离

60、心式通风机离心式通风机离心式通风机的工作原理与离心式泵相同。离心式通风机的工作原理与离心式泵相同。主要部件是叶轮，其叶片焊接在底盘与盖主要部件是叶轮，其叶片焊接在底盘与盖板上。叶轮出口处的宽度比离心式泵的要板上。叶轮出口处的宽度比离心式泵的要大，可做成单面进风或双面进风的叶轮。大，可做成单面进风或双面进风的叶轮。 9.2.1 通风机的风压、风量和效率通风机的风压、风量和效率 v单位体积气体通过风机所获得的能量，就是风机的单位体积气体通过风机所获得的能量，就是风机的风压，又风压，又称全压或全风压称全压或全风压，单位为，单位为Nm/m3或或N/m2。v图图9.8为装有吸气管与排气管的离心式风机装置