第2章-泵与风机的理论基础课件

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础感性认识！流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第三章泵与风机的理论基础感性认识！流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.1离心式泵与风机的基本结构2.1.1离心式风机的基本结构（1）叶轮：前盘、叶片（2）机壳：蜗壳、进风口（3）进气箱（大型风机）（4）前导器（大型风机）（5）扩散器第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr3流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.1离心式泵与风机的基本结构2.1.2离心式泵的基本结构（1）叶轮（2）泵壳（3）泵座（4）轴封装置第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数过程：流体受到离心力的作用——经叶片被甩出叶轮——挤入机（泵）壳——流体压强增高——排出——叶轮中心形成真空——外界的流体吸入叶轮——不断地输送流体。2.2.1离心式泵与风机的工作原理第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数实质：能量的传递和转化过程。电动机高速旋转的机械能——被输送流体的动能和势能。在这个能量的传递和转化过程中，必然伴随着诸多的能量损失，这种损失越大，该泵或风机的性能就越差，工作效率越低。2.2.1离心式泵与风机的工作原理第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数2.2.2离心式泵与风机的性能参数（1）流量Q(m3/s,m3/h)（2）扬程H/全压P(mH2O,Pa)（3）功率：有效功率Ne；轴功率N(kW)（4）效率η(%)（5）转速n(r/min)单位时间内流体从离心式泵与风机中获得的总能量。Ne=γQH=PQ原动机传递到泵与风机轴上的输入功率。N>Neη=Ne/N第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.3离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程2.3.1绝对速度与相对速度、牵连速度绝对速度：运动物体相对于静止参照系的速度。相对速度：运动物体相对于运动参照系的速度。牵连速度：运动参照系相对于静止参照系的速度。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.3.2流体在叶轮中的运动与速度三角形第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem流体在叶轮中运动的速度三角形α--叶片工作角β--叶轮安装角与流量有关的径向分速与压力有关的切向分速第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem已知流量和叶轮的转速，求速度三角形：叶片排挤系数：反映叶片厚度对流道过流面积的阻挡程度。叶轮宽度环周面积：b作母线绕轴心旋转一周所成的曲面。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem基本假定（1）恒定流（2）不可压缩流（3）叶片数目无限多，厚度无限薄（4）理想流动（无能量损失）2.3.3欧拉方程第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem欧拉方程←“动量矩”定理T—理想流体∞--叶片无限多“1”—进口“2”—出口QT∞--体积流量M—合外力矩N—外加功率HT∞--理论扬程第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem欧拉方程分析（1）理论扬程HT∞，单位是输送流体的“流体柱高度”。仅与流体的速度三角形有关，与流动过程无关。（2）流体所获得的理论扬程HT∞与被输送流体的种类无关。只要叶片进、出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的液柱或气柱高度（扬程）。（3）代表的是单位重量流量获得的全部能量，包括压力能和动能。

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FluidTransportationandDistributionSystem2.3.4欧拉方程的修正恒定流不可压缩*叶片无限多，无限薄*理想流动K称为环流系数。它说明轴向涡流的影响，有限多叶片比无限多叶片作功小，这并非粘性的缘故，对离心式泵与风机来说，K值一般在0.78~0.85之间。

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FluidTransportationandDistributionSystem1＝90时，

进口切向分速vu1＝v1cos1＝0。

理论扬程将达到最大值。这时流体按径向进入叶片的流道，理论扬程方程式就简化为：

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FluidTransportationandDistributionSystem为简明起见，将流体运动诸量中用来表示理想条件的下角标“T”去掉：第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.3.5欧拉方程的物理意义第一项是离心力作功，使流体自进口到出口产生一个向外的压能增量。第二项是由于叶片间流道展宽、相对速度降低而获得的压能增量，它代表叶轮中动能转化为压能的份额。由于相对速度变化不大，故其增量较小。

第三项是单位重量流体的动能增量。利用导流器及蜗壳的扩压作用，可取得一部分静压。

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FluidTransportationandDistributionSystem例题2-1有一离心水泵，叶轮外径D2=22cm，叶轮出口宽度b2=1cm，叶轮出口安装角β2=22°，转数n=2900r/min，理论流量QT=0.025m3/s，设液体径向流入叶轮，即α1=90°，求u2、w2、v2及α2，并计算无限多叶片叶轮的理论能头HT∞。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem[解]第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.4泵与风机的损失与效率2.4.1流动损失与流动效率1、流动损失---根本原因在于流体的黏滞性。流体在进口前预旋现象（流体流经叶轮时由轴向转变为径向）；相对速度并非沿叶片切向（流量变化引起）---形成撞击损失；叶轮进口——出口的摩擦损失；边界层分离及涡流损失等。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.4.1流动损失与流动效率以流体力学计算损失公式的形式按单项分别估算，流动总损失的叠加公式如下：单位为m单位为Paξ阻力系数由经验数据或实验确定。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2、流动效率实际扬程或全压与其理论扬程或全压之比，叫做流动效率。即，第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.4.2泄漏损失与泄漏效率1、泄漏损失泄漏损失的形成：外泄漏和内泄漏损失（缝隙和平衡孔造成）。间隙越小损失越少。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.4.2泄漏损失与泄漏效率2、泄漏效率泄漏量，可以估算。吸入叶轮的理论流量。实际流量。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem由于流体的黏性而使流体与叶轮前、后外侧面、轮缘及周围流体间的摩擦损失，称为轮阻损失。2.4.3轮阻损失与轮阻效率1、轮阻损失摩擦损失总功率（KW）轮阻损失计算系数0.81-0.88第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.4.3轮阻损失与轮阻效率2、轮阻效率第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.4.4泵与风机的功率与效率1、泵与风机的耗功率有效功率Ne(KW)：流体经过泵与风机后单位时间获得的能量。流体通过泵或风机的全压,Pa流体通过泵或风机输送的容积流量,m3/s第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem内功率Ni：消耗于流体的功率(KW)。轴功率Ns：泵与风机轴上的输入功率(KW)。

机械传动损失,KW摩擦损失总功率，KW泄露量，m3/s流体通过泵或风机输送的容积流量,m3/s流体通过泵或风机的全压,KPa流体总损失,KPa第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2、泵与风机的效率流动效率,%泄露效率,%轮阻效率,%第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.5性能曲线及叶型对性能的影响2.5.1泵与风机的理论特性曲线1、定义：泵与风机的流量Q与扬程H、功率N和效率η三者之间的关系以曲线形式绘在以Q为横坐标的图上，这些曲线叫做特性曲线。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2、HT-QT曲线：分析基础---欧拉方程。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem叶片形式第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem3、NT-QT曲线：分析基础---欧拉方程。（理想状况下）第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem结论：前向型叶片易发生电机超载。后向型几乎不会发生超载现象。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem1)叶片的几种形式：前向、后向及径向2)叶片安装角对压力的影响3)几种叶片形式的比较2.5.2叶型对性能的影响第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.5.3泵与风机的实际性能曲线第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.5.3泵与风机的实际性能曲线HNηQⅠ(HT∞-QT∞)u22∞/gⅡ(HT-QT)u22/gⅢⅣ(H-Q)撞击损失沿程和局部阻力损失qqⅤ(N-Q)Ⅵ(η-Q)q-H流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem离心风机的性能曲线第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数1.相似理论在泵与风机中的重要作用

①在新产品的设计中，进行模化试验以验证其性能是否达到要求。②按相似关系进行设计，这种方法称为相似设计法或模化设计法，其优点是计算简单、性能可靠。③由性能参数的相似关系，在改变转速、叶轮几何尺寸及流体密度时，可进行性能参数的相似换算。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数2.相似条件要保证流体流动过程力学相似必须同时满足几何相似、运动相似、动力相似。---几何相似是前提；---动力相似是保证；---运动相似是目的。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数---几何相似是前提；---动力相似是保证；---运动相似是目的。惯性力/粘性力=Du/ν

总压力/惯性力=P/(ρv2

)流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数3.入口速度三角形相似要检查所有各对应点是否满足上述各种关系式，来判断两泵与风机的流通过程是否相似是很困难的，也是不必要的。实际上在几何相似的泵与风机中，只要能保持叶片入口速度三角形相似，且对应点的惯性力与粘性力的比值相等，则其流动过程必然相似。若流量系数相等，则入口速度三角形相似。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数①若流量系数相等，则入口速度三角形相似。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数②相似工况——流动过程相似的工作状况。当两泵或风机的两个工作状况的流动过程相似，则它们的对应工况称为相似工况。即当一台泵或风机性能曲线上某点A（对应泵与风机的某个工作状况）与另一台与其相似的泵或风机性能曲线上的A'所对应的流动相似，则A与A'为相似工况点，所表示的工况为相似工况。在相似工况下，可推导出下列结果：

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数在相似工况下，其运动相似，则必然满足动力相似的条件。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数相应的静压系数：功率系数：*两个泵与风机相似时，它们的无因次参数都是相等的。全压系数：流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.2泵与风机的相似率及应用第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数1.相似律

---流量相似关系

---扬程(全压)相似关系

---功率相似关系流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.2泵与风机的相似率及应用第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数2.应用---泵与风机相似工况参数的换算流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.3比转数第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数1.比转数的公式无因次综合特性参数相等。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.3比转数第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数2.比转数的公式说明(1)实际计算有工程习惯问题风机：P为换算到标准状态的全压。水泵：H为水泵扬程，mH2O。(2)用最高效率点的参数计算。(3)相似工况下泵与风机的比转数相等，但比转数相等不是相似的充分条件。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.3比转数第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数3.比转数的应用（1）用比转数划分泵与风机的类型泵与风机的比转数与流量的平方根成正比，与全压的3/4次方成反比，即比转数大，反映泵与风机的流量大、压力低；反之，比转数小，则流量小、压力高。一般可用比转数的大小来划分泵与风机的类型。例如：ns=2.7~12(15~65) 前弯型泵与风机；ns=3.6~16.6(20~90)后弯型泵与风机；ns=>16.6~17.6(90~95)单级双进气或并联离心式泵与风机；流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数（2）比转数的大小可以反映叶轮的几何形状比转数是压力系数及流量系数的函数，一般讲，在同一类型的泵与风机中，比转数越大，流量系数越大，叶轮的出口宽度b2与其直径D2之比就越大，即叶轮出口相对宽度b2/D2大；比转数越小，流量系数越小，则相应叶轮的出口宽度b2与其直径D2之比就越小。表5-6-2反映了各种泵的几何形状与比转数的关系。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6相似率与比转数（3）比转数的大小影响性能曲线形状Q—H曲线：在低比转数时，扬程随流量的增加，下降较为缓和。当比转数增大时，扬程曲线逐渐变陡，因此轴流泵的扬程随流量减小而变得最陡。Q—N曲线：在低比转数时（ns<200），功率随流量的增加而增加，功率曲线呈上升状。随比转数的增加（ns＝400），曲线就变得比较平坦。当比转数再增加（ns＝700），功率随流量的增加而减小，功率曲线呈下降状。所以，离心式泵的功率是随流量的增加而增加，而轴流式泵的功率却是随流量的增加而减少。Q—η曲线：比转数低时，曲线平坦，高效率区域较宽；比转数越大，效率曲线越陡，高效率区域变得越窄，这就是轴流式泵和风机的主要缺点。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数（4）比转数可用于泵与风机的相似设计---用设计参数Q、H、n计算出比转数ns，用这个比转数，选择性能良好的模型进行相似设计。---由于比转数具有重要的特征及实用意义，目前，我国的离心式泵与风机命名中，比转数是重要的一项。流体输配管网

FluidTr572.7其他常用泵与风机轴流式泵与风机

基本原理：旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能。2.7其他常用泵与风机轴流式泵与风机基本原理：旋58旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。旋涡泵的效率比较低，一般为20%～50%。旋涡泵的体积较小，结构简单，加工方便，产生的压头较相同叶轮直径和转速的离心泵高2～4倍。旋涡泵适合小流量、高压头下粘性不高、不含固体颗粒的液体输送。旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。旋涡泵的效率比较低，一59往复泵

基本原理：借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体产品例证：活塞泵往复泵基本原理：借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化60齿轮泵

齿轮泵的特点：流量均匀、尺寸小而轻便，结构简单紧凑，坚固耐用，维修保养方便，流量小、压力高，适合输送粘性较大的液体，但不宜输送含有固体颗粒的液体。

齿轮泵齿轮泵的特点：流量均匀、尺寸小而轻便，结构简单紧凑，61螺杆泵基本原理：

螺杆泵利用螺杆相互啮合来吸入和排出液体的回转式泵。主动螺杆与从动螺杆做相反方向转动，螺纹相互啮合，流体从吸入口进入，被螺旋轴向前推进增压至排出口。此泵适用于高压力、小流量。螺杆泵基本原理：62喷射泵基本原理：将高压的工作流体，由压力管送入工作喷嘴，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外围的液体(或气体)带走。此时因喷嘴出口形成高速使扩散室的喉部吸入室造成真空，从而使被抽吸流体不断进入与工作流体混合，然后通过扩散室将压力稍升高输送出去。由于工作流体连续喷射，吸入室继续保持真空，于是得以不断地抽吸和排出流体。喷射泵基本原理：将高压的工作流体，由压力管送入工作喷嘴，经喷63水环式真空泵

水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳内。泵内注入一定量的水。叶轮旋转时，将水甩至泵壳形成一个水环，环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心，右半轮毂与水环间的进气空间逐渐扩大，从而形成真空，使气体经进气管进入泵内进气空间。随后气体进入左半部，由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强，于是气体经排气空间及排气管被排至泵外。水环式真空泵水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳64旋片式真空泵旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵。属于低真空泵。它广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。旋片式真空泵旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵65罗茨风机气缸内一对转子将气缸内的空间分为互不相连的吸入和排出室，当电机带动主动转子旋转时，从动转子被牵制着作相反方向旋转。通过吸入室空间体积的由小变大吸入的气体，被转子和气缸所形成的空间带到排出室，再由排出室空间体积的由大变小强行排出。罗茨风机气缸内一对转子将气缸内的空间分为互不相连的吸入和排出66流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem例题2-2已知某单吸离心水泵的比转数ns=60，当转速为n=2900r/min时的最高效率η=60%，此时对应的扬程（称为额定扬程）H=50m，求该水泵的额定流量和轴功率。【解】本题考查比转数的概念以及轴功率的求解。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem例题2-3有一泵转速为n=2900r/min时，其扬程为H=100m，流量Q=0.17m3/s，轴功率N=183.8kW，现用一出口直径为该泵2倍的泵，当转速为n=1450r/min时，保持运动状态相似，其流量、扬程和轴功率应为多少？【解】本题为相似定律的应用。要注意只有当两台泵或风机处于相似工况时才可使用相似定律进行计算。

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FluidTransportationandDistributionSystem第三章泵与风机的理论基础作业：5-2；5-5；5-6；5-7；5-14；5-25流体输配管网

FluidTr69离心风机的基本机构离心风机的基本机构70叶轮结构形式示意图叶轮结构形式示意图71叶片结构形式示意图叶片结构形式示意图72叶片形状示意图叶片形状示意图73进风口形式示意图进风口形式示意图74离心泵的基本机构离心泵的基本机构75离心泵叶轮形式示意图离心泵叶轮形式示意图76轴向涡流实验示意图轴向涡流实验示意图77轴向涡流对流速分布的影响轴向涡流对流速分布的影响78轴向涡流对流速分布的影响轴向涡流对流速分布的影响79叶片安装角对压力的影响叶片安装角对压力的影响80叶片安装角对压力的影响流体径向进入叶道；叶道进口截面积等于出口。叶片安装角对压力的影响流体径向进入叶道；81分析-1：扬程与vu2成正比。在其他条件相同时，采用前向叶片的叶轮给出的能量高，后向叶片的最低，而径向叶片的居中。后向叶片型叶轮的vu2较小，全部理论扬程中的动压头成分较少；前向叶片型叶轮vu2较大，动压头成分较多而静压头成分减少。动压头成分大，流体在扩压器中的流速大，动静压转换损失较大。在其它条件相同时，前向叶型的泵或风机的总的扬程较大，但它们的损失也大，效率较低。分析-1：扬程与vu2成正比。在其他条件相同时，采用前向叶片82分析-2：因此，离心式泵全部采用后向叶轮。在大型风机中，为了增加效率和降低噪声水平，也几乎都采用后向叶型。但就中小型风机而论，效率不是主要考率因素，也有采用前向叶型的，这是因为叶轮是前向叶型的风机，在相同的压头下，轮径和外形可以做得较小。根据这个原理，在微型风机中，大都采用前向叶型的多叶叶轮。至于径向叶型叶轮的泵或风机的性能，显然介于两者之间。返回分析-2：因此，离心式泵全部采用后向叶轮。在大型风机中，为了833）几种叶片形式的比较从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径向叶片稍次，后向叶片最小。从效率观点看，后向叶片最高，径向叶片居中，前向叶片最低。从结构尺寸看，在流量和转速一定时，达到相同的压力，前向叶轮直径最小，而径向叶轮直径稍次，后向叶轮直径最大。从工艺观点看，直叶片制造最简单。3）几种叶片形式的比较从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径84叶轮选择经验：大功率的泵与风机一般用后向叶片较多。如果对泵与风机的压力要求较高，而转速或圆周速度又受到一定限制时，则往往选用前向叶片。从摩擦和积垢角度看，选用径向直叶片较为有利。返回叶轮选择经验：返回85第2章-泵与风机的理论基础课件86流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.1离心式泵与风机的基本结构2.1.1离心式风机的基本结构（1）叶轮：前盘、叶片（2）机壳：蜗壳、进风口（3）进气箱（大型风机）（4）前导器（大型风机）（5）扩散器第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.1离心式泵与风机的基本结构2.1.2离心式泵的基本结构（1）叶轮（2）泵壳（3）泵座（4）轴封装置第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数过程：流体受到离心力的作用——经叶片被甩出叶轮——挤入机（泵）壳——流体压强增高——排出——叶轮中心形成真空——外界的流体吸入叶轮——不断地输送流体。2.2.1离心式泵与风机的工作原理第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数实质：能量的传递和转化过程。电动机高速旋转的机械能——被输送流体的动能和势能。在这个能量的传递和转化过程中，必然伴随着诸多的能量损失，这种损失越大，该泵或风机的性能就越差，工作效率越低。2.2.1离心式泵与风机的工作原理第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.2离心式泵与风机的工作原理及性能参数2.2.2离心式泵与风机的性能参数（1）流量Q(m3/s,m3/h)（2）扬程H/全压P(mH2O,Pa)（3）功率：有效功率Ne；轴功率N(kW)（4）效率η(%)（5）转速n(r/min)单位时间内流体从离心式泵与风机中获得的总能量。Ne=γQH=PQ原动机传递到泵与风机轴上的输入功率。N>Neη=Ne/N第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.3离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程2.3.1绝对速度与相对速度、牵连速度绝对速度：运动物体相对于静止参照系的速度。相对速度：运动物体相对于运动参照系的速度。牵连速度：运动参照系相对于静止参照系的速度。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr94流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.3.2流体在叶轮中的运动与速度三角形第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr95流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem流体在叶轮中运动的速度三角形α--叶片工作角β--叶轮安装角与流量有关的径向分速与压力有关的切向分速第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr96流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem已知流量和叶轮的转速，求速度三角形：叶片排挤系数：反映叶片厚度对流道过流面积的阻挡程度。叶轮宽度环周面积：b作母线绕轴心旋转一周所成的曲面。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr97流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem基本假定（1）恒定流（2）不可压缩流（3）叶片数目无限多，厚度无限薄（4）理想流动（无能量损失）2.3.3欧拉方程第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr98流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem欧拉方程←“动量矩”定理T—理想流体∞--叶片无限多“1”—进口“2”—出口QT∞--体积流量M—合外力矩N—外加功率HT∞--理论扬程第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr99流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem欧拉方程分析（1）理论扬程HT∞，单位是输送流体的“流体柱高度”。仅与流体的速度三角形有关，与流动过程无关。（2）流体所获得的理论扬程HT∞与被输送流体的种类无关。只要叶片进、出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的液柱或气柱高度（扬程）。（3）代表的是单位重量流量获得的全部能量，包括压力能和动能。

第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr100流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.3.4欧拉方程的修正恒定流不可压缩*叶片无限多，无限薄*理想流动K称为环流系数。它说明轴向涡流的影响，有限多叶片比无限多叶片作功小，这并非粘性的缘故，对离心式泵与风机来说，K值一般在0.78~0.85之间。

第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr101流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem1＝90时，

进口切向分速vu1＝v1cos1＝0。

理论扬程将达到最大值。这时流体按径向进入叶片的流道，理论扬程方程式就简化为：

第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr102流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem为简明起见，将流体运动诸量中用来表示理想条件的下角标“T”去掉：第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr103流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.3.5欧拉方程的物理意义第一项是离心力作功，使流体自进口到出口产生一个向外的压能增量。第二项是由于叶片间流道展宽、相对速度降低而获得的压能增量，它代表叶轮中动能转化为压能的份额。由于相对速度变化不大，故其增量较小。

第三项是单位重量流体的动能增量。利用导流器及蜗壳的扩压作用，可取得一部分静压。

第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr104流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem例题2-1有一离心水泵，叶轮外径D2=22cm，叶轮出口宽度b2=1cm，叶轮出口安装角β2=22°，转数n=2900r/min，理论流量QT=0.025m3/s，设液体径向流入叶轮，即α1=90°，求u2、w2、v2及α2，并计算无限多叶片叶轮的理论能头HT∞。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr105流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem[解]第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr106流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr107流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.4泵与风机的损失与效率2.4.1流动损失与流动效率1、流动损失---根本原因在于流体的黏滞性。流体在进口前预旋现象（流体流经叶轮时由轴向转变为径向）；相对速度并非沿叶片切向（流量变化引起）---形成撞击损失；叶轮进口——出口的摩擦损失；边界层分离及涡流损失等。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr108流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.4.1流动损失与流动效率以流体力学计算损失公式的形式按单项分别估算，流动总损失的叠加公式如下：单位为m单位为Paξ阻力系数由经验数据或实验确定。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr109流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2、流动效率实际扬程或全压与其理论扬程或全压之比，叫做流动效率。即，第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr110流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.4.2泄漏损失与泄漏效率1、泄漏损失泄漏损失的形成：外泄漏和内泄漏损失（缝隙和平衡孔造成）。间隙越小损失越少。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr111流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.4.2泄漏损失与泄漏效率2、泄漏效率泄漏量，可以估算。吸入叶轮的理论流量。实际流量。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr112流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem由于流体的黏性而使流体与叶轮前、后外侧面、轮缘及周围流体间的摩擦损失，称为轮阻损失。2.4.3轮阻损失与轮阻效率1、轮阻损失摩擦损失总功率（KW）轮阻损失计算系数0.81-0.88第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr113流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.4.3轮阻损失与轮阻效率2、轮阻效率第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr114流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.4.4泵与风机的功率与效率1、泵与风机的耗功率有效功率Ne(KW)：流体经过泵与风机后单位时间获得的能量。流体通过泵或风机的全压,Pa流体通过泵或风机输送的容积流量,m3/s第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr115流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem内功率Ni：消耗于流体的功率(KW)。轴功率Ns：泵与风机轴上的输入功率(KW)。

机械传动损失,KW摩擦损失总功率，KW泄露量，m3/s流体通过泵或风机输送的容积流量,m3/s流体通过泵或风机的全压,KPa流体总损失,KPa第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr116流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2、泵与风机的效率流动效率,%泄露效率,%轮阻效率,%第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr117流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.5性能曲线及叶型对性能的影响2.5.1泵与风机的理论特性曲线1、定义：泵与风机的流量Q与扬程H、功率N和效率η三者之间的关系以曲线形式绘在以Q为横坐标的图上，这些曲线叫做特性曲线。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr118流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2、HT-QT曲线：分析基础---欧拉方程。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem叶片形式第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr121流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem3、NT-QT曲线：分析基础---欧拉方程。（理想状况下）第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr122流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem结论：前向型叶片易发生电机超载。后向型几乎不会发生超载现象。第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr123流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem1)叶片的几种形式：前向、后向及径向2)叶片安装角对压力的影响3)几种叶片形式的比较2.5.2叶型对性能的影响第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr124流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.5.3泵与风机的实际性能曲线第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr125流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.5.3泵与风机的实际性能曲线HNηQⅠ(HT∞-QT∞)u22∞/gⅡ(HT-QT)u22/gⅢⅣ(H-Q)撞击损失沿程和局部阻力损失qqⅤ(N-Q)Ⅵ(η-Q)q-H流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem离心风机的性能曲线第二章泵与风机的理论基础流体输配管网

FluidTr127流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数1.相似理论在泵与风机中的重要作用

①在新产品的设计中，进行模化试验以验证其性能是否达到要求。②按相似关系进行设计，这种方法称为相似设计法或模化设计法，其优点是计算简单、性能可靠。③由性能参数的相似关系，在改变转速、叶轮几何尺寸及流体密度时，可进行性能参数的相似换算。流体输配管网

FluidTr128流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数2.相似条件要保证流体流动过程力学相似必须同时满足几何相似、运动相似、动力相似。---几何相似是前提；---动力相似是保证；---运动相似是目的。流体输配管网

FluidTr129流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数---几何相似是前提；---动力相似是保证；---运动相似是目的。惯性力/粘性力=Du/ν

总压力/惯性力=P/(ρv2

)流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数3.入口速度三角形相似要检查所有各对应点是否满足上述各种关系式，来判断两泵与风机的流通过程是否相似是很困难的，也是不必要的。实际上在几何相似的泵与风机中，只要能保持叶片入口速度三角形相似，且对应点的惯性力与粘性力的比值相等，则其流动过程必然相似。若流量系数相等，则入口速度三角形相似。流体输配管网

FluidTr131流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数①若流量系数相等，则入口速度三角形相似。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数②相似工况——流动过程相似的工作状况。当两泵或风机的两个工作状况的流动过程相似，则它们的对应工况称为相似工况。即当一台泵或风机性能曲线上某点A（对应泵与风机的某个工作状况）与另一台与其相似的泵或风机性能曲线上的A'所对应的流动相似，则A与A'为相似工况点，所表示的工况为相似工况。在相似工况下，可推导出下列结果：

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数在相似工况下，其运动相似，则必然满足动力相似的条件。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.1泵与风机的相似原理第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数相应的静压系数：功率系数：*两个泵与风机相似时，它们的无因次参数都是相等的。全压系数：流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.2泵与风机的相似率及应用第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数1.相似律

---流量相似关系

---扬程(全压)相似关系

---功率相似关系流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6.2泵与风机的相似率及应用第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数2.应用---泵与风机相似工况参数的换算流体输配管网

FluidTr137流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.6.3比转数第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数1.比转数的公式无因次综合特性参数相等。流体输配管网

FluidTr138流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.6.3比转数第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数2.比转数的公式说明(1)实际计算有工程习惯问题风机：P为换算到标准状态的全压。水泵：H为水泵扬程，mH2O。(2)用最高效率点的参数计算。(3)相似工况下泵与风机的比转数相等，但比转数相等不是相似的充分条件。流体输配管网

FluidTr139流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem2.6.3比转数第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数3.比转数的应用（1）用比转数划分泵与风机的类型泵与风机的比转数与流量的平方根成正比，与全压的3/4次方成反比，即比转数大，反映泵与风机的流量大、压力低；反之，比转数小，则流量小、压力高。一般可用比转数的大小来划分泵与风机的类型。例如：ns=2.7~12(15~65) 前弯型泵与风机；ns=3.6~16.6(20~90)后弯型泵与风机；ns=>16.6~17.6(90~95)单级双进气或并联离心式泵与风机；流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数（2）比转数的大小可以反映叶轮的几何形状比转数是压力系数及流量系数的函数，一般讲，在同一类型的泵与风机中，比转数越大，流量系数越大，叶轮的出口宽度b2与其直径D2之比就越大，即叶轮出口相对宽度b2/D2大；比转数越小，流量系数越小，则相应叶轮的出口宽度b2与其直径D2之比就越小。表5-6-2反映了各种泵的几何形状与比转数的关系。流体输配管网

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FluidTransportationandDistributionSystem2.6相似率与比转数（3）比转数的大小影响性能曲线形状Q—H曲线：在低比转数时，扬程随流量的增加，下降较为缓和。当比转数增大时，扬程曲线逐渐变陡，因此轴流泵的扬程随流量减小而变得最陡。Q—N曲线：在低比转数时（ns<200），功率随流量的增加而增加，功率曲线呈上升状。随比转数的增加（ns＝400），曲线就变得比较平坦。当比转数再增加（ns＝700），功率随流量的增加而减小，功率曲线呈下降状。所以，离心式泵的功率是随流量的增加而增加，而轴流式泵的功率却是随流量的增加而减少。Q—η曲线：比转数低时，曲线平坦，高效率区域较宽；比转数越大，效率曲线越陡，高效率区域变得越窄，这就是轴流式泵和风机的主要缺点。流体输配管网

FluidTr142流体输配管网

FluidTransportationandDistributionSystem第二章泵与风机的理论基础2.6相似率与比转数（4）比转数可用于泵与风机的相似设计---用设计参数Q、H、n计算出比转数ns，用这个比转数，选择性能良好的模型进行相似设计。---由于比转数具有重要的特征及实用意义，目前，我国的离心式泵与风机命名中，比转数是重要的一项。流体输配管网

FluidTr1432.7其他常用泵与风机轴流式泵与风机

基本原理：旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能。2.7其他常用泵与风机轴流式泵与风机基本原理：旋144旋涡泵