(电厂培训泵与风机)专题三泵与风机的性能

专题三泵与风机的性能泵与风机的各种功率、损失、效率泵与风机的性能曲线相似理论在泵与风机中的应用一、功率、损失、效率功率：单位时间内所做的功。有效功率：单位时间内流体通过泵或风机实际获得的能量。泵：风机：全压功率静压功率风机的静压风机的全压减去风机出口截面处的动压pd2称为风机的静压。用pst表示，即：（Pa）不能错误的表述为：风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差

轴功率(输入功率)：原动机传递到泵或风机轴上的功率

原动机功率：原动机的输出功率

ηtm传动效率：电动机直联1.0，联轴器直联0.98，皮带传动0.95。配套电机功率：

安全系数K一般电厂中取1.15

内功率实际消耗于流体的功率称为泵与风机的内功率，用Pi表示。它等于有效功率加上除轴承、轴封外在泵与风机内损失掉的功率。即：Pi=Pe+P

（kW）

Pi

Pe

P内效率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）。用i

表示，即：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st表示，即：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ist表示，即：损失、效率机械损失—与叶轮转动有关但与流体量无直接关联的损失容积损失（泄漏损失）—与流量有关的损失流动损失—与流体粘性、管路结构（与输送流体直接相关）的损失经验方法，即用经验公式计算

为尽量减少损失提高效率η

功率损失效率

需研究产生损失的原因程度需讨论

及相互间关系。PhqVTHTPqVHTPeqVHP

Pm机械损失功率PV容积损失功率Ph流动损失功率1、机械损失——机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失轴封、轴承的机械摩擦损失△P

叶轮前、后盖板与流体摩擦产生的圆盘摩擦损失△Pdf

。机械摩擦损失△P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关。一般为轴功率的1~3%。圆盘摩擦△Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的2~10%。

机械摩擦损失△P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关。一般为轴功率的1~3%。圆盘摩擦△Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的2~10%。

圆盘摩擦损失大小（经验公式）：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，与流体密度成正比。圆盘摩擦系数K=f(Re、B/D2、粗糙度）（其中B为间隙），一般可取K=0.85。ΔPdf∝n3D25ΔPdf∝n3D25总损失：机械效率：泵的比转数

风机的比转数：比转数在相似定律基础上得到的一个包括流量、能头（扬程或风压）、转速在内的一个综合相似特征量；总损失：机械效率：与比转数的关系：随着比转数减少（叶轮直径增加），机械损失增加，机械效率减小。采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采用多级叶轮，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。提高比转数保持接触面光滑，减少摩擦。主要预防措施：2、容积损失（泄漏损失）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qv<qvT，q叫容积损失。它只与流量有关，也叫流量损失。

主要泄漏位置：1)叶轮入口与外壳密封环之间的间隙泄漏；2)平衡轴向力装置泄漏；3)轴封泄露;

4)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，不影响流量。△PV=△PV1+△PV2+△PV3

叶轮入口与外壳之间的间隙处q1；

多级泵的级间间隙处q2；

平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间隙处等q3。T主要预防措施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。增大间隙中的流阻增加密封的轴向长度，可增大间隙内沿程阻力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采取不同形式的密封环泄漏量：容积效率：与比转数的关系：随着比转数减少（叶轮直径增加），叶轮间隙两侧压差增加，容积损失增加，容积效率减小。3、流动损失是指流体在主流道(入口、叶轮、导叶、出口等）中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失边界层分离、二次涡流所产生的漩涡损失流量改变，流动角不等于安装角时，产生的冲击损失摩擦损失涡流损失冲击损失

与流体输送量有关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流量、冲角与冲击损失的关系冲角：相对速度方向与叶片进口切线方向间的夹角称为冲角。流量、冲角与冲击损失的关系：当qv<qvd时，1<1a，=1a-1>0为正冲角，损失较小。当qv=qvd时，1=1a，=1a-1=0为零冲角，损失为零。当qv>qvd时，1

>1a，=1a-1<0为负冲角，损失较大。实践证明：正冲角时，由于涡流发生在吸力边，能量损失比负冲角（涡流发生在压力边）时为小。因此，设计时，一般取正冲角=3~5。

若全部流动损失用hw表示，则：hw=hf+hj+hs

存在流动损失最小工况。流动损失曲线流动效率：其中qvd——设计流量，n—转速

合理设计叶片形式和过流部件的形状；严格制造工艺和检验精度，提高制造、安装、检修的质量

降低叶轮和流道表面的粗糙度；

选择合理的叶片入口安装角。

严格控制在合理的流量范围内工作。流动损失减小措施

概念：泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。结论：泵与风机的总效率等于机械效率m、容积效率v、流动效率h三者的乘积。目前泵与风机效率范围：离心泵约为60%~90%。离心风机约为70%~90%，高效离心风机

可达90%以上。轴流泵约为70%~89%，大型轴流风机

可达90%左右

。为什么提高转速并相应地减小叶轮直径可能使叶片式泵与风机的效率得到提高?

答：圆盘摩擦损失功率ΔPm2∝n3D25因此，一方面，在一定转速下，D2↑→ΔPm2↑↑→↓↓；另一方面，对给定的能头，n↑不一定→ΔPm2↑，相反有可能→ΔPm2↓→↑。这也是目前逐渐提高转速以提高能头的原因之一。例题1、有一离心泵，当转速为1450r/min时，qv.=1.24m3/s，H=70m，此时轴功率P=1100kw，v=93%，m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？解：例题2、有一离心通风机，全压p=2000Pa，流量q.v.=47100m3/h，现用联轴器直联传动，试计算风机的有效功率、轴功率及应选配多大的电动机。风机总效率=70%，取电动机容量富裕系数K=1.15，传动效率tm=98%。解：例题有一台可把15℃冷空气加热到170℃的空气预热器，当其流量qm=2.957×103kg/h时，预热器及管道系统的全部阻力损失为150kPa，如果在该系统中装一台离心风机，问把它装在预热器前，还是装在预热器后（设风机效率=70%）？解：由于风机的全压用来克服预热器及管道系统的全部阻力损失，因此全压

p＝150kPa

查表得在1atm下，15℃时空气密度为

170℃时空气密度为kg/m3kg/m3

风机的轴功率为：注意：经济性分析-轴功率大小；测量流量：风机入口；泵出口；测量流量时，对风机以进口流量计算，因此当风机装在预热器前时：

（kW）

当风机装在预热器后时：

（kW）

由于P2>P1

，即风机装在预热器后时消耗的轴功率大，所以应将风机装在预热器前。

二、泵与风机的性能曲线

泵与风机的基本性能参数之间都相互存在着一定的内在联系，若用曲线形式表示其性能参数间的相互关系，称这类曲线为泵与风机的性能曲线。泵与风机性能曲线H(p)—qv，P—qv，η—qv的关系曲线。用于合理选择泵与风机，使其工作在最高效率范围内。离心式泵与风机性能曲线轴流式泵与风机性能曲线1、流量与扬程（H—qv）曲线其中A、B为与叶轮结构/安装角有关的常数。无限多叶片，理想流体时HT∞—qvT曲线

径向式叶轮H不随流量改变qvT

AbHT∞β2a∞=900后弯式叶轮H随流量增加而线性减少；随安装角增加，B减小，H减少趋势减缓。

前弯式叶轮H随流量增加而线性增大；随安装角增加，直线斜率增大，H增加趋势加快。

qvT

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900

A/B随安装角增加，扬程由陡直下降变为平滑下降，甚至平稳增加，直至急剧增加流动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。流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失边界层分离、二次涡流所产生的漩涡损失流量改变，流动角不等于安装角时，产生的冲击损失摩擦损失涡流损失冲击损失

与流体输送量有关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HT∞—qvT

HT—qvT

摩擦、涡流损失冲击损失泄漏损失以后弯式为例HqvH—qvTH—qv

三种扬程H—流量qv的性能曲线●陡降的曲线a：25%-30%的斜度，q.v.变化小，H变化大（如电厂循环水泵，水位H变化大而qv变化小的场合)。●平缓的曲线b：8%-12%的斜度，qv变化很大，H变化很小（如电厂给水泵，qv变化大而扬程H变化小的场合)。●有驼峰曲线c：qv增加，H由小增加到最大值HK后减小，K点左边为不稳定工作区,只允许q.v.>qvk区域工作。总趋势：H随q.v.的增大而减小。形状与结构及叶片安装角有关。由于：定义流动功率：根据前面分析：则：所以：因：△Pm与qvT无关，因此可先求流动功率Ph与qvT的关系2、流量与功率

（P—qv）曲线径向式叶轮

这是一条过原点的直线，随流量增加，流动功率直线增加

理想工况下后弯式叶轮Ph曲线为一条过原点的抛物线，与qvT有两个交点，一个是qvT＝0，另一个是前弯式叶轮Ph曲线为一条过原点的上升曲线，随qvT增加而急剧增大实际状况下（以后弯式为例）在qvT~Ph性能曲线上加一等值的△Pm

即得qvT~P曲线；从qvT~P曲线上对应qvT减泄漏损失△qv即得qv~P曲线。在空载状态（qvT＝0）下，轴功率由两部分组成：

h导致温度升高1

空载功率P0=Pm+PV，若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动，则这部分功率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，故凝结泵和给水泵不允许空载运行。2在大流量区，由于容积损失PV→轴功率P↓了，难道性能变好了？否！！因为qVT→qV→Pe↓↓→↓，性能不是变好而是变坏了。3、流量与效率（η—qv）曲线

当qv＝0和H＝0时，η＝0，因此，理论上，效率曲线是一条过原点的抛物线。实际上，效率曲线不可能出现第二个零点。但存在一个最高效率点。希望效率高；高效范围宽前向式叶轮的某些特点

前向式叶轮的效率较低，但在额定流量附近，效率下降较慢；后向式叶轮的效率较高，但高效区较窄；而径向式叶轮的效率居中。

因此，为了提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮，而采用后向式叶轮。即使对于风机，也趋向于采用效率较高的后向式叶轮。从理论上定性地分析了离心式泵与风机的性能曲线。而实际性能曲线只能用试验方法及借助比例定律来绘制，并随性能表一起附于制造厂家的产品说明书或产品样本中。某锅炉给水泵的性能曲线电动泵性能曲线

前置泵性能曲线

汽动泵性能曲线

汽动泵调速性能曲线

离心式叶轮性能曲线分析

一定流量下，对应一个扬程，功率和效率，称为一个工况点；最高效率对应最佳工况点；最高效率左右（85～90％区域）称为高效工作区；要求泵与风机在高效工作区工作。qvT＝0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能，使水温升高，可能产生汽化，因此，泵运行有一个最小流量要求；如系统要求流量小于最小流量，则应开启旁路。

启动：从功率曲线看，离心式叶轮空转时，轴功率最小（设计轴功率的30%左右），应在空载状态启动；后弯式叶片：一般泵叶轮，采用后弯式叶片，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，随安装角增加，曲线由陡直下降趋于平坦，最后可能出现“驼峰”形式。前弯式叶片：H—qv曲线一般为“驼峰”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增加缓慢，且有一最大功率点，电机不易超载。前弯式叶轮风机效率远低于后弯式。

轴流式泵与风机性能曲线

离心泵性能曲线

在一定转速下，对叶片安装角不变的轴流式泵与风机，试验所得的典型性能曲线如右图：离心式叶轮高效的范围宽轴流式叶轮高效的范围窄特点(1)qv—H(qv—p)性能曲线，在小流量区域内出现驼峰形状，在c点的左边为不稳定工作区段。(2)功率P在空转状态(qv＝0)时最大，随流量的增加而减小，为避免原动机过载，对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动。如果叶片安装角是可调的，在叶片安装角小时轴功率也小，所以对可调叶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，但如果采用可调叶片，则可使之在很大的流量变化范围内保持高效率，这就是可调叶片轴流式泵与风机较为突出的优点。某台水泵在运行过程中，出现了轴承润滑不良，轴承处的机械摩擦比较严重，转速没有明显变化，这时相应地会出现（）。

流量减小、扬程降低、电动机功率增大；流量减小、扬程降低、电动机功率减小；流量减小、扬程降低、电动机功率变化不明显；流量和扬程不变、电动机功率增大。某台水泵在转速不变时，当输送的水温度增加时，其轴功率()A.增加B.降低C.不变D.先降低，后增加某水泵，转速不变，当输送的水温增加时，泵最高效率点的扬程值（）A．增加B．降低C．先增加后降低D．不变轴流式泵与风机与离心式在启动和调节方法上有何区别？某台风机在转速不变时，当输送的空气温度增加时，其全压()A.增加B.不变C.降低D.先增加后降低泵与风机的（）大小不影响流量和扬程。

A.容积损失B.机械损失

C.流动损失D.冲击损失对于一台后弯式离心风机，一般来说，当流量增大时（）。A.全压和轴功率增大B.动压和轴功率增大C.效率和轴功率增大D.全压和效率增大对一台qv—H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，当将阀门的开度关小时，泵的流量qv和扬程H的变化为()

A.qv与H均减小B.qv与H均增大

C.qv减小，H升高D.qv增大，H降低

给水泵是把除氧器内的水压送至锅炉汽包内，当除氧器液面压强在运行中变化时，随着除氧器内液面压力的不断升高，锅炉给水泵的流量qv和扬程H也将不断变化，其变化规律是()A.qv增大、H升高B.qv减小、H降低C.qv增大、H降低D.qv减小、H升高判断正误流体在泵或风机中所获得的理论压头与流体的种类和性质无关。（）风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差。（）

轴功率曲线液环真空泵在一定转速下运转，以常温水为工作液，通过入口节流的方法形成不同吸入真空，测出对应吸入真空点(通常以吸入绝对压力表示)下的轴功率。然后以吸入真空点作为横坐标，以轴功率为纵坐标，在0～1013hPa(百帕)绝对真空范围内，将不同真空点对应下的轴功率连成曲线。抽气量曲线液环真空泵在一定转速下运转，以吸入真空点作为横坐标，以抽气量为纵坐标，在0～1013hPa绝对压力范围内，将不同真空点对应下的抽气量连成曲线。按行业习惯，样本曲线上的气量是指真空泵在规定条件(15℃工作水温、20℃进气温度)下的抽吸饱和空气的体积流量。学习相似理论的目的相似理论比转速、性能曲线等基础理论设计出新型机械对已有的机械进行改进相似条件三、相似理论在泵与风机中的应用

相似理论在泵与风机中应用

(1)对新设计的产品，需将原型泵与风机缩小为模型，进行模化试验以验证其性能是否达到要求。(2)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(3)在现有效率高、结构简单、性能可靠的泵与风机资料中，选一台合适的(比转数接近的)作为模型，按相似关系对该型进行设计。1、相似条件（1）、几何相似：通流部分对应成比例——前提条件；指模型和原型各对应点的几何尺寸成比例，比值相等，各对应角、叶片数相等。（2）、运动相似：速度三角形对应成比例——相似结果；

运动相似是指模型与原型各对应点的速度方向相同，大小成同一比值，对应角相等。（3）、动力相似：同名称力对应成比例——根本原因。

（但Re＞105，已自模化）2、相似定律参数转速n改变几何尺寸D改变密度改变流量扬程H全压p功率P例题3、比转数（1）泵的比转数

3.65引自原苏联水轮机的比转数：，将P（马力，PS）→（2）风机的比转数：（3）关于比转数的几点说明1

取值具有唯一性（最高效率点）2

是比较泵或风机型式的相似准则数，与转速无关3以单吸单级叶轮为标准，计算时应注意：①.对双吸单级泵，以qV/2→qV②.对单吸多级泵，以H/i→H③.对双吸多级泵，以？、？→qV、H

以qV

/2→qVH/i→H→qV、H④.参数单位：qV(m3/s)、H

(m)、p20(Pa)、n

(r/min)比转速是由相似定律推得的，因此，它不是相似条件而是相似的泵与风机的必然结果，即：两台几何相似的泵与风机在相似工况下比转速必然相等。相反，比转速相等的泵与风机不一定相似。如比转速为500的泵，可以设计混流泵，也可能设计出轴流泵。4

不是相似条件，而是相似的必然结果（4）比转数的应用1）用比转数划分泵（风机）的类型

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。在设计参数给定时，可先计算比转数，再根据比转数的大小决定采用哪种类型的泵（风机）。对泵:ns＝30～300为离心式；ns＝30～80为低比转数离心式ns＝80～150为中比转数离心式ns＝150—300为高比转数离心式ns＝300～500为混流式；ns＝500～1000为轴流式；对风机：ny＝2.7～12为前弯式离心风机；ny＝3.6～16.6为后弯式离心风机；ny＝18～36为轴流式风机；比转数与叶轮形状和性能曲线的关系泵的类型离心泵混流泵轴流泵低比转速中比转速高比转速比转速ns30＜ns＜8080＜ns＜150150＜ns＜300300＜ns＜500500＜ns＜1000叶轮形状尺寸比D2/D0≈3≈2.3≈1.8~1.4≈1.2~1.1≈1叶片形状柱形叶片入口处扭曲出口处柱形扭曲叶片扭曲叶片翼形叶片性能曲线形状2）反映叶轮的几何形状

比转数越大，流量系数越大，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/D2就越小。(图3-2示）3）比转数可用于泵与风机的相似设计用设计参数qv、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