第二章泵及风机性能

第二章泵与风机的性能理解并掌握泵与风机的各种功率、损失、效率及相互关系;理解泵与风机的理论性能曲线与实际性能曲线，以及两者之间的差异和差异产生的原因;熟悉并掌握叶片式泵与风机实际性能曲线的特性。最合理的结构形式，找出提高经济性的措施一、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）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：比转数泵的比转数

风机的比转数：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。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：叶轮入口与外壳密封环之间的间隙（A线）△PV1；平衡轴向力装置泄漏△PV2；轴封泄露△PV3（相对较小）;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(△PV1)；

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。(平衡轴向力装置泄漏△PV2；轴封泄露△PV3）;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；

降低流道表面的粗糙度；

选择合理的叶片入口安装角。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

。思考题：1、提高泵与风机的总效率应从哪几方面考虑？2、为什么通常大的（高ns）泵与风机的总效率比小的高？例题

1、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：

2、有一离心泵，当转速为1450r/min时，q.v.=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：

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。泵与风机性能曲线理论性能曲线实验性能曲线●泵与风机内部流动非常复杂，目前理论尚无法定量计算。●从理论上定性分析泵与风机性能参数的变化规律及其影响因素的曲线，称理论性能曲线。有助于深入了解实验性能曲线。●通过实验获得的性能曲线。●在实验数据基础上，通过某种换算得到的性能曲线。基本性能曲线：相对性能曲线：了解泵与风机性能与构造之间的关系使用。通用性能曲线：泵与风机变速、变角（可动叶）工况调节使用。无因次性能曲线：风机选型设计、系列之间进行比较使用。全面性能曲线：了解水泵“正常”与“反常”性能的曲线。泵综合性能曲线：选择水泵时使用。风机性能选择曲线：选择风机时使用。●泵与风机产品样本上所载的性能曲线；直观反映总体性能。●以qv为横坐标、H(p).P.η.[HS]或[△h]为纵坐标的一组曲线。●对泵与风机选型、经济合理运行（工况调节）有重要作用。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

实际H—qv曲线叶片有限时，环流系数K<1，是结构参数的函数，与叶片数、r1/r2有关，与流量无关。使曲线下移由于摩擦损失、冲击损失，使H<HT，曲线继续下移；由于泄漏损失，曲线向左移动。

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。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。

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

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。FAF30-13-1轴流风机性能曲线(660MW送风机)动叶片的安装角度离心引风机性能曲线

入口导流器的角度离心式与轴流式曲线对比课堂练习圆盘摩擦损失属于()A.机械损失B.容积损失C.流动损失D.既属于机械损失，又属于流动损失风机产生旋转失速及喘振的主要原因是其性能曲线为驼峰型，上述的风机的性能曲线是指()A.qv—p曲线B.qv—P曲线C.qv—η曲线D.包括qv—p、qv—P、qv—η曲线在内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，后增加对β2a>90°的前弯式叶片，qvT－HT∞的关系曲线为()A.水平直线B.自左向右上升的直线C.自左向右下降的直线D.自左向右下降的曲线某水泵，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．不变流动功率指轴功率减去（）A．B．CD．三者之和．驼峰型qv－H性能曲线的特点是：在曲线最高点K点（）A．为不稳定工作点，其余均为稳定工作区域B．右侧为不稳定工作区域C．附近为不稳定工作区域D．左侧为不稳定工作区域

为什么电厂锅炉给水泵的曲线应是平坦型的？为什么前弯式叶片的风机容易出现电动机超载？（前弯式叶片风机在选择原动机时应注意什么问题？有效功率大小相同时，为什么前弯式叶片风机要比后弯式叶片风机选配更大容量的电动机？）轴流式泵与风机的曲线与离心式的有何区别？由此说明这两种类型的泵与风机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.先增加后降低当泵启动运行正常后，根据装在()的测量仪表的压力读数，可以计算出泵的扬程。

A.吸水池和压水池的液面处

B.泵的入口处(唯一)C.泵的出口处(唯一)D.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（）A.泵或风机的输出功率 B.泵或风机的输入功率C.配套电动机的输出功率 D.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，为了避免启动电流过大，通常在()

A.阀门稍稍开启的情况下启动B.阀门半开的情况下启动

C.阀门全关的情况下启动D.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大，应()启动。

A.关闭动叶片

B.全开动叶片

C.半开动叶片

D.将动叶片调到效率最高的角度时对一台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