泵与风机(何川)-授课

泵与风机主讲教师：陈姝

weilachen@163.com）2009年春季学期学习目的：泵与风机的设计选型；泵与风机的运行调节。2009年春季学期课程内容：泵与风机概述

（绪论）泵与风机的叶轮理论

（第1章）泵与风机的性能

（第2章）相似理论在泵与风机中的应用（第3章）泵的气蚀

（第4章）泵与风机运行调节

（第5章）泵与风机选型

（第7章）2009年春季学期1、泵与风机的定义2、泵与风机的用途3、泵与风机的分类及工作原理4、叶片式泵与风机的主要部件和结构形式5、泵与风机的发展趋势6、泵与风机的基本性能参数绪论泵与风机概述2009年春季学期泵与风机是将原动机（如电动机、内燃机等）提供的机械能转换成流体的压力能和动能，以达到流体定向输运的一种动力设备。1.泵与风机的定义泵与风机、压缩机、水轮机、汽轮机等属于流体机械（指在流体具有的机械能和机械所做的功之间进行能量转换的机械）。输送液体的称为泵；输送气体的称为风机（气泵）定义2009年春季学期思考：1.内燃机、燃气轮机是不是流体机械？2.水轮机、风车与泵、风机有什么区别？逆向1.泵与风机的定义2009年春季学期水轮机：水的势能--水轮机的机械能--电能1.泵与风机的定义2009年春季学期风车（风力发电机组）：风力—风车动能--电能1.泵与风机的定义2009年春季学期城市供排水及废水处理；农业方面：排涝、灌溉；采矿工业：坑道的通风及排水；冶金工业：各种冶炼炉的鼓风以及气体和液体的输送；石油工业：输油和注水；化学工业：高温、腐蚀性气体的排送；一般工业：厂房、车间的通风等。2.泵与风机的用途隧道施工2009年春季学期2009年春季学期汽车制造2009年春季学期2009年春季学期城市供水末端用户始端用户泵站城市排水--污水的收集、输运、净化高碑店污水处理厂曝气沉砂池曝气池2009年春季学期耗电量占全国总用电量的30%（泵的耗电量占到20%，风机约占10%）；

我国生产的泵和风机效率能够达到80%-90%，然而，泵与风机在系统中的实际运行效率只有40%左右（发达国家约为50%-70%）。

经济性有待提高！2.泵与风机的用途2009年春季学期3.泵与风机的分类及工作原理泵按产生的压力分为:低压泵：压力在2MPa

以下；中压泵：压力在2一6MPa

；高压泵：压力在6MPa

以上。按压力分类风机按产生的风压分为:通风机：风压小于15kPa

；鼓风机：风压在15一340kPa

以内；压气机：风压在340kPa

以上。2009年春季学期1.叶片式2.容积式离心式轴流式混流式往复式回转式活塞泵柱塞泵隔膜泵齿轮泵螺杆泵风机滑片泵罗茨风机3.其他3.泵与风机的分类及工作原理按工作原理分类真空泵射流泵水锤泵2009年春季学期负压离心力特点：轴向进入转90°径向流出流量小、压力大，小流量高扬程的场合叶片式-离心式泵与风机的工作原理原理：叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。3.泵与风机的分类及工作原理2009年春季学期原理：旋转叶片给绕流流体一个轴向推力/升力，使流体获得能量，压能和动能增加，并沿轴向排出。特点：轴向进入、轴向流出；流量大、压力小，适用于大流量低扬程的场合（循环水泵、引送风机）叶片式-轴流式泵与风机的工作原理3.泵与风机的分类及工作原理2009年春季学期原理：流体沿介于轴向与径向之间的圆锥面方向流出叶轮，部分利用叶型升力，部分利用离心力。叶片式-混流式泵与风机的工作原理3.泵与风机的分类及工作原理

特点：

1.轴向流入，锥面方向流出

2.流量较大、压头较高，介于轴流式与离心式之间柱塞泵：特点：流量小不均匀，高压力。原理：利用工作容积周期性的改变来输送液体，并提高压力。机械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。容积式-往复式泵与风机的工作原理

3.泵与风机的分类及工作原理2009年春季学期容积式-往复式泵与风机的工作原理

3.泵与风机的分类及工作原理活塞泵:2009年春季学期容积式-往复式泵与风机的工作原理

3.泵与风机的分类及工作原理隔膜泵：2009年春季学期容积式-回转式泵与风机的工作原理

3.泵与风机的分类及工作原理齿轮泵（罗茨风机）：原理：利用一对或几个特殊形状的回转体在壳体内作旋转运动来输送流体并提高压力。特点：输送大黏度流体2009年春季学期容积式-回转式泵与风机的工作原理

3.泵与风机的分类及工作原理螺杆泵（螺杆风机）:2009年春季学期滑片泵:容积式-回转式泵与风机的工作原理

3.泵与风机的分类及工作原理原理：依靠偏心转子旋转时泵缸与转子上相邻两叶片间形成的工作容积的变化来输送液体或使之增压。2009年春季学期叶片式与容积式泵与风机比较3.泵与风机的分类及工作原理（1）作用均匀，流量与排出压力无周期性变化;（2）运动件少而简单，不需要分配阀，因此运行可靠;（3）能高速运转，因此可以与高速电动机直接联接;（4）外形尺寸与安装面积比活塞式小，可减少安装费用;（5）运行费用低;（6）调节性能好，可很快适应发生变化的条件。优点：缺点：（1）流量小而扬程高时，效率较低;（2）起动前大部分叶片泵必须灌液;（3）叶片泵运行时如果吸入空气，特别吸入管路布置不当，或管路漏气，则泵可能中止抽吸或运行。转速高、流量大、输出流量均匀，在设计工况下效率高等。2009年春季学期原理：星形叶轮偏心装在圆筒形泵壳内，启动前注入一定量的水，叶轮旋转，水受离心力作用被甩向四周形成一个相对于叶轮为偏心的封闭水环。利用叶片与水环内表面形成的周期性扩大与减小的两个月牙形空间，吸入气体并排出气和水（连续补充）。其他-真空泵（水环式）3.泵与风机的分类及工作原理2009年春季学期原理：利用高速射流的抽吸作用来输送流体。流体在喷嘴中将部分压能转变为动能。其他-喷射泵3.泵与风机的分类及工作原理2009年春季学期原理：利用流动中的水被突然制动时所产生的能量，使其中一部分水压升到一定高度的一种泵。其他-水锤泵3.泵与风机的分类及工作原理2009年春季学期离心式泵的主要部件：（1）叶轮（2）吸入室（3）压出室（4）导叶（5）密封装置4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵2009年春季学期前盖板叶片后盖板后盖板叶片轮毂效率高效率低4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-叶轮叶轮：是实现能量转换的主要部件，将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。轮毂2009年春季学期4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-吸入室半螺旋形锥形（锥度7°~8°）环形吸入室：离心泵吸水管法兰接头至叶轮进口的空间。以最小的阻力损失，引导液体平稳进入叶轮，叶轮进口处液体流速均匀分布。2009年春季学期4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-压出室螺旋形压出室（蜗壳）环形压出室压出室：叶轮出口或导叶出口至压水管法兰接头之间的空间。收集从叶轮流出的高速流体，以最小阻力损失引入压水管或次级叶轮进口，将部分动能转变为压力能。2009年春季学期4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-导叶1.径向式导叶2.流道式导叶导叶：汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下，引入次级叶轮的进口或压出室，把部分动能转换为压力能。2009年春季学期

平环式(图a)角接式(图b)迷宫式(图c)1）密封环

作用：防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸入口，在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置2009年春季学期2）轴端密封轴封是设置于轴与壳之间的间隙处，起到密封作用的装置。若轴封质量不过关，水泵将发生漏水和吸气的故障。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置2009年春季学期a.填料密封

由填料箱4、水封环5、填料3、压盖2和压紧螺栓等组成，是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构。带水封环的填料密封结构4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置填料：石墨油浸石棉绳聚四氟乙烯2009年春季学期端部填料箱实物图4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置2009年春季学期机械密封是无填料的密封装置。它由动环5、静环7、弹簧2和密封圈8等组成动环在液体压力及弹簧力的作用下与静环的端面保持紧密接触，以达到密封的目的。密封效果好、使用寿命长，但结构复杂、制造精度高。适用于高温高压泵。b.机械密封4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置2009年春季学期c.迷宫式密封

原理：非接触型流体动力密封，利用流体流过转子与静子间的微小间隙产生的节流降压效应来实现密封。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置2009年春季学期d.浮动环密封

原理:

靠轴(或轴套)与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封的，是采用机械密封与迷宫式密封原理结合起来的一种新型密封。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心泵-密封装置2009年春季学期离心式风机的主要部件：（1）叶轮（2）机壳（3）集流器与进气箱4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机2009年春季学期

离心式风机主要结构分解示意图1-吸入口；2-叶轮前盘；3-叶片；4-后盘；5-机壳；6-出口；7-截流板（风舌）；8-支架4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机2009年春季学期

叶轮－叶轮前盘形式叶轮的组成：前盘、后盘、叶片、轮毂4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机-叶轮2009年春季学期叶轮－叶片出口角度气流出口方向与圆周运动切向之间的夹角。a.前弯式b.径向式c.后弯式4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机-叶轮2009年春季学期叶轮－叶片形状（a)平板型（b)圆弧型（d)机翼型4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机-叶轮2009年春季学期作用：汇集从叶轮流出的气体，将其引向风机出口，将部分动能转换为压力能。装于风机出口，通过降低出口流体流速，使部分动压转变为静压。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机-机壳蜗舌：

防止部分气流在蜗壳内循环流动。扩压器：2009年春季学期集流器：装在叶轮进口，以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机-集流器2009年春季学期安装在大型或双吸的离心式风机上。减少因气流不均匀进入叶轮产生的流动损失，另外可减少风机噪音。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式离心风机-进气箱进气箱：2009年春季学期（1）叶轮（2）导叶（3）吸入室和集流器（4）扩压筒轴流式泵与风机的主要部件：4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式轴流式泵与风机2009年春季学期叶片形状：扭曲形状，一般为4~6片轮毂作用：安装叶片和叶片调节机构分类：固定叶片、半调节叶片、全调节叶片4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式轴流式泵与风机-叶轮叶轮的组成：叶片、轮毂2009年春季学期前导叶后导叶

4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式轴流式泵与风机-导叶作用：旋转运动—轴向运动；旋转运动的部分动能转换为压力能.2009年春季学期中小型轴流泵：喇叭管形吸入室；大型轴流泵：肘形吸入室；4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式轴流式泵与风机-吸入室（集流器）泵-吸入室轴流风机：一般采用喇叭管形集流器，并在集流器前装进气箱。风机-集流器2009年春季学期形状：筒形、锥形4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式轴流式泵与风机-扩压筒作用：将后导叶流出气流的动能部分转换为压力能。2009年春季学期1、按主轴方向--卧式、立式、斜式2、按液体流出叶轮的方向--离心式、轴流式、混流式3、按吸入方式--单吸、双吸4、按级数--单级、多级（同一根轴上装两个或以上）5、按叶片安装方法：可调叶片、固定叶片6、按壳体剖分方式分段式（壳体按与主轴垂直的平面剖分）节段式（在分段式多级泵中，每一级壳体都是分开式的）中开式（壳体在通过轴心线的平面上分开）7、按泵体形式蜗壳泵、双蜗壳泵、透平泵、筒式泵、双壳泵4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式叶片式泵的结构形式2009年春季学期4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式叶片式泵的结构形式2009年春季学期按旋转方向右旋、左旋（从原动机一端看风机）按进气方向单吸“1”、双吸“0”按出风口位置

4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式叶片式风机的结构形式按传动方式

A无轴承；B悬臂支承，皮带轮在轴承中间；C悬臂支承，皮带轮在轴承外侧；D悬臂支承，联轴器传动；E双支承，皮带轮在外侧；F双支承，联轴器传动。4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式叶片式风机的结构形式2009年春季学期5.泵与风机的发展趋势（1）大容量、高参数化（2）高速化（3）高效率（4）高可靠性（5）低噪声（6）自动化2009年春季学期6.泵与风机的基本性能参数流体密度，kg/m3常温20°C下，水：1000kg/m3

空气：1.2kg/m3流量流量:单位时间内所输送的流体量。质量流量:体积流量Vs质量流量：体积流量:2009年春季学期

单位体积的气体通过风机所获得的能量增加值，用p表示，单位为帕Pa6.泵与风机的基本性能参数扬程（全压）单位重力作用下的液体通过泵后所获得的能量增加值，用H表示，单位为米水柱（mH2O）风机的全压（全风压）：泵的扬程：1个大气压＝1Bar＝105Pa＝10m水柱＝760mm汞柱=1kgf/cm2常见压强单位换算表

牛顿/米2公斤力/米2公斤力/厘米2巴标准大气压毫米水柱毫米水银柱磅/英寸2

(N/m2)(Pa)(kgf/m2)(kgf/cm2)(bar)(atm)(mmH2O)(mmHg)(lb/in2,psi)牛顿/米210.10197210.1972×10-61×10-50.98692×10-50.1019727.50062×10-3145.038×10-6(N/m2)(Pa)公斤力/米29.8066511×10-49.80665×10-59.67841×10-51×10-80.07355590.00142233(kgf/m2)公斤力/厘米298.0665×1031×10410.9806650.96784110×103735.55914.2233(kgf/cm2)巴1×10510197.21.0197210.98692310.1972×103750.06114.5038(bar)标准大气压1.01325×10510332.31.033231.01325110.3323×10376014.6959(atm)毫米水柱4oC0.1019721×10-81×10-49.80665×10-59.67841×10-5173.5559×10-31.42233×10-3(mmH2O)毫米水银柱0