泵与风机讲义绪论部分

泵与风机山东大学能动学院高明E-mail:gm@Tel15966638936泵与风机泵与风机的基本概念、组成离心式、轴流式泵与风机基本理论、工作原理泵与风机的设备性能、性能曲线相似理论应用泵的汽蚀泵与风机的运行及工况调节主要内容参考教材作者：安连锁主编出版社：中国电力出版社出版时间：2008-8“十一五”国家级规划教材作者：孔珑主编出版社：中国电力出版社出版时间：2007-8“十一五”国家级规划教材第一章综述部分1、泵与风机的概述2、泵与风机的分类、基本原理（离心式、轴流式）3、泵与风机的主要部件及其功能（离心式、轴流式）4、泵与风机的性能参数5、发展趋势一、泵与风机概述流体机械？——汽轮机、水轮机、泵与风机

汽轮机、水轮机——把流体的热能和动能转变为机械能的动力设备。属发动机

泵与风机——把机械能转变为流体(液体、气体)的势能和动能一种动力设备。泵、风机定义、作用泵：泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体:包括水、油、酸、碱液、乳化液、悬浊液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。风机：是输送气体或使气体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给气体，使气体能量增加。风机主要用来输送气体:包括空气、烟气等，也可输送含固体颗粒的气体。另外风机还广泛用作通风设备。一般用途泵与风机是仅次于电机的一种通用机械。主要用于抽吸、输送流体，或用于提高流体的能量。广泛应用于国民经济的各个方面：日常生活——供水、供暖、空调、通风、污水排放等农业——灌溉、排涝；采矿——通风、排水冶金工业——鼓风、流体输送石油工业——输油、注水化工、家电等也离不开泵与风机热力发电厂中——水泵，油泵，送、引风机泵装置简图泵装置筒图

1—过滤网；

2—吸入管路；

3—泵；4—排出管路。

Ms—真空表

Mt—压力表

Hsz—泵安装高度

Hz—排、吸水池液面高度差

z2、z1—泵出、进口到测量基准面的距离火电厂系统中的泵与风机核电厂的泵核电厂主泵——冷却剂泵核电厂的泵二、泵与风机的分类按工作原理分动叶可调轴流风机静叶可调轴流风机按出口压力分

低压泵：压力＜2MPa

泵

中压泵：压力在2~6MPa

高压泵：压力＞6MPa

通风机：风压≤10~15kPa

风机鼓风机：风压

10~340kPa

压气机：风压＞290~340kPa

低压离心通风机：风压＜1kPa通风机中压离心通风机：风压在1~3kPa

高压离心通风机：风压在3~15kPa

低压轴流通风机：风压＜0.5kPa通风机高压轴流通风机：风压在0.5~5kPa分类1－叶片式泵与风机旋转叶轮，连续工作离心式：流体轴向流入，径向流出，叶片产生离心力对流体做功，扬程（或全压）较高，流量偏小轴流式：流体轴向流入，轴向流出，叶片产生的升力对流体做功，流量很大，扬程（或全压）偏小混流泵：离心力和升力的共同作用旋涡泵：靠流体的漩涡运动增加压头离心泵（离心泵，离心泵简单工作原理离心风机轴流泵（动画）轴流风机（动叶可调，静叶可调）动叶可调轴流式风机双级轴流风机流体是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。流量较大、压头较高，是一种介于轴流式与离心式之间的叶片式泵与风机。斜流式泵旋涡泵（动画）分类2－容积式泵与风机工作腔体的周期性变化使流体能量增加往复式（活塞、柱塞、隔膜）：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，并提高其压力。回转式（齿轮、螺杆）：是利用一对或几个特殊形状的回转体（齿轮、螺杆或其他形状的转子）在壳体内作旋转运动来输送流体并提高压力。此泵适用于小流量、高压力，电厂中常用作加药泵（动画）。往复式泵：（动画1，动画2）齿轮泵的工作原理齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮在输油系统中可用作传输、增压泵；在燃油系统中可用作输送、加压、喷射的燃油泵在工业领域中，均可作润滑油泵用。

齿轮泵示意图

1-主动轮

2-从动轮

3-吸油管

4-压油管

回转泵——齿轮泵：动画1，动画2回转泵——螺杆泵的工作原理（动画）螺杆泵是一种利用螺杆相互啮合来吸入和排出液体的回转式泵。螺杆泵的转子由主动螺杆和从动螺杆组成。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。回转风机——罗茨风机喷射泵的工作原理（动画）工作流体可以为高压蒸汽，也可为高压水，前者称为蒸汽喷射泵，后者称为射水抽气器。在电厂中都可用作抽出凝汽器中的空气。其他类型水环式真空泵：动画三、泵与风机的主要部件及功能离心泵的主要部件叶轮吸入室压出室导叶密封装置轴向力平衡装置1、叶轮叶轮是实现能量转换的主要部件作用：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。叶轮水力性能的好坏，对泵效率的影响甚大。叶轮组成：前盖板，后盖版，叶片，轮毂，轴等。平面图：去掉前盖板，从轴端看到的视图。轴面图：用旋转投影法获得的剖面。前盖板后盖版轮毂入口轴出口流道叶片1、封闭式叶轮：有前盖板、叶片、后盖板及轮毂。效率高，输送清水，如：给水泵、凝结水泵等。2、半开式叶轮：只有叶片、后盖板及轮毂。适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低，如泥浆泵。3、开式叶轮：只有叶片及轮毂。一般用于输送含杂质的流体（大颗粒），效率低，如灰渣泵。叶轮形式单吸式叶轮

双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。相当于两个没有后盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可从两侧吸入液体，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。

2、吸入室离心泵吸水管法兰接头至叶轮进口的空间称为吸入室作用：以最小的阻力损失，引导液体平稳地进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀锥形吸入室弯管型吸入室环形吸入室半螺旋形吸入室锥形吸入室：液体能在锥形吸入室中加速，速度分布均匀，水力性能好，多用于单级泵弯管型吸入室：前部有直锥收缩段，有直锥室优点。多用于大型泵环形吸入室：对称、简单、紧凑，由于泵轴穿过环形吸入室，在轴的背面产生漩涡，造成进口流速分布不均，流动损失大。轴向尺寸较短。用于分段式多级泵中。半螺旋形吸入室：背面没有漩涡，速度均匀，流动损失最小，流体进叶轮前有预旋，扬程下降。多用于：单级双吸泵3、压出室(蜗壳)叶轮出口或导叶出口至压水管法兰之间的空间作用：收集叶轮流出的流体；以最小阻力损失引入压水管或次级叶轮进口；将流体的部分动能转化为压能。螺旋形压出室（用于单级单、双吸及水平中开式多级离心泵）环形压出室（用于节段式多级泵的出水段上）导叶式压出室（多用于多级泵上）型式螺旋形压出室结构简单、制造方便、效率高；非设计工况下，会产生径向力，用于：单级泵，水平中开式多级泵螺旋形机壳环形压出室：流道断面面积相等，因此各处流速不相等，流动损失大，效率低。用于：多级泵出水段，输送含杂质液体4、导叶多级泵的液流从前一级叶轮流入次级叶轮，两级之间安装有导叶作用：兼有吸入室和压出室的作用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；在导叶内把部分动能转换为压力能。分为径向式导叶与流道式导叶径向式导叶（上图）：由螺旋线、扩散管、过渡区（环状空间）、反导叶组成。液体从叶轮流出后，由螺旋线部分收集起来，经扩散管将部分动能转变为压力能，液流在过渡区沿轴向转180°后经反导叶进入下一级叶轮。径向式导叶图示流道式导叶：前面部分与径向式导叶的正导叶相同，后面部分与径向式导叶的反导叶相类似，只是它们之间没有环状空间（过渡区）。流道式导叶：正反导叶形成单独通道，各流道内液体不相混合，流动损失小，制造困难。分段式多级泵趋于使用。

迷宫式角接式平环式密封装置功用进口密封（密封环、口环、承磨环）

（装于叶轮进口处叶轮与泵壳上）轴端密封（简称轴封）（装于泵轴穿出泵壳的部位上）进口密封：减少泄露损失、避免叶轮与泵体直接摩擦。轴端密封：防止液体流出泵外，空气流入泵内。填料密封机械密封迷宫式密封浮动环密封5、密封装置密封环：在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环，防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄漏至吸入口。轴端密封：转动部件（泵轴）与静止部件（泵体）之间存在间隙。密封环通常采用平环式和角接式；高压泵则常采用迷宫式由于离心泵叶轮出口液体是高压，入口是低压，高压液体经叶轮与泵体之间的间隙泄漏而流回吸入处，所以需要装密封环。作用：减小泄漏损失；避免叶轮与泵体摩擦。轴端密封填料密封机械密封迷宫密封浮动环密封水力密封A、填料密封结构简单，工作可靠；但使用寿命短，广泛应用于中低压水泵泵工作时，压盖将填料压紧，使泄漏量减小，达到密封的目的。通过水封环引入洁净水，使其在轴上形成水环进行密封，防止空气漏入泵内。

常温：绵编织物（浸石墨黄油）温压稍高：石棉加金属丝高温水：巴氏合金铝铜金属丝高温高压泵：聚四氟乙烯构造

填料箱（充装填料及水封环）水封环（分布密封水）水封管（引入密封水）压盖（用压盖螺栓调整填料松紧度）填料（密封轴与泵壳间隙）是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构注意①密封水的功用是起密封、冷却、润滑作用。②压盖的拧紧程度，以每秒钟漏水一滴为宜，不可过紧过松。③密封水的压力根据泵内压力确定。④适用条件：圆周速度小于25m/s的场合。机械密封是无填料的密封装置。它由动环、静环、弹簧和密封圈等组成动环随轴一起旋转，并能作轴向移动；静环装在泵体上静止不动。动环靠密封腔中液体的压力和弹簧的压力，使其端面贴合在静环的端面上，形成微小的轴向间隙而达到密封的。为了保证动静环的正常工作，轴向间隙的端面上需保持一层水膜，起冷却和润滑作用。B、机械密封（又称端面密封）摩擦功耗小，泄漏量小，密封效果好，压力高，寿命长；加工精度要求高，价格贵。

①端面保持一层水膜，起冷却、润滑作用。

②优点：密封效果好，轴向尺寸小，摩擦功耗较少，使用寿命长。③缺点：结构较复杂，制造精度要求高，价格较贵，安装技术要求高。

④适用条件：输送腐蚀性、磨损性介质，承受压力达

45Mpa，温度-200~450℃，广泛应用于高速给水上。如：大型机组给水泵注意迷宫式密封——非接触型密封

常用的有炭精迷宫密封、金属迷宫密封。其密封原理是：由轴套密封片与炭精环组成微小间隙，流体通过间隙时压力降低，达到密封的目的。

优点：动静部分无接触，无磨损，使用寿命长。大机组锅炉给水泵上广泛应用浮动环密封浮动环3、支承环4、弹簧2、轴套6组成径向密封：浮动环与支承环端面在液体压力和弹簧力作用下保持紧密接触轴向密封：浮动环内表面与轴套外表面的微小间隙对液体的节流作用实现优点：与机械密封相比，结构简单，运行可靠，密封效果好。缺点：轴向尺寸较长。水力密封水力密封也称螺旋密封，属于非接触型密封，在密封部位的轴的表面刻有螺旋槽，当轴告诉旋转时，螺旋对充满在密封间隙的流体产生泵送压头，这一压头与被密封介质的压力相平衡，从而阻止介质泄露。缺点：低速情况下，压头小，密封性能差；轴向尺寸大。离心泵的分类1）按照轴上叶轮数目的多少

单级泵

多级泵

轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；轴上不止一个叶轮的离心泵

，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为2~9级。

2）按叶轮上吸入口的数目单吸泵

双吸泵

:叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。:叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。多级泵工作原理示意离心泵分解离心式风机叶轮机壳（蜗壳）导流器集流器进气箱扩散器离心风机的主要部件及其功用

主要部件：特点流体轴向进入，径向流出。产生的流量较小，风压较高。

1、叶轮功用：将原动机输入的机械能传给被输送的气体。核心部件。叶轮一般由前盘（盖板）、后盘（盖板）、叶片和轮毂（轴盘）等组成。其结构有焊接和铆接两种形式。叶轮前盘的形式有：平前盘、锥前盘和弧形前盘等几种

叶片型式后弯式叶片有机翼型、直板型和弯板型叶片

前向叶轮一般都采用圆弧型叶片；后向叶轮中，大型风机多采用翼型叶片；对于除尘效率较低的燃煤锅炉引风机可采用圆弧型或平板型叶片。2、机壳（蜗壳）

汇集从叶轮流出的气体并引向风机出口，同时将气体的部分动能转换为压能或对数螺旋线

阿基米德螺旋线平舌构造轴面图为宽度不变的矩形螺形室（轮廓线）蜗舌：防止部分气流在蜗壳内循环流动。浅舌深舌蜗舌3、导流器（进口风量调节器，安装在集流器之前）

（1）功用：通过改变导流器叶片角度，调节风机性能参数，扩大工作范围，提高调节经济性。

径向导流器斜叶导流器简易导流器（2）型式轴向导流器

(2)影响性能的因素

导流器形状与叶轮入口间隙的大小(3)型式圆筒圆锥结合形弧形锥弧形（符合气流流动规律，应用广泛）圆筒形圆锥形4、集流器（安装在叶轮进口，导流器后）

(1)功用：平稳、均匀、流动损失最小地将流体引入叶轮。轴流泵的主要部件

轴流泵的特点是流量大，扬程低。1、吸入喇叭管；2、进口导叶；3、叶轮；4、轮毂；5、轴承；6、出口导叶；7、出水弯管；8、轴；9、推力轴承10、联轴器主要部件及其功用

1、叶轮

2、泵轴与轴承

3、导叶

4、吸入室

主要部件：

1、叶轮（1）功用：将原动机输入的机械能传给被输送的液体。核心部件。固定的（叶轮直径300mm以下）半固定（叶轮直径大于300mm）全调的（叶轮直径大于1600mm）

流体轴向进入，轴向流出。叶片多为机翼型，片数为4~6片。该种泵型流量大，扬程小。（2）构造圆锥形圆柱形球形动叶调节机构（球形轮毂内安装动叶调节机构）

叶片轮毂（3）特点

(1)功用（2）型式（3）特点：轴的方向区分泵型轴轴承：水润滑的橡胶滑动轴承。大型全调节泵由低碳钢制成空心轴。水平轴：卧式泵。倾斜轴：斜轴泵。铅直轴：立式泵。轴：是传递扭矩的主要部件。轴承：支撑转子，减小摩擦。中小型泵由低碳钢制成实心轴。2、泵轴与轴承（2）型式

进水喇叭口（中小型）

肘形流道钟形流道进水流道（大型）3、导叶（1）功用：将叶轮前后的流体旋转运动变为轴向运动，使其阻力损失最小，将部分动能变为压能。（2）构造：在圆台体内装有固定的5―12片导叶。4、吸入室（1）功用：平稳、均匀、流动损失最小地将流体引入叶轮。轴流式风机的主要部件

轴流式风机的主要部件有：叶轮、集风器、整流罩、导叶4和扩散筒6等，如图所示。近年来，大型轴流式风机还装有调节装置和性能稳定装置。

1、集流器；2、外壳；3、动叶；4、导叶；6、扩压器；7、导流体；8、轴和轴承；9、联轴器1－进气箱；2－膨胀节；3－中间轴；4－软性接口；5－主轴承；6－动叶；7－导叶；8－扩压筒；9－膨胀节；10、11－联轴器；12－罩壳叶轮叶轮由轮毂和叶片组成，其作用和离心式叶轮一样，是实现能量转换的主要部件。轮毂的作用是用以安装叶片和叶片调节机构的，其形状有圆锥形、圆柱形和球形三种。叶片多为机翼形扭曲叶片。叶片做成扭曲形，其目的是使风机在设计工况下，沿叶片半径方向获得相等的全压。为了在变工况运行时获得较高的效率，大型轴流风机的叶片一般做成可调的，即在运行时根据外界负荷的变化来改变叶片的安装角。轮毂表面为球面（如图），使所有动叶在任何工作角度时，其叶根与轮毂的间隙都保持不变，因而，叶轮的气流损失少，气动效率高，作功能力强导叶①叶轮前仅设置前导叶；②叶轮后仅设置后导叶；③叶轮前后均设置有导叶。前导叶的作用是使进入风机前的气流发生偏转，把气流由轴向引为旋向进入，且大多数是负旋向(即与叶轮转向相反)，这样可使叶轮出口气流的方向为轴向流出。后导叶在轴流式风机中应用最广。气体轴向进入叶轮，从叶轮流出的气体绝对速度有一定旋向，经后导叶扩压并引导后，气体以轴向流出。导叶和叶轮四、泵与风机性能参数流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量。体积流量，符号：qv，单位：m3/s，m3/h；质量流量，符号：qm，单位：kg/s，kg/h；qm＝ρqv性能参数扬程：单位重量液体在泵内获得的能量(J/N=m)。符号：H，单位：m液柱全压：单位体积气体在风机内获得的能量(J/m3=pa)。符号：p，单位：pa性能参数轴功率：原动机传递到泵与风机转轴上的功率，即输入功率，轴功率。符号：P，单位：kw有效功率：单位时间内流体从泵与风机获得的功率，即输出功率。符号：Pe，单位：kw性能参数原动机功率输出Pg：原动机配套功率Pm：需要的原动机功率其中ηtm为传动效率。直接连接1，联轴器0.98，皮带传动0.95。其中K为安全系数,一般取1.15。按计算的Pm，从电机系列中选择配套电机性能参数效率:被输送的流体实际所得到的功率与原动