泵与风机课件(课堂版).ppt

泵 与 风 机,授课计划： 共32学时（每周4学时） 其中4学时实验，2学时课内考试 考核方式 闭卷（卷库） 平时、 实验、 期末 20% 10% 70%,绪 论,第 一 节 泵与风机在国民经济中的应用,一、定义： 将原动机的机械能转化为被输送流体能量 （压能、动能），并实现流体定向输送的一种 动力设备。 一般，输送液体：泵； 输送气体：风机,二、应用 广泛 农业：灌溉 采矿工业：排水、通风 机械工业：润滑（泵）、冷却（泵、风机） 建筑工业：给排水、通风、空调、供暖 医学：人工心脏,特别 电力工业： 火电： 煤粉、天然气燃烧需要空气； 燃烧后产生烟气，燃气 工质 水， 润滑冷却 水、油 核电： 工质水，润滑冷却 书，图0-1,三、重要性 全国 泵与风机耗电量约占全国发电量的1/3。 安全、高效运行具有重要意义 电力行业 锅炉给水泵，心脏 送引风机，呼吸系统 消耗大部分的厂用电,第 二 节 泵与风机的分类,分类 一、按产生能头大小,低压泵（6MPa),通风机（340KPa),二、按工作原理分类 叶片式 容积式 其它 叶片对流体做功 工作室容积周期改变,1、叶片式 根据力的作用方式不同： 离心、混流、轴流,轴流,斜流,旋涡,离心,叶轮,离心,斜流,轴流,旋涡,2、容积式 工作元件运动方式： 回转、 往复,回转 往复,回转式（齿轮泵）,回转式 （ 螺杆泵）,单螺杆、双螺杆、三螺杆,往复式 （活塞泵）,3、其它,喷射泵,高速气流或水流 形成真空 抽吸,四、按用途 给水泵、循环水泵、冷却水泵 送风机、引风机、增压风机,第三节 泵与风机的主要部件,一、离心式泵与风机的主要部件,(一)离心式泵的主要部件 叶轮、 轴、 吸入室、 压出室、 导叶、 密封装置 等,1、叶轮,作用：做功元件 分类：封闭叶轮 半开叶轮 全开叶轮 （前后盖板、轮毂、叶片） （吸入口个数：单吸、双吸） 特点：效率高 效率低 适用场合：输送清水 输送含杂质流体,离心泵，根据轴上叶轮个数分为： 单级泵、多级泵,2、轴,作用：传递扭矩 分类： 水平、 阶梯,轴套；保护轴,3、吸入室,定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。 作用：以最小阻力损失，将流体 平稳引入叶轮,锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。 环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失较大； 分段多级泵。 半螺旋形：有预旋，能头降低，流动损失小； 大型单级、多级泵。 弯管：流动损失小，轴向尺寸大，大型单级、多级泵。,锥形 环形 半螺旋形 弯管,4、压水室 定义：叶轮出口到泵出口法兰之间的流动空间。 作用：在最小阻力损失下，将流体从叶轮收集 起来并引出。 类型： 环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失大。 节段多级泵。 螺旋形：流动损失小。 单级、多级泵。,5、导叶（导向叶轮） 多级泵必须有导叶 作用： 汇集叶轮出口流体，在最小损失下，将流体引入下级叶轮或压出室；同时并将部分动能变为压能。 分为： 径向式 轴向尺寸大，加工简单 流道式 损失小，结构复杂,6、密封装置 类型： 密封环 叶轮与泵壳间间隙 轴向密封装置（轴封） 轴端与泵壳间间隙,密封环,平环 角环 迷宫式,轴封 (1)填料密封（填料箱，压盖） 结构简单、成本低、效果差； (2)机械密封 （动环，静环） 结构复杂、安装运行要求高、效果最好； (3)浮动环 （浮动环，浮动套） 结构简单，效果好，轴向尺寸大 (4)迷宫 迷宫形式不同，效果不同,小型泵 高温高压高转速泵,（二）离心风机主要部件,主要部件： 叶轮、轴、集流器、蜗壳、进气箱 （相当于离心泵：吸入室， 压出室）,(1)叶轮:叶片，前盘，后盘，轮毂 叶片：直板，弯板，翼型（中空） (2)轴 (3)集流器： 叶轮前，最小损失引导流体进入叶轮 圆筒形、圆锥形、锥弧形 (4)进气箱： 由于结构、布置上的需要，为改善进气条件、减小进气损失。 （若有，在集流器前）,二、轴流式泵与风机主要部件,主要部件： 叶轮、轴、吸入室（集流器）、扩压筒、导叶 导叶：改变流体流动方向、减小损失、部分动能转变为压能,第四节 泵与风机主要性能参数,主要参数： 流量、扬程（全压）、功率、效率,一、流量 流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量。,二、扬程（全压） 扬程：单位重量的流体通过泵后获得的能量。 H m 全压：单位体积的气体通过风机后获得的能量。 p Pa,三、功率 有效功率：流体通过泵与风机获得的功率 （单位时间获得的能量） Pe w,kw 轴功率：原动机传到泵与风机轴上的功率。 P 四、效率 有效功率 是输出功率 轴功率 输入功率,五、转速 轴每分钟的转数 n r/min 六、汽蚀余量,第五节 泵与风机发展趋势,一、大容量，高参数 二、高转速 三、高效率 四、高可靠性 五、低噪音,第一章 泵与风机的叶轮理论,第一节 离心式泵与风机的叶轮理论,原动机带动叶轮旋转叶片对流体做功 流体能量增加离心力作用下流体流出叶轮 叶轮中心形成真空 外部流体流入叶轮叶轮连续旋转流体连续吸入排出。,一、离心式泵与风机的 工作原理,二、流体在叶轮中的运动及 速度三角形 （一）运动 复杂 1、流体随叶轮旋转运动 圆周运动或牵连运动, u 2、流体相对于旋转的叶轮从叶轮入口到出口 相对运动, w,实际运动： 周运动 u 与相对运动 w 的合运动,u,w,v,（二）速度三角形分析 为便于分析，假设： 1、理想叶轮（叶片无限多、无限薄） 流体沿叶片型线流动，相对运动速度w方向为叶片的切线方向。 2、理想流体（无粘性） 不考虑损失,为便于分析，总结7个元素： u， w， v ， vm （绝对速度径向分速度） vu （绝对速度圆周分速度） : 绝对速度角（绝对速度与圆周速度方向夹角） ：相对速度角或流动角（相对速度与圆周速度反方向夹角） 附：a ：安装角（叶片切线方向与圆周速度反方向夹角）， 理想叶轮，流动角=安装角,（三）任意点速度三角形绘制 7个元素u w v vm vu ,中任意3个，唯一决定速度三角形 常用公式：,排挤系数，反映由于叶片厚度对通流面积的影响。,例题： 有一离心泵，叶轮外径D2=0.6m，出口宽度b2=0.1m，叶片出口安装角2a =22，转速n=1200r/min，流量qv=0.5m3/s，画出口速度三角形。,2 =2a =22 ,u2,2 =22 ,三、能量方程及其分析,叶片式泵与风机： 叶片对流体作用力，力做功，流体能量增加。与力矩有关。 动量矩定理： 单位时间内流出的动量矩-流入动量矩=作用在流体上的外力矩,泵 风机,动扬程 静扬程 动能 压能,能量方程式分析： 参考教材p23 根据余弦定理，能量方程可化为,四、离心式叶轮叶片型式分析,后弯 径向 前弯 2a 90,为便于分析，假设: （1）叶轮外径相同,流量相同, 转速相同 v2m相同,u2相同 出口速度三角形等底等高,（2）流体径向进入叶轮 1=90, V1u=0,(一)理论扬程 HT= HT =(u2V2u -u1V1u )/g =(u2V2u )/g HT后弯 HT径向弯 HT前弯,(二)静扬程所占的比例（反作用度 ）,后弯 径向 前弯 V2u 0u2 u2 u22u2 2a 0arctan(v2m/u2) 90 90arctan(v2m/2u2) 1 1/2 1/2 1/2 0 后弯 径向 前弯,(三)效率 后弯:流道长,变化平缓,出口绝对速度小,损失小,效率高,噪音低. 前弯:流道短,变化剧烈,出口绝对速度大,损失大,效率低,噪音高. 径向:性能介于两者间,出口径向,不易积灰工艺简单.,叶型的选择： 各有特点，如何选择？ 一般， 离心泵， 流动的为液体，功率大，为提高效率，降低轴功率，一般采用后弯。 离心风机， 三种叶型都有。 要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。,例题： 有一离心风机，叶轮内径D1=0.3m，外径D2=0.8m，转速n=800n/r，若气体以v1=10m/s的速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。(1)画叶轮进出口处速度三角形;(2)不计叶片厚度，求理论全压为多少？ 解：1、气体径向进入叶轮 1=90o v1=v1m u1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1,2、出口速度三角形 u2=D2n/60=33.5m/s 出口相对速度为径向 2= 90o v2m=w v2u=u2 qv1=qv2 D1 b1v1m= D2 b2v2m v2m = 3.75m/s 由2 v2m u2,pT= (u2V2u-u1V1u)= (u2V2u)= u22=1347Pa,理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮 与实际不符 修正 五、实际叶轮中运动 实际叶轮，叶片有限个，流道有宽度 轴向涡流 实际叶轮中，相对于旋转叶轮，流体在流道中等角速度反方向旋转。 影响： 流体出口相对速度角减小，流动角小于安装角，理论扬程下降。,不是损失 六、实际流体流动 实际流体，损失 修正： 流动效率,修正：滑移系数 或 环流系数 K 半经验公式计算,七、预旋 预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。 无预旋,预旋的产生 自由预旋、强制预旋 自由预旋 流量改变引起 流量变小 正预旋 能头降低 流量增加 负预旋 能头增加 强制预旋 结构原因 如半螺旋吸入室,正预旋（与叶轮旋转方向相同） 10 能头降低 负预旋（与叶轮旋转方向相反） 190， v1u0, 能头增加 正预旋 负预旋,习题,第二节 轴流式泵与风机叶轮理论,一、概述,原理： 原动机带动叶轮旋转叶片对流体做功 流体能量增加 升力（轴向推力）作用下流体流出叶轮,特点： （1）结构简单、体积小、重量轻 （2）流量大，能头低 （3）叶片角度可调，变工况调节性能好 （4）叶片可调，转子结构较复杂 （5）噪音大,二、流体在叶轮中运动及速度三角形,运动复杂： 圆周运动、相对运动 实际运动,三、速度三角形分析 为便于分析，假设： （离心，假设：理想叶轮，理想流体） 圆柱层无关（流体沿圆柱面分层流动） 在轴向不发散，流动半径不变。 进出口u1=u2=u 理想流体 不考虑损失 分析： 速度三角形与离心式相似，但,速度三角形特点 (1)由于圆柱面分层流动，流动半径不变，对于任意点,u1=u2=u u不变，进、出口速度三角形画在一起，共用u。,(2)对于任意点， 绝对速度的轴向分速度Vm(即 Va）不变 。 (分层流动,u不变，流量不变) Vm：周面速度， 对于离心， Vm径向分速度 也可写为Vr 对于轴流， Vm轴向分速度 也可写为Va 轴向进入叶轮， v1u=0,v1=vm,气流折转角 = 2-1 轴流 叶轮入口断面积小于出口断面积 叶片圆头尖尾， w1w2,提高能头 四、能量方程,（3）12 （w1w2,提高能头）,分析 u1=u2，理论能头少一项，,理论能头比离心式低 12 ，w1w2，能头提高,绕流升力理论 见P49 五、轴流式泵与风机基本类型 （1）单个叶轮 速度三角形,出口速度有圆周分速度 ，即出口旋转 ，有能量损失 （2）单个叶轮，后置导叶 （3）单个叶轮，前置导叶 （4）单个叶轮，前后置导叶,例题,有一轴流泵，在叶轮半径300mm处，水以10m/s速度沿轴向流入，若出口绝对速度为15m/s，叶轮转速1000r/min，求理论扬程。 （轴流， 等环量或能量设计， 对于任意点，计算半径不同，但最终获得能量均相同）,解： 轴向流入， V1u=0 V=V1m u1=u2 = u=2rn/60=31.4m/s 根据轴流速度三角形特点 V2m =V1m=10m/s,习题,例题：某离心通风机，叶轮外径 D2=500mm ，叶片出口宽度 b2=80mm ，叶片出口安装角2a=30o ，当转速 n=1000r/min ，流量qv=0.628m3/s，若空气的密度=1.2kg/m3 ，空气沿径向流入叶轮，设滑移系数为 0.88 ，求风机的理论全压 。,空气沿径向流入叶轮 V1u=0 出口速度三角形 u2=D2n/60=26.1m/s 2a=30o,V2u=u2-v2mcot30=17.5m/s,轴流泵叶轮转速1200r/min，水在d=0.4m直径处以绝对速度v=7m/s轴向流入叶轮，若出口相对速度比入口相对速度偏转35，求该泵理论扬程为多少？,u=Dn/60=25.12m/s 流体轴向流入叶轮 V1=V1m=7m/s， 1=90,出口相对速度比入口相对速度偏转35 2= 1 +35o,1 =arctan(7/25.12)=15.6o 2= 1 +35o= 50.6o,V2u=u2-v2mcot50.6=19.37m/s,第二章 泵与风机的性能,第一节 功率、损失与效率,一、功率 1、轴功率 原动机传到泵与机轴上的功率 P w,kw 输入 2、有效功率 流体通过泵与风机得到的功率 Pe w,kw 输出,3、原动机功率 原动机输出功率 Pg Pg=P/tm tm传动效率 4、原动机输入功率 Pg,in Pg,in=Pg/g 5、选择原动机功率 选择原动机时必须考虑的功率 PM PM = Pg,in K K安全富裕系数,例 一风机设计参数为：流量60000m3/h ，全压1200 Pa，效率85%，若将该风机与一电机直联传动，电动机铭牌功率24000w，效率98%，问风机能否正常工作？,电动机铭牌功率为输入功率, 不能正常工作,二、损失与效率 机械损失、容积损失、流动损失 1、机械损失P m、机械效率m 机械损失: （直接消耗、损失掉轴功率） 轴与轴承、轴与轴封 叶轮圆盘摩擦 占机械主要部分，可达2%10% P,Pdf=Ku23D22 与转速3次方成正比，外径5次方成正比 (提高转速) 机械效率 m=(P- P m)/ P,2、容积损失P v、和容积效率v 泄露 （损失流量） 叶轮、泵壳间； 主要部分 某些轴封处； 轴向推力平衡装置处） 容积效率 v=(P- P m- P v)/ (P- P m),3、流动损失P v、和流动效率v 流动损失: （与流量有关，损失能头） 摩擦、扩散 （kqv2） 冲击 k(qv-qvd)2 流量变小，减小，冲角（ a- ）为正，冲击在非工作面上， 能量损失较小 流量变大，增大，冲角（ a- ）为负，冲击在工作面上， 能量损失较大 流动效率 h=(P- P m- P v - P h )/ (P- P m - P v ),4、总效率,例 某泵，入口真空表读数20kPa,出口压力表读数100Kpa，流量0.1m3/s，若轴功率14kw，(1)求总效率.(2)若机械效率97%，流动效率98%，求容积效率。 解： 能头 p=（100+20）=120kPa=12.2m,第二节 泵与风机的性能曲线,不同的泵，风机性能不同 性能如何反映？ 性能参数 全面、直观、形象 性能曲线,性能曲线 在一定的转速下（若轴流式，也要在一定安装角下），扬程（全压）、轴功率、效率等参数，随流量变化关系的曲线。 （横坐标为流量） 获得方法 （1）理论分析 不准确 （2）试验测得,一、离心式泵与风机的性能曲线,包括qv-H,qv-P, qv-等 （一）流量-扬程曲线 (1)理论方法 找到扬程与流量的关系式,即可 泵与风机能量方程 理想叶轮、 理想流体 、 流体径向进入,修正 以后弯为例 对理想叶轮修正 环流系数，基本与流量无关，扬程降低下移 对摩擦、涡流损失进行修正 与流量平方成正比 对冲击损失进行修正 设计流量下，为零。 对容积损失进行修正 左移,理论得到的曲线与实际误差较大， 一般以实验为准 （2）实验方法 改变流量，测量压力，功率 计算 绘图,大驼峰型 平坦、陡降、驼峰三种 （具有驼峰的，会出现不稳定工作状况） 不稳定工作区大,试验曲线 前弯 后弯,（二）流量-轴功率曲线,前弯， 随流量增加，轴功率迅速增加，易过载 后弯， 随流量增加，轴功率缓慢增加,（二）流量-轴功率曲线,空载工况： 流量为零的工况 （1）空载功率不为零， 有机械损失和容积损失 （2）启动： 离心式，随流量增加，轴功率增加，阀门全关，可避免原动机过载。 空载启动,（三）流量-效率曲线,最佳工况点：效率最高的工况点。 高效区：最高效率的85%-90%的经济工作区,后弯，高效区宽 前弯，高效区窄,二、轴流式泵与风机的性能曲线,倒“s”形或“马鞍”形 原因： d 为设计工况点， d-c, 流量减小，冲角增大，升力系数增加，能头增加 c-b,流量减小,附面层分离，升力系数降低，能头降低 b-a,流量继续减小，流体二次回流，重新获得能量，能头增加。 d-e,流量增大，冲角减小，升力系数降低，能头降低,（1）qv-H曲线:,空载功率：qv=0时功率， qv=0时，p=max,空载功率最大 随着流量增加，轴功率下降 启动： 轴流，随着流量增加，轴功率下降，阀门全开启动或小安装角下启动，避免电机过载。,（2）qv-P曲线,qv=0，=0 安装角不变下,高效区窄,流量偏离设计工况时，效率迅速下降。 但叶片角度可调，流量变化较大时，调节叶片安装角，性能曲线移动，仍可保持高效 （123页）,（3）qv-曲线,补充（不考） 容积式泵与风机性能曲线 容积式， 小流量，高能头 流量一般不变，若变化流量，一般通过转速改变 改变排出阀开启度，改变能头，性能曲线横坐标为能头,齿轮泵和螺杆泵 用途：用于输送流量小、输出压强高的高粘性流体。,活塞泵和柱塞泵 特点：在理论上，这种泵可以达到任意大的扬程； 通过改变转速调节流量，通过排出阀开启度调节扬程； 当需要产生很高压强时（10MPa以上），采用柱塞泵。,第三节 性能曲线的测试方法,第三章 相似理论在泵与风机中的应用,泵与风机相似理论 相似设计 相似换算,第一节 相似条件,一、几何相似 二、运动相似 三、动力相似,前提 结果 保证,在泵与风机的流动中，流体的动力相似可自动满足。 （相似准则，雷诺数，平方阻力区，与雷诺数无关，自动模化）,第二节 相似定律,相似的泵或相似的风机，在相似的工况下，性能参数间的关系。 一、流量相似关系 m 模型 p 原型,二、扬程、全压相似定律,三、功率相似定律,若模型、原型转速相差不大（一般2倍以内），机械、容积、流动效率近似相等。 因此，相似定律简化为：,例题：有一离心风机，叶轮外径D2=1.2m，转速n=1000r/min，输送密度为=1.2kg/m3的气体，流量q=10m3/s,全压3600Pa，若与之同一系列，但叶轮外径1.5m的风机，在转速1200r/min，输送密度为=0.8kg/m3的气体时，流量、全压分别为多少？ 由题意知，满足相似定律,第三节 相似定律的特例,相似定律 只改变转速比例定律 只改变尺寸 只改变密度,第四节 比转速,设计、选型 一般给定流量、扬程、转速等性能参数 寻找一个包含qv、H、n 的特征数,一、泵的比转速 根据相似定律,去掉叶轮外径,（1）2/（2）3,开四次方,泵的比转速,同理，风机的比转速,比转速计算： 1、不同工况，其数值不同。不作说明，代设计工况点参数 2、双吸，qv-qv/2 3、多级 H-H/i （i级数） 4、相似的泵与风机在相似工况下，比转速相同； 5、比转速相同，不一定相似,四、比转速应用 设计、选型时，可以对泵与风机进行分类,随着ns升高，相同的转速、流量下，扬程减小 叶片由狭长变为短宽，由离心泵变为混流泵、变为轴流泵,五、型式数 泵的比转速,有单位，作为相似特征数，应无单位 如雷诺数、欧拉数等 无因次相似特征数 型式数,例：有一5级双吸水泵，转速n=1000r/min,流量qv=120m3/h,扬程H=200m,求其比转速。,低比转速泵,第五节 无因次性能曲线,相似的泵与风机，在相似的工况下，性能参数间有一定的比例关系 (相似定律) 相似的泵与风机，在相似的工况下，性能曲线有一定的关系， 形状相同,性能参数有一定关系，去掉单位，用无单位的系数表示 即；无因次性能参数 相似的泵与风机，在相似的工况下，无因次性能参数相同。 无因次性能参数，根据相似定律换算 相似的泵与风机，在相似的工况下，无因次性能曲线相同,如何换算 相似的泵与风机在相似的工况下,流量系数,同理,压力系数,功率系数,相似的泵与风机，具有相同的无因次性能曲线 根据不同型号，可以进行相应的参数换算,例：某风机叶轮外径0.8m,转速1200r/min，流量qv=0.02m3/s，全压p=1300Pa,效率85%，求该工况下的流量系数，全压系数和功率系数,第六节 通用性能曲线,同一台泵、风机，不同转速下，性能曲线不同 但有一定的关系,不同转速下性能曲线绘制在同一张图上，并同时绘制出等效率曲线。 通用性能曲线,第四章 泵的汽蚀,第一节 汽蚀现象 及其对泵工作的影响,一、汽蚀现象,液体，温度升高、压力降低，汽化，汽泡, 高压区，凝聚、破裂，液体补充空穴 、 冲击力： 温度升高，氧化腐蚀 机械剥蚀 汽蚀： 由于液体汽化，汽泡形成、发展，进入高压区，凝聚、破裂，引发液体高频碰撞，对材料造成破坏的全部过程。 ,二、汽蚀对泵工作的影响,有液体流过的地方均有可能汽蚀 汽蚀，泵运行中主要问题 危害： 1、材料破坏 2、振动、噪音 3、性能下降,低比转数的泵，流道狭长，汽泡易阻塞流道，造成流量、扬程、效率下降。 高比转数的泵，流道短宽，汽泡不易阻塞流道，一般不出现明显性能下降。 潜伏汽蚀：未影响泵性能的汽蚀 断裂工况:发生汽蚀时，流量、扬程、效率 急剧下降的工况。 轴流泵一般没有明显的断裂工况，但仍要防止潜伏汽蚀。,离心泵 轴流泵 轴流泵一般没有明显的断裂工况,第二节 吸上真空高度,1、吸上真空高度 Hs 用液体柱高表示的泵吸入口真空值。 pv=pa-p Hs=pv/g (泵吸入口压力越低、真空越高，进入泵后，越容易汽蚀。) 2、最大吸上真空高度 Hs,max 泵发生断裂工况的吸上真空高度。,3、允许吸上真空高度 Hs 保证泵不汽蚀的吸上真空高度。,0.3 m 安全裕量 液体是否汽化与所处温度、压力有关 当地温度、压力影响允许吸上真空高度.,4、当地允许吸上真空高度Hs 当地非标准状况，修正 压力越高，越不易汽蚀，允许吸上真空高度变大，修正， 加（Hamb-10.33） 温度越高，越易汽蚀，允许吸上真空高度变小，修正 减 (Hv-0.24),5、允许几何安装高度Hg 保证泵不汽蚀的最高几何安装高度。 几何安装高度Hg 由管路入口和泵入口能量方程,知,若Z1=0， 则Z2=Hg,汽蚀判别： HsHs 汽蚀 或 HgHg 汽蚀,例题：有台水泵，从敞口水池吸水，水泵Hs=5.5m，安装在液面上4m，管内流速2m/s ，若吸入管阻力1m，问水泵是否汽蚀？,不汽蚀,例题：有台水泵，从敞口水池吸水，水泵Hs=5.5m，安装在液面上4m，管内流速2m/s ，若吸入管阻力1m，问是否汽蚀？,不汽蚀,例：有台离心泵，从敞口水池吸水，Hs=5.5m，泵安装在液面上4m，管内流速2m/s ，若吸入管阻力1m，当地大气压为95Kpa，水温30度，问是否汽蚀？,汽蚀,第三节 汽蚀余量,吸上真空高度Hs，反映泵汽蚀性能的参数 但入口非真空，也可汽蚀，此时Hs不适用 汽蚀余量：(净正吸上水头NPSH） 汽蚀与泵入口总能量、泵入口与叶轮入口间能量损失有关 一、有效汽蚀余量ha 在泵的吸入口，单位重量的液体具有的超过汽化压力的富裕能头。,以泵吸入口为基准 Zs=0 吸入口能量,超过汽化压力的富裕能头,二、必需汽蚀余量hr,泵内压力最低点压力高于汽化压力，泵不汽蚀 泵内压力最低点,不是泵的入口 位于叶轮入口边稍后处（k）,必需汽蚀余量hr 在泵吸入口，单位重量的液体，对泵内压力最低点的静压的能头降落。,1、2与泵结构有关， V0、w0、叶片进口边前的绝对和相对速度 其它条件不变，流量增大，hr增加,泵内最低点压力pk大于汽化压力pv， 泵不汽蚀 即 ha hr不汽蚀 ha hr汽蚀,三、ha、 hr 关系,ha随流量增加而减小 hr随流量增加而增加 ha= hr，临界点c， hc 临界汽蚀余量 ha= hr= hc刚好发生汽蚀,k一般取0.3m,为保证不汽蚀， 将hc放大 允许汽蚀余量h,判别： ha h 不汽蚀 ha h 汽蚀,例题,有台泵h =3m，从敞口水池吸水送入敞口水箱，泵安装在液面上5m，管内流速2m/s ，吸入管阻力1m，问是否汽蚀？,不汽蚀,第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转速,评价泵的性能的参数， 流量、扬程、功率、效率 抗汽蚀性能， 抗汽蚀性能参数 必需汽蚀余量 必需汽蚀余量，反映泵性能的参数 设计选型 汽蚀相似定律，汽蚀比转速,一、汽蚀相似定律 相似定律： 相似的泵在相似的工况下，流量、扬程、功率等性能参数满足一定的规律。 相似的泵在相似的工况下，必需汽蚀余量hr间，也应存在一定关系。,若原型、模型（或两台泵）入口几何相似、工况相似 根据,二、汽蚀比转速 必需汽蚀余量hr可以反映某工况下泵的汽蚀性能好坏； 但不能全面反映泵的汽蚀性能好坏； 必需汽蚀余量的大小随流量、转速等性能参数变化。 寻找一个包含其他工况参数的特征数,同一台泵，流量变化，汽蚀性能可能发生变化，可能由不汽蚀变为汽蚀；转速变化，汽蚀性能可能发生变化，可能由不汽蚀变为汽蚀； 寻找一个包含流量、转速等工况参数的特征数，来全面综合反映泵抗汽蚀性能,（1）2/（2）3，开四次方,由相似定律,吸入比转速,1、不作特殊说明下， C 代设计工况点参数计算 (即最佳工况点) 2、入口几何相似、工况相似，C相等。 出口不相似， C可相等。 3、双吸，qv-qv/2,我国惯用的汽蚀比转速,C大，相同的流量、转速下，必需汽蚀余量小，抗汽蚀性能好 c=12001600 C小，相同的流量、转速下，必需汽蚀余量大，抗汽蚀性能差 c=600 800,汽蚀比转速C可反映抗汽蚀性能好坏,三、托马汽蚀系数,托马汽蚀系数,托马汽蚀系数 优点：表达式简单 缺点：将汽蚀与出口联系起来（扬程与出口有关）， 实际汽蚀与出口无关,例：有一离心泵允许汽蚀余量h=2.2m，从水池输送20清水，叶轮吸入口直径600mm，流量qv=0.3m3/s，求允许吸上真空高度Hs,例 有一安装在2m处离心泵，从水池输送20度清水，流量qv=0.15m3/s， H=47m n=970r/min, c=900,问是否汽蚀？,不汽蚀,第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施,ha hr 不汽蚀 ha hr 汽蚀 提高ha 降低hr,一、降低必需汽蚀余量,降低叶轮入口流速 （增加叶轮入口直径、增加叶轮入口宽度） 双吸叶轮 增加前盖板转弯处曲率半径； 进口边适当加长；,二、提高有效汽蚀余量,减小吸入管阻力； （适当增大吸入管直径，减少管道附件，尽量缩短管长） 合理安排安装高度； 前置泵； 诱导轮； 双重翼叶轮,三、其他措施,采用抗汽蚀性能好的材料； 超汽蚀泵 （主叶轮前，超汽蚀叶轮，类似轴流式，但翼型薄而尖，诱发汽泡，汽泡覆盖翼型，保护叶片）,习 题,1 有台水泵，从敞口水池吸水，水泵Hs=5.5m，安装在液面上3m，管内流速2m/s ，若吸入管阻力1.2m，问是否汽蚀？若使用时的海拔高度提高，实际安装高度，将如何变化？ 2 有台泵允许汽蚀余量NPSH =3.5m，从敞口水池吸水,水温是20C,泵安装在液面上4m，吸入管阻力1m，问是否汽蚀？若水温提高，汽蚀的可能性将如何变化？,第五章 泵与风机的运行,泵与风机运行， 与管路连接起来工作 工作特性与管路特性有关,一、管路特性曲线 管路特性曲线： 管路中通过的流量与所需能量之间的关系曲线。 管路输送流体为何需要能量？ 克服管路阻力，满足压能、位能的变化 装置扬程，Hc， 管路输送流体所需的扬程。 由泵或风机提供,对于管路特性曲线 横坐标流量， 纵坐标装置扬程 如何确定装置扬程？ 工作时根据装置扬程=扬程,工作时，装置扬程=扬程,静扬程，Hst,与流量无关,二、工作点 工况点： 性能曲线上的任一点，对应于一组性能参数。 工作点： 管路特性曲线与泵与风机性能曲线的交点。,工作点分为： 稳定工作点和不稳定工作点 稳定工作点：在干扰下，能够自动回复到原位置的工作点。 不稳定工作点：在干扰下，不能够自动回复到原位置的工作点。,判别 画图分析 交点在下降段，稳定 交点在上升段，非稳定 具有驼峰性能曲线，有不稳定工作区,管路陡，不合理。 不会出现,例题：水泵的性能曲线绘于图中，,（qv:L/s）。确定该泵工作时的流量。 解： 描点，画管路特性曲线 根据管路特性曲线方程与性能曲线的交点。,管路特性曲线方程为,描点，作管路特性曲线,交点A，为工作点,例题：水泵的性能曲线绘于图中，,（qv:L/s）.若该泵可以变速，确定该泵在1200r/min工作时的流量。 解： 画1200r/min性能曲线， 画管路特性曲线 交点,管路特性曲线方程为,1、在转速n=1450r/min的性能曲线上任意找若干点。A、B、C、D、E 2、在转速n=1200r/min下，一定有对应的点A、B、C、D、E与之相似 且,3、确定A点，同理 4、 连接A、B、C、D、E,1、在转速n=1450r/min的性能曲线上任意找若干点。A、B、C、D、E,2、在转速n=1200r/min下，一定有对应的点A、B、C、D、E与之相似 且,第二节 泵与风机的联合工作,一台不能满足要求 联合工作 串联、并联,一、泵与风机并联工作 两台或两台以上的泵或风机同时向同一管路输送流体。 特点？ （一）性能相同两台泵并联 画图 扬程相同，总流量等于各台泵流量相加 ,特点 （与并前单台泵比较） 流量增加，但并没成倍增加 扬程也增加了 管路性能曲线越平坦，效果越好 泵性能曲线越陡，效果越好,适用场合 1、机组扩容 （在保留原有设备基础上，并联，增加流量）； 2、安全 （一台故障时，另外一台仍可以保证系统运行） 3、调节 增减并联运行的台数，改变系统流量,（二）性能不同两台泵并联 画图 注意 避免性能差别过大的泵并联,二、泵与风机串联工作 前台泵或风机的出口向后台泵或风机的入口输送流体 特点？ （一）性能相同两台泵串联 流量相同，总扬程等于各台泵扬程相加 画图,串联特点 （与串前单台泵比较） 扬程增加，但并没成倍增加 流量也增加了 泵性能曲线越平坦，效果越好 管路性能曲线越陡，效果越好,适用场合 1、没有单台能满足扬程需求时 若干台串联运行 2、管路改造阻力增大 （在保留原有设备基础上，串联，增加扬程、流量）；,（二）性能不同两台泵串联 画图 注意 避免性能差别过大的泵串联,三、联合工作方式的选择 如增加流量，应并联还是串联？ 并联可以、串联也可以 如何选择？ 画图比较,管路特性曲线平坦，并联 管路特性曲线陡，串联。 即是串还是并，由管路决定。,日常和现场中：增加流量并联，增加扬程串联？说法错误？ 现场中要增加流量，一般指流量不足,但扬程基本满足要求，管路特性曲线一定，相对，泵与风机性能曲线陡，并联 现场中要增加扬程，一般指流量基本满足要求，但扬程不足，管路特性曲线一定，相对泵与风机性能曲线平坦，串联 注意与理论上说法的区别,理论上 泵与风机一定，管路不定 理论上： 不论增加流量还是扬程，管路特性曲线平坦，均应并联 不论增加流量还是扬程，管路特性曲线陡，均应串联,第三节 运行工况调节,工况调节 为了满足外界负荷变化，人为地改变工作点。 办法（原理） 改变管路特性曲线 改变泵、风机性能曲线 同时改变,一、节流调节 改变管路上节流元件的开度来调节流量。 （一）出口节流 改变出口管路上节流元件的开度，来调节流量。 原理： 改变管路特性曲线,节流，关小阀门， 阻力变大，管路特性曲线变陡 流量减小,优点： 简单、可靠 缺点： 损失大（节流损失H）， 单侧调节（流量一般只能调小）,（二）入口节流 改变入口管路上节流元件的开度，来调节流量。 原理： 改变管路特性曲线，同时改变风机性能曲线 （入口节流，损失较大，会引起泵的汽蚀，泵一般不采用）,画图分析入口节流 入口节流，改变风机性能曲线,同时 改变管路特性曲线,优点： 简单、可靠 缺点： 损失较大（H） 单侧调节（流量一般只能调小）,画图分析入口节流比出口节流经济,H1 出口节流损失 H2 入口节流损失,二、入口导流器调节 改变离心风机入口导流器的开度，来调节流量。 原理： 改变风机性能曲线,画图分析入口导流器调节 入口导流器调节,改变风机性能曲线, 管路特性不变,优点： 简单、可靠 缺点： 调节损失较大 （不是节流损失，要结合流量-功率曲线分析调节损失）,画图分析入口导流器调节比出口节流经济,A 入口导流器调节工作点 B 出口节流调节工作点,三、汽蚀调节 离心泵汽蚀，性能下降，可以用来调节流量。 原理： 改变离心泵性能曲线,画图分析汽蚀调节 汽蚀，泵性能曲线改变，管路特性曲线不变,优点： 自动 缺点： 汽蚀，通流部件损坏,凝结水泵上应用： 汽轮机负荷降低、 凝汽器热水井水位下降， 倒灌高度下降，凝结水泵入口能量降低、 有效汽蚀余量减小、凝结水泵汽蚀、 泵性能下降、凝结水泵流量减小、 热水井水位上升 动态，自动达到平衡，不需人为操作,四、变速、变频调节 改变泵与风机的转速，来调节流量。 原理： 改变泵、风机性能曲线,画图分析变速调节 改变泵与风机的转速，改变性能曲线,优点： 节能、高效（调节效率高） 缺点： 初投资高,画图分析变速节流比出口节流经济,四、变角调节 改变轴流泵与风机的叶片（动叶或静叶）安装角，来调节流量。 原理： 改变轴流泵、风机性能曲线,画图分析 改变安装角，改变性能曲线,优点： 节能、高效 缺点： 调节机构较复杂 大型轴流泵与风机一般都采用,不同调节方式性能比较 若管路特性曲线改变，可直接从qv-H(p)曲线上比较。 如：比较出口节流与入口节流 比较出口节流与变速 若管路特性曲线没改变，则需借助qv-P,或qv-曲线讨论经济性 如：比较变速调节与变角调节,离心泵的调节方式 出口节流，汽蚀、变速。 离心风机的调节方式 出口节流，入口节流、入口导流器、变速。 轴流泵的调节方式 出口节流、变速、变角 轴流风机的调节方式 出口节流、入口节流、变速、变角,例题：水泵在1450r/min的性能曲线绘于图中，,（qv:L/s）.若要将泵流量调节为20L/s, 泵工作时的转速应变为多少？,管路特性曲线方程为,原工作点在A,不满足要求。 现在需要泵流量变为20L/s, 根据管路特性曲线方程,此时扬程H=30m,设该点为B,根据相似定律， 相似的泵与风机，在相似的工况点下,同一台泵与风机，在相似的工况下,（同一台泵与风机，变转速，相似点参数间的关系：比例定律）,同一台泵与风机，在相似的工况点,同一台泵与风机，在相似的工况点都满足,H=kqv2 相似曲线 同一台泵与风机，相似的点都在相似曲线上,与B相似的工况点 均在过B点的一条H=kqv2相似曲线上,过B点的相似曲线为,画相似曲线H=0.075qv2,描点,相似曲线H=0.075qv2与1450r/min性能曲线交于C， B、C相似 C 转速1450， B 转速n,为所求,变速调节（求转速）解题步骤 （1）根据管路特性曲线，确定变速后工作点B （2）根据B点，求出k (k=HB/qvB2 ）,描点，画出与B点相似的相似曲线H=kqv2 （ （3）相似曲线与原转速下性能曲线交于C，B、C相似 （4）运用比例定律，求出转速,变速调节（求流量）解题步骤 （1）在原转速下的性能曲线上任取点ABCDE，读出参数（流量、扬程） （2）运用相似（比例）定律，求解，确定变速后，与ABCDE相似的相似点ABCDE (3)描点，连接ABCDE，得变速后的性能曲线， （4）变速后性能曲线与管路特性曲线交点，读出流量,变速调节特例 风机管路特性曲线方程 H=kqv2 相似曲线方程 H=kqv2 实际上是同一条曲线 变速前后，两个工作点是相似的 直接运用相似定律,例题：风机在750r/min的性能曲线绘于图中，,（qv:L/s）.若要将流量调节为2L/s, 工作时的转速应变为多少？,管路特性曲线方程为,变速后工作点为B, 根据管路特性曲线 B:qvB=2L/s,HB=320pa 过B画相似曲线H=kqv2, 即管路特性曲线H=80qv2,与性能曲线交于A （原工作点） qvA=2.9L/s, AB相似,第四节