《泵与风机讲义》PPT课件.ppt

6-1 泵与风机的运行工况点,泵风性能曲线上的每一点对应一个工况，泵风一旦在管路系统中运行时，其运行工况点不仅仅与泵风本身性能曲线有关，而且还取决于管路系统情况，即管路系统性能曲线。,一、管路性能曲线,1、定义： 流体在管路系统中通过的流量与所需能量之间的关系曲线。 2、对于泵：,，,其中，Hp称为管路系统的静能头；,对于风机：,管路系统的静能头近似为零。,A,E,O,F,Hc=A+Bqv2,图61 管路性能曲线,对于一定的管路系统，通过的流量越多，需要外界提供的 能量越大，管路性能曲线形状、位置取决于管路装置、流 体性质及流动阻力。,二、泵与风机的运行工作点,1、工作点 将某一转速下泵或风机性能曲线和管路性能曲线按同一比例绘于同一坐标上，两条曲线相交于一点（M），该点称为工作点（运行工况点），见图62。,2、工作点的意义 反映了泵或风机在该点处工作时，达到了能量供需平衡。,M,A,A,B,B,图62 泵的工作点,Hc-qv,H-qv,图63 风机的运行工况点,注意：对于风机，真正克服管路阻力的只是全压中的静压部分，有时用静压性能曲线与管路性能曲线的交点作为风机静压工作点（N）。,pstqV,pcqV,动能,稳定工况点条件是：,三、泵风运行工况点的稳定性,不稳定工作条件是：,有驼峰不稳定工作区喘振,Hc-qv,H-qv,K点为什么不稳定？,第四节 泵与风机的相似定律,实型设计要借助模型设计： 设计任务要求：造价低、耗功少、效率高 反复设计试验修改实型受限 借助模型； 模型试验结果借助相似理论换算到实型泵或风机上。 设计选型的捷径 :利用优良的模型进行相似设计 ; 工程实际问题：不能满足要求，裕量过大或出力不足， 需要改造；转速变化需要进行性能换算；,问题的提出：,以上三个问题的解决，均需要在叶片式泵与风机的相似定律的指导下完成。因此，学习并掌握之非常必要。,（1）几何相似：通流部分相应线性尺寸对应成比例，对应的 角度相等前提条件； （2）运动相似：速度三角形对应成比例相似结果； （3）动力相似：同名力对应成比例，但Re105，已自模 化根本原因。,一、相似条件,1、几何相似,满足数学表达式：,2、运动相似,满足数学式：,3、动力相似,模型、实型泵与风机的过流部分，相对应点流体微团上作用 的同名力比值相等，方向相同。 在泵与风机中，起主要作用的力是惯性力与黏性力，二者相 似的判据是雷诺数。泵风中流体雷诺数很大，流体处于阻力 平方区，即落在自模化区，自动满足动力相似。,二、相似三定律,1、流量相似定律 （由 推得）,在相似工况下，相似泵或风机满足：,又因：,（因几何相似）,可变形：,（425）,描述：几何相似的泵与风机，在相似的工况下，其流量与叶 轮直径的三次方、转速及容积效率的一次方成正比。,可推导出：,2、扬程（全压）相似定律,由 及p =gH 推得：,又：,或,描述：几何相似泵（或风机），在相似的工况下，其扬程（或全压）与叶轮直径及转速的二次方、以及流动效率（或流体密度）的一次方成正比。,变形：,（426） （427）,由 ，且 在相似工况下推得：,3、功率相似定律,描述：几何相似泵与风机，在相似的工况下，其轴功率与流体密度的一次方、叶轮直径五次方、转速的三次方成正比；与机械效率的一次方成反比。,（428）,变形得：,1、该三定律应用存在困难（原因是：V 、h和m未知）; 2、等效的相似三定律： 当实型和模型的几何尺度比 ，相对转速比 实型和模型所对应的效率近似相等，可得等效的相似三定律：,关于相似定律的几点说明,或,后续章节中，若无特别 申明，叶片式泵与风机 的相似三定律均指等效 的相似三定律。,（1）尺寸效应：几何相似的泵风在工况相似时，大泵风的效率 高于小泵风效率（即尺寸比太大，效率相差大）。 相对粗糙度 沿程损失系数 h 相对间隙 泄漏流量q相对V （2）转速效应：当转速变化时，容积效率和流动效率基本上能保持一个常数，但机械效率不能。,3、V 、h和m不等效的原因,对于小模型：,结论：对于小模型、降转速，（m）。,三、相似定律的特例,实际应用相似定律时，会遇到以下特殊情况：,（1）两台相似的泵或风机，DpD、p、转速n变化时性能参数的换算（可认为同一台泵或风机）：,（假定线性尺寸D2不变）,以上三式即为比例定律,应用：泵与风机在不同转速下借助比例定律进行性能参数的换算,相似抛物线方程：,当已知某台泵与风机在转速n0时的性能曲线，欲求转速为n时 的性能曲线时，其相似工况点的参数应满足：,若已知转速为n0时的性能曲线上的任一工况点A，则转速为n时 与之对应的相似工况点B可由上式确定。,同理，可分别求得与,对应的相似工况点,将各点用光滑的曲线连接起来，即得到转速为n时的H-qV 性能曲线，如图4-26所示。由于相似工况点的效率相等，则可利用转速为n0时的效率曲线0- qV作出转速为n时的效率曲线- qV（如图4-26）。,图4-26 转速不同时的性能换算,转速变化时进行相似换算的工况点是相似工况点，那么，相似工况点是按什么规律变化的呢？下面我们以相似工况点A、B为例进行讨论。 联立上述两式并消去n0/n得：,可见：当转速改变时，工况相似的一系列点其扬程与流量的平方之比为一常数。上式还可改写为：,上式表明：当转速改变时，工况相似的一系列点是按二次抛物线规律变化的，且抛物线的顶点位于坐标原点。我们称此抛物线为相似抛物线。由于常数K取决于H-qV曲线上某点的参数，所以，实际上式（ 435）表征了一簇抛物线。,（435）,即相似抛物线方程：,应当指出，由于相似抛物线上的点是相似工况点，而在推导相似定律时认为相似工况点的效率是相等的，所以，相似抛物线上的点是等效点，故相似抛物线又称等效曲线。但实践证明，当转速较低或变速范围较大时，由于转速效应，等效曲线偏离相似抛物线而成椭圆形，如图4-27所示。,图4-27 通用性能曲线,相似工况点与非相似工况点,在同一条相似抛物线上的点符合工况相似；而不同 抛物线上的点之间不存在相似关系，不能用比例定 律进行相似换算。把握这一点，对正确地确定泵与 风机变速运行时的运行工况点及其性能参数的换算 非常重要。,图426a 相似工况点与非相似工况点,如图4-26a所示，离心泵的H-qV性 能曲线与管路性能曲线Hc - qV交 于A点，曲线OA、OB是两条相似抛 物线，OA通过工作点A，OB交 Hc qV曲线于M点、交H-qV曲线于 B点。在A、B及M这三个工况点 中，只有B点和M点才是相似工况 点，因为它们位于同一条相似抛 物线上。而A点和B点在同一条性 能曲线上，它们表征了泵在同一 转速下的不同工况点，故不是相 似工况点。A点和M点位于同一条 管路性能曲线（其顶点未位于坐 标原点）上，它们表示了泵变速 运行时的不同运行工况点，故亦 不是相似工况点。,n,n0,例题图426,如例题图4-26所示，某台可变速运行的离心泵，在转速n0下的运行工况点为A（qVA，HA），当降转速后，流量减小到qVM ，试确定这时的转速。,【解】 首先根据所需的流量确定变速后的运行工况点M（qVM，HM），因为运行工况点必然位于管路性能曲线上，由此可定出M点，将qVM 、HM代入（4-35）式可确定K值。然后作出过M点的相似抛物线OB交泵的性能曲线H-qV于B点，则B点和M点是对应的相似工况点。利用比例定律对这两点的参数进行换算即可确定满足要求的转速。,（2）两台相似的泵或风机，DpD、 npn ，但p。即同一台泵或风机输送流体密度变化时性能参数的换算：,一般产品样本的标准条件：,一般送风机：1atm=101325Pa， 进口温度20，最大温度不超过80，相对湿度：=50%（20=1.200/m3）,（436）,锅炉引风机：1atm=101325Pa,进口温度165，最大不超过 250，（此条件下20=0.745/m3）,注意：用户使用条件与设计条件不相符合，需要进行换算，如送风机：,由（436）式得：,（437）,注意各符号的物理意义,由：,使用条件下参数,同理可把标准进气条件下的全压换算到使用条件下的全压p，可分析风机的性能是否满足使用要求。,同理可得功率的换算：,因此，对于输送高温烟气的引风机，要注意冷态运行时原动机的过载。,（438）,（439）,？,使用条件下的轴功率P为：,当冷态运行时，介质温度t很低，如tP20,使原动机过载，,例如:Y96.3（35）-12No10D型锅炉引风机一台,铭牌参数:n0=960r/min,p0=1589Pa,qV0=20000m3/h,=60%,配用电动机功率Pgr=22kW.现用此风机输送20的清洁空气,转速不变,联轴器传动效率m=0.98.求在新工作条件下的性能参数,并核算电动机是否满足要求.,解:锅炉引风机铭牌参数是以大气压10.13104Pa,介质温度为200 条件下提供的,此时烟气密度0=0.745kg/m3,输送20 空气时, 20=1.20kg/m3,故新工作条件下的参数:,相似工况下,效率相等:,20=0=60%