泵与风机原理讲义8-18.doc

第1章 绪论1.1 泵与风机的应用泵与风机是工程流体力学的应用与发展。它们是一类能将原动机的机械能转换成被输送流体的压力能和动能的流体机械，如果输送的流体是液体，则称为泵；输送的流体为气体，则称为风机。泵与风机属于通用机械的范畴，它们在国民经济的各个部门中应用十分广泛。据统计，在全国的总用电量中，泵与风机的耗电约占30%左右，其中泵的耗电约为21%左右。对电力部门的工作者，尤其关心泵与风机在电力工业中的作用。在火力发电厂中，向锅炉送水的给水泵；向气轮机凝汽器送冷却水的循环水泵；排送凝汽器中凝结水的凝结水泵；排送热力系统中各处疏水的疏水系统的疏水泵；向热力网系统补水的补给水泵；向锅炉输送燃料的排粉机；向锅炉输送空气的送风机；排除锅炉烟气的引风机等，都是电厂的重要辅助设备。此外，还有生水泵，工业水泵，以及用来输送各种润滑油、药液、排除锅炉灰渣的特殊用泵等。总之，泵与风机在火力发电厂中的应用极为广泛，起着极其重要的作用。从经济角度看同样如此。泵与风机是电厂的耗电大户，特别是给水泵素有“电老虎”之称。据统计，各种泵与风机的耗电量约占厂用电的70%80%（采用汽动给水泵除外），其中泵约占50%30%。从安全可靠性方面看，由于泵与风机故障而引起停机、停炉的事例是很多的，并且由此造成了很大的直接和间接的经济损失。经验表明，增加安全可靠性和提高效率相比，有着同等的甚至更大的经济效益。特别是随着机组向大容量、高效率、自动化方向发展，对泵与风机的安全可靠性也提出了越来越高的要求 。例如：现代大型锅炉容量大，汽包的水容积相对较小，如果锅炉给水泵由于某种原因发生故障而中断给水，则汽包在一、二分钟甚至更短的时间内就可“干锅”，引发重大的设备事故。此外，泵与风机的安全经济运行是与整个电厂的安全经济运行密切相关的。为了实现泵与风机的安全经济运行，首先，必须对它们的原理、结构和调节运行特性有一个详细而深入的了解。同时，随着泵与风机设备的不断更新和高技术驱动装置的投入，还需不断地提高运行操作技术的管理水平。1.2 泵与风机的主要参数1.2.1 泵的基本性能参数泵的基本性能参数包括流量Q、扬程H、功率N、效率、比转速ns(或形式数k)、汽蚀余量NPSH（或吸上真空高度Hs）等，它们从不同的角度表示泵的工作性能，现分别介绍如下：a) 流量(flow guantity)指泵在单位时间内所输送的液体量。通常用体积流量Q表示，单位是L/s、m3/s、m3/h，这些单位可以互相换算。对于非常温水或其它液体也可以用重量流量G表示，单位是N/ s、kn/ s。重量流量和体积流量的关系为：G=g Q式中 -液体的密度, kg/ m3g-重力加速度 m/ s2b) 扬程（head）泵的扬程，又称能头（也有用全压表示的，如给水泵），是指单位重量液体从泵进口截面1经叶轮到泵出口截面2所获得的机械能（或势能和动能）的增加值。用H表示，单位是m。其数学表达式可写为：H = E2 - E1式中 E2-泵出口截面处单位重量液体的机械能 m（指液柱高）。E1-泵进口截面处单位重量液体的机械能，m。由流体力学知道，单位重量液体的机械能通常是由压头（p/g）、速度头（v2/2g）和位置头（Z）三部分组成，即：E2= p2/g+ v22/2g+ Z2E1= p1/g+ v12/2g+ Z1p2、p1泵出口、进口截面处液体的压力，N/ m2。v2、v1泵出口、进口截面处液体的绝对速度，m /s。Z2、Z1泵出口、进口截面中心到基准面的距离，m。对于高压水泵，有时也近似地用泵出口和进口的压力差（p2- p1）来表示扬程的大小。c) 功率和效率(power and efficiency)轴功率： 作为泵性能参数的泵的功率通常是指输入功率，也就是原动机传到泵轴上的功率，故称为轴功率，用N表示。有效功率： 通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的能量成为泵的有效功率。由于这部分能量被流出泵的液体所携带，故又称为输出功率，用N e表示。其计算式为：N e =gQH/1000 kW内功率： 泵叶轮在单位时间内传递给被输送液体的能量称为泵的内功率，用N i表示。它等于有效功率加上除轴承、轴封外在泵内损失掉的功率，或者说等于轴功率减去轴承、轴封损失所耗的功率。即：N i =N e+N效率： 轴功率和有效功率之差是泵内产生的损失功率，其大小用泵的效率来衡量。有效功率和轴功率之比称为泵的效率，亦称泵的总效率。用表示。=N e/N*100%内效率： 泵的有效功率和内功率之比为泵的内效率。用i表示，即： i=N e/Ni*100%原动机功率： 由于原动机轴和泵轴之间的传动存在有机械损失，所以，原动机功率（一般指原动机的输出功率）通常要比轴功率大些。其计算公式为：Ng=N/t mNg 原动机功率；t m传动装置的传动机械效率。它随传动机械的不同而不同。配套功率： 在选择原动机时，考虑到过载的可能，通常在原动机功率的基础上考虑一定的安全系数，以计算出原动机的配套功率Ng r:Ng r =k Ng式中 k电动机的安全系数。它与电动机的容量大小、泵的工作性能有关。几种功率的关系如下图： d) 转速(rotary rate)指泵每分钟的转数，用n表示，单位为：r/min.它是影响泵性能的一个重要因素，当转速发生变化时，泵的流量、扬程、功率等都要发生变化。1.2.2 风机的基本性能参数风机的基本性能参数包括流量Q、全压p、静压p st、功率N、全压效率、静压效率s t、转速、比转速等，它们从不同角度表示风机的工作性能，现分别介绍如下：a) 流量 指单位时间内通过风机进口的气体的体积。用Q表示，单位是L/s，m3/s。若无特殊说明，Q是指在标准进口状态下（1标准大气压，温度20，相对湿度为50%，为1.2kg/m3）气体体积.b) 全压(pressure)指单位体积气体从风机进口截面经叶轮到风机出口截面所获得的机械能的增加值。用p表示，单位为pa。推导和泵的相应公式类似。c) 静压 指风机的全压减去风机的出口截面处的动压pd2（通常将风机出口截面处的动压作为风机的动压）之差值。用p s t表示。即：p s t= p- pd2d) 功率和泵相似，风机的功率通常是指输入功率。用N表示。单位为W，kW。除此之外还有内功率Ni、全压有效功率N e 、静压有效功率Nest，其计算公式分别为：Ni= N e+NN e= Qp/1000 kWNest= Qpst/1000 kWN指除轴承外风机内损失掉的各种功率。e) 安全系数考虑到可能出现的过载，在选择原动机配套功率时，需要考虑安全系数，其处理方法和泵相同。但对于锅炉引风机，安全系数K一般取1.3。f) 全压效率和全压内效率全压效率是指风机的全压有效功率和轴功率之比，用表示，一般以百分数计，即：= N e/ N*100%同理，全压内效率等于全压有效功率与内功率之比。用i表示，即i= N e/ Ni*100%g) 静压效率和静压内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：st= Nest/ N*100%同理，静压内效率等于静压有效功率与内功率之比，用ist表示，即：ist= Nest/ Ni*100%和泵相同，如无特殊说明，风机的效率均指全压效率。h) 转速指风机轴每分钟的转数，用n表示，单位为r/min.此外，还有风机的比转速及其它性能参数，如无因次参数等。1.3 泵与风机的分类泵与风机是利用外加能旦输送流体的流体机械。它们大量地应用于燃气及供热与通风专业。根据泵与风机的工作原理，通常可以将它们分类如下：1.3.1 容积式容积式泵与风机在运转时，机械内部的工作容积不断发生变化，从而吸入或排出流体。按其结构不同，又可再分为：a) 往复式: 这种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，如活塞泵(piston pump)等；b) 回转式: 机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体，如齿轮泵(gear pump)、螺杆泵(screw pump)等。1.3.2 叶片式叶片式泵与风机的主要结构是可旋转的、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮的旋转对流体作功，从而使流体获得能量。根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种：离心式泵与风机；轴流式泵与风机；混流式泵与风机，这种风机是前两种的混合体。贯流式风机。1.3.3 其它类型的泵与风机如喷射泵（jet pump）、旋涡泵(scroll pump)、真空泵(vacuum pump)等。本篇介绍和研讨常用的泵与风机的理论、性能、运行、调节等知识。由于常用泵是以不可压缩的流体为工作对象的。而风机的增压程度不高(通常只有9807Pa，1000mmH2O以下)，所以本篇内容都按不可压缩流体进行论述。第2章 泵与风机的工作原理2.1 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理是，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。离心式泵与风机最简单的结构型式如图12、图13所示。叶轮l装在一个螺旋形的外壳内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，然后转90度进入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不断形成真空，从而使流体连续不断地被泵吸入和排出。2.2 轴流式泵与风机工作原理轴流式泵与风机的工作原理是：旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，其结构如图14、图15所示。叶轮1安装在圆筒形(风机为圆锥形)泵壳3内,当叶轮旋转时，流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵与风机适用于大流量、低压力，电力系统中常用作循环水泵及送引风机。 2.3 贯流式风机的工作原理近年来由于空气调节技术的发展，要求有一种小风量、低噪声、压头适当和在安装上便于与建筑物相配合的小型风机。贯流式风机就是适应这种要求的新型风机。贯流式风机的主要特点如下(图16)：1) 叶轮一般是多叶式前向叶型，但两个端面是封闭的。i. 叶轮的宽度b没有限制，当宽度加大时流量也增加。ii. 贯流式风机不像离心式风机是在机壳侧板上开口使气流轴向进入风机，而是将机壳部分地敞开使气流直接径向进入风机。气流横穿叶片两次。某些贯流式风机在叶轮内缘加设不动的导流叶片，以改善气流状态。iii. 在性能上，贯流式风机的效率较低，一般约为30一50。iv. 进风口与出风口都是矩形的，易与建筑物相配合。贯流式风机至今还存在许多问题有待解决。特别是各部分的几何形状对其性能有重大影响。不完善的结构甚至完全不能工作，但小型的贯流式风机的使用范围正在稳步扩大。2.4 其他常用泵2.4.1 往复泵现以活塞泵为例来说明其工作原理。如图17所示，活塞泵主要由活塞1在泵缸2内作往复运动来吸入和排除液体。当活塞1开始自极左端位置向右移动时，工作室3的容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开吸水阀4，进入活塞1所让出的空间，直至活塞l移动到极右端为止，此过程为泵的吸水过程。当活塞1从右端开始向左端移动时，充满泵的流体受挤压，将吸水阀4关闭，并打开压水阀5而排出，此过程称为泵的压水过程。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。此泵实际上工作原理是与制冷系统的压缩机一样的。此泵适用于小流量、高压力，在大型制冷机组中用得多些。2.4.2 水环式真空泵真空式气力输送系统中，要利用真空泵在管路中保持一定的真空度。有吸升式吸入管段的大型泵装置中，在启动时也常用真空泵抽气充水。常用的真空泵是水环式真空泵。水环式真空泵实际上是一种压气机，它抽取容器中的气体将其加压到高于大气压，从而能够克服排气阻力将气体排入大气。水环式真空泵的构造简图示于图18。有12个叶片的叶轮1偏心地装在圆柱形泵壳2内。泵内注入一定量的水。叶轮旋转时，将水甩至泵壳形成一个水环，环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心，右半轮毂与水环间的进气空间4逐渐扩大，从而形成真空，使气体经进气管3进入泵内进气空间4。随后气体进入左半部，由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强，于是气体经排气空间5及排气管6被排至泵外。真空泵在工作时应不断补充水，用来保证形成水环和带走摩擦引起的热量。我国生产的水环式真空泵有SZ型和SZB型，前者最高压强可达205.933Kpa(作为压气机用时)。SZB是悬臂式的小型真空泵。表13是SZ型水环式真空泵的性能简表。2.4.3 齿轮泵工作原理齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，通常用作供油系统的动力泵，如图19所示，齿轮1(主动轮)固定在主动轴上，轴的一端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮2(从动轮)装在另一个轴上，齿轮旋转时，液体沿吸油管3进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合(齿与齿啮合前)，然后进入压油管排出。2.4.4 螺杆泵工作原理如图110所示，螺杆泵乃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l和从动螺杆2(可以是一根，也可有两根或三根)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。此泵适用于高压力、小流量。常用作输送轴承润滑油及调速器用油的油泵，我厂的空压机即采用的是螺杆空压机。2.4.5 喷射泵工作原理如图111所示，将高压的工作流体7，由压力管送入工作喷嘴6，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外围的液体(或气体)带走。此时因喷嘴出口形成高速使扩散室2的喉部吸入室5造成真空，从而使被抽吸流体8不断进入与工作流体7混合，然后通过扩散室将压力稍升高输送出去。由于工作流体连续喷射，吸入室继续保持真空，于是得以不断地抽吸和排出流体。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。 2.4.6 罗茨风机的工作原理罗茨风机是一种定排量回转式风机，如左图所示，它靠安装在机壳1上的两根平行轴5上的两个“8”字形的转子2及6对气体的作用而抽送气体。转子由装在轴末端的一对齿轮带动反向旋转。当转子旋转时，空腔7从进风管8吸入气体，在空腔4的气体被逐出风管，而空腔9内的气体则被围困在转子与机壳之间随着转子的旋转向出风管移动。当气体排到出风管内时，压力突然增高，增加的大小取决于出风管的阻力的情况而无限制。只要转子在转动，总有一定体积的气体排到出风口，也有一定体积的气体被吸入。罗茨风机常作为流态化输送的设备，在火力发电厂中也可应用于输送炉灰。第3章 泵与风机的结构和性能3.1 泵的主要部件3.1.1 离心泵的主要部件尽管离心式泵的类型繁多，但由于作用原理基本相同，因而它们的主要部件大体类同。现在分别介绍如下：a) 叶轮(impeller)叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。叶轮有开式(open impeller)、半开式(semi-open impeller)及闭式叶轮(closed impeller)三种，如图21所示。开式叶轮没有前盘和后盘而只有叶片，多用于输送含有杂质的液体，如污水泵的叶轮就是采用开式叶轮的。半开式叶轮只设后盘。闭式叶轮既有前盘也有后盘。清水泵的叶轮都是闭式叶轮。离心式泵的叶轮都采用后向叶型。b) 轴和轴承(shaft and bearing) 轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速定。中小型泵刚度和临界转速确定多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，叶轮间距离用轴套定位。近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。轴承一般包括两种形式:滑动轴承(Sleeve bearing)和滚动轴承(Ball bearing)。滑动轴承用油润滑。一种润滑系统包括一个贮油池和一个油环，后者在轴转动时在轴表面形成一个油层使轴和轴瓦不直接接触。另一种系统就是利用浸满油的填料包来润滑。大功率的泵通常要用专门的油泵来给轴承送油。（如图 2-2a所示）。滚动轴承通常用冷冻油润滑，有些电机轴承是密封而不能获得润滑的。滚动轴承通常用于小型泵。较大型泵可能即有滑动轴承又有滚动轴承。而滑动轴承由于运行噪音低而被推荐用于大型泵。（如图2-2 b所示）c) 吸入室( suction room)离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。按结构吸入室可分为直锥角吸入室、弯管形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室几种：(1)直锥形吸入室 图23所示，这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸入室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。直锥形吸入室的锥度约7o8o。这种形式的吸入室广泛应用于单级悬臂式离心水泵上。(2)弯管形吸入室 图24所示，是大型离心泵和大型轴流泵经常采用的形式，这种吸入室在叶轮前都有一段直锥式收缩管，因此，它具有直锥形吸入室的优点。(3)环形吸入室 图25所示，吸入室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑，轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。环形吸入室主要用于节段式多级泵中。(4)半螺旋形吸入室 图26所示，主要用于单级双吸式水泵、水平中开式多级泵、大型的节段式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸入室可使液体流动产生旋转运动，绕泵轴转动，致使液体进入叶轮吸入口时速度分布更均匀，但因进口预旋会致使泵的扬程略有降低，其降低值与流量是成正比的。相比较而言，直锥形吸入室使用最为普遍。d) 机壳(casing)机壳收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压力能，后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。机壳结构主要有螺旋形和环形两种（如图2-7、2-8所示）。螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。螺旋形压水室具有制造方便，效率高的特点。它适用于单级单吸、单级双吸离心泵以及多级中开式离心泵。单级离心式泵的机壳大都为螺旋形蜗式机壳。环形压水室如图28所示，在节段式多级泵的出水段上采用。环形压水室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压水室 (图2-7)。有些机壳内还设置了固定的导叶，就是所谓的导叶式机壳。e) 密封装置(sealing instrument)密封装置主要用来防止压力增加时流体的泄漏。密封装置有很多种类型，用得最多的是填料式密封和机械式密封。（图2-9所示）填料密封是将一些松软的填料用一定压力压紧在轴上达到密封目的。填料在使用一段时间后会损坏，所以需要定期检查和置换。这种密封形式使用中有小的泄漏是正常且有益的。而机械密封装置有两个硬质且光滑的表面，一个静态一个旋转。这种密封装置可以达到很好的密封要求，但他们不能用于含杂质流体输送系统，因为其光滑表面会被破环而失去密封作用。这种密封装置在液体循环系统中非常普遍，因为他不需要维护运行很多年。f) 导叶(guide vane)导叶又称导流器、导轮，分径向式导叶和流道式导叶两种，应用于节段式多级泵上作导水机构。径向式导叶如图210所示，它由螺旋线、扩散管、过渡区(环状空间)和反导叶(向心的环列叶栅)组成。螺旋线和扩散管部分称正导叶，液体从叶轮中流出，由螺旋线部分收集起来，而扩散管将大部分动能转换为压能，进入过渡区，起改变流动方向的作用，再流入反导叶，消除速度环量，并把液体引向次级叶轮的进口。由此可见，导叶兼有吸入室和压出室的作用。流道式导叶如图211所示，它的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，而正导叶部分的扩散管出口用流道与反导叶部分连接起来，组成一个流道。它们的水力性能相差无几，但在结构尺寸上径向式导叶较大，工艺方面较简单。目前节段式多级泵设计中，趋向采用流道式导叶。3.1.2 轴流泵的主要部件轴流泵的主要部件，如图212所示。轴流泵的特点是流量大，扬程低。其主要部件有：叶轮、轴、导叶、吸入喇叭管等，现分述如下。a) 叶轮叶轮的作用与离心泵一样，将原动机的机械能转变为流体的压力能和动能。它由叶片、轮毂和动叶调节机构等组成。叶片多为机翼型，一般为46片。轮毂用来安装叶片和叶片调节机构。轮毂有圆锥形、圆柱形和球形三种。小型轴流泵(叶轮直径300mm以下)的叶片和轮毂铸成一体，叶片的角度不是固定的，亦称固定叶片式轴流泵。中型轴流泵(叶轮直径300mm以上)一般采用半调节式叶轮结构，即叶片靠螺母和定位销钉固定在轮毂上，叶片角度不能任意改变，只能按各销钉孔对应的叶片角度来改变，故称半调节式轴流泵。大型轴流泵(叶轮直径在1600mm以上)，一般采用球形轮毂，把动叶可调节机构装于轮毂内，靠液压传动系统来调节叶片角度，故称动叶可调节式轴流泵。b)轴对于大容量和叶片可调节的轴流泵，其轴均用优质碳素钢做成空心，表面镀铬，既减轻轴的质量又便于装调节机构。c) 导叶轴流泵的导叶一般装在叶轮出口侧。导叶的作用是将流出叶轮的水流的旋转运动转变为轴向运动，同时将部分动能转变为压能。d) 吸入管吸入管与离心泵吸入室的作用相同。中小型轴流泵多用喇叭形吸入管，见图212所示；大型轴流泵多采用肘形吸入流道，如图2-13。3.1.3 混流泵混流泵内液体的流动介于离心泵和轴流泵之间，液体斜向流出叶轮，即液体的流动方向相对叶轮而言即有径向速度，也有轴向速度。其特性介于离心泵和轴流泵之间。混流泵具有涡壳式和导叶式两种。如图2-15所示为单级、单吸、立式结构的可潜式蜗壳混流泵，适用于输送清水或物理及化学性质类似于水的其他液体 （包括轻度污水）。被输送介质温度不超过50。也可用于农田排灌、市政工程、工业过程水处理、电厂输送循环水、城市给排水等多种领域，使用范围十分广泛。如图2-16所示为单级、导叶混流式潜水泵，适用于抽送清水或在轻度污水场合下使用，输送介质温度不超过50。本泵为机泵合一的结构，可潜入水中运行，故可在水位变化大，扬程较高的工况下工作，特别适用于城市排水、市政建设、工矿、船坞升降水位以及水位涨落大的江湖地区农田排灌之用。3.2 风机主要部件3.2.1 离心式风机的构造特点离心式风机输送气体时，一般的增压范围在9.807Kpa(1000mH2O)以下根据增压大小，离心风机又可分为：(1)低压风机：增压值小于l000Pa(约100mmH2)；(2)中压风机：增压值自l000至3000Pa(约100至300mmH2O)(3)高压风机：增压值大于3000Pa(约300mmH2O以上)。低压和中压风机大都用于通风换气，排尘系统和空气调节系统。高压风机则用于一般锻冶设备的强制通风及某些气力输送系统。我国还生产许多专门用于排尘、输送煤锅炉引排酸雾和防腐的各种专用风机。最近国内又推出了一种外转子离心风机，它相当于将电动机的转子固定，定子直接嵌装于风机叶轮而转动，这样就把电机装入风机机壳内了。离心式风机的整机构造可以参考图2-14所示的分解图。根据用途不同，风机各部件的具体构造也有所不同，分别介绍如下a) 吸入口和进气箱吸入口可分圆筒式、锥筒式和曲线式数种(图2-17)。吸入口有集气的作用，可以直接在大气中采气，使气流以损失最小的方式均匀流入机内。某些风机的吸入口与吸气管道用法兰直接连接。进气箱的作用是当进风口需要转弯时才采用的，用以改善进口气流流动状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失。进气箱一般用在大型或双吸入的风机上。b) 叶轮叶轮的构造曾在前面泵的主要部件中有所介绍。如前所述，它由前盘、后盘、叶片和轮毂所组成。还曾指出叶片可分为前向、径向和后向三种类型。（见图2-18）。防爆风机是由有色金属制成的，防腐风机则以塑料板材为材料。c) 机壳中压与低压离心式风机的机壳一般是阿基米德螺线状的。它的作用是收集来自叶轮的气体，并将部分动压转换为静压，最后将气体导向出口。机壳的出口方向一般是固定的。但新型风机的机壳能在一定的范围内转动，以适应用户对出口方向的不同需要。d) 导流器导流器又称为进口风量调节器。在风机的入口处一般都装置有导流器。运行时，通过改变导流器叶片的角度（开度）来改变风机的性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。3.2.2 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、导叶和扩散筒等。如图219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。a) 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。如上海鼓风机厂与西德TLT公司联合制造的TLT型送引风机和一次风机均是动叶可调的。b) 集风器集风器的作用是使气流获得加速，在压力损失最小的情况下保证进气速度均匀、平稳。集风器的好坏对风机性能影响很大，与无集风器的风机相比，设计良好的集风器风机效率可提高1015。集风器一般采用圆弧形。c) 整流罩和导流体为了获得良好的平稳进气条件，在叶轮或进口导叶前装置与集风器相适应的整流罩，以构成轴流风机进口气流通道。 d) 导叶轴流式风机设置导叶有几种情形：叶轮前仅设置前导叶，叶轮后仅设置后导叶，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。e) 扩散筒(difusser section)扩散筒的作用是将后导叶出来的气流动压部分进一步转化为静压，以提高风机静压。扩散筒的结构形式如图220所示。f) 性能稳定装置近年来，大型轴流风机上加装了性能稳定装置，又称KSE装置(该装置由前苏联的伊凡诺夫发明)。这种性能稳定装置主要是用来抑制叶轮边缘流体失速倒流而产生的不稳定现象的。3.3 泵与风机的性能曲线泵与风机的主要的性能参数有流量qV、扬程H或全压p、功率P和效率0，对泵而言，还有汽蚀余量h。这些参数变化关系的曲线，称为性能曲线（performance curve）。性能曲线通常是指在一定转速下，以流量为基本变量，其他各参数随流量改变而改变的曲线。因此，通常的性能曲线为qvH(p)、qvP、qv、qvh等曲线。该曲线直观的反映了泵与风机的总体性能。性能曲线对泵与风机的选型，经济合理的运行都起着非常重要的作用。鉴于泵与风机内部流动的复杂性，至今还不能用理论计算的方法求得，而是通过试验来确定。但对性能曲线进行理论分析，对了解性能曲线的变化规律以及影响性能曲线的各种因素，仍具有十分重要的意义。在后面第四章中我们就将用分析性能曲线进行泵与风机故障分析的方法。3.3.1 离心式泵与风机的性能曲线1、流量与扬程（qvH）性能曲线当叶片无限多且无限薄并为理想流体时，叶轮出口速度三角形如图2-29所示：其中：。从中看出，qVT是一直线方程。随qV呈直线关系变化，直线的斜率由2a来决定。（1） 当2a90o时（前弯式叶片），qVT增加时，逐渐增大，如图230（c）所示；以上的直线为理论的qVT性能曲线。由于考虑到有限叶片数和粘性流体的影响，需对上述曲线进行修正。现以2a90o的后弯式叶片为例，分析曲线的变化。对于有限数叶片的叶轮，由于轴向涡流的影响，从而其所产生的扬程降低，可用滑移系数进行修正。HT=KHT滑移系数K恒小于1，且基本与流量无关。考虑实际流体粘性的影响，并减去因摩擦、扩散和冲击而损失的扬程。除此之外，还需考虑容积损失对性能曲线的影响，因此，还需减去相应的泄漏量q，即得到实际扬程和流量的性能曲线qvH，如图231中e线所示。对风机的性能曲线qvp分析和泵的qvH分析相同。2、流量和功率（qvP）性能曲线流量和功率性能曲线，是指在一定转速下泵与风机的流量和轴功率之间的关系曲线。轴功率P等于流动功率Ph和机械损失功率Pm之和。而机械损失和流量无关，所以可先求得流量与流动功率的关系曲线，然后，在相应点上加上机械损失功率即得到流量与轴功率的关系曲线。如图232所示，流动功率Ph随流量的变化为一抛物线关系，其曲线的形状与2a角有关。对于后弯式叶片叶轮，其流动功率是先随流量的增加而增加，当达到某一数值时，则随流量的增加而减少，所以当流量改变时，其流动效率的变化较为平缓（图232a）。对于径向叶片叶轮，其流动功率与流量的关系曲线是一条通过坐标原点上升的直线（图232b）。对于后弯式叶片叶轮，当流量qVT增加时，流动功率Ph急剧增加，是一条通过坐标原点的上升曲线（图232c）。以2a,hrha时，有效汽蚀余量所提供的超过汽化压力的富余能量，不足以克服泵入口部分的压力降，从而造成泵内汽蚀，因此右边为汽蚀区。只有当hr，有效汽蚀余量所提供的能量才能克服泵入口部分的压力降且尚有剩余能量，最低压力大于临界压力，从而使泵不发生汽蚀，所以左边为安全区。由上述分析可知，泵不发生气蚀的条件为hahr4.1.4 提高泵抗汽蚀性能的措施综上所述，泵是否发生汽蚀，是由泵本身的汽蚀性能和吸入系统的装置条件来确定的。因此，提高泵本身的抗汽蚀性能，尽可能减小必需汽蚀余量hr，以及合理的确定吸入系统装置，以提高有效汽蚀余量ha，一般采用以下的措施。1) 提高泵本身的抗汽蚀性能降低叶轮入口部分流速: 由汽蚀基本方程式：可见，在压降系数不变时，减小、可使hr减小,而、均与入口几何尺寸有关。因此，改进入口几何尺寸，可以提高泵的抗汽蚀性能，一般采用两种方法：（a），适当增大叶轮入口直径D0；（b），增大叶片入口边宽度b1。如图3-6所示。也有同时采用这两种方法的，但均有一定限度，否则将影响泵效率。采用双吸式叶轮: 此时单侧流量减小一半，从而使减小。如果汽蚀比转数c、转数n和流量相同时，采用双吸式叶轮，hr相当于单级叶轮的0.63倍，即双吸式叶轮的必需汽蚀余量是单吸式叶轮的63，因而提高了泵的抗汽蚀性能。如国产125MW和300MW机组的给水泵，首级叶轮都采用的双吸式叶轮。增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径: 这样可以减小局部阻力损失。叶片进口边适当加长: 即向吸入方向延伸，并作成扭曲形。首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料: 如采用镍铬的不锈钢、铝青铜、磷青铜等。b)提高吸入系统装置的有效汽蚀余量ha减小吸入管路的流动损失: 即可适当加大吸入管直径，尽量减少管路附件，如弯头、阀门等，并使吸入管长最短。合理确定两个高度: 即几何安装高度及倒灌高度。 采用诱导轮: 诱导轮是与主叶轮同轴安装的一个类似轴流式的叶轮，其叶片是螺旋形的，叶片安装角小，一般取10o12o，叶片数较少，仅23片，而且轮毂直径较小，因此流道宽而长，如图37所示。主叶轮前装诱导轮，使液体通过诱导轮升压后流入主叶轮(多级泵为首级叶轮)。因而提高了主叶轮的有效汽蚀余量，改善了泵的汽蚀性能。采用双重翼叶轮: