泵与风机课件(3) 第二章泵与风机的性能幻灯片.ppt

泵与风机PumpsandFans 泵与风机 第二章泵与风机的性能 2 1功率 损失与效率 2 2泵与风机的性能曲线 2 3性能曲线的测试方法 实验 泵与风机PumpsandFans 泵与风机PumpsandFans 2 1功率 损失与效率 由于结构 工艺及流体粘性的影响 流体流经泵与风机时不可避免地要产生各种能量损失 因此 尽可能地找出减少流体在泵与风机内部的能量损失的措施 以确定最合理的结构形式 对提高泵与风机的效率 降低能耗有着十分重要的意义 一 功率 泵与风机PumpsandFans 例一风机设计参数为 流量60000m3 h 全压1200Pa 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24000W 小于原动机输入功率 不能正常工作 泵与风机PumpsandFans 习题 排烟风机铭牌流量12450m3 h 全压431Pa 已知当地大气压为标准大气压 排烟温度为270 若风机 电机和传动效率在内总效率为0 52 求该配套风机的电机功率为多少 泵与风机PumpsandFans 二 损失与效率 泵与风机PumpsandFans 机械损失 容积损失 流动损失 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 泵与风机PumpsandFans 泵与风机PumpsandFans 机械损失是指在机械运动中克服摩擦所造成的能量损失 用功率 Pm表示 包括 轴与轴封 轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率 一般分别用 P和 Pdf表示 1 什么是机械损失 2 机械损失的定性分析 Pdf n3D25 当叶轮在壳腔内转动时 因克服壳腔内的流体与盖板之间存在的摩擦阻力而消耗的能量 称为圆盘摩擦损失功率 约占轴功率的2 10 1 机械损失和机械效率 P nD2 与轴承结构形式 轴端密封的密封型式有关 机械密封 约占轴功率的1 填料密封 1 3 3 泵与风机PumpsandFans 1 合理地压紧填料压盖 对于泵采用机械密封 3 减小机械损失的一些措施 2 对给定的能头 增加转速 相应减小叶轮直径 3 适当选取叶轮和壳体的间隙 可以降低圆盘摩擦损失 一般取B D2 2 5 一 机械损失和机械效率 4 保持叶轮及泵体内侧表面的光洁以减少摩擦 试验表明 将铸铁壳腔内表面涂漆后 效率可以提高2 3 叶轮盖板和壳腔粗糙面用砂轮磨光后 效率可提高2 4 一般来说 风机的盖板和壳腔较泵光滑 风机的效率要比水泵高 泵与风机PumpsandFans 5 随比转速ns减小 圆盘摩擦损失急剧增加 因此 轴流式泵与风机比离心式泵与风机具有较少的圆盘摩擦损失 3 减小机械损失的一些措施 一 机械损失和机械效率 泵与风机PumpsandFans 4 机械效率 一 机械损失和机械效率 机械损失功率的大小 用机械效率 m来衡量 机械效率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率与轴功率P之比 泵与风机PumpsandFans 在泵与风机中 由于结构上的要求 动 静部件之间存在着一定的间隙 当叶轮旋转时 在间隙两侧压强差的作用下 使部分已经从叶轮获得能量的流体不能被有效地利用 而是从高压侧通过间隙向低压侧流动 造成能量损失 这种能量损失称为容积损失 亦称泄漏损失 用功率 PV表示 二 容积损失和容积效率 泵与风机PumpsandFans 一 泵的容积损失 泵的容积损失主要发生在以下几个部位 叶轮入口与外壳之间的间隙处 多级泵的级间间隙处 属于圆盘摩擦损失 平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间隙处等 泵与风机PumpsandFans 一 泵的容积损失 减小泵容积损失的措施 1 维持动 静部件间最佳的间隙 2 增大间隙中的流动阻力 1 增加密封的轴向长度 加大沿程阻力 2 在间隙入口和出口采取节流措施 增大局部阻力 3 采用不同形式的密封环 泵与风机PumpsandFans 三 容积效率 容积损失的大小用容积效率 V来衡量 容积效率为考虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比 泵与风机PumpsandFans 1 什么是流动损失 三 流动损失和流动效率 流动损失是指 当泵与风机工作时 由于流动着的流体和流道壁面发生摩擦 流道的几何形状改变使流体运动速度的大小和方向发生变化而产生的旋涡 以及当偏离设计工况时产生的冲击等所造成的损失 2 流动损失的定性分析 流动损失和过流部件的几何形状 壁面粗糙度 流体的粘性以及流体的流动速度 运行工况等因素密切相关 大体可以分为两类 一类是摩擦损失和局部损失 另一类是冲击损失 泵与风机PumpsandFans 三 流动损失和流动效率 2 流动损失的定性分析 1 摩擦损失和局部损失由流体力学知道 当流动处于阻力平方区时 流体在泵与风机内的流动一般是这样 摩擦损失和局部损失与流量的平方成正比 可定性地用下式表示 2 冲击损失当流量偏离设计流量时 流体速度的大小和方向要发生变化 在叶片入口和从叶轮出来进入压出室时 流动角不等于叶片的安装角 从而产生冲击损失 冲击损失可用下式估算 即 泵与风机PumpsandFans 三 流动损失和流动效率 2 流动损失的定性分析 2 冲击损失 当流量小于设计流量时 1a 1 则 1a 1 0 称为正冲角 当流量大于设计流量时 1a 1 则 1a 1 0 称为负冲角 泵与风机PumpsandFans 三 流动损失和流动效率 2 流动损失的定性分析 实践证明 在正冲角 0的情况下 由于涡流发生在叶片背面 能量损失比负冲角 0时为小 因此 设计时 一般取正冲角 3 5 若全部流动损失用hw表示 则 hw hf hj hs 同时 正冲角的存在 可以增大入口过流面积 对改善泵的汽蚀性能也有好处 流动损失曲线 泵与风机PumpsandFans 三 流动损失和流动效率 3 流动效率 流动损失的大小用流动效率 h来衡量 流动效率等于考虑流动损失后的功率 即有效功率 与未考虑流动损失前的功率之比 即 四 泵与风机的总效率 泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比 即 离心式泵与风机的总效率视其容量 型式和结构而异 离心式泵 0 6 0 9离心式风机 0 7 0 9 高效风机0 9以上轴流泵 0 7 0 89大型轴流风机 0 9以上 泵与风机PumpsandFans 泵与风机PumpsandFans 例1 2 有一输送冷水的离心泵 当转速为1450r min时 流量为qV 1 24m3 s 扬程H 70m 此时所需的轴功率Psh 1100kW 容积效率 V 0 93 机械效率 m 0 94 求流动效率为多少 已知水的密度 1000kg m3 解 由已知 泵的有效功率为 P gqVH 1000 1000 9 806 1 24 70 1000 851 161 kW 所以 Pe P 851 161 1100 0 774 77 4 h V m 0 774 0 9302 0 94 88 52 泵与风机PumpsandFans 一 能头与流量性能曲线 2 2泵与风机的性能曲线 二 功率与流量性能曲线 三 效率与流量性能曲线 四 轴流式泵与风机性能曲线 五 泵与风机性能曲线的比较 引言 工程现象1 某工程风系统离心风机启动起来时常跳闸或烧电机 影响使用 情况是风机铭牌风量和设计风量一致 但风机风压远远高于设计系统阻力 请分析这现象原因 工程现象2 离心水泵启动时常是关阀启动 而轴流泵刚好相反 开阀启动 为什么 泵与风机PumpsandFans 引言 1 泵与风机的性能及性能曲线 H qV或p qV n const 主要的 NPSH qV n const 其次 能直观地反映了泵与风机总体的性能 对其安全经济运行意义重大 2 性能曲线的作用 3 性能曲线的绘制方法 试验方法及借助比例定律 作为设计及修改新 老产品的依据 相似设计的基础 工作状态 工况 运行工况 设计工况 最佳工况 P qV qV Hs qV 泵与风机PumpsandFans 2 H qV曲线 一 能头与流量性能曲线 H qV 1 HT qVT曲线由无限多叶片时的理论能头可得 HT KHT qVT q qV H HT hw q qVd 泵与风机PumpsandFans 二 功率与流量性能曲线 P qV 空载功率P0 Pm PV 若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动 则 这部分功率将导致泵内水温有较大的温升 易产生泵内汽蚀 故凝结泵和给水泵不允许空载运行 实际的Psh qV曲线 泵与风机PumpsandFans 三 效率与流量性能曲线 qV 泵与风机效率等于有效功率与轴功率之比 即 实际性能曲线只能用试验方法及借助比例定律来绘制 并随性能表一起附于制造厂家的产品说明书或产品样本中 左图为与300MW 600MW机组配套用的锅炉给水泵的性能曲线 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 泵与风机PumpsandFans 四 轴流式泵与风机性能曲线 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 泵与风机PumpsandFans 四 轴流式泵与风机性能曲线 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 3 qv 曲线 泵与风机PumpsandFans 四 轴流式泵与风机性能曲线 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 对前向式和径向式叶轮 其p qV性能曲线为一具有驼峰的或 型的曲线 且随 2a 曲线弯曲程度 K点左侧为不稳定工作区 当风机在该区工作时 可能发生喘振或飞动等现象 从而影响风机的正常工作 因此 工程实际中 希望尽量避免采用具有该种形式曲线的风机 五 泵与风机性能曲线的比较 离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 对后向式叶轮 H qV p qV 曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低 不会出现 型 五 泵与风机性能曲线的比较 但是 由于结构参数不同 使得后向式叶轮的性能曲线也有所差异 常见的有陡降型 平坦型和驼峰型三种基本类型 其性能曲线的形状是用斜度来划分的 即 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 后向式叶轮 五 泵与风机性能曲线的比较 1 陡降型曲线当Kp 25 30 时 则称为陡降型曲线 如右图a线所示 其特点是 当流量变化很小时能头变化很大 因而适宜于流量变化不大而能头变化较大的场合 例如火力发电厂自江河 水库取水的循环水泵 就希望有这样的工作性能 这是因为 随着季节的变化 江河 水库的水位涨落差非常大 同时水的清洁度也发生变化 均会影响到循环 水泵的工作性能 扬程 而我们要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 后向式叶轮 五 泵与风机性能曲线的比较 2 平坦型曲线当Kp 8 12 时 称为平坦型曲线 如右图b线所示 其特点是 当流量变化较大时 能头变化很小 适用于流量变化大而要求能头变化小的场合 如火力发电厂的给水泵 凝结水泵就希望有这样的性能 这是因为 汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的 特别是对调峰机组 负荷变化更大 但是 由于主机安全经济 性的要求 汽包的压强 或凝汽器内的压强 变化不能太大 这就要求给水泵 凝结水泵应具有流量变化很大时 扬程变化不大的性能 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 后向式叶轮 五 泵与风机性能曲线的比较 3 有驼峰的性能曲线驼峰曲线不能用斜度表示 其特点是 能头随流量的变化先增大 而后减小 因而 在峰值点k左侧出现不稳定工作区 只能在qV qVk的区域工作 所以 在设计时应尽量避免这种情况 或尽量减小不稳定区 经验证明 对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角 2a和叶片数 可以避免性能曲线中的驼峰 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 五 泵与风机性能曲线的比较 由右图可以看出 前向式 径向式叶轮的轴功率随流量的增加迅速上升 流量越大 功率就越大 因此 当泵与风机工作在大于额定流量时 原动机易过载 而后向式叶轮的轴功率随流量的增加变化缓慢 且在大流量区变化不大 因而当泵与风机工作在大于额定流量时 原动机不易过载 2 P qV性能曲线的比较 泵与风机PumpsandFans 一 离心式泵与风机性能曲线的比较 五 泵与风机性能曲线的比较 如右图所示 前向式叶轮的效率较低 但在额定流量附近 效率下降较慢 后向式叶轮的效率较高 但高效区较窄 而径向式叶轮的效率居中 3 qV性能曲线的比较 因此 为了提高效率 泵几乎不采用前向式叶轮 而采用后向式叶轮 即使对于风机 也趋向于采用效率较高的后向式叶轮 泵与风机PumpsandFans 二 离心式 混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较 五 泵与风机性能曲线的比较 如右图a所示 离心式泵与风机的H qV曲线比较平坦 而混流式 轴流式泵与风机的H qV曲线比较陡 因此 前者适用于流量变化时要求能头变化不大的场合 而后者宜用于当能头变化大时要求