《泵与风机性能》PPT课件.ppt

泵与风机的性能,河南农业大学机电工程学院,机电工程学院2012年,第二章泵与风机的性能,功率、损失、效率泵与风机性能曲线性能曲线的测试方法,机电工程学院2012年,一、功率、损失、效率,功率：单位时间内所做的功。有效功率：单位时间内流体通过泵或风机实际获得的能量。泵：,风机：全压功率,静压功率,机电工程学院2012年,轴功率(输入功率)：原动机传递到泵或风机轴上的功率,原动机功率：原动机的输出功率,tm传动效率：电动机直联1.0，联轴器直联0.98，皮带传动0.95。,机电工程学院2012年,配套电机功率：,安全系数K一般电厂中取1.15,机电工程学院2012年,损失、效率,机械损失与功率有关的损失容积损失（泄露损失）与流量有关的损失流动损失与扬程有关的损失,经验方法，即用经验公式计算,流动损失Ph,机械损失Pm,容积损失Pv,P-Pm,P,P-Pm-Pv,Pe,为尽量减少损失提高效率,功率损失效率,需研究产生损失的,原因程度,需讨论,及相互间关系。,机电工程学院2012年,1、机械损失,轴封、轴承的机械摩擦损失P；叶轮前、后盖板与流体摩擦产生的圆盘摩擦损失Pdf。机械摩擦损失P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润滑状况、流体密度等有关。一般为轴功率的13%。圆盘摩擦Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动，以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的210%。图2-2圆盘摩擦损失大小（经验公式）：,即与叶轮外径的五次方成正比，与叶轮转速的三次方成正比，与流体密度成正比。圆盘摩擦系数K=f(Re、B/D2、粗糙度）（其中B为间隙），一般可取K=0.85。,Pdfn3D25,机电工程学院2012年,采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采用多级叶轮，而非增大叶轮直径来提高能头。必要时提高转速，减小叶轮直径。提高比转数保持接触面光滑，减少摩擦。,主要预防措施：,机电工程学院2012年,（1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。,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。,（4）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%。,（3）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。,机电工程学院2012年,总损失：,机械效率：,与比转数的关系：,随着比转数减少（叶轮直径增加），机械损失增加，机械效率减小。,机电工程学院2012年,2、容积损失（泄漏损失）,流体从高压区侧通过运动部件与静止部件之间的间隙泄漏到低压区，从而使流量有一定的损失，使qqvd时，11a，=1a-10为负冲角，损失较大。,机电工程学院2012年,流动效率：,其中qv设计流量，n转速,机电工程学院2012年,概念：泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。,结论：泵与风机的总效率等于机械效率m、容积效率v、流动效率h三者的乘积。,目前泵与风机效率范围：,离心泵约为60%90%。离心风机约为70%90%，高效离心风机可达90%以上。轴流泵约为70%89%，大型轴流风机可达90%左右。,思考题：,1、提高泵与风机的总效率应从哪几方面考虑？2、为什么通常大的（高ns）泵与风机的总效率比小的高？,机电工程学院2012年,例题,1、有一离心通风机，全压p=2000Pa，流量q.v.=47100m3/h，现用联轴器直联传动，试计算风机的有效功率、轴功率及应选配多大的电动机。风机总效率=70%，取电动机容量富裕系数K=1.15，传动效率tm=98%。,解：,2、有一离心泵，当转速为1450r/min时，q.v.=1.24m3/s，H=70m，此时轴功率P=1100kw，v=93%，m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？,解：,机电工程学院2012年,二、泵与风机的性能曲线,泵与风机的基本性能参数之间都相互存在着一定的内在联系，若用曲线形式表示其性能参数间的相互关系，称这类曲线为泵与风机的性能曲线。,泵与风机性能曲线,理论性能曲线,实验性能曲线,泵与风机内部流动非常复杂，目前理论尚无法定量计算。从理论上定性分析泵与风机性能参数的变化规律及其影响因素的曲线，称理论性能曲线。有助于深入了解实验性能曲线。,通过实验获得的性能曲线。在实验数据基础上，通过某种换算得到的性能曲线。,基本性能曲线：,相对性能曲线：了解泵与风机性能与构造之间的关系使用。通用性能曲线：泵与风机变速、变角（可动叶）工况调节使用。无因次性能曲线：风机选型设计、系列之间进行比较使用。全面性能曲线：了解水泵“正常”与“反常”性能的曲线。泵综合性能曲线：选择水泵时使用。风机性能选择曲线：选择风机时使用。,泵与风机产品样本上所载的性能曲线；直观反映总体性能。以qv为横坐标、H(p).P.HS或h为纵坐标的一组曲线。对泵与风机选型、经济合理运行（工况调节）有重要作用。,机电工程学院2012年,泵与风机性能曲线,H(p)qv，Pqv，qv的关系曲线。用于合理选择泵与风机，使其工作在最高效率范围内。,离心式泵与风机性能曲线轴流式泵与风机性能曲线,机电工程学院2012年,1、流量与扬程（Hqv）曲线,其中A、B为与叶轮结构/安装角有关的常数。,无限多叶片，理想流体时HTqvT曲线,机电工程学院2012年,径向式叶轮,H不随流量改变,qvT,A/B,A,a,b,c,HT,2a900,2a=900,2a900,机电工程学院2012年,后弯式叶轮,H随流量增加而线性减少；随安装角增加，B减小，H减少趋势减缓。,qvT,A,a,b,c,HT,2a900,2a=900,2a900,A/B,机电工程学院2012年,前弯式叶轮,H随流量增加而线性增大；随安装角增加，直线斜率增大，H增加趋势加快。,qvT,A,a,b,c,HT,2a900,2a=900,2a900,A/B,机电工程学院2012年,实际Hqv曲线叶片有限时，环流系数K1，是结构参数的函数，与叶片数、r1/r2有关，与流量无关。使曲线下移由于摩擦损失、冲击损失，使Hqvk区域工作。,机电工程学院2012年,2、流量与功率（Pqv）曲线,由于：,定义流动功率：,根据前面分析：,则：,所以：,因：Pm与qvT无关，因此可先求流动功率Ph与qvT的关系,机电工程学院2012年,径向式叶轮,这是一条过原点的直线，随流量增加，流动功率直线增加,理想工况下,机电工程学院2012年,后弯式叶轮,Ph曲线为一条过原点的抛物线，与qvT有两个交点，一个是qvT0，另一个是,机电工程学院2012年,前弯式叶轮,Ph曲线为一条过原点的上升曲线，随qvT增加而急剧增大,机电工程学院2012年,实际状况下（以后弯式为例）,在qvTPh性能曲线上加一等值的Pm即得qvTP曲线；从qvTP曲线上对应qvT减泄漏损失q即得qvP曲线。在空载状态（qvT0）下，轴功率由两部分组成：,h,导致温度升高,机电工程学院2012年,3、流量与效率（qv）曲线,当qv0和H0时，0，因此，理论上，效率曲线是一条过原点的抛物线。实际上，效率曲线不可能出现第二个零点。但存在一个最高效率点。希望效率高；高效范围宽,机电工程学院2012年,离心式泵与风机性能曲线分析,一定流量下，对应一个扬程，功率和效率，称为一个工况点；最高效率对应最佳工况点；最高效率左右（8590区域）称为高效工作区；要求泵与风机在高效工作区工作。qvT0时（阀门全关），为空转状态，消耗功率，这部分功率转化为水的内能，使水温升高，可能产生汽化，因此，泵运行有一个最小流量要求；如系统要求流量小于最小流量，则应开启旁路。,机电工程学院2012年,启动：从功率曲线看，离心式叶轮空转时，轴功率最小（设计轴功率的30%左右），应在空载状态启动；而轴流式叶轮空转时，轴功率最大，应打开阀门启动。后弯式叶片：一般泵叶轮，采用后弯式叶片，其扬程曲线总体上随流量增加而下降；但其形状与安装角有关，随安装角增加，曲线由陡直下降趋于平坦，最后可能出现“驼峰”形式（右图）。平坦的曲线适用于锅炉给水泵，在流量大范围波动时，扬程保持稳定；陡直的曲线适用于循环水泵，在系统阻力波动（导致扬程波动）时，流量变化较小；对“驼峰”形曲线，驼峰点（K）左侧（即零流量到驼峰流量之间）为不稳定区域，禁止在此范围运行。,机电工程学院2012年,前弯式叶片：Hqv曲线一般为“驼峰”形曲线；轴功率增加很快，电机容易超载，应取较大安全系数；而后弯式叶片功率曲线增加缓慢，且有一最大功率点，电机不易超载。前弯式叶轮风机效率远低于后弯式。,机电工程学院2012年,机电工程学院2012年,电动泵性能曲线,前置泵性能曲线,机电工程学院2012年,汽动泵性能曲线,汽动泵调速性能曲线,机电工程学院2012年,轴流式泵与风机性能曲线,机电工程学院2012年,随流量的变化带有拐点，即随流量的减少扬程首先增大，然后再降低，最后又上升到零流量(关死点)下的最大值。关死点扬程可达设计工况下扬程的2倍左右，关死点功率也相应最大。,机电工程学院2012年,特点,(1)qvH(qvp)性能曲线，在小流量区域内出现驼峰形状，在c点的左边为不稳定工作区段，一般不允许泵与风机在此区域工作。(2)功率P在空转状态(qv0)时最大，随流量的增加而减小，为避免原动机过载，对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动。如果叶片安装角是可调的，在叶片安装角小时轴功率也小，所以对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动。(3)轴流式泵与风机高效区窄，但如果采用可调叶片，则可使之在很大的流量变化范围内保持高效率，这就是可调叶片轴流式泵与风机较为突出的优点。,机电工程学院2012年,FAF30-13-1轴流风机性能曲线(660MW送风机),动叶片的安装角度,机电工程学院2012年,离心引风机性能曲线,入口导流器的角度,机电工程学院2012年,离心式与轴流式曲线对比,机电工程学院2012年,离心式叶轮高效的范围宽轴流式叶轮高效的范围窄,机电工程学院2012年,第三节性能曲线的测试方法,水泵性能实验装置示意图1离心式水泵；2电动机；3压强表；4阀门；5压水管路；6涡轮流量计；7水箱；8手持式转速表；9计算机系统（数据采集卡及软件）；10真空表；11吸水管路；12吸水池；13联轴器；14转矩转速