热能与动力机械基础讲课提纲

1,热能与动力机械基础FundamentalsofThermalEnergy&PowerMachinery,杨俊红博士(副教授)博士生导师天津大学机械学院yangjunhong1307220626414-206,No.12014-9-24周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,2,课程简介Introduction,热能与动力工程专业简介本课程的主要内容与特点本课程安排,能源大学科基础知识的应用,3,热能与动力工程专业简介,4,热能与动力工程专业简介,学术/技术/行业现象/设备/系统,5,热能与动力机械基础,现象设备系统,基础知识的应用新认识/新见解/新创造设计/研发/管理,6,热能与动力工程专业简介,学术/技术/行业现象/设备/系统,7,热能与动力工程专业简介,热能方向,8,课程简介Introduction,热能与动力工程专业简介本课程的主要内容与特点本课程安排,能源大学科基础知识的应用,9,本课程的主要内容与特点,10,本课程的主要内容与特点,11,本课程的主要内容与特点,12,本课程的主要内容与特点,应用领域,13,本课程的主要内容与特点,14,本课程的主要内容与特点,15,课程简介Introduction,热能与动力工程专业简介本课程的主要内容与特点本课程安排,能源大学科基础知识的应用,16,本课程安排,学时与学分（必修课）48学时3学分4-19周教学环节1）课堂讲授作业专题讨论2）观看汽轮机教学录相3）参观模型室4）汽轮机热力设计练习考试（闭卷）第19周课内,17,泵风机空压机汽轮机,基础知识的应用,组成/过程能量转换规律/特点,现象设备系统,本课程安排,18,问题的解决、分析方法指导设计/研发/管理新认识/新见解/新创造,上课听讲/积极讨论通读教材/相关资料,本课程安排,19,课堂讲授专题讨论书面作业习题课,老师指导自组学习,本课程安排,20,现象（原理）/设备/系统组成/过程/能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,本课程安排,21,现象（原理）/设备/系统组成/过程/能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,本课程安排,22,23,离心泵,24,轴流式泵,25,齿轮泵,26,螺杆泵,27,喷射泵,28,水环式真空泵,29,活塞泵,30,组成、过程、能量转换、特点,第一节概述第二节叶轮理论第三节离心泵的能量损失第四节泵的性能曲线第五节相似原理在泵中的应用第六节水泵的汽蚀第七节泵的结构第八节泵的轴向推力及其平衡第九节典型离心泵第十节其它型式的泵第十一节泵的运行和调节第十二节泵的选型,系统的观点工程观点,结构和功能相关性基础知识应用/多学科新认识/新见解/新创造,31,课堂讲授专题讨论书面作业习题课,老师指导自组学习,32,实事求是仰望星空脚踏实地,没有分是不行的有了分也是远远不够的“如何做”比“做什么”更重要授人以“渔”，还是“鱼”？,33,构建自己的知识体系，掌握方法收集信息，加工信息，交流信息逻辑性、严谨性、科学性、创新性,规范+专业,34,充分利用教学和科研资源科技实践创新平台,规范+专业形象思维+逻辑思维标志性成果,35,课题组例会学术讨论或专业报告邀请国内外同行学术交流研究生开题/答辩.,OpenWelcome,Criticalthinking,学术活动和实践,36,组织专题讨论,OPEN涉及很多学科/很多领域/很多行业结构和功能相关,Goodenough!Better!,研究素质团队合作,规范+专业收集信息，加工信息，交流信息逻辑性、严谨性、科学性、创新性,37,38,39,传热传质研究室14-206生物质能实验室14-204,博士生：赵力娟，康利改硕士生：罗梦圆，左鹏鹏，巩启涛，李静，王朴方,长安热力校外工程实践基地,40,分享和交流,规范+专业如何做（模板）,鱼渔,视频分享：寻找新能源,形式上规范内容上经得起推敲事实/细节/图表,41,热能与动力机械基础FundamentalsofThermalEnergy&PowerMachinery,杨俊红博士(副教授)博士生导师天津大学机械学院yangjunhong1307220626414-206,No.22014-9-26周五上午3-4节9:55-11:3026-A309,42,热能与动力工程-本科,能源大学科,43,泵风机空压机汽轮机,组成/过程能量转换规律/特点,现象设备系统,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,44,组成/过程/能量转换规律/特点设计/研发/管理现象/设备/系统,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,老师指导自组学习,通读教材,45,No.32014-10-8周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,能源大学科规范+专业,communication,46,PartOne:EngineeringThermodynamics(lesson2)PartTwo:HeatTransfer(lesson3)PartThree:FluidMechanics(lesson4)PartFour:FuelsandCombustion(lesson5)PartFive:GasPower(lesson6)PartSix:VaporPower(lesson6)PartSeven:Refrigeration(lesson7)PartEight:HeatExchanger(lesson7)PartNine:EnergyandEnvironment(lesson8)PartTen:Cogeneration(lesson9)PartEleven:GeothermalPower(lesson9)BaseVocabulary(highlight10-20words/group),Lesson2-9Basicreadingmaterials,47,No.32014-10-8周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,能源大学科规范+专业communication,老师指导自组学习,No.42014-10-10周五下午5-6节14:00-15:3526-A309,No.22014-10-10周四下午7-8节15:55-17:3026-B219,专题报告（2组）,泵,48,规范-worldclass生物中的泵(by2010级本科生)工程科学启示下的生物过程(byYANG)视频：寻找新能源,规范+专业,关键词：体会/认识/分享,49,泵风机空压机汽轮机,组成/过程能量转换规律/特点,现象设备系统,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,No.32014-10-08周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,50,No.32014-10-8周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,能源大学科规范+专业communication,老师指导自组学习,No.42014-10-10周五下午5-6节14:00-15:3526-A309,No.22014-10-10周四下午7-8节15:55-17:3026-B219,专题报告（2组）,泵,51,组成/过程/能量转换规律/特点设计/研发/管理现象/设备/系统,体会基础知识的应用新认识/新见解/新创造,老师指导自组学习,通读教材,52,第一章泵,基本知识：组成/过程能量转换规律/特点,基础课的应用问题的解决、分析方法指导设计/研发/管理新认识/新见解/新创造,什么是泵/作用/分类,53,组成、过程、能量转换、特点,第一节概述第二节叶轮理论第三节离心泵的能量损失第四节泵的性能曲线第五节相似原理在泵中的应用第六节水泵的汽蚀第七节泵的结构第八节泵的轴向推力及其平衡第九节典型离心泵第十节其它型式的泵第十一节泵的运行和调节第十二节泵的选型,系统观点工程观点,结构和功能相关性基础知识应用/多学科,学术/技术/行业,设备/现象/系统,54,1-1概述工作原理主要性能参数型号,活塞泵齿轮泵喷射泵轴流泵离心泵,结构和功能相关性,55,活塞泵,利用活塞的往复运动传递流体,56,齿轮泵,靠一对啮合齿轮的转动压送液体,57,喷射泵,由高速喷射的一种流体引射另一种流体,58,轴流泵离心泵,叶轮机械,利用叶轮的叶片对液体做功使液体获得动能和压能输送液体,59,轴流式泵,60,离心泵,61,轴流泵离心泵,叶轮机械,利用叶轮的叶片对液体做功使液体获得动能和压能输送液体,62,离心泵,63,轴流式泵,64,轴流泵离心泵,利用叶轮的叶片对液体做功使液体获得动能和压能输送液体,流体在叶轮内流动、叶轮机械。流体在叶轮内的流动规律？叶轮理论1-2,65,1-1概述工作原理主要性能参数型号,流量Q扬程H功率N效率转速n,66,1-1概述工作原理主要性能参数型号,67,1-1概述工作原理主要性能参数型号,68,1-1概述工作原理主要性能参数型号,69,1-1概述工作原理主要性能参数型号,70,1-1概述工作原理主要性能参数型号,71,例如：某高楼供水,基本参数,流量Q扬程H功率N效率转速n,72,1)上述是基本参数还有比转速,2)对水泵还有汽蚀参数包括吸上真空高度Hs或汽蚀余量,几何安装高度Hg,后面介绍,相似原理,设备现象系统,73,轴流泵离心泵,流体在叶轮内的流动规律？叶轮理论1-2,组成、过程能量转换规律特点,74,1-2叶轮理论,简化、假设,75,1-2叶轮理论,流体在叶轮内的运动速度三角形能量方程,76,流体在叶轮内的运动,77,流体在叶轮内的运动,动量矩动量矩的变化等于外力矩轴功率等于外力矩与转速的积扬程-单位重量流体所获得的能量,流量,78,流体在叶轮内的运动,79,80,1-2叶轮理论,流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程,叶轮内流体流动的能量方程-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,扬程：单位重量液体通过泵所获得的能量-即泵出口和进口单位重量液体的压能和动能的增量-即能头,81,1-2叶轮理论叶轮内流体流动的能量方程,-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,依据推导,假设条件动量矩定理,82,叶轮内流体流动的能量方程,依据,假设条件动量矩定理,83,叶轮内流体流动的能量方程,推导,84,叶轮内流体流动的能量方程,依据推导,85,叶轮内流体流动的能量方程,依据推导,(1-2-3),即叶轮机械的能量方程,理论能头-叶轮进出口圆周速度和周向分速乘积的差,86,叶轮内流体流动的能量方程,依据/推导,(1-2-3),能量转换规律特点,当流体沿径向流入叶轮时?如果流体在叶轮机械内的流动方向是轴向时?,No.42014-10-08周五上午3-4节9:55-11:3026-A309,指导设计/研发/管理,87,No.42014-10-08周五上午3-4节9:55-11:3026-A309,课堂讨论,88,周五？,89,90,讨论课形式,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程反应度（反作用度或反动度）不同叶片型式对能头与效率的影响有限叶片叶轮中流体的流动流体进入叶轮前的预旋,有所准备,91,轴流泵离心泵,流体在叶轮内的流动规律？叶轮理论1-2,组成、过程能量转换规律特点,No.42014-10-10周五上午3-4节9:55-11:3026-A309,92,1-2叶轮理论,流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程,叶轮内流体流动的能量方程-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,扬程：单位重量液体通过泵所获得的能量-即泵出口和进口单位重量液体的压能和动能的增量-即能头,93,叶轮内流体流动的能量方程,(1-2-3),即叶轮机械的能量方程,理论能头-叶轮进出口圆周速度和周向分速乘积的差,假设条件+动量矩定理,94,叶轮内流体流动的能量方程,依据/推导,(1-2-3),能量转换规律特点,当流体沿径向流入叶轮时?如果流体在叶轮机械内的流动方向是轴向时?,指导设计/研发/管理,95,叶轮内流体流动的能量方程,(1-2-3),？能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,体会基础知识的应用逻辑性,1）依据2）推导3）简化分析,96,No.42014-10-08周五上午3-4节9:55-11:3026-A309,课堂讨论,97,叶轮内流体流动的能量方程,(1-2-3),？能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,98,叶轮内流体流动的能量方程,(1-2-3),？能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,99,叶轮内流体流动的能量方程,(1-2-3),？能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,泵,风机,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程,？能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,依据推导简化分析能量方程的另一种形式讨论,110,叶轮内流体流动的能量方程,-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,假设条件1）理想流体2）叶片无限多,111,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程,反应度（反作用度或反动度）不同叶片型式对能头与效率的影响有限叶片叶轮中流体的流动流体进入叶轮前的预旋,有所准备,No.52014-10-15周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,体会基础知识的应用逻辑性,112,No.52014-10-15周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,自明性,113,No.52014-10-15周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,体会基础知识的应用逻辑性,1-2叶轮理论,114,叶轮内流体流动的能量方程,-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,？,115,叶轮内流体流动的能量方程,-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,径向流入。增加出口速度，即增加叶片出口的安装角。增加出口周围速度，即增加叶轮出口直径及转速。,为了提高理论能头，在叶轮设计时,相比较，轴流式能头比离心式低。,116,叶轮内流体流动的能量方程,-即叶轮对流体做功或流体获得能量的表达式,假设条件1）理想流体2）叶片无限多,能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,？,117,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程,反应度（反作用度或反动度）不同叶片型式对能头与效率的影响有限叶片叶轮中流体的流动流体进入叶轮前的预旋,体会基础知识的应用/逻辑性,课堂讨论,有所准备,118,119,120,进一步分析：是很重要的参数,121,后弯叶片式叶轮：简称后弯叶轮径向叶片式叶轮：简称径向叶轮前弯叶片式叶轮：简称前弯叶轮,通常，按叶片出口安装角大小，叶轮分类,分析,122,分析？,123,？推导,能头：前径后,效率：前径后,124,能量转换规律/特点指导设计/研发/管理,？,125,126,2),推导？,127,分析,128,结论,129,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程反应度（反作用度或反动度）不同叶片型式对能头与效率的影响有限叶片叶轮中流体的流动流体进入叶轮前的预旋,130,有限叶片叶轮中流体的流动,131,有限叶片叶轮中流体的流动,132,有限叶片叶轮中流体的流动,133,有限叶片叶轮中流体的流动,134,有限叶片叶轮中流体的流动,135,有限叶片叶轮中流体的流动,136,有限叶片叶轮中流体的流动,137,有限叶片叶轮中流体的流动,138,流体进入叶轮前的预旋,139,流体进入叶轮前的预旋,140,流体进入叶轮前的预旋,141,流体进入叶轮前的预旋,142,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程反应度（反作用度或反动度）不同叶片型式对能头与效率的影响有限叶片叶轮中流体的流动流体进入叶轮前的预旋,143,作业（书面交）,1)推导式（1-2-12）2）推导后弯叶轮的最小极限角的表达式3）推导前弯叶轮的最大安装角的表达式4）简要分析说明水泵中为什么常采用后弯叶轮5）简要分析说明风机中为什么常采用前弯叶轮简述流体进入叶轮前的预旋对水泵的影响或作用？,No.62014-10-22周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,144,1-2叶轮理论流体在叶轮内的运动和速度三角形能量方程反应度（反作用度或反动度）不同叶片型式对能头与效率的影响有限叶片叶轮中流体的流动流体进入叶轮前的预旋,No.62014-10-22周三下午5-6节14:00-15:3526-A309,？H,145,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线,学以致用,146,1-3离心泵的能量损失,147,1-3离心泵的能量损失,组成/过程能量转换规律/特点,148,1-3离心泵的能量损失,149,轴封和轴承的摩擦损失叶轮圆盘的摩擦损失,给水泵,150,151,机械损失与机械效率,152,153,泵壳与叶轮入口处多级泵的级间隔板处平衡盘的间隙泄漏,154,容积损失与容积效率,155,为了减小叶轮入口处的容积损失一般在入口处都装有密封环,156,157,流动损失曲线,158,1)沿程摩擦损失2)局部阻力损失3)冲击损失,159,160,161,离心泵的能量损失、效率、功率,功率,162,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线,理论能头与理论流量性能曲线实际性能曲线HQ、NQ、-Q厂家给出的性能曲线,163,1-4泵的性能曲线,164,泵的性能曲线,厂家给出的性能曲线实际性能曲线HQ、NQ、-Q,理论能头与理论流量性能曲线,165,能量方程，流体径向流入叶轮,当泵的几何尺寸和泵的转速一定时,后弯叶轮径向叶轮前弯叶轮,166,当泵的几何尺寸和泵的转速一定时,后弯叶轮径向叶轮前弯叶轮,167,168,169,170,171,？工作点实际性能曲线,三、厂家给出的性能曲线,1-11运行与调节,172,173,174,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线,No.72014-10-24周五上午3-4节9:55-11:3026-A309,175,？实际性能曲线,176,1-5相似原理在泵中的应用,相似泵参数间的关系参数相似定律的特例比转速,QHN,组成、过程、规律、特点,177,相似原理：流体流动相似必须具备几何相似、运动相似、动力相似，即相似准则数相等，以保证原型和模型的流动相似。,应用：研究两台相似泵的参数之间的相似关系，即相似工况的关系。,相似工况：即原型泵性能曲线上工况点A与模型泵性能曲线相对应的工况点B，流体运动相似，称A和B为相似工况。,178,流量相似定律,几何相似的两台泵，在相似工况下运行时,几何相似运动相似,179,扬程相似定律,几何相似的两台泵，在相似工况下运行时,180,功率相似定律,几何相似的两台泵，在相似工况下运行时,181,如果原型泵和模型泵的几何尺寸和转速相差不大，可认为各种效率均相等,相似泵的性能换算式，称为参数相似定律。,182,1-5相似原理在泵中的应用,相似泵参数间的关系参数相似定律的特例比转速,指导设计、研发、管理现象、设备、系统,183,参数相似定律的特例转速改变时,可以认为是两台相似泵的叶轮直径相等，输送相同的流体也可以看成同一台泵，改变转速时,泵的流量与D的三次方成正比泵的扬程与D的平方成正比泵的功率与D的五次方成正比,184,参数相似定律的特例叶轮外径改变时,转速一样，输送流体相同可以认为是切削叶轮的情形,泵的流量与转速成正比泵的扬程与转速的平方成正比泵的功率与转速的三次方成正比,185,参数相似定律的特例流体改变时,可以看成同一台泵，在输送不同流体,流量不变扬程不变功率与输送的流体重度成正比,186,187,1-5相似原理在泵中的应用,相似泵参数间的关系参数相似定律的特例比转速,指导设计、研发、管理现象、设备、系统,188,如果原型泵和模型泵的几何尺寸和转速相差不大，可认为各种效率均相等,相似泵的性能换算式，称为参数相似定律。,189,泵的比转速,相似定律相似泵参数之间的关系说明了同一系列相似泵在相似工况下各参数之间的关系。,不同系列的泵之间进行性能上的比较？,引入比转速能代表整个系列各种泵的一个综合性能参数。,比转速的导出我国水泵的规定比转速的实用意义,190,导出比转速,参数相似定律,191,比转速-相似泵的一个判别准则,两台几何相似的泵，在相似工况下运行时，其流量、扬程、转速三个参数组成两个相等的数群，这个数群即为比转速，是泵的综合性能参数。,192,我国水泵的规定,-把具有一定流量和一定扬程的模型泵的转速作为该泵的比转速。,相似泵在相似工况下的比转速相等，是指在最佳设计工况点的比转速。单位不同，比转速的值不同。,193,比转速的实用意义,1)反映了泵的性能随着比转速的增大，泵的流量增大，扬程降低。叶轮形状随比转速变化，从离心式混流式轴流式。叶片由长而窄-短而宽流道由细而窄短而粗,2)用比转速对泵进行分类随着比转速由低到时高，离心泵混流泵轴流泵。,3)用比转速进行泵的相似设计,194,3)用比转速进行泵的相似设计,根据所给定参数（H、Q、n），计算欲设计泵比转速。在性能优良泵中选一个比转速与计算比转速相等的泵作为模型泵。把选用模型泵的参数和给定参数，根据相似定律，计算比例系数。把选用模型泵按比例系数放大或缩小，即得到所要设计泵的尺寸。最后根据模型泵的性能曲线换算成所设计泵的性能曲线。,195,作业(讨论),推导相似泵的功率相似定律表达式。推导泵比转速的表达式。简述比转速的实用意义。,196,国家远见视频分享,197,198,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用,No.52013-9-25周三下午23-410,199,导出比转速,参数相似定律,200,比转速-相似泵的一个判别准则,两台几何相似的泵，在相似工况下运行时，其流量、扬程、转速三个参数组成两个相等的数群，这个数群即为比转速，是泵的综合性能参数。,201,我国水泵的规定,-把具有一定流量和一定扬程的模型泵的转速作为该泵的比转速。,相似泵在相似工况下的比转速相等，是指在最佳设计工况点的比转速。单位不同，比转速的值不同。,202,比转速的实用意义,1)反映了泵的性能随着比转速的增大，泵的流量增大，扬程降低。叶轮形状随比转速变化，从离心式混流式轴流式。叶片由长而窄-短而宽流道由细而窄短而粗,2)用比转速对泵进行分类随着比转速由低到时高，离心泵混流泵轴流泵。,3)用比转速进行泵的相似设计,203,3)用比转速进行泵的相似设计,根据所给定参数（H、Q、n），计算欲设计泵比转速。在性能优良泵中选一个比转速与计算比转速相等的泵作为模型泵。把选用模型泵的参数和给定参数，根据相似定律，计算比例系数。把选用模型泵按比例系数放大或缩小，即得到所要设计泵的尺寸。最后根据模型泵的性能曲线换算成所设计泵的性能曲线。,204,基本知识：组成/过程能量转换规律/特点,基础课的应用问题的解决、分析方法指导设计/研发/管理新认识/新见解/新创造,现象设备系统,205,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用,1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节,206,基本知识：组成/过程能量转换规律/特点,基础课的应用问题的解决、分析方法指导设计/研发/管理新认识/新见解/新创造,现象设备系统,207,天津市,208,209,专题研讨：10月7日主题研讨：泵、风机、空压机、汽轮机、内燃机（燃气轮机）,关注：规范+专业Howtomaketechnicalpresentation3组/45分钟报告/讨论（同学组织及落实、主持）,210,传热传质研究室14-206生物质能实验室14-204,近期研究生正进行论文主要方向(不限于)微藻减排CO2制取生物燃料的优化路径研究基于场协同原理设计新型能源微藻规模化培养系统新型生物质能源制备系统性能实验及工艺优化利用CFD仿真模拟微藻培养系统内气液两相流及场优化分析新型生物质能源燃烧特性及对内燃机适应性研究城市级能源互联网热力系统高效清洁燃烧,open,211,9月底-12月初,研三毕业答辩研二开题报告,OpenWelcome,Criticalthinking,212,视频分享国家的远见,213,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀,是水泵运行中特有的现象,No.62013-10-9,设备现象系统,214,水泵运行中特有的现象影响：水泵的正常运转水泵的使用寿命,1-6水泵的汽蚀,讨论：汽蚀的形成汽蚀的影响应采取的预防措施,215,一、汽蚀现象二、吸上真空高度三、汽蚀余量四、汽蚀比转速五、提高泵抗汽蚀性能的措施,1-6水泵的汽蚀,216,217,一、汽蚀现象,1-6水泵的汽蚀,1）过程泵内出现水的汽化和凝结的过程，从而引起泵轮金属表面受到破坏的现象称为汽蚀现象。,机械剥蚀化学腐蚀,2、对泵运行的影响泵性能曲线急剧下降，出现断裂工况。,使泵的性能下降，产生噪音振动毁坏泵轮缩短寿命无法正常工作,218,一、汽蚀现象（续）,1-6水泵的汽蚀,3）研究课题研究汽蚀规律提高泵的抗汽蚀性能：制造、安装、运行研制抗汽蚀材料,在制造、安装、运行中，采取预防措施，保证泵的安全、可靠的运转。,219,二、吸上真空高度,1-6水泵的汽蚀,1）吸上真空高度2）最大吸上真空高度3）泵的允许吸上真空高度4）使用状态下的允许吸上真空高度5）泵的几何安装高度6）泵的几何安装高度与吸上真空高度之间的关系7）泵的允许几何安装高,220,二、吸上真空高度,1-6水泵的汽蚀,1）吸上真空高度泵吸入口S处的真空度,以卧式离心泵为例：,221,二、吸上真空高度（续）,1-6水泵的汽蚀,2）最大吸上真空高度发生断裂工况时的吸上真空高度，是由实验确定的。,3）泵的允许吸上真空高度确保泵在运行时不产生汽蚀。我国原机械工业部部规定：0.3m的安全量。,222,二、吸上真空高度（续）,1-6水泵的汽蚀,4）使用状态下的允许吸上真空高度,产品样本中，均指一定大气压、一定温度下对应最大流量的相应值。,标准工况,允许吸上真空高度随着流量的增加而降低。,泵使用地点的大气压头m,泵输送水温下的饱和蒸汽压头m,223,二、吸上真空高度（续）,1-6水泵的汽蚀,5）泵的几何安装高度一般是指吸液池或容器的液面到叶轮入口的高度。,6）泵的几何安装高度与吸上真空高度之间的关系,224,二、吸上真空高度（续）,1-6水泵的汽蚀,7）泵的允许几何安装高度,尽量减少叶轮入口的速度和吸入管内流动阻力损失。,其制约因素：保证泵运行不产生汽化而造成汽蚀的断裂工况。,水温过高时海拔过高时,225,三、汽蚀余量,1-6水泵的汽蚀,超过汽蚀时的余量。表示泵汽蚀性能的参数，也叫净正吸上能头。(Netpositivesuctionhead)。,泵在实际运行中发生汽蚀的因素：与泵的吸入装置情况有关与泵本身的汽蚀性能有关,226,三、汽蚀余量,1-6水泵的汽蚀,1）有效汽蚀余量：由泵的吸入装置确定的汽蚀余量2）必需汽蚀余量：由泵本身的汽蚀性能决定3）泵允许的汽蚀余量4）汽蚀余量与允许吸上真空高度的关系,227,三、汽蚀余量（续）,1-6水泵的汽蚀,1）有效汽蚀余量泵的入口处，单位重量液体所具有的超过汽化的饱和蒸汽压的富余能量。,228,三、汽蚀余量（续）,1-6水泵的汽蚀,2）必需汽蚀余量是从泵吸入口到叶轮叶片入口后边压强最低出的能量损失。,有效汽蚀余量小到什么程度会发生汽蚀呢？,由必须汽蚀余量来确定。,泵吸入口到叶轮出口的能头分布,229,230,三、汽蚀余量（续）,1-6水泵的汽蚀,3）泵允许的汽蚀余量简称汽蚀余量，确定？,泵的必需汽蚀余量s-s处到k-k处的能头损失；由泵本身决定，与泵吸入管装置情况无关。泵吸入空气结构叶轮入口的形状,231,三、汽蚀余量（续）,1-6水泵的汽蚀,3）泵允许的汽蚀余量（续）,泵的有效汽蚀余量s-s处超过汽化水平的能头,讨论当泵入口的富余能头恰好当液体流到叶片后K处全部耗光，泵刚好发生汽化。当泵的有效汽蚀余量大于泵的必须汽蚀余量时，泵内不会发生汽化。随着流量的增加，泵的有效汽蚀余量下降，必须汽蚀余量增加。,232,三、汽蚀余量（续）,1-6水泵的汽蚀,3）泵允许的汽蚀余量（续）,临界汽蚀余量：当泵有效汽蚀余量等于泵必须汽蚀余量时，泵内刚汽化，确定临界点。,泵的允许汽蚀余量或简称汽蚀余量临界汽蚀余量+一定安全余量(0.3m)通常，（根据我国对原机械工业部标准的规定）对离心式清水泵：安全余量0.3m,233,三、汽蚀余量（续）,1-6水泵的汽蚀,由实验确定,4）汽蚀余量与允许吸上真空高度的关系,当泵的有效汽蚀余量=泵的必须汽蚀余量时,发生汽蚀，这时吸上真空高度是最大吸上真空高度相应的汽蚀余量为临界值,234,四、汽蚀比转速(P32),1-6水泵的汽蚀,泵的汽蚀水泵特有的现象泵的汽蚀性能参数,泵的吸上真空高度泵的汽蚀余量,能表示某台泵的汽蚀性能,但不能比较不同泵的汽蚀性能。,（因为各台泵的流量、转速不同。）,引入汽蚀比转速：与比转速相似的与设计参数有联系的,反映各台泵汽蚀性能的综合性汽蚀相似特征数。,235,1、汽蚀相似定律,2、汽蚀比转速,类似比转速,我国习惯上两边放大,称这个汽蚀相似特征数为汽蚀比转速C。,设计值,临界值,236,类似比转速，汽蚀比转速是相似泵汽蚀性能的一个判别准则。,越小，C越大，则泵的抗蚀性能越好。,汽蚀比转速相等泵相似，即几何相似的泵在相似工况下运行。,输送凝结水等汽蚀性能要求高的泵：C=1200-1600汽蚀性能和效率兼顾的泵：C=800-1200汽蚀性能要求不高的泵：C=600-800,237,五、提高泵抗汽蚀性能的措施,1-6水泵的汽蚀,对于给定的水泵：要合理的安装吸入装置，即增加有效汽蚀余量。提高泵本身的抗汽蚀性艰，即减少泵的必须汽蚀余量。提高泵的运行水平，调节流量，缓解汽蚀。,增加有效汽蚀余量由泵的吸入装置确定降低必须汽蚀余量由泵本身的汽蚀性能决定提高泵的运行水平调节流量，缓解汽蚀。,238,一、汽蚀现象二、吸上真空高度三、汽蚀余量四、汽蚀比转速五、提高泵抗汽蚀性能的措施,1-6水泵的汽蚀,239,作业,简要分析水泵允许吸上真空高度、允许几何安装高度、允许汽蚀余量三者之间的关系。（适当结合图示和公式）推导汽蚀比转速的表达式。简述汽蚀比转速的实用意义。,240,视频分享国家的远见,241,设备现象系统,设计研发管理,体会：知识运用,分享：新认识/见解/创造,规范+专业RulesandProfessional,可再生能源政策-扶持科技-支持观念-深入民众,242,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节,No.72013-10-16,设备现象系统,设计研发管理,243,作业（讨论）,简要分析水泵允许吸上真空高度、允许几何安装高度、允许汽蚀余量三者之间的关系。（适当结合图示和公式）推导汽蚀比转速的表达式。简述汽蚀比转速的实用意义。,244,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节,245,1-7泵的运行和调节,一、管路特性曲线与工作点二、泵的联合运行工况分析三、运行工况的调节,246,1-7泵的运行和调节,一、管路特性曲线与工作点,泵的实际工作状态取决于两方面的因素，即1)泵本身的性能曲线2)泵所在的整个装置的管路特性曲线,泵的工作点即泵的性能曲线与管路特性曲线的交点决定了泵的运行工况,管路特性曲线，即管路中通过的液体流量Q与液体所消耗的能量头H之间的关系曲线。,247,248,1-7泵的运行和调节,一、管路特性曲线与工作点二、泵的联合运行工况分析三、运行工况的调节,249,1-7泵的运行和调节,二、泵的联合运行工况分析,实际使用中泵的工作方式，通常是联合运行的。1)并联：主要目的是增加系统的流量2)串联：主要目的是提高系统的能量头,特点：并联使泵在最高效率范围内工作。低负荷或泵故障时能停泵、检修。使系统运行得更加经济合理、机动灵活。,特点：串联有时系统能量头不足时，串一台比用一台高杨程的大泵可能更经济。需要大辐度改变流量与能头。,250,联合运行：两台以上的泵向同一管路输送液体。,1）性能相同的泵2）性能不同的泵,，两台性能相同泵的性能曲线管路特性曲线+联合运行特性曲线,系统工作点M联合运行后每一台泵工况点A，B每一台泵单独运行时工作点C，D,分析：泵的性能曲线一定时,二、泵的联合运行工况分析,1）并联2）串联,251,都应尽可能使两台关联或串联的泵相同或差别不大。避免出现极限工作点。,二、泵的联合运行工况分析,泵的性能曲线一定时，管路特性曲线比较陡峭时管路特性曲线比较平坦时,性能相同的两台泵，联合运行时，流量（或扬程）是每台泵联合运行时流量（或扬程）的两倍。但小于联合运行前单独工作时的流量（或扬程）之和。,252,1-7泵的运行和调节,一、管路特性曲线与工作点二、泵的联合运行工况分析三、运行工况的调节,253,三、运行工况的调节,当外界所需要的流量改变时，泵的流量也应随之改变。,改变运行工况即改变泵的工作点。,方法：1）改变泵本身的性能曲线2）改变管路特性曲线,节流调节变速调节更换泵轮调节,254,1-7泵的运行和调节,一、管路特性曲线与工作点二、泵的联合运行工况分析三、运行工况的调节,255,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节,256,作业：第一章计算题,P814、5（叶轮理论）6（能量损失）10（汽蚀）11、12（运行）16、17（调节）,习题课同学讨论考试涉及,2012-10-21,257,体会：知识运用,分享：新认识/见解/创造,规范+专业RulesandProfessional,政策-扶持科技-支持观念-深入民众,No.82012-10-21,258,第一章泵1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节,设备现象系统,设计研发管理,259,习题课第一章计算题,P814、5（叶轮理论）6（能量损失）10（汽蚀）11、12（运行）16、17（调节）,习题课同学讨论考试涉及,系统的观点工程的观点,逻辑、严谨、科学、创新,260,视频分享国家的远见,261,1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节1-8泵的选型1-9泵的结构、轴向推力及其平衡、典型离心泵及其它形式,No.92012-10-23,262,1）应满足生产所需的最大流量和最高压头，不使主要设备的出力受到限制。使选用的泵在正常运行时，恰好在最高效率范围内，即在泵的设计工况下作用。2）选的泵应该是结构简单、转速高、体积小、重量轻、便于安装和检修。3）选的泵应该性能优良、运行安全可靠。例：凝结水泵的抗汽蚀性能应好；供水压头要求波动小的设备，可选性能曲线平坦的泵。4）考虑泵的安装现场条件，使选的泵适合。,1-8选型(书P71)原则/条件/方法,263,1-8选型(书P71)原则/条件/方法,1）设备在各种负荷下的流量和压头，至少应知最大流量和最高压头。2）输送液体的性能参数，例如：压强、温度、密度。3）使所选泵的流量和扬程留有一定富裕量。,264,1-8选型(书P71)原则/条件/方法,1）用泵的性能表选单台泵的型号2）用性能曲线综合图选单台泵的型号,265,1-9泵的结构、轴向推力及其平衡、典型离心泵及其它形式选型,离心泵的主要部件转子：叶轮、轴吸入室导叶压出室：环形压出室、螺旋压出室,型式很多，包括：填料轴封机械轴封浮动环轴封迷宫轴封,密封装置叶轮与泵壳之间的密封环轴封装置,266,轴向力的产生,轴向推力及其平衡,原因及计算平衡,267,平衡方式有很多，包括：平衡孔平衡管轴承双吸叶轮叶轮对称布置平衡盘平衡鼓,轴向推力及其平衡,原因及计算平衡,268,轴向力的平衡,平衡孔,双吸式叶轮,对称排列的叶轮,用平衡盘平衡轴向力,平衡鼓、平衡盘和弹簧双向止推轴承的平衡装置,269,典型离心泵及其它形式选型,单吸悬臂离心泵BA双吸离心泵Sh多级给水泵DG4凝结水泵NB灰渣泵PH,轴流泵转子泵：齿轮泵、螺杆泵水环式真空泵喷射泵旋涡泵,结构和功能密切相关,270,典型离心泵及其它形式选型,结构和功能密切相关,271,离心泵,272,轴流式泵,273,混流泵,274,275,齿轮泵,276,螺杆泵,277,喷射泵,278,水环式真空泵,279,活塞泵,280,旋涡泵泵壳内有一个圆周方向铣有凹槽的叶轮，凹槽之间形成叶片。类似于多级泵的一个叶轮。旋涡泵具有高扬程式、自吸力、结构简单的优点，但流量小、效率低（20-30%），只能输送清洁水。,281,典型离心泵1-9P48-56,单吸悬臂离心泵BA双吸离心泵Sh多级给水泵DG4凝结水泵NB灰渣泵PH,282,小结,1、学科角度：是流体力学的应用和发展。,2、能量角度：是能量转换设备，机械能：原动机流体。,泵:输送液体风机：输送气体,283,一、泵与风机在国民经济中的地位,1、泵与风机属通用机械的范畴。,农业方面：排涝、灌溉；采矿工业：坑道通风及排水；冶金工业：冶炼炉鼓风、流体输送；石油工业：输油和注水；化学工业：高温、腐蚀性气体排送；一般工业：厂房、车间空调、原子防护设备通风；航空航天：动力系统正常工作的维持。,2、定量分析：耗电约占全国总用电量30%40%。,284,汽轮机系统,循环水泵,凝结水泵,疏水泵,补给水泵,锅炉给水泵,锅炉系统,送风机,一次风机,排粉机,引风机,灰渣泵,冲灰水泵,二、泵与风机在（火）电厂中的地位,液压泵,升压泵,生水泵,射水泵,工业水泵,285,循环水泵,凝结水泵,锅炉给水泵,冷却剂循环泵,二、泵与风机在（核）电厂中的地位,蒸汽发生器,控制棒,燃料元件,反应堆,286,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。,二、泵与风机在电厂中的地位,实现动力循环的重要辅机。比喻“心脏，呼吸、消化和排泄系统”。,耗电量7080%厂用电510%机组容量，其中：泵约占50%，风机约占30%。,287,1、按泵与风机所产生的全压高低分类：,泵与风机的分类,高压大于6MPa中压处于26MPa低压小于2MPa,泵,风机,通风机小于15kPa鼓风机处于15340kPa压气机大于340kPa,288,2、按泵与风机工作原理分类：,叶片式,容积式,离心式,轴流式,混流式,往复式,回转式,其它,真空泵,射流泵,水击泵,叶氏风机,罗茨风机,罗杆风机,叶片式,容积式,289,专题研讨：10月23日主题研讨：泵、风机、空压机、汽轮机、内燃机（燃气轮机）,关注：规范+专业Howtomaketechnicalpresentation,290,泵风机空压机汽轮机燃气轮机（内燃机）,No.102013-10-30,上课听讲/积极讨论通读教材/相关资料,基础知识的应用新认识/新见解/新创造,291,第一章泵,基本知识：组成/过程能量转换规律/特点,基础知识的应用问题的解决、分析方法指导设计/研发/管理新认识/新见解/新创造,292,1-1概述1-2叶轮理论1-3离心泵的能量损失1-4泵的性能曲线1-5相似原理在泵中的应用1-6水泵的汽蚀1-7泵的运行和调节1-8泵的选型1-9泵的结构、轴向推力及其平衡典型离心泵及其它形式,设备现象系统,体会：知识运用,分享：新认识/见解/创造,293,组成、过程、能量转换、特点,第一节概述第二节叶轮理论第三节离心泵的能量损失第四节泵的性能曲线第五节相似原理在泵中的应用第六节水泵的汽蚀第七节泵的结构第八节泵的轴向推力及其平衡第九节典型离心泵第十节其它型式的泵第十一节泵的运行和调节第十二节泵的选型,系统的观点工程观点,结构和功能相关性基础知识应用/多学科新认识/新见解/新创造,294,习题课第一章计算题,P814、5（叶轮理论）6（能量损失）10（汽蚀）11、12（运行）16、17（调节）,习题课同学讨论考试涉及,系统的观点工程的观点,逻辑、严谨、科学、创新,295,学习信息收集、加工、分享学以致用认识自己、认识世界规范+专业课件-流体力学泵与风机,296,组成、过程、能量转换、特点,第一节概述第二节叶轮理论第三节离心泵的能量损失第四节泵的性能曲线第五节相似原理在泵中的应用第六节水泵的汽蚀第七节泵的结构第八节泵的轴向推力及其平衡第九节典型离心泵第十节其它型式的泵第十一节泵的运行和调节第十二节泵的选型,概述离心通风机的能量损失相似理论在通风机中的应用离心通风机的性能曲线离心通风机的结构轴流通风机的基本理论通风机的管道中的工作与调节通风机的造型、安装和运行其它形式的风机通风机的噪声及其控制,与泵的比较叶轮机械：叶轮理论均适用,以低压通风机为例,设备现象系统,297,小结,1、学科角度：是流体力学的应用和发展。,2、能量角度：是能量转换设备，机械能：原动机流体。,泵:输送液体风机：输送气体,298,一、泵与风机在国民经济中的地位,1、泵与风机属通用机械的范畴。,农业方面：排涝、灌溉；采矿工业：坑道通风及排水；冶金工业：冶炼炉鼓风、流体输送；石油工业：输油和注水；化学工业：高温、腐蚀性气体排送；一般工业：厂房、车间空调、原子