泵与风机第二章

第二章泵与风机的性能,功率、损失与效率泵与风机的性能曲线性能曲线的测试方法,第一节功率、损失与效率,一、功率,单位时间做功的能力,l原动机功率：原动机对外做功的能力（输出功率）,输入功率,l轴功率：原动机运行传递到泵或风机轴上的功率,g原动机效率,tm传动效率,l有效功率：由于泵（或风机）的运行而使流体所具备的机械能,用流体的参数对常用功率表示：,1.有效功率,泵：,风机：,静压功率：,2轴功率P,泵或风机的总效率,3.原动机输出功率,4.原动机输入功率,二、损失与效率,轴端密封与轴承的摩擦损失15,机械损失：,叶轮前后盖板外表面与流体之间的园盘摩擦损失（210）,（一）机械损失和机械效率,（壳体中流体由于离心力作用旋转回流与叶轮摩擦）,提高单级扬程：提高转速比增大叶轮半径好,对于相同扬程：提高转速可使叶轮半径减小,机械效率：,（二）容积损失和容积效率,成因：压差使流体从间隙中回流，造成损失,发生位置：,1.发生在叶轮入口处,密封环两侧,2发生在平衡轴向力装置处,容积效率：,（三）流动损失和流动效率,吸入室、叶轮流道、导叶、壳体与流体的摩擦损失,流道转弯、断面变化处边界层分离，产生二次流而引起扩散损失,偏离设计流量引起的冲击损失,1摩擦损失和扩散损失,2冲击损失,正冲角产生的损失比负冲角小，发生在吸力面,分析结论：,影响泵与风机效率的最主要的因素是流动损失。,流动损失的最小点在设计流量的左边,（四）泵与风机的总效率,对风机而言为总效率全压效率,风机总效率分为动压效率和静压效率,静压效率：,内功率：气体从叶轮获得的功率与流动损失功率、圆盘损失功率和泄漏损失功率之和。,内功率反映叶轮的功耗,轴功率反映了整台风机的功耗,静压内效率：,第二节泵与风机的性能曲线,泵于风机的主要性能参数：流量，扬程、功率和效率、汽蚀余量,性能曲线：在一定转速下，以流量作为基本变量，其他各参数随流量改变而变化的曲线。比如：,性能曲线一般是通过实验来确定的。,一、离心泵与风机的性能曲线,（一）流量与扬程（）性能曲线,速度三角形和能量方程式可得：,则：,1.后弯式,增加，减少,2.径向式,3.前弯式,增加，增加,有限叶片数和流体粘性的影响,环流系数恒小于1，且于流量基本无关，曲线b所示,摩擦与扩散损失随流量的平方增加，减去后获得曲线c,冲击损失设计工况下为零，偏离按抛物线增加，减去后获得曲线d,减去泄漏损失，获得曲线e,（二）流量与功率性能曲线,定义：在一定转速下泵与风机的流量与轴功率之间的关系曲线。,机械损失功率与流量无关,1（后弯式叶片）,两个零点时,2径向式,3（前弯式叶片）,空载工况,（三）流量与效率性能曲线,理论：存在两个零点,实际：第二个零点不存在,风机：全压效率、静压效率,（四）离心式泵与风机性能曲线的分析,1、最佳工况点与经济工作区,最佳工况点：效率最高的点，最经济的点,经济工作区：最佳工况点左右的区域，效率不低于最高效率的0.850.9,2、离心式泵在空载情况下防止汽化,在空载情况下，空载功率主要消耗在机械损失上（摩擦损失），使泵的水温升高，致使水发生汽化。,针对锅炉给水泵和凝结水泵，应避免在空载下运行,汽化产生的原因：,解决方法：加旁路，控制最小流量,3、空载条件下启动,原因：轴功率的30，启动电流小，防止过载,4、后弯式叶轮性能曲线的三种基本形状,三种形状：1）陡降循环水泵2）平坦汽包给水泵3）驼峰,5、前弯式叶轮的某些特点,特点：,1）容易超载容量富裕系数大些,2）实际曲线为驼峰曲线，导致喘振,3）效率远低于后弯式,二、轴流式泵与风机的性能曲线,1）在小流量区内出现驼峰,特点：,2）启动时阀门要全开,3）高效区窄，可采用动叶可调解决高效问题,第三节性能曲线的测试方法,一、常规测试方法,（一）泵性能测试,1试验装置及试验测量步骤,闭式:,循环回路，水泵回路，打水至水箱，反复循环所有压力计上有个小阀门K，以便试验前排除空气,作水泵实验时，进口节流阀门13全开，真空泵不工作,作汽蚀实验时，装一进口节流阀13，在水箱上面接一根通到真空泵的管路11,试验步骤：,转速不变,1.第一个点：,压力表、功率表、真空表及转速表的读数,2.开启阀门7，增加流量，待稳定后开始记录该工况下的各种数据。,3.绘制该流量下所对应的各种性能曲线,2性能参数的测量及计算,（1）流量的测量及计算,孔板流量计,测量计：,文丘里管流量计,喷嘴流量计,孔板流量计的工作原理:,由于节流作用，在孔板前后造成压差，用液柱式差压计测量,对于冷水,对于高温水,（2）扬程的测量及计算,利用伯努利方程：,泵入口压力大于大气压式时,当泵入口压力小于大气压力时,（3）功率的测量及计算,1）用电能表测量,三瓦法,两瓦法,2）用三相两瓦法功率表测量,3）用电流、电压表测量,4)转速的测量,机械式转速表，数字式转速表或频闪测速仪,频闪仪工作原理：频闪仪也叫频闪静像仪或转速计，频闪仪本身可以发出短暂又频密的闪光。当我们调节频闪仪的闪动频率，使其与被测物的运动速度接近或同步时，被测物虽然在高速运动着，但看上去却是缓慢运动或相对静止的，这种视觉暂留现象使人目测就能轻易观测到高速运动物体的表面质量与运行状况，而频闪仪的闪速即为被检测物体之转速。,（二）风机性能试验,1试验装置,（1）进气试验,（2）排气试验,（3）进排气联合试验,问题：送风机、引风机采用哪种试验装置,2性能参数的测量及计算,（1）流量的测量及计算,采用节流式流量计,适用范围：,不适宜测量很小风压,测定气体流量采用动压测定管：,动压测定管：,皮托管：标准的动压测定管，用于含尘浓度不大的气体,笛形管：非标准型动压测定管,遮板式测定管：适用于含尘浓度较大的气体，非标准型的动压测定管,截面平均流速计算公式：,用水柱高度表示：,注：皮托管只能测量截面上某一点的流速，测截面上的平均流速要求正确选择测点,圆形管道：分成若干个面积相等的同心园环，每个园环再分成两个面积相等的部分,按等面积划分原则可以求得：,参考表23500mm取垂直两个方向测量,对整个测量截面截取平均值,由连续流动方程式可求得流量为,矩形截面管道：,参考表24确定测点排数,（2）风压的测量及计算,风机产生的全压,考虑测点截面到进出口截面的流动损失,出入口全压等于出入口动压和静压之和,分析：,1）当采用进气试验时,2）当采用排气试验时,3）采用进排气联合试验时,（三）泵汽蚀试验,汽蚀试验的目的：是确定水泵在工作范围内流量与汽蚀余量或吸上真空高度之间的关系,1试验装置,1）改变吸水池的水位,2）调节进水管道上的阀门,3）在封闭水箱内用真空泵抽真空以改变吸入压力,试验方法：,a.设定转速,c.试验开始时，调节阀门7开到最小开度，并打开密闭水箱盖上的阀门K,使之通大气，这点既是测量的第一点。,d.记录压力表、真空表、功率表及转速表的读数,b.设定流量,e.关闭阀门K，启动真空泵，增加泵入口的吸上真空高度，稳定后记录各数值,f.改变真空值，直到断裂工况(扬程、流量下降),g.开大阀门7，在另一流量下试验,工作范围内取3个以上的流量（小流量、设计流量、大流量）进行试验，在每一流量时至少应测得15个点的值。,2绘制汽蚀性能曲线,根据不同试验点的读数算出扬程、流量、功率，,然后算出汽蚀余量，绘制出汽蚀性能曲线,二、泵效率测试的热力学方法,1原理,泵内各种损失使水温升高；,流体的等熵压缩过程使水温升高,获得温度和效率的关系,2计算公式,特点：,热力学法测效率，扬程越高，温差越大，相对误差越小，测量精度越高,三、自动化测试,第三章相似理论在泵与风机中的应用,相似理论解决问题：,1）缩小泵与风机的构造模型，以减少制造费用和试验费用,2）选高品质的泵与风机为模型，按相似关系设计，使计算简单、性能可靠。,3）由性能参数的相似关系，进行性能参数的相似变换,第一节相似条件,为保证流体流动相似,必须具备几何相似运动相似和动力相似三个条件,即必须满足模型和原型中任一对应点上的同一物理量之间保持比例关系,一、几何相似几何相似是指模型和原型各对应点的几何尺寸成比例，比值相等，各对应角、叶片数相等,二、运动相似,运动相似是指模型和原型各对应点的速度方向相同，大小成同一比值，对应角相等。即流体在各对应点的速度三角形相似。即,三、动力相似,动力相似是指模型和原型中相对应点所受各种力的方向相同，大小成同一比值。,受力：,a.惯性力,b.粘性力,c.重力,d.压力,起主导作用的两种力相似即可，惯性力和粘性力,动力相似可以忽略：泵与风机中流体的流动满足自模化条件，,第二节相似定律,一、流量相似关系,泵与风机的流量：,相似工况下：,几何相似：,运动相似：,则：,结论：几何相似的泵与风机，相似工况下运行时，其流量之比与几何尺寸之比的三次方成正比，与转速比的一次方成正比，与容积效率的一次方成正比,二、扬程（全压）相似关系,泵的扬程：,运动相似：,则：,对风机用全压表示,全压相似关系为：,三、功率相似关系,在相似工况下，功率的相似关系为：,则：,不考虑效率的变化：,第三节相似定律的特例,一、改变转速时各参数的变化比例定律,如；两台泵与风机几何尺寸相等或是同一台泵和风机，且输送相同的液体，则,只改变转速时：,二、改变几何尺寸时参数的变化,两台泵与风机的转速相同，且输送相同的流体,三、改变密度时各参数的变化,两台泵与风机转速相同，几何尺寸相同，只输送不同密度流体,流量、扬程都与密度无关，只有风压和功率与密度有关,具体结论参见表31,第四节比转数,一、泵的比转数:在相似定律的基础上,推导出包括在内的综合相似特征数,得,由,即,比转数定义为,与几何参数无关，与性能参数有关,我国的比转数,二、风机的比转数,常态进气状态下（）气体的全压,三、比转数的公式说明,1）同一台泵或风机，在不同工况下有不同的比转数，采用最高效率点的比转数,三、比转数的公式说明,2）以单级单吸入叶轮为标准来定义的,a双吸单级泵,b单吸多级泵,c多级泵第一级为双吸叶轮，则,3）几何相似的泵与风机在相似工况下其比转数相等。反之，比转数相等的泵与风机不一定相似,4）使