工流课件6章.ppt

1、第六章 离心泵与风机的理论基础,61 工作原理及性能参数,62 离心泵与风机的基本方程欧拉方程,63 离心泵与风机的相似定理与比转数,本章重点,1. 离心泵与风机的工作原理及性能参数及计算；,2.离心泵与风机的相似定理的定义和相似三定理；,3.离心泵与风机比转数概念及比转数的计算。,本章难点,1. 离心泵与风机的基本方程欧拉方程；,2. 离心泵与风机的相似三定理及运用；,3.离心泵与风机比转数概念及比转数的计算。,61 工作原理及性能参数 p291,泵与风机是能量转化的机械，它是利用外加能量输送流体的机械，泵用来输送液体，而风机用来输送气体，其工作原理相同。,一、离心泵的工作原理,二、离心风机

2、的工作原理,三、离心泵和风机的工作参数,1. 水泵的扬程H与风机的压头p,水泵的扬程 H泵所输送的单位重量流体从进口到出口的能量增值，单位：m,列泵的入口与出口断面能量方程:,泵工作时单位重量流体所获得的能量增量为：,真空表读数V，压力表读数M,代入，得：,一般抽水装置所需要的扬程包括两部分， 即实际扬程和损失扬程:,p287, （11-1-1）式,风机的压头(全压)p是指单位体积气体通过风机 所获得的能量增殖。,单位为Pa，风机的p表示压强，故又称压头(全压)。,2. 流量,单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量， 常用Q表示，单位是：,水泵铭牌上标出的流量，通常是指“额定流量”。 水泵的

3、尺寸与形状是根据这一流量设计的，又称“设计流量”。一般泵在这个流量下运行，效率最高，若偏离这个流量，效率则下降。,流量是水泵的重要工作参数之一，水泵在运行中，如果流量发生变化，其它参数(如扬程，功率，效率)也相应变化。,3. 功率,泵与风机的功率指输入功率，也是原动机传到泵轴的上的功率，称为轴功率，用N表示；单位：“瓦”、“千瓦”、“马力”。,泵和风机的输出功率又称为有效功率Ne ，它表示单位时间内流体从泵或风机中所得到的实际能量，可用流量和扬程求得:,被输送流体的容重,p288, （11-1-2）式,Q单位用,H单位用 m；,则Ne单位为千瓦（kw）；,对泵通常是,轴功率N和有效功率 之间相

4、差一个泵内损失，即,包括机械损失，容积损失，和水力损失三部分。,注：上式中的102是由于容重单位用,机械损失：1）泵轴与轴承，填料之间的摩擦损失； 2） 叶轮在液体中旋引起的摩擦损失；,容积损失：流经叶轮的一部分液体经过叶轮和泵壳之间的间 隙处的回流损失和经过填料渗出泵壳的渗漏损失；,水力损失：液体流经吸水室，叶轮和压水室时，克服水力 阻力而损失的功率。,已知轴功率，可确定原动机功率，即配套功率,在考虑了传动损失及一定备用容量后， 的计算公式为：,K原动机容量的备用系数，随容量大小而定，由下表定：,传动装置的效率,如用绕性联轴器传动时 ，若用液力联轴器传动 时 , 原动机若为电动机时，它取自电

5、网中的功率， 即电动机实际消耗的电功率为,例题1某水泵流量 ,扬程 ，水泵的效率 ，原动机的备用系数K=1.05，原动机的传动效率 试确定原动机的容量。,解：,原动机所需的容量为,例题2 设通过空气预热器的空气量 ，空气的温 度自 加热到 ，离心送风机的效率 ，试计算 风机安装在空气预热器前、后两种情况下所需要的轴功率. 温度 时空气的重度 ，空气经过空气预热器及管 道系统所消耗的全压 。,解：,当温度t= 时， 空气的重度为,等压时,在重量流量不变的情况下，空气为 及 时体积流量分 别为：,当送风机安装在空气预热器之前时所需的轴功率,当送风机安装在空气预热器之后时所需的轴功率,送风机装在空气

6、预热器后比装在空气预热器前 增加轴功率为：,以上计算说明，送风机安装在系统的冷端处 能降低功率的消耗。,4. 效率,效率是标志着泵和风机传递功率的有效程度，即泵与风机工作的经济性，可以用效率的变化高低来衡量，效率是有效功率与轴功率的比值。,离心泵与风机的效率与其形式、结构及容量大小有关，对于单级离心泵， ，多级离心泵 ，离心风机的效率 左右。,5. 转速 n,转速是指泵与风机每分钟的转数“rpm”,p288, （11-1-5）式,6、允许吸上真空高度与气蚀余量p341, 泵的气蚀现象,离心泵在工作时，其泵入口处的压强最低。,根据物理学可知，当液面压强降低时，相应的气化温度也降低。例如，水在一个

7、大气压强(101.3 )下的汽化温度为100；一旦水面压强降至0.024at（2.43 ），水在20 就开始沸腾。开始气化的液面压强叫做气化压力，用 表示。,当泵内某处压强低至该处液体温度下的气化压强,即 部分液体就开始气化，形成气泡，产生气蚀。,气蚀是指侵蚀破坏材料之意，它是“空(气)泡”现象所产生的后果。,气蚀现象的产生，不仅使泵内产生噪音和振动，而且当气化发展到一定程度时，由于水流中气泡大量产生，使水流连续性遭到破坏，水泵的Q，H，会下降，严重时使水泵停止工作。,为了避免气蚀现象的发生，必须使泵内水流的 最低压力大于气化压力。, 允许吸上真空高度,允许吸上真空高度是指水泵进口处的允许真空

8、高度值，一般可由水泵型号查得，离心泵根据允许吸上真空高度来计算水泵的允许安装高程 。,水泵的安装高度 ，指水泵叶轮中心线到进水池水面之间的垂直距离，如图,允许安装高程 是指水泵安装高度的最大允许值 。,（13-3-4）式,允许吸上真空高度的 修正：,1）确定 必须以泵运行中可能出现的最大流量对应的 为准；,2) 泵的使用条件与实验条件(大气压101.325 ，20清水)不同时的修正。,式中： 因大气压不同的修正值 ， 为当地大气压水头(m)；,因水温不同的修正值； 是与水温相对应的气化压力 水头(m)；,（13-3-4）式,气蚀余量 指为了使水泵在运行中不发生气蚀所须储备的能量， 它表示水泵进

9、口处单位重量液体所具有的能量大多少。即：,轴流泵一般根据气蚀余量 计算其允许安装高程,p346, （13-3-12）式,说明： 1)气蚀余量根据水泵型号查得，一般选其最大值； 2)水泵的气蚀余量与其转速有关，当水泵工作不为额定 转速时，气蚀余量就会发生变化，须按公式进行修正；,有下标m的是指实际转速和实际转速下的气蚀余量 ， 修正后用 代入公式可求出安装高程 。,例题见p341, 例13-2，13-3；,例题1 已知4B91型离心泵的抽水装置，工作时 ,泵进口处的直径d=100mm, 吸水管 ，泵安装地点的海拔高度为1000m，抽水温度为30，查得 ,试计算水泵允许安装高程 。,解：,由题意可

10、知，必须对所查得的 进行修正：,当海拔高度为1000m时，查得大气压,根据公式：,当水温为30时，查得气化压力 hv=0.43m,请 思 考,1.离心泵和风机的性能参数有那些？通常用什么单位？,2.允许吸上真空高度和气蚀余量有何实用意义？ 它们有什么联系和区别？ 分别在什么情况下需要修正？,作业: p352, 13-5，13-6；,62 离心泵与风机的基本方程欧拉方程,根据动量矩定理导出：,上式是在理想条件下，单位重量液体通过叶轮后所获得的能量与液体在叶轮中的运动参数间的关系；,理论能头；对于泵则称理论扬程；,对于风机用全风压（全压）表示，理论全压,一、欧拉方程 （p293）,（11-2-1）

11、式,二、欧拉方程的修正,1、有限叶片数的修正,对离心机，涡流修正系数 k =0.780.85；,为了简明其间，取消下标“T”，则：,2、水力损失修正,式中： 水力效率；,(11-2-2）式,三、欧拉方程的分析,1. 理论能头的影响因素,流体流经叶轮时所获得的理论能头与流体在叶片进口和出口处速度的大小和方向有关，即仅与流动的运动状态有关，与流动过程无关。,流体所获得的理论能头与被输送流体的种类无关， 即无论被输送的流体是水或是空气，都可以得到相同的液柱或气柱高度(扬程)。,（11-2-2）式,2、最大能头,当流体径向流入叶轮时，即 ， 则 ， 这时理论能头最大，上式可简化为：,另外，如果知道一台

12、泵的转速和叶轮直径，则利用基本方程 可以估算其扬程，因为在一般情况下，,上式可改写为：,例题 有一台泵的铭牌丢失，从电机标牌上可查得电机转 速为2950 rpm，叶轮外径可从实物测量得 ， 试估算该泵扬程。,解：,先求出叶轮的圆周速度,则,所以，该泵的扬程大约在40m液柱高左右。,思 考 题,1.欧拉方程在什么条件下推导出？又进行了哪些修正？,2.影响理论能头的因素有哪些？,3.如果有一台泵铭牌丢失，你能否估算其最大扬程？,63 离心泵与风机的相似定理与比转数 p303,相似定律可解决三个问题：,1.根据模型实验的成果，进行新型泵和风机的设计：,2.对两台几何相似的泵或风机进行工况换算：,3.

13、根据一台泵或风机在某一状态下的工作参数，换算 它在其它状态下的工作参数。(如改变转速，车小 叶轮等),一、相似条件,根据相似原理，泵与风机的原型与模型相似必须满足三条件：,1.几何相似：,相似的泵或风机中一切对应的几何尺寸成同一比值， 一切对应的角度相等，即：,下角m表示模型机参数，n表示原型机的参数; 分 别代表叶轮进出口的直径和宽度，L是机器内任意线形尺寸,2、运动相似,运动相似是作用在原型或模型泵与风机对应点 上速度方向相等，大小成同一比值，即：,1，2分别为叶轮进、出口相应值。,即每对应点上的速度三角形相似。,3、动力相似,运动相似是作用在原型或模型泵与风机对应点上各同名力 的比值相等

14、，这些同名力有：惯性力,粘性力,重力及压力等。,三者关系：动力相似是前提，几何相似是边界 条件，运动相似是目的。,二、相似定理,相似工况：,如果两台泵或风机满足相似三条 件，则原型泵（风机）性能曲线上 的工作点A与模型泵（风机）上的 性能曲线工作点B对应，对应点上 的流体运动相似，速度三角形相似 ，则A，B两点为相似工况点。,在相似工况下，模型和原型泵(风机)参数间有如下关系：,1. 第一相似定律流量关系,容积效率；,2. 第二相似定律扬程(或全压)关系,根据基本方程推得：,水力效率；,3. 第三相似定律功率关系,机械效率；,如果原型或模型泵（或风机）尺寸不超过三倍，为了 简化起见，则认为 当

15、 ，三组公式可简化为：,三、比例律,若将上面三个相似定律应用于不同转速的同一台泵 （风机），就可得到比例律公式，即：,从上面三式，我们可以写成一个很实用的综合公式。,上面这个综合公式的重要性在于：这些关系式必 须同时成立，这就指出：用加大转速提高流量的同 时，不要忘记原动机所需功率也加大了。,（11-9-1）,注意： 比例律实际上时同一台泵或风机当转速 改变时性能参数的换算，当被输送的流体的密度改变时性能参数的换算。 见教材p309。,上述公式说明，当泵或风机实际运行的转速与 设计转速不相同时，其流量、扬程（全压）和轴 功率按规律变化，这一规律就是比例律。,利用比例律可以把某一条件下离心泵（风

16、机） 的性能曲线换算成为另一条件下的性能曲线。,相似定律,比例律,四、比转数 (p312),为了对泵或风机进行分类和比较，引出一个与 几何形状和工作性能相联系的相似特征数：比转数，它是泵和风机叶轮形状及其性能的一个综合判据。,1. 泵的比转数,2. 风机的比转数,由第一、第二相似定律可得：,这就是说，一系列相似的泵在相似的工况下，虽然 尺寸不同，转速不同，具体性能各不相同，但是由n,Q 及H 所组成的一个关系式却是个常数。,对于泵，比转数,上式:Q泵的流量m3/s; H扬程 m; n泵的转数rpm,1、泵的比转数,（11-8-20）,注 意：,1）水泵的比转数ns是指水泵设计工况下的比转数，

17、即设计工况下的流量，扬程和额定转速代入公式所 求出的数值，水泵性能曲线上其它各组参数都不能 作为计算依据；,2）在计算比转数时，单位规定为 Q：m3/s，H：m， n：rpm，计算得出的ns是常数；,3）比转数相等是水泵的几何相似，工况相似的必要 条件，但不是水泵相似的充分条件；即比转数相等 不一定水泵相似，但水泵相似则比转数一定相等。,如 12HB50 混流泵 ns=500 ； 40ZLB50 轴流泵 ns=500 ；,4）比转数的大小并不等于转速的高低；,轴流泵转速低而比转数高， 离心泵转速高而比转数低。,5）比转数是区别叶片式水泵类型的分类基础；,比转数从小到大地变化，叶片泵的泵型就从离

18、心泵 变到混流泵，再变到轴流泵；即高扬程小流量的离 心泵ns低，而低扬程大流量的轴流泵ns高。,离心泵：,轴流泵：,混流泵：,另外，比转数也反映泵的结构特点，因为ns大， 流量大，而流量大叶轮进、出口的面积大，叶轮随 比转数变化见图11-28（p308）,6）若是双吸泵，,对多级泵，,z为多级泵的级数。,2、风机的比转数,式中：n风机的工作转速（rpm）；,Q流量，双吸式以Q/2计算（m3/s）；,p20风机标准进口状态，即大气压为101325 pa， 温度为20的常态下风机所产生的全风（pa）；,当风机所输送的气体不是标准进口状态时必须换算；,气体在常态下,实际状态下的全风压（pa）；,气体在常态下,实际状态下的容重(N/m3）；,式中：,说 明：,思考题：,1.什么是相似工况？什么是相似定律？,2.相似定律可以解决那些问题？,3.相似定律和比例律有什么区别？分别用于什么情况？,4.什么是比转数？如何计算泵和风机的比转数？,5.有人说比转数就是转速，你认为这句话对吗？,例题1 试计算8