泵及风机课件(3)

1、华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、离心式叶轮的三种型式一、离心式叶轮的三种型式 1-3 1-3 叶片出口安装角对理论能头的影响叶片出口安装角对理论能头的影响 二、二、2y对对HT的影响的影响三、三、2y对对Hst及及Hd的影响的影响 四、讨论四、讨论五、叶片出口安装角的选用原则五、叶片出口安装角的选用原则 华北电力大学华北电力大学流体力

2、学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、离心式叶轮的三种型式一、离心式叶轮的三种型式 后向式（后向式（ 2y 90 ）径向式（径向式（ 2y 90 ）前向式（前向式（ 2y 90 ）为提高理论扬程为提高理论扬程HT ，设计上使设计上使 190 。则在转速。则在转速n、流、流量量qV、叶轮叶片一定的情况下，有：、叶轮叶片一定的情况下，有：2y2y2r222u2Tctgctg11bauugugH华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPump

3、s and Fans二、二、2y对对HT的影响的影响2y2y2r222u2Tctgctg11bauugugH 2yHT ； 2yminHTmin=0 违反了泵与风机的定义；违反了泵与风机的定义；结论：结论： 2ymaxHstmin=0（三） 违反了泵与风机的定义。违反了泵与风机的定义。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、三、2y对对Hst及及Hd的影响的影响 定义反作用度：定义反作用度： TdTst1HHHH2221uu2y22rctg2121u2y2r2ctgu2r2ugu/2u

4、22u1u =0，1r2r = + 2u22r/2g22u 显然显然应在应在（0，1）之间。之间。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、三、2y对对Hst及及Hd的影响的影响 2u(1, 1/2), 后向式叶轮， 2y (2ymin,90)小，后向式叶轮小，后向式叶轮大，前向式叶轮大，前向式叶轮 1/2, 径向式叶轮， 2y =90(1/2 ,0), 前向式叶轮， 2y (90,2ymax)结论：结论： HT 各种各种2y时的速度三角形及时的速度三角形及Hd、Hst的曲线图的曲线图

5、2ymin2ymax90u2=c2ymax2w2 =1u2=cHTHd =1/22ymin2w2w22华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans四、讨论四、讨论1：当：当HT=const.，重量，重量轻，投资少；轻，投资少；2：若流速：若流速流道扩散度流道扩散度前向前向式叶轮易发生边界层分离，致使局部损失增加，效率较低；希式叶轮易发生边界层分离，致使局部损失增加，效率较低；希望望 Hst克服管路阻力，但前向式叶轮由于克服管路阻力，但前向式叶轮由于Hd较大，在压出较大，在压出室由室由Hd向向H

6、st转化时，所产生的压损较大，故转化时，所产生的压损较大，故；3：，前向式叶轮，前向式叶轮较差，而后向式居中；较差，而后向式居中；4：当流量：当流量时，时，轴功率轴功率，。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （1 1）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心式泵均采用后向式叶轮；式泵均采用后向式叶轮； （2 2）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上对小型通风机也可采用前向式

7、叶轮；对小型通风机也可采用前向式叶轮； （3 3）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。 五、叶片出口安装角的选用原则五、叶片出口安装角的选用原则 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、轴向涡流的概念一、轴向涡流的概念1-4 1-4 叶片数有限时对理论能头的影响叶片数有限时对理论能头的影响 二、叶片数有限时对理论能头的影响二、叶片数有限时对理论能头的影响 华北电

8、力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、轴向涡流的概念一、轴向涡流的概念 叶片型线严格控制流体流动。叶片型线严格控制流体流动。叶片型线不能完全控制流体流动。叶片型线不能完全控制流体流动。 AA轴向涡流试验轴向涡流试验流体流体(理想理想)相对于旋转的容器，由于其惯相对于旋转的容器，由于其惯性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。流体在叶轮流道中的流动流体在叶轮流道中的流动轴向涡流轴向涡流无限叶片数无限叶片数有限叶片数有限叶片数AA华北电力大学华北电力大学流体力学

9、及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1、流线和速度三角形发生变化，分布不均；流线和速度三角形发生变化，分布不均； 二、叶片数有限时对理论能头的影响二、叶片数有限时对理论能头的影响 pwpw，非工作面，工作面产生产生p形成阻力矩；形成阻力矩； 2 2、轴向涡流对进、出口速度三角形的影响轴向涡流对进、出口速度三角形的影响华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans二、叶片数有限时对理论能头的影响二、叶片数有限时对理论

10、能头的影响 3 3、使理论能头降低：、使理论能头降低：T1u12u2T1KHuugH 不是效率，不是由损失造成的；不是效率，不是由损失造成的；流体惯性流体惯性有限叶片有限叶片轴向滑移；轴向滑移；K = f（结构结构）。a. HT HT，即：即： bK为滑移系数为滑移系数华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1-5 1-5 叶片式泵与风机的损失和效叶片式泵与风机的损失和效率率 Pm机械损失功率机械损失功率PV容积损失功率容积损失功率Ph流动损失功率流动损失功率PhqVTHTPqVHTPeq

11、VHPsh泵或风机内部的能量平衡图泵或风机内部的能量平衡图由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经泵与风机由于结构、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。时不可避免地要产生各种能量损失。因此，尽可能地因此，尽可能地流体在泵与风机流体在泵与风机内部的内部的，以确定最合理的结构形以确定最合理的结构形式，对提高泵与风机的式，对提高泵与风机的效率，降低能耗有着十效率，降低能耗有着十分重要的意义。分重要的意义。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans机械损失（用功率机

12、械损失（用功率Pm表示）包括：表示）包括：及及摩擦所损失的功率，一般分别用摩擦所损失的功率，一般分别用Pm1和和Pm2表表示。示。1 1、什么是机械损失、什么是机械损失 2 2、机械损失的定性分析、机械损失的定性分析 ，当叶轮在壳腔内转动时，因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。而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。 一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 ，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体的密度有关，约占轴功率颈的加工工艺以及流

13、体的密度有关，约占轴功率Psh的的1%3%。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（1 1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。 3 3、减小机械损失的一些措施、减小机械损失的一些措施 （2 2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。 （4 4）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取失，一般取B/D2=2%5%。一、机械损失和机械效率

14、机械损失和机械效率 （3 3）试验表明，）试验表明，后，效率可以提高后，效率可以提高2%2%3%3%，后，效率可提高后，效率可提高2%2%4% 4% 。一般来说，风机的盖板和壳腔。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。较泵光滑，风机的效率要比水泵高。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans4 4、机械效率、机械效率一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 机械损失功率的大小，用机械效率机械损失功率的大小，用机械效率m来衡量。机械效率来衡量。机械效率等于轴功率克服机械损失

15、后所剩余的功率（即流动功率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率（即流动功率Ph）与轴功率与轴功率Psh之比：之比：shhshmshmPPPPP机械效率和比转速有关，表机械效率和比转速有关，表1-31-3可用来粗略估算泵的机械效率。可用来粗略估算泵的机械效率。 表表1-3 m与与ns的关系（泵）的关系（泵）比 转 速 ns5060708090100机械效率m（%）848789919293华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans在泵与风机中，由于结构上的要求，动、静部件之间存在泵与风机中，由于

16、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，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，用功率能量损失称为容积损失，亦称泄漏损失，用功率PV 表示。表示。 二、容积损失和容积效率二、容积损失和容积效率（一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 （二）通风机的容积损失（二）通风机的容积损失 华北电力大学华北电力大学流

17、体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 泵的容积损失主要发生在以下几个部位：泵的容积损失主要发生在以下几个部位：；多级泵的级间间隙处；多级泵的级间间隙处；以及轴封间隙处等。以及轴封间隙处等。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 离心泵的轴向力离心泵的轴向力华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与

18、风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 平衡孔平衡孔双吸式叶轮双吸式叶轮对称排列的叶轮对称排列的叶轮背叶片平衡轴向力原理背叶片平衡轴向力原理用平衡盘平衡轴向力用平衡盘平衡轴向力平衡鼓、平衡盘和弹簧双向平衡鼓、平衡盘和弹簧双向止推轴承的平衡装置止推轴承的平衡装置华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 为了减小叶轮入口处的容积损失为了减小叶轮入口处的容积损失q1，一般在入口处都装，一般

19、在入口处都装有密封环（承磨环或口环），如图下所示。有密封环（承磨环或口环），如图下所示。检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大隙过大q1；密封间隙过小；密封间隙过小 Pm1； 平面式密封环平面式密封环中间带一小室中间带一小室的密封环的密封环曲径式密封环曲径式密封环直角式密封环直角式密封环曲径式密封环曲径式密封环锐角式密封环锐角式密封环曲径式密封环曲径式密封环华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （二）通风机的容积损失（二）

20、通风机的容积损失 通风机的容积损失发生在以下部位：通风机的容积损失发生在以下部位：。由于。由于轴或轴套的直径较小，由此产生的轴或轴套的直径较小，由此产生的外泄漏可忽略不计。外泄漏可忽略不计。和泵的情况类似，容积和泵的情况类似，容积损失损失q 的大小和间隙形式有关。的大小和间隙形式有关。 通风机容积损失示意图通风机容积损失示意图华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （二）通风机的容积损失（二）通风机的容积损失 离心式通风机叶轮进口与进气口间隙的形式可分为离心式通风机叶轮进口与进气口间隙的

21、形式可分为（轴向间隙）和（轴向间隙）和（径向间隙）两种形式。（径向间隙）两种形式。结构其泄漏气体破坏了主流的流动，因而较少采用。结构其泄漏气体破坏了主流的流动，因而较少采用。间隙尺寸对风机的性能影响甚大。间隙尺寸对风机的性能影响甚大。试验表明：试验表明：r/D2从从0.5%减小到减小到0.05%，可使效率提高可使效率提高3%4%，通常间隙约取，通常间隙约取为为(0.010.005)D2范围内，范围内，D2大时取小大时取小值，反之取大值。值，反之取大值。 。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and

22、Fans （三）（三） 容积效率容积效率 容积损失的大小用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，容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比， 容积效率容积效率V 与比转速有关，对给水泵来说，表与比转速有关，对给水泵来说，表1-4可供参可供参考。考。qqqqqHqHqPPVVVVVVVTTTThgg ns=5060708090100qV90m3/hqV145m3/h0.800.900.8350.920.860.940.8750.950.890.9550.900.96表表1-4 给水泵的容积效率给水泵的容积效

23、率比转速V流量华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1、什么是流动损失、什么是流动损失 三、流动损失和流动效率三、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和流道壁面发生、流道的几何形状改变使流体运动速度、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的大小和方向发生变化而产生的、以及当偏离设计工况、以及当偏离设计工况时产生的时产生的等所造成的损失。等所造成的损失。2 2、流动损失的

24、定性分析、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，粘性以及流体的流动速度、运行工况等因素密切相关，华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 由流体力学知道，当流动处于由流体力学知道，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），阻力平方区时（流体在泵与风机内的流动

25、一般是这样），可定性地用下式表，可定性地用下式表示：示：232221jfVVVqKqKqKhh ，流体速度的大小，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，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，从而产生冲击损失。，从而产生冲击损失。 冲击损失可用下式估算，即冲击损失可用下式估算，即 2d4s)(VVqqKh华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 当流量小于

26、设计当流量小于设计流量时，流量时，1y1，则，则=1y10，称为正，称为正冲角；冲角；当流量大于设计当流量大于设计流量时，流量时，1y1，则，则=1y10的情况下，由于涡流发生在叶片的情况下，由于涡流发生在叶片背面，能量损失比负冲角背面，能量损失比负冲角0时为小。因此，设计时时为小。因此，设计时,一般取一般取正冲角正冲角=35。若全部流动损失用若全部流动损失用hw表示，表示，则：则： hw= hf+ hj+ hs 同时，正冲角的存在，可同时，正冲角的存在，可以增大入口过流面积，对改善以增大入口过流面积，对改善泵的汽蚀性能也有好处。泵的汽蚀性能也有好处。 流动损失曲线流动损失曲线华北电力大学华北

27、电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 3 3、流动效率、流动效率 流动损失的大小用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功率之比 ，即，即TTTehppHHHgqHgqPPVV泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即： hmehshhsheVPPPPPPPP华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 【例【例 1-2】 有一输送冷水的离心泵，当转速为有一输送冷水的离心泵，当转速为1450r/min时，时，流量为流量为qV=1.24m3/s，扬程，扬程H=70m，此时所需的轴功率，此时所需的轴功率Psh=1100kW，容积效率，容积效率V=0.93，机械效率机械效率m=0.94，求流动效，求流动效