技师培训教材--泵与风机(泵与风机的性能)

1、THERMAL POWER PLANT OF YI ZHENG CHEMICAL FIRBLE CO.,LTD泵与风机泵与风机2 2 泵与风机的性能泵与风机的性能本章要点各种损失与效率性能曲线性能曲线的应用2-1 2-1 功率、损失和效率功率、损失和效率二、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 三、容积损失和容积效率三、容积损失和容积效率四、流动损失和流动效率四、流动损失和流动效率 引引 言言 一、功率功率 Pm PV PhPhqVTHTP qVHTPeqVHP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

2、避免地要产生各种能量损失。哪些哪些损失？在哪些部位？与那些因素有关？损失？在哪些部位？与那些因素有关？措施措施 。引引 言言 有效功率：有效功率：流体从泵或风机中实际有效获得的功率。流体从泵或风机中实际有效获得的功率。对泵而言，设流过叶轮的流体体积流量为对泵而言，设流过叶轮的流体体积流量为qv，扬程为，扬程为H流体的密度为流体的密度为，则泵的有效功率为：，则泵的有效功率为：1 1、有效功率、有效功率PePe 一、功率功率Pe=gH qv/1000 kW对风机而言，其能头用全压对风机而言，其能头用全压p表示，其有效功率为表示，其有效功率为 Pe=p qv/1000 kW轴功率：轴功率：原动机传给

3、泵或风机轴端上的功率。原动机传给泵或风机轴端上的功率。由于泵或风机内存在各种损失，所以有效功率小于轴功率，由于泵或风机内存在各种损失，所以有效功率小于轴功率，若总效率若总效率为已知，则泵的轴功率为：为已知，则泵的轴功率为：2 2、轴功率、轴功率P P一、功率功率P=Pe/=gH qv/1000 对风机轴功率为对风机轴功率为 P=Pe/= p qv/1000 原动机功率：原动机功率：原动机的输出功率。原动机的输出功率。原动机至泵与风机的轴效率为机械损失原动机至泵与风机的轴效率为机械损失m则泵的原动机功率为：则泵的原动机功率为：3 3、原动机功率、原动机功率P Pg g一、功率功率Pg=P/m=g

4、H qv/1000m 对风机原动机功率为对风机原动机功率为 Pg=P/m= p qv/1000 m原动机功率：原动机功率：原动机的输出功率。原动机的输出功率。原动机输入功率原动机输入功率3 3、原动机功率、原动机功率P Pg g一、功率功率 泵，原动机输入功率泵，原动机输入功率 Pg，in=gH qv/1000mg 对风机原动机输入功率为对风机原动机输入功率为 Pg，in= p qv/1000 mg在机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失。在机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失。 机械损失与叶轮转动相关而与流体流量无直接关系机械损失与叶轮转动相关而与流体流量无直接关系-直直接损失功率。接损失

5、功率。1 1、什么是机械损失、什么是机械损失 二、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 机械损失（用功率机械损失（用功率 Pm表示）包括：表示）包括：轴与轴封、轴与轴承轴与轴封、轴与轴承及叶轮及叶轮圆盘摩擦圆盘摩擦所损失的功率，一般分别用所损失的功率，一般分别用 Pm1和和 Pm2表示。表示。2 2、机械损失的定性分析、机械损失的定性分析 ，叶轮在壳腔内转动时，因，叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内流体与盖板之间存在的摩擦阻力克服壳腔内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。约为轴功率的约为轴功率的2% 10%，是机械损失的是机械损失的

6、主要部分主要部分二、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密度有关，约为颈的加工工艺以及流体密度有关，约为1% 3%P3 3、减小机械损失的一些措施、减小机械损失的一些措施 二、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 （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。 （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

7、擦损失，一般取失，一般取B/D2=2%5%。 （3 3），效率可，效率可以以提高提高2%3%，效率可提高，效率可提高2%4%。风机风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。水泵高。4 4、机械效率、机械效率二、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后所剩余的功率（即有效功率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率（即有效功率Pe）与轴功率与轴功率P之比：之比：PPPPPemm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

8、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）比转速比转速 ns5060708090100机械效率机械效率m（%）848789919293当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称为容积（泄漏）损失，用功率为容积（泄漏）损失，用功率 PV 表示。表示。 三、容积损失和容积效率三、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 （一

9、）泵的容积损失（一）泵的容积损失 1、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叶轮入口与外壳之间的间隙处；叶轮入口与外壳之间的间隙处；多级泵的级间间隙处；多级泵的级间间隙处；平衡轴向力装置与外壳之间的平衡轴向力装置与外壳之间的间隙间隙处以及轴封间隙处等。处以及轴封间隙处等。 （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 2、轴向力的产生轴向力的产生离心泵的轴向力离心泵的轴向力3、平衡轴向力装置平衡轴向力装置 （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 4、减小泵容积损失的措施、减小泵容积损失的措施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

10、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 ； （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 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轴或轴套的直径较小，由此产生的外泄漏可忽略不计。和泵的情况类似，容积损失q 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 （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

11、离心式通风机叶轮进口与进气口间隙的形式可分为与进气口间隙的形式可分为对口对口和和套口套口两种形式。两种形式。间隙尺寸对风机的性能间隙尺寸对风机的性能影响：影响： 试验表明，试验表明，r /D2从从0.5%到到0.05%，可使可使效率效率提高提高3% 4%。通常间隙的取值范围。通常间隙的取值范围为为(0.0050.01)D2，D2大时取大时取小值，反之取大值。小值，反之取大值。 （三）（三） 容积效率容积效率 容积效率容积效率V 与比转速有关，对给水泵，表与比转速有关，对给水泵，表1-4可供参考。可供参考。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

12、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：qqqqqHqHqPPVVVVVVV TTTThgg ns=5060708090100qV90m3/hqV145m3/h0.800.900.8350.9200.860.940.8750.9500.8900.9550.900.96表表1-4 1-4 给水泵的容积效率给水泵的容积效率比转速比转速 V流量流量1 1、什么是流动损失、什么是流动损失 四、流动损失和流动效率四、流动损失和流动效率 流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面发生发生摩擦摩擦

13、、流道几何形状改变使流速变化而产生、流道几何形状改变使流速变化而产生旋涡旋涡、以及、以及偏离设计工况时产生的偏离设计工况时产生的冲击冲击等所造成的损失。等所造成的损失。2 2、流动损失的定性分析、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、流体的粘性及流速、运行工况等因素密切相关。粘性及流速、运行工况等因素密切相关。冲击损失冲击损失 摩擦损失和局部损失摩擦损失和局部损失分类分类四、流动损失和流动效率四、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 1）摩擦损失和局部损失）摩擦损失和局部损失 当流动处于阻力平

14、方区时，这当流动处于阻力平方区时，这部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：232221jfVVVqKqKqKhh 2）冲击损失）冲击损失 当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失。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 四、流动损失和流动效率四、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 2）冲击损失）冲击损失当流量大于设当流量

15、大于设计流量时，计流量时， 1y 1，则则 = 1y 10，称为，称为负冲角。负冲角。四、流动损失和流动效率四、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 实践证明：正冲角时，由于实践证明：正冲角时，由于，能量损，能量损失比负冲角（失比负冲角（时为小。因此，设计时，时为小。因此，设计时，一般取正冲角一般取正冲角 =3 5 。若全部流动损失用若全部流动损失用hw表表示，则：示，则： hw= hf+ hj+ hs 正冲角的存在，对改善正冲角的存在，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存在存在流动损失最小工况。流动损失最小工况。四、流动

16、损失和流动效率四、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 表表1-5 某分段式多级给水泵通流部分水力损失的分布（某一级）某分段式多级给水泵通流部分水力损失的分布（某一级）区区 域域 名名 称称损损 失失（m）占总损失的占总损失的百分数（）百分数（）区区 域域 名名 称称损损 失失（m）占总损失的占总损失的百分数（）百分数（）流出正导叶流入反导叶流出正导叶流入反导叶（环型空间）（环型空间）4-4至至5-52.0622.15流出叶轮进入导叶流出叶轮进入导叶2-2至至3-31.0110.85流出反导叶流出反导叶5-5至至6-6至至7-70.576.1导叶扩散段导叶扩散段3

17、-3至至4-40.9710.4节段的总损失节段的总损失9.31100 可以看出：可以看出：叶轮和导叶中的流动损失几叶轮和导叶中的流动损失几乎是相等的，约各占乎是相等的，约各占50%。因此，在设计离因此，在设计离心泵时，只有将改善叶轮和压出室的流动性心泵时，只有将改善叶轮和压出室的流动性能统一考虑才能取得较好的效果能统一考虑才能取得较好的效果。 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

18、未考虑流动损失前的功率之比功率之比 ，即，即TTTehppHHHgqHgqPPVV 四、泵与风机的总效率四、泵与风机的总效率 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： hmehheVPPPPPPPP四、泵与风机的总效率四、泵与风机的总效率 风机的总效率又称全效率，风机的动压在全压中占较大的比例风机的总效率又称全效率，风机的动压在全压中占较大的比例有时需对风机的静压进行评价，静压效率。有时需对风机的静压进行评价，静压效率。内效率内效率-内功率内功率-气体从叶轮获得的功率与流动损失功率、圆盘摩擦损气体从叶轮获得的功率与流动损失功率、圆盘摩擦损失功

19、率和容积损失功率之和。不计入机械损失中轴与轴承及轴端密封的失功率和容积损失功率之和。不计入机械损失中轴与轴承及轴端密封的摩擦损失功率。摩擦损失功率。内功率内功率-反映叶轮的功耗反映叶轮的功耗 轴功率轴功率-反映整台风机的功耗。反映整台风机的功耗。内效率内效率-风机相似设计，相似换算的依据。风机相似设计，相似换算的依据。总效率总效率-技术经济指标。技术经济指标。 提高泵、风机效率必须在设计、制造及运行等各方面减少机械、容积、提高泵、风机效率必须在设计、制造及运行等各方面减少机械、容积、流动损失。一般总效率：流动损失。一般总效率：离心泵：离心泵：0.6-0.9 离心风机：离心风机：0.7-0.9

20、高效风机：高效风机：0.9以上；以上；轴流泵：轴流泵：0.7-0.89 大型轴流风机可达大型轴流风机可达0.9以上。以上。一、能头与流量性能曲线一、能头与流量性能曲线2-2 2-2 叶片式泵与风机的性能曲线叶片式泵与风机的性能曲线 二、功率与流量性能曲线二、功率与流量性能曲线 三、效率与流量性能曲线三、效率与流量性能曲线 四、轴流式泵与风机性能曲线四、轴流式泵与风机性能曲线五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 引引 言言泵与风机的性能参数之间有着一定的相互联系，反映这些泵与风机的性能参数之间有着一定的相互联系，反映这些参数间变化关系的曲线称性能曲线。参数间变化关系的曲线称性能曲

21、线。一台泵（风机）在一定的转速下运行，在某一流量下，必一台泵（风机）在一定的转速下运行，在某一流量下，必有与其相对应的扬程（全压）、功率等性能参数。有与其相对应的扬程（全压）、功率等性能参数。 性能曲线：在一定的转速下，以流量性能曲线：在一定的转速下，以流量qv作为基本变量，其作为基本变量，其他个参数随着流量的改变二变化的曲线。他个参数随着流量的改变二变化的曲线。引引 言言H-qV 或或 p-qV主要的主要的NPSH-qV其次其次能直观地反映了能直观地反映了泵与风机泵与风机总体的性能，对其安全经济运总体的性能，对其安全经济运行意义重大；行意义重大；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础

22、；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态工作状态工况，运行工况，设计工况，最佳工况。工况，运行工况，设计工况，最佳工况。P-qV -qVH s-qV 2）H-qV曲线曲线（H-qV ）1）HT-qVT曲线曲线 由无限多叶片时的理论能头可得：由无限多叶片时的理论能头可得：HT=KHT ，qVT-q =qVH=HT-hw ，HT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqVHqqVdTT222y2222y22T222u2T-gctgg)ctg(gg1VVVBqAqbDuubDquuuH 2TTTTTThmh1000/ )(g1000/gVVVVVmqBqABqAKqHq

23、PPPPP? ，若现，若现场的凝结泵和给水泵闭阀启场的凝结泵和给水泵闭阀启动，动，则则这部分功率将这部分功率将，故故。实际的实际的Psh-qV 曲线曲线 泵与风机效率等于有效泵与风机效率等于有效功率与轴功率之比，即：功率与轴功率之比，即： PHqPPV1000ge，并随性能表一，并随性能表一起附于制造厂家的起附于制造厂家的或或中。左图为与中。左图为与300MW、600MW机机组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。 1 1、性能曲线的趋势分析、性能曲线的趋势分析 扬程扬程-流量曲线，当流量流量曲线，当流量从大到小变化时，扬程先上升，又从大到小变化时，扬程先上升，又下降，

24、又上升，当流量为零时达到下降，又上升，当流量为零时达到最大。最大。 叶顶和叶根分别出现二次叶顶和叶根分别出现二次回流，曲线回升。回流，曲线回升。 边界层分离，曲线下降；边界层分离，曲线下降； 2 2、性能曲线的特点、性能曲线的特点 .存在不稳定工作区，曲线存在不稳定工作区，曲线形状呈形状呈型；型； .空载易过载，因为空载功空载易过载，因为空载功率率Psh0=Pshmax； .高效区窄。高效区窄。（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较 ，其，其p-qV ，且随，且随2y曲线弯曲曲线弯曲程度程度。K点左侧为不稳定工作区。点左侧为不稳定工作区。当风机在该区工作时，可能发

25、生当风机在该区工作时，可能发生喘振或飞动等现象，从而影响风喘振或飞动等现象，从而影响风机的正常工作。因此，机的正常工作。因此， 离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较 ，H-qV（p-qV）曲线曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低，不会出现渐降低，不会出现型。型。五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较但是，由于结构参数不同，使得后向式叶轮的性能曲线但是，由于结构参数不同，使得后向式叶轮的性能曲线也有所差异。常见的有也有所差异。常见的有

26、、和和三种基本类三种基本类型。其性能曲线的形状是用型。其性能曲线的形状是用来划分的，即：来划分的，即： %10000s0pHHHK（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 当当Kp=25%30% 时，则称为陡降型曲时，则称为陡降型曲线，如右图线，如右图a 线所示。其特点是：当流量变化很小时能头变线所示。其特点是：当流量变化很小时能头变化很大，因而化很大，因而，就希望有这，就希望有这样的工作性能。样的工作性能。这是因为：随着季节的变化，江河、这是因为：随着季节的变化，江河、水库的水位涨落差非常大，同时水的清水库的水

27、位涨落差非常大，同时水的清洁度也发生变化，均会影响到循环洁度也发生变化，均会影响到循环水泵的工作性能（扬程），而我们要求循环水泵应具有当扬水泵的工作性能（扬程），而我们要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性。程变化较大时而流量变化较小的特性。 （一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 当当Kp=8%12% 时，称为平坦型曲线，时，称为平坦型曲线，如右图如右图b 线所示。其特点是：当流量变化较大时，能头变化线所示。其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。很小。就希望有这样的性能。就希望有这样的性能

28、。 这是因为：汽轮发电机在运行时负荷这是因为：汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的，特别是对调峰机组，变化是不可避免的，特别是对调峰机组，负荷变化更大。但是，由于主机安全经济负荷变化更大。但是，由于主机安全经济性的要求，汽包的压强（或凝汽器内的压强）变化不能太大，性的要求，汽包的压强（或凝汽器内的压强）变化不能太大，这就要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变这就要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变化不大的性能。化不大的性能。（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 驼峰曲线不能用斜度表示。其驼峰曲线不能用斜度表示。其特点是：能头随流量的变化先增大，而后减小。因而，特点是：能头随流量的变化先增大，而后减小。因而，。所以，在设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。所以，在设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶