第11章叶片式泵及风机得理论基础

1、O返回2022-2-9O返回2022-2-9 为了把一定流量的流体沿管路系统从一处送到另一为了把一定流量的流体沿管路系统从一处送到另一处，常采用流体输送机械来实现。处，常采用流体输送机械来实现。 输送机械向流体传递的能量，主要用来克服管路系输送机械向流体传递的能量，主要用来克服管路系统的能量损失，提高流体位能，满足工艺对压力的统的能量损失，提高流体位能，满足工艺对压力的要求要求 泵与风机是利用外加能量输送流体的流体机械。它泵与风机是利用外加能量输送流体的流体机械。它们大量地应用于燃气及供热与通风专业。们大量地应用于燃气及供热与通风专业。 主要学习内容：主要学习内容： 常用的泵与风机的常用的泵与

2、风机的基本结构基本结构、工作原理、工作原理、性能性能参参数数、运行、调节和选用方法等知识。、运行、调节和选用方法等知识。O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9第一节第一节 基本结构和性能参数基本结构和性能参数 第二节第二节 基本方程式基本方程式欧拉方程式欧拉方程式第三节第三节 离心泵与风机的实际性能曲线离心泵与风机的实际性能曲线第四节第四节 相似律在泵与风机的实际应用相似律在泵与风机的实际应用第五节第五节 泵与风机的工作点及流量调节泵与风机的工作点及流量调节第六节第六节 泵与风机的选择泵与风机的选择O

3、返回2022-2-9 工作原理与基本结构工作原理与基本结构 泵和风机的性能参数泵和风机的性能参数O返回2022-2-91.1.离心泵和风机的工作原理离心泵和风机的工作原理 当叶轮随轴旋转时，叶片间的流体当叶轮随轴旋转时，叶片间的流体也随叶轮旋转而获得离心力，并使也随叶轮旋转而获得离心力，并使流体从叶片之间的出口处甩出。流体从叶片之间的出口处甩出。 被甩出的流体挤入机壳，于是机壳被甩出的流体挤入机壳，于是机壳内的流体压强增高，最后被导向出内的流体压强增高，最后被导向出口排出。口排出。 流体被甩出后，叶轮中心部分的压流体被甩出后，叶轮中心部分的压强降低。外界流体就能从吸入口通强降低。外界流体就能从

4、吸入口通过叶轮前盘中央的孔口吸入，源源过叶轮前盘中央的孔口吸入，源源不断地输送气体。不断地输送气体。泵演示泵演示风机演示风机演示O返回2022-2-9NoImageNoImage2.2.离心泵和风机的基本结构离心泵和风机的基本结构离心泵的基本结构离心泵的基本结构O返回2022-2-9O返回2022-2-9离心风机的基本结构离心风机的基本结构O返回2022-2-91.1.泵的扬程泵的扬程H与风机的全压与风机的全压p和静压和静压pj(1)(1)泵的扬程泵的扬程H 定义：泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口定义：泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值。也就是单位重量流量的流体通过泵所

5、获的能量增值。也就是单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量，以得的有效能量，以p表示，单位是表示，单位是m。 单位重量流量的流体所获得的能量增量可用能量方程单位重量流量的流体所获得的能量增量可用能量方程来计算。如分别取泵或风机的入口与出口为计算断面，来计算。如分别取泵或风机的入口与出口为计算断面，列出它们的表达式可得：列出它们的表达式可得：gvpZgvpZH2221112222O返回2022-2-91.1.泵的扬程泵的扬程H与风机的全压与风机的全压p和静压和静压pj(2)(2)风机的全压风机的全压 风机的压头风机的压头( (全压全压) )p：指单位体积气体通过风机所获得：指单位体积气体通过风

6、机所获得的能量增量。单位为的能量增量。单位为Pa，由于，由于1Pa1N/m2；故风机的；故风机的p表示压强又称全压。表示压强又称全压。 风机的静压风机的静压pj：指风机全压减去风机出口动压，即假设：指风机全压减去风机出口动压，即假设Z2Z1时有：时有：22212jvpppO返回2022-2-92.2.流量流量Q 单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量。单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量。 常用体积流量表示，单位为常用体积流量表示，单位为“m3/s”或或“m3/h”。 严格讲，风机的容积流量特指风机进口处的容积流量。严格讲，风机的容积流量特指风机进口处的容积流量。3.3.功率功率 泵的有

7、效功率：在单位时间内通过泵的流体所获得的总泵的有效功率：在单位时间内通过泵的流体所获得的总能量叫有效功率，以符号能量叫有效功率，以符号Ne表示表示Ne QH/1000 kW 风机的有效功率：在单位时间内通过风机的流体所获得风机的有效功率：在单位时间内通过风机的流体所获得的总能量，也以符号的总能量，也以符号Ne表示表示NeQp/1000 kWO返回2022-2-94.4.效率效率 泵或风机的有效功率与输入的轴功率的比，称为泵或风泵或风机的有效功率与输入的轴功率的比，称为泵或风机的全压效率机的全压效率(简称效率简称效率 ) =Ne/N 泵或风机的轴功率：泵或风机的轴功率： 风机的静压效率风机的静压

8、效率 j ： 通常泵或风机的效率，是由实验确定的。通常泵或风机的效率，是由实验确定的。 5.5.转速：转速：指泵或风机叶轮每分钟的转数，即指泵或风机叶轮每分钟的转数，即“r/min”10001000pQQHNeNjjppO返回2022-2-9 叶轮几何形状及参数叶轮几何形状及参数 速度三角形速度三角形 叶轮的欧拉方程式叶轮的欧拉方程式 叶轮叶轮及其对性能的影响及其对性能的影响O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9 理想叶轮的欧拉方程式理想叶轮的欧拉方程式 理想化条件下单位重量流体的能量增量与流体理想化条件下单位重量流体的能量增量与流体在叶轮中运动的关系，即欧拉方程：

9、在叶轮中运动的关系，即欧拉方程： 实际叶轮的欧拉方程式实际叶轮的欧拉方程式 实际叶轮工作时，流体从外加能量所获得的理实际叶轮工作时，流体从外加能量所获得的理论扬程值。这个公式也叫做理论扬程方程式。论扬程值。这个公式也叫做理论扬程方程式。TTTTvuvugH11221uuTT2u21u11Huvu vgO返回2022-2-9 当当 290时，时，ctg 20，这时，这时HTu22/2g，叶片出口按径向装设，叶片出口按径向装设，这种叶型叫做这种叶型叫做径向叶型径向叶型。 当当 20，这时，这时HT90时，时，ctg 2u22/2g，叶片出口和叶轮旋转方，叶片出口和叶轮旋转方向相同，这种叶型叫做向相

10、同，这种叶型叫做前向叶型前向叶型。 O返回2022-2-9根据以上分析，似乎可得出如下结论：根据以上分析，似乎可得出如下结论： 具有前向叶型的叶轮所获得的扬程最具有前向叶型的叶轮所获得的扬程最大，其次为径向叶型大，其次为径向叶型，而后向叶型的而后向叶型的叶轮所获得的扬程最小叶轮所获得的扬程最小。 因此似乎具有前向叶型的泵或风机的因此似乎具有前向叶型的泵或风机的效果最好。效果最好。O返回2022-2-9 实践证明，在其它条件相同时，尽管前向叶型的泵和风实践证明，在其它条件相同时，尽管前向叶型的泵和风机的总的扬程较大，但能量损失也大，效率较低。机的总的扬程较大，但能量损失也大，效率较低。 因此，因

11、此，离心式泵全都采用后向叶轮。离心式泵全都采用后向叶轮。 在在大型风机大型风机中，为了增加效率或降低噪声水平，也几乎中，为了增加效率或降低噪声水平，也几乎都采用后向叶型都采用后向叶型。 但就中小型风机而论，效率不是主要考虑因素，也有采但就中小型风机而论，效率不是主要考虑因素，也有采用前向叶型的，这是因为叶轮是前向叶型的风机，在相用前向叶型的，这是因为叶轮是前向叶型的风机，在相同的压头下，轮径和外形可以做得较小。同的压头下，轮径和外形可以做得较小。 在在微型风机微型风机中，中，大都采用前向叶型大都采用前向叶型的多叶叶轮。至于径的多叶叶轮。至于径向叶型叶轮的泵或风机的性能，显然介于两者之间。向叶型

12、叶轮的泵或风机的性能，显然介于两者之间。O返回2022-2-9第第三三节节 离心泵与风机的离心泵与风机的实际实际性能曲线性能曲线 泵和风机的能量损失泵和风机的能量损失 泵和风机的实际性能曲线泵和风机的实际性能曲线 离心风机的选择性能曲线离心风机的选择性能曲线O返回2022-2-9泵或风机损失可分为： 流动水力损失(降低实际压力)， 容积损失(减少流量) 机械损失O返回2022-2-9 离心泵的扬程H与风机的压头p、轴功率N以及及效率均随流量而变，一般均由实验测出：H=fH(Q) p=fp(Q) N=fN(Q) =f(Q) 它们之间的关系可用图1.37所示的离心风机工作性能曲线表示。 在风机出厂

13、前由风机制造厂测定，列入产品样本或说明书中，供使用部门选择风机和操作时参考。 各种型号的离心风机都有其本身独有的性能曲线，但它们都有一些共同的规律：O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9O返回2022-2-9 泵的扬程（风机的压头）一般随流量加大而下降；泵的扬程（风机的压头）一般随流量加大而下降； 泵与风机的轴功率在流量为零时为最小，随流量的泵与风机的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故增大而上升。故在启动时，应关闭出口阀门，以减在启动时，应关闭出口阀门，以减少启动电流，保护电机；少启动电流，保护电机； 随着流量加大，风机的效率出现一极大值。随着流量加大

14、，风机的效率出现一极大值。泵与风泵与风机在与最高效率点相对应的流量及扬程与压头下运机在与最高效率点相对应的流量及扬程与压头下运转最为经济。转最为经济。 该最高效率点称为该最高效率点称为风机的设计点风机的设计点，对应的参数为最，对应的参数为最佳工况参数。铭牌上标出的性能参数即是最高效率佳工况参数。铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数。点对应的参数。O返回2022-2-9 泵与风机一般不大可能恰好在设计点运行，但应尽泵与风机一般不大可能恰好在设计点运行，但应尽可能在高效区（在最高效率的可能在高效区（在最高效率的9292范围内）工作。范围内）工作。 离心风机的性能曲线随转速而变，因而性能曲线

15、图离心风机的性能曲线随转速而变，因而性能曲线图上或说明书中一定标出测定时的转速。上或说明书中一定标出测定时的转速。 一般性能曲线的测定条件一般性能曲线的测定条件: : 对于风机，对于风机，大气压强为大气压强为101.325kpa101.325kpa、大气空气温度为、大气空气温度为2020( (锅炉引风机为锅炉引风机为20200 0)，相对湿度为，相对湿度为50%50%下进行下进行的的，此时空气密度为，此时空气密度为1.2kg/m1.2kg/m3 3。 对于泵，对于泵，大气压强为大气压强为101.325kpa101.325kpa、大气空气温度为、大气空气温度为2020，清水。，清水。O返回202

16、2-2-98-184-108-184-10离心风机的性能选择曲线离心风机的性能选择曲线O返回2022-2-9第第四四节节 相似律在相似律在泵与风机的泵与风机的实际应用实际应用 风机的无因次性能曲线风机的无因次性能曲线 比转数比转数 密度改变时性能参数的换算密度改变时性能参数的换算 转速改变时性能参数的换算转速改变时性能参数的换算 泵叶轮切削时性能参数的换算泵叶轮切削时性能参数的换算 叶轮直径与转数均改变时性能参数的换算叶轮直径与转数均改变时性能参数的换算O返回2022-2-9一、风机的无因次性能曲线一、风机的无因次性能曲线 系列系列：泵与风机设计、制造通常是按泵与风机设计、制造通常是按“系列系

17、列”进行的。进行的。 同一系列中，大小不等的泵或风机都是相似的，即它同一系列中，大小不等的泵或风机都是相似的，即它们之间的流体力学性质遵循力学相似原理。们之间的流体力学性质遵循力学相似原理。 按系列进行生产的原因之一是因为流体在机内的运动按系列进行生产的原因之一是因为流体在机内的运动情况十分复杂，以致目前不得不广泛利用已有泵和风情况十分复杂，以致目前不得不广泛利用已有泵和风机的数据作为设计的依据。机的数据作为设计的依据。 有时，由于实型泵或风机过大，就运用相似原理先在有时，由于实型泵或风机过大，就运用相似原理先在较小的模型机上进行试验，然后再将试验结果推广到较小的模型机上进行试验，然后再将试验

18、结果推广到实型机器。实型机器。O返回2022-2-9一、风机的无因次性能曲线一、风机的无因次性能曲线2223 6 0 04QQDu 232210004NNDu 22upp 43653/s.HQnn O返回2022-2-9二、比转数二、比转数1. 1.比转数的概念比转数的概念 同一类型泵或风机，不论其尺寸大小，而反映其同一类型泵或风机，不论其尺寸大小，而反映其流量流量Q，扬程，扬程(全压全压)H以及转数以及转数n之间关系的类型性之间关系的类型性能代表量能代表量比转数比转数ns。 水泵的比转数：水泵的比转数： 式中：式中： Q的单位为的单位为m3/s、H的单位为的单位为m、n的单位为的单位为r/m

19、in； 双吸泵流量除以双吸泵流量除以2；多级泵扬程除以级数。；多级泵扬程除以级数。O返回2022-2-9二、比转数二、比转数2.2.比转数的实用意义：比转数的实用意义： 比转数大表明其流量大而压头小；反之，比转数小比转数大表明其流量大而压头小；反之，比转数小时，表明流量小而压头大。时，表明流量小而压头大。 比转数可以反映该系列泵或风机在结构上的特点。比转数可以反映该系列泵或风机在结构上的特点。 因为比转数大的机器流量大而压头小，故其进出口叶轮因为比转数大的机器流量大而压头小，故其进出口叶轮面积必然较大，即进口直径面积必然较大，即进口直径D0与出口宽度与出口宽度b2较大，而轮较大，而轮径径D2则

20、较小，因此叶轮厚而小。则较小，因此叶轮厚而小。 反之，比转数小的机器流量小而压头大，叶轮的反之，比转数小的机器流量小而压头大，叶轮的D0与与b2小而轮径小而轮径D2较大，故叶轮相对地扁而大。较大，故叶轮相对地扁而大。O返回2022-2-9二、比转数二、比转数2.2.比转数的实用意义：比转数的实用意义： 比转数可以反映性能曲线变化的趋势。对于直径比转数可以反映性能曲线变化的趋势。对于直径D2相同的叶轮来说，低比转数的机器由于压头增相同的叶轮来说，低比转数的机器由于压头增加较多，故流道一般较长，比值加较多，故流道一般较长，比值D2/D0和出口安装和出口安装角角2也较大。也较大。QpN O返回202

21、2-2-9二、比转数二、比转数O返回2022-2-9三、密度改变时性能参数的换算三、密度改变时性能参数的换算 由前述可知，由前述可知，生产厂家生产厂家产品样本中产品样本中所提出的性能所提出的性能数据是在标准条件经试验得出的。数据是在标准条件经试验得出的。 当当流流体体( (主要是气体主要是气体) )性质（温度、压强）、风机性质（温度、压强）、风机的结构尺寸、风机的转速等参数任一个发生变化的结构尺寸、风机的转速等参数任一个发生变化时，都会改变风机的性能，此时需要对风机的性时，都会改变风机的性能，此时需要对风机的性能参数或性能曲线进行换算能参数或性能曲线进行换算。 利用相似律计算这类问题时，由于机

22、器是同一台，利用相似律计算这类问题时，由于机器是同一台，大小尺寸未变，且转速也未变，以角标大小尺寸未变，且转速也未变，以角标“O”O”代表代表样本条件，将相似律式简化为温度修正式。样本条件，将相似律式简化为温度修正式。O返回2022-2-9三、密度改变时性能参数的换算三、密度改变时性能参数的换算 由前述可知，由前述可知，生产厂家生产厂家产品样本中产品样本中所提出的性能所提出的性能数据是在标准条件经试验得出的。数据是在标准条件经试验得出的。 当当流流体体( (主要是气体主要是气体) )性质（温度、压强）、风机性质（温度、压强）、风机的结构尺寸、风机的转速等参数任一个发生变化的结构尺寸、风机的转速等参数任一个发生变化时，都会改变风机的性能，此时需要对风机的性时，都会改变风机的性能，