泵与风机课堂版课件

授课计划：共32学时（每周4学时）其中4学时实验，2学时课内考试考核方式闭卷（卷库）平时、实验、期末20%10%70%授课计划：1绪论绪论2第一节

泵与风机在国民经济中的应用第一节

泵与风机在国民经济中的应用3一、定义：

将原动机的机械能转化为被输送流体能量（压能、动能），并实现流体定向输送的一种动力设备。一般，输送液体：泵；输送气体：风机一、定义：4二、应用广泛农业：灌溉采矿工业：排水、通风机械工业：润滑（泵）、冷却（泵、风机）建筑工业：给排水、通风、空调、供暖医学：人工心脏二、应用5特别电力工业：火电：煤粉、天然气燃烧需要空气；

燃烧后产生烟气，燃气

工质水，

润滑冷却水、油核电：工质水，润滑冷却书，图0-1特别电力工业：6三、重要性全国泵与风机耗电量约占全国发电量的1/3。

安全、高效运行具有重要意义

电力行业锅炉给水泵，心脏送引风机，呼吸系统消耗大部分的厂用电三、重要性7第二节

泵与风机的分类第二节

泵与风机的分类8分类一、按产生能头大小低压泵（<2MPa）中压泵(2〜6MPa)高压泵(>6MPa)通风机（<15KPa）鼓风机(15〜340KPa)压气机(>340KPa)分类低压泵（<2MPa）通风机（<15KPa）9二、按工作原理分类叶片式容积式其它叶片对流体做功

工作室容积周期改变二、按工作原理分类101、叶片式根据力的作用方式不同：离心、混流、轴流轴流斜流旋涡离心1、叶片式轴流斜流旋涡离心11叶轮离心斜流轴流旋涡叶轮离心斜流轴流旋涡122、容积式工作元件运动方式：回转、往复回转往复2、容积式回转13回转式（齿轮泵）回转式（齿轮泵）14回转式（螺杆泵）单螺杆、双螺杆、三螺杆回转式（螺杆泵）单螺杆、双螺杆、三螺杆15往复式（活塞泵）往复式163、其它喷射泵高速气流或水流形成真空抽吸3、其它喷射泵高速气流或水流17三、按轴与基准的相对位置卧式立式

平行垂直三、按轴与基准的相对位置18四、按用途

给水泵、循环水泵、冷却水泵送风机、引风机、增压风机四、按用途19第三节

泵与风机的主要部件第三节

泵与风机的主要部件20一、离心式泵与风机的主要部件(一)离心式泵的主要部件

叶轮、轴、吸入室、压出室、导叶、密封装置等

一、离心式泵与风机的主要部件(一)离心式泵的主要部件211、叶轮作用：做功元件分类：封闭叶轮半开叶轮全开叶轮（前后盖板、轮毂、叶片）（吸入口个数：单吸、双吸）特点：效率高效率低适用场合：输送清水输送含杂质流体1、叶轮作用：做功元件22离心泵，根据轴上叶轮个数分为：单级泵、多级泵离心泵，根据轴上叶轮个数分为：232、轴作用：传递扭矩分类：水平、阶梯轴套；保护轴2、轴作用：传递扭矩轴套；保护轴243、吸入室定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。作用：以最小阻力损失，将流体

平稳引入叶轮3、吸入室定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。25锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失较大；分段多级泵。半螺旋形：有预旋，能头降低，流动损失小；大型单级、多级泵。弯管：流动损失小，轴向尺寸大，大型单级、多级泵。锥形环形半螺旋形弯管锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。锥形264、压水室定义：叶轮出口到泵出口法兰之间的流动空间。作用：在最小阻力损失下，将流体从叶轮收集起来并引出。类型：环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失大。节段多级泵。螺旋形：流动损失小。单级、多级泵。4、压水室275、导叶（导向叶轮）

多级泵必须有导叶作用：汇集叶轮出口流体，在最小损失下，将流体引入下级叶轮或压出室；同时并将部分动能变为压能。分为：径向式轴向尺寸大，加工简单流道式损失小，结构复杂5、导叶（导向叶轮）286、密封装置类型：密封环叶轮与泵壳间间隙轴向密封装置（轴封）轴端与泵壳间间隙6、密封装置29密封环平环角环迷宫式密封环平环30轴封(1)填料密封（填料箱，压盖）结构简单、成本低、效果差；(2)机械密封（动环，静环）结构复杂、安装运行要求高、效果最好；

(3)浮动环（浮动环，浮动套）结构简单，效果好，轴向尺寸大(4)迷宫迷宫形式不同，效果不同小型泵高温高压高转速泵轴封小型泵31（二）离心风机主要部件主要部件：叶轮、轴、集流器、蜗壳、进气箱

（相当于离心泵：吸入室，压出室）

（二）离心风机主要部件主要部件：32(1)叶轮:叶片，前盘，后盘，轮毂

叶片：直板，弯板，翼型（中空）(2)轴(3)集流器：叶轮前，最小损失引导流体进入叶轮圆筒形、圆锥形、锥弧形(4)进气箱：由于结构、布置上的需要，为改善进气条件、减小进气损失。

（若有，在集流器前）(1)叶轮:叶片，前盘，后盘，轮毂33二、轴流式泵与风机主要部件主要部件：叶轮、轴、吸入室（集流器）、扩压筒、导叶导叶：改变流体流动方向、减小损失、部分动能转变为压能二、轴流式泵与风机主要部件主要部件：34第四节

泵与风机主要性能参数第四节

泵与风机主要性能参数35主要参数：流量、扬程（全压）、功率、效率一、流量流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量。主要参数：一、流量36二、扬程（全压）

扬程：单位重量的流体通过泵后获得的能量。Hm

全压：单位体积的气体通过风机后获得的能量。pPa二、扬程（全压）37三、功率有效功率：流体通过泵与风机获得的功率（单位时间获得的能量）Pew,kw轴功率：原动机传到泵与风机轴上的功率。P四、效率有效功率是输出功率轴功率输入功率三、功率38五、转速轴每分钟的转数

nr/min六、汽蚀余量五、转速39第五节

泵与风机发展趋势第五节

泵与风机发展趋势40一、大容量，高参数二、高转速三、高效率四、高可靠性五、低噪音一、大容量，高参数41第一章

泵与风机的叶轮理论第一章

泵与风机的叶轮理论42第一节

离心式泵与风机的叶轮理论第一节

离心式泵与风机的叶轮理论43

原动机带动叶轮旋转——叶片对流体做功——

流体能量增加——离心力作用下流体流出叶轮——

叶轮中心形成真空——外部流体流入叶轮——叶轮连续旋转——流体连续吸入排出。一、离心式泵与风机的工作原理原动机带动叶轮旋转——叶片对流体做功44二、流体在叶轮中的运动及

速度三角形（一）运动

复杂1、流体随叶轮旋转运动

——圆周运动或牵连运动,u2、流体相对于旋转的叶轮从叶轮入口到出口

——相对运动,w二、流体在叶轮中的运动及45实际运动：周运动u与相对运动w的合运动

uwv实际运动：uwv46（二）速度三角形分析为便于分析，假设：

1、理想叶轮（叶片无限多、无限薄）流体沿叶片型线流动，相对运动速度w方向为叶片的切线方向。

2、理想流体（无粘性）不考虑损失（二）速度三角形分析47为便于分析，总结7个元素：

u，w，v，vm

（绝对速度径向分速度）

vu（绝对速度圆周分速度）

α:绝对速度角（绝对速度与圆周速度方向夹角）

β：相对速度角或流动角β（相对速度与圆周速度反方向夹角）附：βa：安装角（叶片切线方向与圆周速度反方向夹角），

理想叶轮，流动角=安装角为便于分析，总结7个元素：48（三）任意点速度三角形绘制

7个元素uwvvm

vuαβ,中任意3个，唯一决定速度三角形

常用公式：Ψ——排挤系数，反映由于叶片厚度对通流面积的影响。（三）任意点速度三角形绘制Ψ——排挤系数，反映由于叶片厚度对49例题：有一离心泵，叶轮外径D2=0.6m，出口宽度b2=0.1m，叶片出口安装角β2a=22°，转速n=1200r/min，流量qv=0.5m3/s，画出口速度三角形。β2=β2a=22°u2β2=22°例题：有一离心泵，叶轮外径D2=0.6m，出口宽度b2=050三、能量方程及其分析叶片式泵与风机：叶片对流体作用力，力做功，流体能量增加。与力矩有关。动量矩定理：单位时间内流出的动量矩-流入动量矩=作用在流体上的外力矩三、能量方程及其分析叶片式泵与风机：51泵与风机课堂版课件52泵风机泵53动扬程静扬程动能压能能量方程式分析：

参考教材p23

根据余弦定理，能量方程可化为动扬程静扬程能量方程式分析：

参54四、离心式叶轮叶片型式分析后弯径向前弯β2a<90°β2a=90°β2a>90°四、离心式叶轮叶片型式分析后弯径向55为便于分析，假设:

（1）叶轮外径相同,流量相同,转速相同

—v2m相同,u2相同出口速度三角形等底等高（2）流体径向进入叶轮

—α1=90,V1u=0为便于分析，假设:（2）流体径向进入叶轮56(一)理论扬程

HTބ=HTބ=(u2V2uބ

-u1V1uބ)/g=(u2V2uބ)/g

HTބ后弯<HTބ径向弯<HTބ前弯(一)理论扬程57(二)静扬程所占的比例（反作用度τ）

后弯

径向

前弯V2u

0～u2u2u2～2u2β2a

0～arctan(v2m/u2)9090～arctan(v2m/2u2)τ1～1/21/21/2～0τ后弯>τ径向>τ前弯(二)静扬程所占的比例（反作用度τ）58(三)效率后弯:流道长,变化平缓,出口绝对速度小,损失小,效率高,噪音低.前弯:流道短,变化剧烈,出口绝对速度大,损失大,效率低,噪音高.径向:性能介于两者间,出口径向,不易积灰工艺简单.(三)效率59叶型的选择：各有特点，如何选择？一般，离心泵，流动的为液体，功率大，为提高效率，降低轴功率，一般采用后弯。离心风机，三种叶型都有。要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。叶型的选择：60例题：

有一离心风机，叶轮内径D1=0.3m，外径D2=0.8m，转速n=800n/r，若气体以v1=10m/s的速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。(1)画叶轮进出口处速度三角形;(2)不计叶片厚度，求理论全压为多少？解：1、气体径向进入叶轮

α1=90ov1=v1mu1=πD1n/60=12.56m/s

由α1v1u1例题：612、出口速度三角形

u2=πD2n/60=33.5m/s出口相对速度为径向

β2=90ov2m=wv2u=u2qv1=qv2πD1b1v1m=πD2b2v2m

v2m=3.75m/s由β2

v2mu2pTބ=ρ(u2V2u-u1V1u)=ρ(u2V2u)=ρu22=1347Pa2、出口速度三角形pTބ=ρ(u2V2u-u1V1u)=62理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮

与实际不符修正五、实际叶轮中运动

实际叶轮，叶片有限个，流道有宽度

轴向涡流实际叶轮中，相对于旋转叶轮，流体在流道中等角速度反方向旋转。

影响：流体出口相对速度角减小，流动角小于安装角，理论扬程下降。理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮63不是损失六、实际流体流动实际流体，损失修正：流动效率

修正：滑移系数σ或环流系数K

半经验公式计算

不是损失修正：滑移系数σ或环流64七、预旋

预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。

无预旋预旋的产生自由预旋、强制预旋自由预旋流量改变引起流量变小正预旋能头降低

流量增加负预旋能头增加强制预旋结构原因如半螺旋吸入室七、预旋预旋的产生自由预旋、强制预旋65正预旋（与叶轮旋转方向相同）α1<90，v1u>0能头降低负预旋（与叶轮旋转方向相反）α1>90，v1u<0,能头增加

正预旋负预旋正预旋（与叶轮旋转方向相同）66习题习题67第二节

轴流式泵与风机叶轮理论第二节

轴流式泵与风机叶轮理论68一、概述原理：原动机带动叶轮旋转——叶片对流体做功——

流体能量增加——升力（轴向推力）作用下流体流出叶轮一、概述原理：69特点：（1）结构简单、体积小、重量轻（2）流量大，能头低（3）叶片角度可调，变工况调节性能好（4）叶片可调，转子结构较复杂（5）噪音大特点：70二、流体在叶轮中运动及速度三角形运动复杂：圆周运动、相对运动实际运动二、流体在叶轮中运动及速度三角形运动复杂：71三、速度三角形分析为便于分析，假设：（离心，假设：理想叶轮，理想流体）

圆柱层无关（流体沿圆柱面分层流动）在轴向不发散，流动半径不变。

进出口u1=u2=u

理想流体不考虑损失分析：

速度三角形与离心式相似，但三、速度三角形分析72

速度三角形特点(1)由于圆柱面分层流动，流动半径不变，对于任意点,u1=u2=uu不变，进、出口速度三角形画在一起，共用u。速度三角形特点73泵与风机课堂版课件74(2)对于任意点，绝对速度的轴向分速度Vm(即Va）不变。

(分层流动,u不变，流量不变)Vm：周面速度，

对于离心，Vm径向分速度也可写为Vr

对于轴流，Vm轴向分速度也可写为Va

轴向进入叶轮，v1u=0,v1=vm(2)对于任意点，75

Δβ气流折转角

Δβ=β2-β1轴流叶轮入口断面积小于出口断面积叶片圆头尖尾，w1>w2,提高能头四、能量方程

（3）β1〈β2

（w1>w2,提高能头）

Δβ气流折转角（3）β1〈β276分析u1=u2，理论能头少一项，理论能头比离心式低

β1〈β2，w1>w2，能头提高分析理论能头比离心式低77绕流升力理论见P49五、轴流式泵与风机基本类型（1）单个叶轮

速度三角形

出口速度有圆周分速度，即出口旋转，有能量损失（2）单个叶轮，后置导叶（3）单个叶轮，前置导叶（4）单个叶轮，前后置导叶绕流升力理论出口速度有78例题

有一轴流泵，在叶轮半径300mm处，水以10m/s速度沿轴向流入，若出口绝对速度为15m/s，叶轮转速1000r/min，求理论扬程。（轴流，等环量或能量设计，对于任意点，计算半径不同，但最终获得能量均相同）例题有一轴流泵，在叶轮半径300mm处，水79解：

轴向流入，V1u=0V=V1m

u1=u2=u=2πrn/60=31.4m/s

根据轴流速度三角形特点

V2m=V1m=10m/s

解：

轴向流入，V1u=0V=80习题习题81

例题：某离心通风机，叶轮外径D2=500mm，叶片出口宽度b2=80mm，叶片出口安装角β2a=30o，当转速n=1000r/min，流量qv=0.628m3/s，若空气的密度ρ=1.2kg/m3，空气沿径向流入叶轮，设滑移系数为0.88，求风机的理论全压。例题：某离心通风机，叶轮外径D2=500mm，叶片82空气沿径向流入叶轮V1u=0出口速度三角形u2=πD2n/60=26.1m/sβ2a=30o

V2u=u2-v2mcot30=17.5m/s空气沿径向流入叶轮V2u=u2-v2mcot30=17.5m83

轴流泵叶轮转速1200r/min，水在d=0.4m直径处以绝对速度v=7m/s轴向流入叶轮，若出口相对速度比入口相对速度偏转35º，求该泵理论扬程为多少？轴流泵叶轮转速1200r/min，水在d=0.4m直径84

u=πDn/60=25.12m/s流体轴向流入叶轮V1=V1m=7m/s，α1=90出口相对速度比入口相对速度偏转35ºβ2=β1+35o

β1=arctan(7/25.12)=15.6oβ2=β1+35o=50.6o

u=πDn/60=25.12m/s出口相对速度比入口相85V2u=u2-v2mcot50.6=19.37m/sV2u=u2-v2mcot50.6=19.37m/s86第二章

泵与风机的性能第二章

泵与风机的性能87第一节

功率、损失与效率第一节

功率、损失与效率88一、功率1、轴功率原动机传到泵与机轴上的功率

Pw,kw输入2、有效功率流体通过泵与风机得到的功率

Pew,kw输出一、功率893、原动机功率原动机输出功率

PgPg=P/ηtmηtm传动效率4、原动机输入功率Pg,in

Pg,in=Pg/ηg5、选择原动机功率选择原动机时必须考虑的功率PMPM=Pg,in×KK安全富裕系数3、原动机功率90例一风机设计参数为：流量60000m3/h，全压1200Pa，效率85%，若将该风机与一电机直联传动，电动机铭牌功率24000w，效率98%，问风机能否正常工作？电动机铭牌功率为输入功率,不能正常工作例一风机设计参数为：流量60000m3/h，全压12091二、损失与效率

机械损失、容积损失、流动损失1、机械损失ΔPm、机械效率ηm

机械损失:（直接消耗、损失掉轴功率）

轴与轴承、轴与轴封叶轮圆盘摩擦

占机械主要部分，可达2%~10%

P

二、损失与效率92

Pdf=Kρu23D22

★与转速3次方成正比，外径5次方成正比

(提高转速)机械效率

ηm=(P-ΔPm)/PPdf=Kρu23D22932、容积损失ΔPv、和容积效率ηv

泄露（损失流量）叶轮、泵壳间；主要部分某些轴封处；轴向推力平衡装置处）容积效率

ηv=(P-ΔPm-ΔPv)/(P-ΔPm)2、容积损失ΔPv、和容积效率ηv943、流动损失ΔPv、和流动效率ηv

流动损失:（与流量有关，损失能头）

摩擦、扩散（kqv2）冲击k(qv-qvd)2流量变小，β减小，冲角（βa-β）为正，冲击在非工作面上，能量损失较小流量变大，β增大，冲角（βa-β）为负，冲击在工作面上，能量损失较大流动效率

ηh=(P-ΔPm-ΔPv-ΔPh)/(P-ΔPm-ΔPv)3、流动损失ΔPv、和流动效率ηv954、总效率

4、总效率96例某泵，入口真空表读数20kPa,出口压力表读数100Kpa，流量0.1m3/s，若轴功率14kw，(1)求总效率.(2)若机械效率97%，流动效率98%，求容积效率。解：能头p=（100+20）=120kPa=12.2m例某泵，入口真空表读数20kPa,出口压力表读数197第二节

泵与风机的性能曲线第二节

泵与风机的性能曲线98不同的泵，风机性能不同性能如何反映？性能参数全面、直观、形象性能曲线不同的泵，风机性能不同99性能曲线在一定的转速下（若轴流式，也要在一定安装角下），扬程（全压）、轴功率、效率等参数，随流量变化关系的曲线。

（横坐标为流量）获得方法

（1）理论分析不准确（2）试验测得

性能曲线100一、离心式泵与风机的性能曲线一、离心式泵与风机的性能曲线101

包括qv-H,qv-P,qv-η等（一）流量-扬程曲线

(1)理论方法找到扬程与流量的关系式,即可泵与风机能量方程

理想叶轮、理想流体、流体径向进入

包括qv-H,qv-P,qv-η等102泵与风机课堂版课件103泵与风机课堂版课件104

修正

……以后弯为例对理想叶轮修正环流系数，基本与流量无关，扬程降低下移对摩擦、涡流损失进行修正与流量平方成正比对冲击损失进行修正设计流量下，为零。对容积损失进行修正左移修正105理论得到的曲线与实际误差较大，一般以实验为准（2）实验方法改变流量，测量压力，功率计算绘图理论得到的曲线与实际误差较大，106大驼峰型平坦、陡降、驼峰三种（具有驼峰的，会出现不稳定工作状况）不稳定工作区大试验曲线前弯后弯大驼峰型107（二）流量-轴功率曲线前弯，随流量增加，轴功率迅速增加，易过载后弯，随流量增加，轴功率缓慢增加（二）流量-轴功率曲线前弯，108（二）流量-轴功率曲线空载工况：

流量为零的工况（1）空载功率不为零，

有机械损失和容积损失（2）启动：

离心式，随流量增加，轴功率增加，阀门全关，可避免原动机过载。空载启动（二）流量-轴功率曲线空载工况：109（三）流量-效率曲线最佳工况点：效率最高的工况点。高效区：最高效率的85%-90%的经济工作区后弯，高效区宽前弯，高效区窄（三）流量-效率曲线最佳工况点：效率最高的工况点。后弯，高效110二、轴流式泵与风机的性能曲线二、轴流式泵与风机的性能曲线111

倒“s”形或“马鞍”形原因：

d为设计工况点，

d-c,流量减小，冲角增大，升力系数增加，能头增加

c-b,流量减小,附面层分离，升力系数降低，能头降低

b-a,流量继续减小，流体二次回流，重新获得能量，能头增加。

d-e,流量增大，冲角减小，升力系数降低，能头降低（1）qv-H曲线:倒“s”形或“马鞍”形（1112空载功率：qv=0时功率，

qv=0时，p=max,空载功率最大随着流量增加，轴功率下降启动：轴流，随着流量增加，轴功率下降，阀门全开启动或小安装角下启动，避免电机过载。（2）qv-P曲线空载功率：qv=0时功率，（2）qv-P曲线113

qv=0，η=0安装角不变下,高效区窄,流量偏离设计工况时，效率迅速下降。但叶片角度可调，流量变化较大时，调节叶片安装角，性能曲线移动，仍可保持高效（123页）（3）qv-η曲线qv=0，η=0（3）qv-η曲线114补充（不考）容积式泵与风机性能曲线容积式，

小流量，高能头

流量一般不变，若变化流量，一般通过转速改变改变排出阀开启度，改变能头，性能曲线横坐标为能头补充（不考）115齿轮泵和螺杆泵用途：用于输送流量小、输出压强高的高粘性流体。齿轮泵和螺杆泵116活塞泵和柱塞泵特点：在理论上，这种泵可以达到任意大的扬程；通过改变转速调节流量，通过排出阀开启度调节扬程；当需要产生很高压强时（10MPa以上），采用柱塞泵。活塞泵和柱塞泵117

第三节性能曲线的测试方法第三节118第三章

相似理论在泵与风机中的应用第三章

相似理论在泵与风机中的应用119泵与风机相似理论相似设计相似换算泵与风机相似理论120第一节相似条件一、几何相似二、运动相似三、动力相似前提结果保证

在泵与风机的流动中，流体的动力相似可自动满足。（相似准则，雷诺数，平方阻力区，与雷诺数无关，自动模化）第一节相似条件一、几何相似前提在泵与风121第二节相似定律

相似的泵或相似的风机，在相似的工况下，性能参数间的关系。一、流量相似关系

m模型p原型第二节相似定律相似的泵或相似的风机，在122二、扬程、全压相似定律二、扬程、全压相似定律123三、功率相似定律三、功率相似定律124

若模型、原型转速相差不大（一般2倍以内），机械、容积、流动效率近似相等。因此，相似定律简化为：若模型、原型转速相差不大（一般2倍以内），125例题：有一离心风机，叶轮外径D2=1.2m，转速n=1000r/min，输送密度为ρ=1.2kg/m3的气体，流量q=10m3/s,全压3600Pa，若与之同一系列，但叶轮外径1.5m的风机，在转速1200r/min，输送密度为ρ=0.8kg/m3的气体时，流量、全压分别为多少？由题意知，满足相似定律例题：有一离心风机，叶轮外径D2=1.2m，转速n=1000126第三节相似定律的特例第三节相似定律的特例127相似定律只改变转速———比例定律只改变尺寸只改变密度相似定律128第四节比转速第四节比转速129设计、选型一般给定流量、扬程、转速等性能参数寻找一个包含qv、H、n的特征数

设计、选型130一、泵的比转速根据相似定律去掉叶轮外径一、泵的比转速去掉叶轮外径131（1）2/（2）3开四次方（1）2/（2）3开四次方132泵的比转速同理，风机的比转速泵的比转速同理，风机的比转速133比转速计算：1、不同工况，其数值不同。不作说明，代设计工况点参数2、双吸，qv---qv/23、多级H----H/i（i级数）4、相似的泵与风机在相似工况下，比转速相同；5、比转速相同，不一定相似比转速计算：134四、比转速应用设计、选型时，可以对泵与风机进行分类

随着ns升高，相同的转速、流量下，扬程减小叶片由狭长变为短宽，由离心泵变为混流泵、变为轴流泵四、比转速应用随着ns升高，相同的转速、流量135五、型式数

泵的比转速

有单位，作为相似特征数，应无单位如雷诺数、欧拉数等无因次相似特征数型式数五、型式数有单位，作为相似特征数，应无单位136例：有一5级双吸水泵，转速n=1000r/min,流量qv=120m3/h,扬程H=200m,求其比转速。低比转速泵例：有一5级双吸水泵，转速n=1000r/min,流量qv=137

第五节无因次性能曲线第五节138

相似的泵与风机，在相似的工况下，性能参数间有一定的比例关系(相似定律)相似的泵与风机，在相似的工况下，性能曲线有一定的关系，形状相同相似的泵与风机，在相似的工况下，性能参139性能参数有一定关系，去掉单位，用无单位的系数表示即；无因次性能参数相似的泵与风机，在相似的工况下，无因次性能参数相同。无因次性能参数，根据相似定律换算相似的泵与风机，在相似的工况下，无因次性能曲线相同性能参数有一定关系，去掉单位，用无单位的系数表示140如何换算相似的泵与风机在相似的工况下流量系数如何换算流量系数141同理压力系数功率系数同理压力系数功率系数142相似的泵与风机，具有相同的无因次性能曲线根据不同型号，可以进行相应的参数换算相似的泵与风机，具有相同的无因次性能曲线143

例：某风机叶轮外径0.8m,转速1200r/min，流量qv=0.02m3/s，全压p=1300Pa,效率85%，求该工况下的流量系数，全压系数和功率系数例：某风机叶轮外径0.8m,转速1200r/min，流量144

第六节通用性能曲线第六节145同一台泵、风机，不同转速下，性能曲线不同但有一定的关系同一台泵、风机，不同转速下，性能曲线不同146

不同转速下性能曲线绘制在同一张图上，并同时绘制出等效率曲线。

通用性能曲线不同转速下性能曲线绘制在同一张图上，并同时绘制出147第四章

泵的汽蚀第四章

泵的汽蚀148

第一节

汽蚀现象

及其对泵工作的影响第一节

汽蚀现象

及其对泵工作的影响149一、汽蚀现象液体，温度升高、压力降低，汽化，汽泡,高压区，凝聚、破裂，液体补充空穴、冲击力：温度升高，氧化腐蚀机械剥蚀汽蚀：

由于液体汽化，汽泡形成、发展，进入高压区，凝聚、破裂，引发液体高频碰撞，对材料造成破坏的全部过程。★

一、汽蚀现象液体，温度升高、压力降低，汽化，汽泡,150二、汽蚀对泵工作的影响

有液体流过的地方均有可能汽蚀汽蚀，泵运行中主要问题危害：★1、材料破坏2、振动、噪音3、性能下降二、汽蚀对泵工作的影响有液体流过的地方均有可能汽蚀151

低比转数的泵，流道狭长，汽泡易阻塞流道，造成流量、扬程、效率下降。高比转数的泵，流道短宽，汽泡不易阻塞流道，一般不出现明显性能下降。潜伏汽蚀：未影响泵性能的汽蚀断裂工况:发生汽蚀时，流量、扬程、效率急剧下降的工况。轴流泵一般没有明显的断裂工况，但仍要防止潜伏汽蚀。低比转数的泵，流道狭长，汽泡易阻塞流道，造成流152

离心泵轴流泵轴流泵一般没有明显的断裂工况离心泵153

第二节

吸上真空高度第二节

吸上真空高度1541、吸上真空高度Hs

用液体柱高表示的泵吸入口真空值。

pv=pa-pHs=pv/ρg

(泵吸入口压力越低、真空越高，进入泵后，越容易汽蚀。)

2、最大吸上真空高度Hs,max

泵发生断裂工况的吸上真空高度。1、吸上真空高度Hs155

3、允许吸上真空高度[Hs]

保证泵不汽蚀的吸上真空高度。

0.3m安全裕量液体是否汽化与所处温度、压力有关当地温度、压力影响允许吸上真空高度.3、允许吸上真空高度[Hs]1564、当地允许吸上真空高度[Hs]’当地非标准状况，修正压力越高，越不易汽蚀，允许吸上真空高度变大，修正，

加（Hamb-10.33）温度越高，越易汽蚀，允许吸上真空高度变小，修正

减

(Hv-0.24)

4、当地允许吸上真空高度[Hs]’1575、允许几何安装高度[Hg]

保证泵不汽蚀的最高几何安装高度。几何安装高度Hg

由管路入口和泵入口能量方程,知若Z1=0，则Z2=Hg5、允许几何安装高度[Hg]若Z1=0，则Z2=Hg158汽蚀判别：★

Hs<[Hs]不汽蚀；Hs>[Hs]汽蚀或

Hg<[Hg]不汽蚀;Hg>[Hg]汽蚀汽蚀判别：★159例题：有台水泵，从敞口水池吸水，水泵[Hs]=5.5m，安装在液面上4m，管内流速2m/s，若吸入管阻力1m，问水泵是否汽蚀？不汽蚀

例题：有台水泵，从敞口水池吸水，水泵[Hs]=5.5m，安装160例题：有台水泵，从敞口水池吸水，水泵[Hs]=5.5m，安装在液面上4m，管内流速2m/s，若吸入管阻力1m，问是否汽蚀？不汽蚀

例题：有台水泵，从敞口水池吸水，水泵[Hs]=5.5m，安装161例：有台离心泵，从敞口水池吸水，[Hs]=5.5m，泵安装在液面上4m，管内流速2m/s，若吸入管阻力1m，当地大气压为95Kpa，水温30度，问是否汽蚀？汽蚀

例：有台离心泵，从敞口水池吸水，[Hs]=5.5m，泵安装在162

第三节

汽蚀余量第三节

汽蚀余量163

吸上真空高度Hs，反映泵汽蚀性能的参数但入口非真空，也可汽蚀，此时Hs不适用汽蚀余量：(净正吸上水头NPSH）汽蚀与泵入口总能量、泵入口与叶轮入口间能量损失有关

一、有效汽蚀余量Δha

在泵的吸入口，单位重量的液体具有的超过汽化压力的富裕能头。吸上真空高度Hs，反映泵汽蚀性能的参数164以泵吸入口为基准

Zs=0吸入口能量超过汽化压力的富裕能头以泵吸入口为基准超过汽化压力的富裕能头165二、必需汽蚀余量Δhr泵内压力最低点压力高于汽化压力，泵不汽蚀泵内压力最低点

不是泵的入口位于叶轮入口边稍后处（k）二、必需汽蚀余量Δhr泵内压力最低点压力高于汽化压力，泵不汽166必需汽蚀余量Δhr

在泵吸入口，单位重量的液体，对泵内压力最低点的静压的能头降落。必需汽蚀余量Δhr167λ1、λ2与泵结构有关，V0、w0、叶片进口边前的绝对和相对速度其它条件不变，流量增大，Δhr增加λ1、λ2与泵结构有关，168泵内最低点压力pk大于汽化压力pv，泵不汽蚀即Δha>Δhr不汽蚀

Δha<Δhr汽蚀泵内最低点压力pk大于汽化压力pv，169三、Δha、Δhr

关系

Δha随流量增加而减小Δhr随流量增加而增加Δha=Δhr，临界点c，

Δhc临界汽蚀余量

Δha=Δhr=Δhc刚好发生汽蚀三、Δha、Δhr关系Δha随流量增加而减小170

k一般取0.3m为保证不汽蚀，将Δhc放大允许汽蚀余量[Δh]k一般取0.3m为保证不171判别：

Δha>[Δh]不汽蚀

Δha<[Δh]汽蚀判别：172例题有台泵[Δh]=3m，从敞口水池吸水送入敞口水箱，泵安装在液面上5m，管内流速2m/s，吸入管阻力1m，问是否汽蚀？不汽蚀例题有台泵[Δh]=3m，从敞口水池吸水送入敞口水箱173第四节

汽蚀相似定律及汽蚀比转速第四节

汽蚀相似定律及汽蚀比转速174评价泵的性能的参数，流量、扬程、功率、效率抗汽蚀性能，抗汽蚀性能参数必需汽蚀余量必需汽蚀余量，反映泵性能的参数设计选型汽蚀相似定律，汽蚀比转速评价泵的性能的参数，175一、汽蚀相似定律相似定律：

相似的泵在相似的工况下，流量、扬程、功率等性能参数满足一定的规律。相似的泵在相似的工况下，必需汽蚀余量Δhr间，也应存在一定关系。一、汽蚀相似定律176

若原型、模型（或两台泵）入口几何相似、工况相似根据若原型、模型（或两台泵）入口几何相似、工况相似177二、汽蚀比转速必需汽蚀余量Δhr可以反映某工况下泵的汽蚀性能好坏；但不能全面反映泵的汽蚀性能好坏；必需汽蚀余量的大小随流量、转速等性能参数变化。寻找一个包含其他工况参数的特征数二、汽蚀比转速178

同一台泵，流量变化，汽蚀性能可能发生变化，可能由不汽蚀变为汽蚀；转速变化，汽蚀性能可能发生变化，可能由不汽蚀变为汽蚀；寻找一个包含流量、转速等工况参数的特征数，来全面综合反映泵抗汽蚀性能同一台泵，流量变化，汽蚀性能可能发生变化，可179（1）2/（2）3，开四次方由相似定律吸入比转速（1）2/（2）3，开四次方由相似定律吸入比转速1801、不作特殊说明下，C代设计工况点参数计算(即最佳工况点)2、入口几何相似、工况相似，C相等。出口不相似，C可相等。3、双吸，qv---qv/2我国惯用的汽蚀比转速1、不作特殊说明下，C代设计工况点参数计算(即最佳181C大，相同的流量、转速下，必需汽蚀余量小，抗汽蚀性能好

c=1200～1600C小，相同的流量、转速下，必需汽蚀余量大，抗汽蚀性能差

c=600～800汽蚀比转速C可反映抗汽蚀性能好坏C大，相同的流量、转速下，必需汽蚀余量小，抗汽蚀性能好汽蚀比182三、托马汽蚀系数托马汽蚀系数三、托马汽蚀系数托马汽蚀系数183托马汽蚀系数优点：表达式简单缺点：将汽蚀与出口联系起来（扬程与出口有关），实际汽蚀与出口无关托马汽蚀系数184例：有一离心泵允许汽蚀余量[Δh]=2.2m，从水池输送20℃清水，叶轮吸入口直径600mm，流量qv=0.3m3/s，求允许吸上真空高度[Hs]例：有一离心泵允许汽蚀余量[Δh]=2.2m，从水池输送20185泵与风机课堂版课件186例有一安装在2m处离心泵，从水池输送20度清水，流量qv=0.15m3/s，H=47mn=970r/min,c=900,问是否汽蚀？不汽蚀例有一安装在2m处离心泵，从水池输送20度清水，流量qv=187

第五节

提高泵抗汽蚀性能的措施

第五节

提高泵抗汽蚀性能的措施

188Δha>Δhr不汽蚀

Δha<Δhr汽蚀提高Δha

降低ΔhrΔha>Δhr不汽蚀189一、降低必需汽蚀余量降低叶轮入口流速（增加叶轮入口直径、增加叶轮入口宽度）双吸叶轮增加前盖板转弯处曲率半径；进口边适当加长；一、降低必需汽蚀余量降低叶轮入口流速190二、提高有效汽蚀余量减小吸入管阻力；（适当增大吸入管直径，减少管道附件，尽量缩短管长）合理安排安装高度；前置泵；诱导轮；双重翼叶轮二、提高有效汽蚀余量减小吸入管阻力；191三、其他措施采用抗汽蚀性能好的材料；超汽蚀泵（主叶轮前，超汽蚀叶轮，类似轴流式，但翼型薄而尖，诱发汽泡，汽泡覆盖翼型，保护叶片）三、其他措施采用抗汽蚀性能好的材料；192习题习题1931有台水泵，从敞口水池吸水，水泵[Hs]=5.5m，安装在液面上3m，管内流速2m/s，若吸入管阻力1.2m，问是否汽蚀？若使用时的海拔高度提高，实际安装高度，将如何变化？2有台泵允许汽蚀余量[NPSH]=3.5m，从敞口水池吸水,水温是20C,泵安装在液面上4m，吸入管阻力1m，问是否汽蚀？若水温提高，汽蚀的可能性将如何变化？1有台水泵，从敞口水池吸水，水泵[Hs]=5.5m，安装在194第五章泵与风机的运行第五章195泵与风机运行，与管路连接起来工作工作特性与管路特性有关泵与风机运行，196一、管路特性曲线管路特性曲线：

管路中通过的流量与所需能量之间的关系曲线。管路输送流体为何需要能量？克服管路阻力，满足压能、位能的变化装置扬程，Hc，管路输送流体所需的扬程。由泵或风机提供一、管路特性曲线197对于管路特性曲线横坐标流量，纵坐标装置扬程如何确定装置扬程？工作时根据装置扬程=扬程对于管路特性曲线198工作时，装置扬程=扬程工作时，装置扬程=扬程199静扬程，Hst,与流量无关静扬程，Hst,与流量无关200二、工作点工况点：性能曲线上的任一点，对应于一组性能参数。工作点：

管路特性曲线与泵与风机性能曲线的交点。二、工作点201工作点分为：稳定工作点和不稳定工作点稳定工作点：在干扰下，能够自动回复到原位置的工作点。不稳定工作点：在干扰下，不能够自动回复到原位置的工作点。工作点分为：稳定工作点和不稳定工作点202判别

画图分析交点在下降段，稳定交点在上升段，非稳定具有驼峰性能曲线，有不稳定工作区管路陡，不合理。不会出现判别管路陡，不合理。203例题：水泵的性能曲线绘于图中，（qv:L/s）。确定该泵工作时的流量。解：描点，画管路特性曲线根据管路特性曲线方程与性能曲线的交点。管路特性曲线方程为例题：水泵的性能曲线绘于图中，（qv:L/s）。确定该泵工作204qv(L/s)010203040Hc(m)1015305590描点，作管路特性曲线交点A，为工作点qv(L/s)010203040Hc(m)101530559205例题：水泵的性能曲线绘于图中，（qv:L/s）.若该泵可以变速，确定该泵在1200r/min工作时的流量。解：画1200r/min性能曲线，画管路特性曲线交点管路特性曲线方程为例题：水泵的性能曲线绘于图中，（qv:L/s）.若该泵可以变2061、在转速n=1450r/min的性能曲线上任意找若干点。A、B、C、D、E…2、在转速n=1200r/min下，一定有对应的点A’、B’、C’、D’、E’…与之相似且3、确定A’点，同理4、连接A’、B’、C’、D’、E’…1、在转速n=1450r/min的性能曲线上任意找若干点。A207ABCDEqv(L/s)1020304050Hc(m)38373532251、在转速n=1450r/min的性能曲线上任意找若干点。A、B、C、D、E…ABCDEqv(L/s)1020304050Hc(m)3832082、在转速n=1200r/min下，一定有对应的点A’、B’、C’、D’、E’…与之相似且2、在转速n=1200r/min下，一定有对应的点A’、B’209A’B’C’D’E’qv(L/s)8.316.624.933.241.5Hc(m)2625.323.921.917.1A’B’C’D’E’qv(L/s)8.316.624.933210第二节泵与风机的联合工作第二节211一台不能满足要求联合工作

串联、并联一台不能满足要求212一、泵与风机并联工作

两台或两台以上的泵或风机同时向同一管路输送流体。特点？（一）性能相同两台泵并联画图扬程相同，总流量等于各台泵流量相加……一、泵与风机并联工作213特点（与并前单台泵比较）流量增加，但并没成倍增加扬程也增加了管路性能曲线越平坦，效果越好泵性能曲线越陡，效果越好特点214适用场合1、机组扩容（在保留原有设备基础上，并联，增加流量）；2、安全（一台故障时，另外一台仍可以保证系统运行）3、调节增减并联运行的台数，改变系统流量适用场合215（二）性能不同两台泵并联画图注意避免性能差别过大的泵并联（二）性能不同两台泵并联216二、泵与风机串联工作前台泵或风机的出口向后台泵或风机的入口输送流体特点？（一）性能相同两台泵串联流量相同，总扬程等于各台泵扬程相加画图……二、泵与风机串联工作217串联特点（与串前单台泵比较）扬程增加，但并没成倍增加流量也增加了泵性能曲线越平坦，效果越好管路性能曲线越陡，效果越好串联特点218适用场合1、没有单台能满足扬程需求时若干台串联运行2、管路改造阻力增大（在保留原有设备基础上，串联，增加扬程、流量）；适用场合219（二）性能不同两台泵串联画图注意避免性能差别过大的泵串联（二）性能不同两台泵串联220三、联合工作方式的选择如增加流量，应并联还是串联？并联可以、串联也可以如何选择？画图比较三、联合工作方式的选择221管路特性曲线平坦，并联管路特性曲线陡，串联。即是串还是并，由管路决定。管路特性曲线平坦，并联222日常和现场中：增加流量并联，增加扬程串联？说法错误？现场中要增加流量，一般指流量不足,但扬程基本满足要求，管路特性曲线一定，相对，泵与风机性能曲线陡，并联现场中要增加扬程，一般指流量基本满足要求，但扬程不足，管路特性曲线一定，相对泵与风机性能曲线平坦，串联

注意与理论上说法的区别日常和现场中：增加流量并联，增加扬程串联？说法错误？223理论上泵与风机一定，管路不定理论上：不论增加流量还是扬程，管路特性曲线平坦，均应并联不论增加流量还是扬程，管路特性曲线陡，均应串联理论上泵与风机一定，管路不定224第三节运行工况调节第三节225工况调节

为了满足外界负荷变化，人为地改变工作点。办法（原理）

改变管路特性曲线改变泵、风机性能曲线同时改变工况调节226一、节流调节

改变管路上节流元件的开度来调节流量。（一）出口节流

改变出口管路上节流元件的开度，来调节流量。原理：改变管路特性曲线一、节流调节227节流，关小阀门，阻力变大，管路特性曲线变陡流量减小节流，关小阀门，228优点：简单、可靠缺点：损失大（节流损失ΔH），单侧调节（流量一般只能调小）优点：229（二）入口节流改变入口管路上节流元件的开度，来调节流量。原理：改变管路特性曲线，同时改变风机性能曲线（入口节流，损失较大，会引起泵的汽蚀，泵一般不采用）（二）入口节流230画图分析入口节流入口节流，改变风机性能曲线,同时改变管路特性曲线画图分析入口节流231优点：简单、可靠缺点：损失较大（ΔH）单侧调节（流量一般只能调小）优点：232画图分析入口节流比出口节流经济ΔH1出口节流损失ΔH2入口节流损失画图分析入口节流比出口节流经济ΔH1出口节流损失233二、入口导流器调节

改变离心风机入口导流器的开度，来调节流量。原理：改变风机性能曲线二、入口导流器调节234画图分析入口导流器调节入口导流器调节,改变风机性能曲线,

管路特性不变画图分析入口导流器调节235优点：简单、可靠缺点：调节损失较大（不是节流损失，要结合流量-功率曲线分析调节损失）优点：236画图分析入口导流器调节比出口节流经济A入口导流器调节工作点B出口节流调节工作点画图分析入口导流器调节比出口节流经济A入口导流器调节工作点237三、汽蚀调节

离心泵汽蚀，性能下降，可以用来调节流量。原理：改变离心泵性能曲线三、汽蚀调节238画图分析汽蚀调节汽蚀，泵性能曲线改变，管路特性曲线不变画图分析汽蚀调节239优点：自动缺点：汽蚀，通流部件损坏优点：240凝结水泵上应用：

汽轮机负荷降低、凝汽器热水井水位下降，倒灌高度下降，凝结水泵入口能量降低、有效汽蚀余量减小、凝结水泵汽蚀、泵性能下降、凝结水泵流量减小、热水井水位上升动态，自动达到平衡，不需人为操作凝结水泵上应用：241四、变速、变频调节

改变泵与风机的转速，来调节流量。原理：改变泵、风机性能曲线四、变速、变频调节242画图分析变速调节改变泵与风机的转速，改变性能曲线画图分析变速调节243优点：节能、高效（调节效率高）缺点：初投资高优点：244画图分析变速节流比出口节流经济画图分析变速节流比出口节流经济245四、变角调节

改变轴流泵与风机的叶片（动叶或静叶）安装角，来调节流量。原理：改变轴流泵、风机性能曲线四、变角调节246画图分析改变安装角，改变性能曲线画图分析247优点：节能、高效缺点：调节机构较复杂大型轴流泵与风机一般都采用优点：248不同调节方式性能比较

若管路特性曲线改变，可直接从qv-H(p)曲线上比较。如：比较出口节流与入口节流比较出口节流与变速若管路特性曲线没改变，则需借助qv-P,或qv-η曲线讨论经济性如：比较变速调节与变角调节不同调节方式性能比较249离心泵的调节方式出口节流，汽蚀、变速。离心风机的调节方式出口节流，入口节流、入口导流器、变速。轴流泵的调节方式出口节流、变速、变角轴流风机的调节方式出口节流、入口节流、变速、变角离心泵的调节方式250例题：水泵在1450r/min的性能曲线绘于图中，（qv:L/s）.若要将泵流量调节为20L/s,泵工作时的转速应变为多少？管路特性曲线方程为例题：水泵在1450r/min的性能曲线绘于图中，（qv:L251原工作点在A,不满足要求。现在需要泵流量变为20L/s,根据管路特性曲线方程,此时扬程H=30m,设该点为B原工作点在A,不满足要求。252根据相似定律，相似的泵与风机，在相似的工况点下同一台泵与风机，在相似的工况下（同一台泵与风机，变转速，相似点参数间的关系：比例定律）根据相似定律，同一台泵与风机，在相似的工况下（同一台泵与风机253同一台泵与风机，在相似的工况点同一台泵与风机，在相似的工况点都满足

H=kqv2相似曲线同一台泵与风机，相似的点都在相似曲线上同一台泵与风机，在相似的工况点同一台泵与风机，在相似的工况点254与B相似的工况点均在过B点的一条H=kqv2相似曲线上过B点的相似曲线为与B相似的工况点过B点的相似曲线为255画相似曲线H=0.075qv2qv(L/s)010152030H(m)07.516.83067.5描点画相似曲线H=0.075qv2qv(L/s)01015203256相似曲线H=0.075qv2与1450r/min性能曲线交于C，B、C相似C转速1450，B转速n’,为所求相似曲线H=0.075qv2与1450r/min性能曲线交于257变速调节（求转速）解题步骤（1）根据管路特性曲线，确定变速后工作点B（2）根据B点，求出k(k=HB/qvB2）,描点，画出与B点相似的相似曲线H=kqv2（（3）相似曲线与原转速下性能曲线交于C，B、C相似（4）运用比例定律，求出转速变速调节（求转速）解题步骤258变速调节（求流量）解题步骤（1）在原转速下的性能曲线上任取点ABCDE，读出参数（流量、扬程）（2）运用相似（比例）定律，求解，确定变速后，与ABCDE相似的相似点A’B’C’D’E’

(3)描点，连接A’B’C’D’E’，得变速后的性能曲线，（4）变速后性能曲线与管路特性曲线交点，读出流量变速调节（求流量）解题步骤259变速调节特例风机管路特性曲线方程H=kqv2

相似曲线方程H=kqv2实际上是同一条曲线变速前后，两个工作点是相似的直接运用相似定律变速调节特例260例题：风机在750r/min的性能曲线绘于图中，（qv:L/s）.若要将流量调节为2L/s,工作时的转速应变为多少？管路特性曲线方程为例题：风机在750r/min的性能曲线绘