泵与风机基础知识课件

一、泵与风机概述1、能量角度：是能量转换设备，机械能：原动机流体。轮毂轴前盘板式叶片平面投影图轴面投影图叶片出口宽度压力边吸力边2、泵与风机现状及其发展趋势

设备陈旧；现状：一般：余量过大；环保：余量过小；调节方式相对落后。

大容量；发展趋势：高效率；自动化。

例如：由上海KSB水泵有限公司引进德国KSB公司专利技术生产的CHTC/CHTD型第二代筒式高压锅炉给水泵，其转速为7000r/min时，流量3600m3/h，总扬程4200m。一、泵与风机概述3、泵与风机的基本性能参数

泵与风机的基本性能参数主要有：流量qV、能头（扬程

H或全压p）、轴功率Psh、有效功率Pe、效率和转速n等。一、泵与风机概述

流量：泵与风机在单位时间内所输送的流体量，通常用体积流量qV表示，单位为m3/s，m3/h。

测量时,泵以出口流量计算，而风机则以进口流量计算。

对于非常温水或其它液体也可以用质量流量qm表示，单位为kg/s，kg/h。qm和qV的换算关系为：qm=

qV功率和效率：

原动机传动装置泵与风机原动机配套功率：Pgr=KPg，K为容量安全系数（额定条件下）。效率：传动效率：

tm转速:

泵与风机轴每分钟的转数，通常用n

表示，单位为r/min。有效功率：（kW）

轴功率：传到泵与风机轴上的功率

（kW）

原动机输出功率：（kW）3、泵与风机的基本性能参数一、泵与风机概述4、泵与风机分类（按工作原理）一、泵与风机概述叶片式容积式离心式轴流式混流式往复式回转式其它真空泵射流泵水击泵泵叶氏风机罗茨风机罗杆风机离心式轴流式混流式风机叶片式容积式往复式回转式二、离心式泵与风机的基本理论（一）流动分析假设（1）叶轮中的叶片为无限多无限薄，流体微团的运动轨迹完全与叶片型线相重合。（5）流体在叶轮内的流动是轴对称的流动。（2）流体为理想流体，即不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的流动损失。（3）流体是不可压缩的。（4）流动为定常的，即流动不随时间变化。二、离心式泵与风机的基本理论因此，流体在叶轮内的运动是一种复合运动，即：１．叶轮内流体的运动牵连运动相对运动绝对运动（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形二、离心式泵与风机的基本理论（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形２．速度三角形的计算绝对速度角流动角下标说明流体在叶片进口和出口处的情况，分别用下标“1、2”表示；下标“”表示叶片无限多无限薄时的参数；下标“r、u”表示径向和周向参数。y叶片安装角二、离心式泵与风机的基本理论（三）离心式泵与风机的能量方程式

1、前提条件2、控制体和坐标系（相对）叶片为“”,

=0,[=const.,],

=const.，轴对称。相对坐标系控制体

2

速度矩M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)

3、推导结果二、离心式泵与风机的基本理论（三）

离心式泵与风机的能量方程式

避开了流体在叶轮内部复杂的流动问题，只涉及叶轮进、出口处流体的流动情况。4、分析方法上的特点:5、理论能头与被输送流体密度的关系:pT=(u22u-u11u)二、离心式泵与风机的基本理论（三）

离心式泵与风机的能量方程式

（1）1u反映了泵与风机的吸入条件。设计时一般尽量使1≈90（1u0），流体在进口近似为径向流入。6、提高无限多叶片时理论能头的几项措施：

（2）增大叶轮外径和提高叶轮转速。因u2=2D2n/60，故D2和nHT。

目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达7500r/min。二、离心式泵与风机的基本理论（三）

离心式泵与风机的能量方程式

7、能量方程式的第二形式：表示流体流经叶轮时动压头的增加值。表示流体流经叶轮时静压头的增加值。动能头静能头

动能头Hd要在叶轮后的导叶或蜗壳中部分地转化为静能头Hst，并存在一定的能头损失。二、离心式泵与风机的基本理论（四）

叶片出口安装角对理论能头的影响1、离心式叶轮的三种型式

后向式（2y＜90）径向式（2y＝90）前向式（2y＞90）叶片出口安装角：2y=（叶片出口切向，-

u2）二、离心式泵与风机的基本理论（四）

叶片出口安装角对理论能头的影响1、2y对HT的影响①.2y↑→HT

↑；②.2ymin→HTmin

=0→违反了泵与风机的定义；结论：③.2ymax→Hstmin=0

→违反了泵与风机的定义。（）为提高HT，使1≈90，在n=C、qV=C及叶轮一定下，有：二、离心式泵与风机的基本理论（四）

叶片出口安装角对理论能头的影响2、2y对Hst及Hd的影响(1,1/2),后向式叶轮，

2y

(2ymin,90)①

τ1/2,径向式叶轮，

2y

=90(1/2,0),前向式叶轮，

2y(90,2ymax)小，后向式叶轮大，前向式叶轮②

HT

结论：二、离心式泵与风机的基本理论（四）

叶片出口安装角对理论能头的影响

1°从结构角度：当HT=const.，前向式叶轮结构小，重量轻，投资少。

2°从能量转化和效率角度：前向式叶轮流道扩散度大且压出室能头转化损失也大；而后向式则反之，故其克服管路阻力的能力相对较好。

3°从防磨损和积垢角度：径向式叶轮较好，前向式叶轮较差，而后向式居中。

4°从功率特性角度：当qV时，前向式叶轮Psh，易发生过载问题。二、离心式泵与风机的基本理论（五）有限叶片数对理论能头的影响1、流线和速度三角形发生变化，分布不均；

p形成阻力矩；

2、二、离心式泵与风机的基本理论（五）有限叶片数对理论能头的影响3、使理论能头降低：

不是效率，不是由损失造成的；流体惯性有限叶片轴向滑移；K

=

f（结构），见表1-2。b．K为滑移系数a.HT(pT)HT(pT)，即：二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率2、容积损失和容积效率T

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为容积（泄漏）损失，用功率PV

表示。

二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率2、容积损失和容积效率

Pm机械损失功率PV容积损失功率Ph流动损失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率2、容积损失和容积效率比转速V流量3、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发生摩擦、流道几何形状改变使流速变化而产生旋涡、以及偏离设计工况时产生的冲击等所造成的损失。二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率3、流动损失和流动效率正冲角及速度三角形负冲角及速度三角形工作面背面称吸力边工作面称压力边二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率3、流动损失和流动效率

Pm机械损失功率PV容积损失功率Ph流动损失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh存在流动损失最小工况。二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率3、流动损失和流动效率表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）

叶轮和导叶中的流动损失几乎是相等的，约各占50%。在设计离心泵时，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。二、离心式泵与风机的基本理论（五）离心式泵与风机的损失和效率4、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：

（六）离心式泵与风机的性能曲线1、什么是性能曲线n=const.主要的H-qV或

p-qVPsh-qV

-qV[NPSH]-qVn=const.其次[Hs]-qV二、离心式泵与风机的基本理论（六）离心式泵与风机的性能曲线3、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定律）2、性能曲线的作用

能直观地反映泵与风机的总体性能，对其所在系统的安全和经济运行意义重大；

作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态——工况（运行、设计、最佳）二、离心式泵与风机的基本理论（六）离心式泵与风机的性能曲线4、性能曲线的定性分析（能头）qVHHT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqqVd后向式径向式前向式二、离心式泵与风机的基本理论（六）离心式泵与风机的性能曲线4、性能曲线的定性分析（功率）qVPshOPh-qVT后向式径向式前向式q理论的Psh-qV曲线Psh-qVTPmPV实际的Psh-qV曲线

-qV曲线由下式计算二、离心式泵与风机的基本理论（六）离心式泵与风机的性能曲线5、性能曲线的比较（能头）qVHOabc

后向式叶轮性能曲线的差异：常见的有陡降型、平坦型和驼峰型三种基本类型。其性能曲线的形状是用斜度来划分的，即：关死点的能头最高效率点所对应的能头二、离心式泵与风机的基本理论（六）离心式泵与风机的性能曲线

有驼峰的性能曲线在峰值点k

左侧出现不稳定工作区，故设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。

qVHOabcqVkk

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2y和叶片数，可以避免性能曲线中的驼峰。

5、性能曲线的比较（能头）二、离心式泵与风机的基本理论（六）离心式泵与风机的性能曲线5、性能曲线的比较（功率和效率）

为提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮。风机也趋向于采用效率较高的后向式叶轮。二、离心式泵与风机的基本理论（七）泵与风机的运行工况点流量计调阀阀门真空计ppHZ压强表泵

管路系统能头与通过管路中流体流量的关系曲线。Hst称为管路系统的静能头；即：管路系统的静能头为零。1、管路系统性能曲线

对于风机：对于泵：二、离心式泵与风机的基本理论（七）泵与风机的运行工况点2、运行工况点2）实质：反映了两者的能量供与求的平衡关系。1）同比例的性能曲线的交点；KOqVHMHc-qVH-qV3、稳定性条件1）稳定工况点条件是：2）有驼峰→不稳定工作区→喘振。二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论1、相似条件

几何相似：通流部分对应成比例——前提条件；运动相似：速度三角形对应成比例——相似结果；动力相似：同名力对应成比例——根本原因。（但Re＞105，已自模化）2、相似三定律

1）流量相似定律（由推得）

二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论2、相似三定律

2）能头相似定律(由及p=gH推得）或3）功率相似定律（由推得）二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论2、相似三定律

4）等效的相似定律

当实型和模型的几何尺度比≤5，相对转速比≤20%时，实型和模型所对应的效率近似相等，可得等效的相似三定律：

或二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论2、相似三定律

5）尺寸效应和转速效应

尺寸效应：（小模型）↑→沿程损失系数↑→h↓↑→泄漏流量q相对↑→V↓

相对粗糙度相对间隙

转速效应：（降转速）↓(设D2不变)

二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）

注意：上述等式为联等式；故nqVHPsh。

1）比例定律

二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论

当n改变时，相似工况的一系列点必在顶点过坐标原点的二次抛物线上，称其为相似抛物线，又称理论等效曲线。2）相似工况点应遵循的规律M或

当管路系统静能头为零时，管路系统性能曲线与相似抛物线重合。3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）

二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）

【例1-6】如右图所示，某台可变速运行的离心泵，在转速n0下的运行工况点为M

(qVM，HM

)，当降转速后，流量减小到qVA，试确定这时的转速。

【解】①．确定变速后的运行工况点A

(qVA，HA)

；②．将qVA、HA代入下式以确定相似抛物线的k值；HAqVMqVAqVHOH-qVHC-qVMA二、离心式泵与风机的基本理论（八）泵与风机的相似理论3、相似三定律的应用（变转速时性能参数的换算）

qVBHBHAqVMqVAqVHOH-qVHC-qVMAB

③．过A点作相似抛物线，求A点对应的相似工况点B；

④．利用比例定律对A、B两点的参数进行换算，以确定满足要求的转速：二、离心式泵与风机的