泵与风机贾集控课件

泵与风机绪论：泵与风机在国民经济建设和火力发电厂中的地位与作用；泵与风机的基本性能参数；泵与风机的分类和工作原理泵与风机绪论：泵与风机在国民经济建设和火力发电厂中的地位与作1

第一讲

§０.１泵与风机在国民经济及热力发电厂中的地位和作用

１.能换:汽轮机水轮机:流体的热能、动能→机械能泵风机：机械能→（流体）势能和动能２.国民经济中应用：农业、建筑、航天、医疗３.电厂中应用：参照系统简图说明第一讲

§０.１泵与风机在国民经济及热力发电厂中的地2４.耗电数字：全国总耗电、厂用电５.重要性：（１）给水泵－－心脏，引风机－－呼吸系统（２）两台循环水泵中一台事故，汽轮发电机出力降低，给水泵中断给水，锅炉汽包“干锅”（３）电厂中主要调节对象４.耗电数字：全国总耗电、厂用电3§０.２泵与风机主要性能参数

泵的主要性能参数qv、Ｈ、P、η、ｎ、ｎｓ、[ＮＰＳＨ]性能参数反映整体性能qv：泵在单位时间所输送的液体量体积流量单位l/s、ｍ３/s、ｍ３/ｈＨ：单位重量流体通过泵后的能量增加值。单位：mP：轴功率，原动机传到泵轴上的功率。单位：Wｎ:泵每分钟转数。单位：r/min

§０.２泵与风机主要性能参数

泵的主要性能参数qv、Ｈ、4

Pe：有效功率（输出功率）为通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的能量Pe＝ρｇqvＨ/１０００kＷη:η＝（Pe/P）×100％Pg＝P/ηtmPgr＝ＫPg＝ＫP/ηtm＝（ＫρｇqvＨ）/（1000ηηtm）

Pe：有效功率（输出功率）为通过泵的液5风机基本性能参数qv、p、pｓｔ、P、η、ｎ

qv：单位时间通过风机进口的气体体积ｐ:单位体积气体从风机进口截面经叶轮至出口截面所获得的机械能的增加值ｐｓｔ：ｐｓｔ＝ｐ－ｐｄ２P：类似于泵,Pｅ＝qvＰ／１０００η：η＝（Pe/P）×100％n：类似于泵

风机基本性能参数qv、p、pｓｔ、P、η、ｎ

qv：单位时间6§０.３分类与工作原理

分类有按产生的压力分、工作原理分、其他类１.离心式工作原理

（单击以观看离心泵示例动画）２.轴流式工作原理

§０.３分类与工作原理分类有按产生的压力分、工作原理分7

第一章叶片式泵与风机的基本理论

内容包括：叶片式泵与风机的叶轮理论；流体在泵与风机叶轮内流动分析，速度三角形；能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的影响；流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；叶片式泵与风机的损失和效率；泵与风机的性能曲线；泵与风机的管路系统性能曲线及泵与风机装置系统的运行工况点；泵与风机的相似定律及其应用；泵与风机的比转速。第一章叶片式泵与风机的基本理论内容包括：8

第二讲流体在泵与风机叶轮内的流动分析，速度三角形

§１.１流体在叶轮内的流动分析

一、离心式（一）投影图、理论分析假设１.投影图：轴面投影、平面投影

（单击观看叶轮投影示例动画）

介绍：前盖板、后盖板、叶片、叶片进出口

Ｄ１，Ｄ２；ｂ１，ｂ２；β１，β２；Ｄ０，ｔ第二讲流体在泵与风机叶轮内的流动分析，速度三角形

9２.假设：（１）叶片无限多（流体质点的轨迹与叶片型线相重合）（２）理想流体（忽略粘性）（３）稳定性（迹线与流线重合）（４）不可压（５）轴面流动由（１）（３）（５）只研究一条流线即可２.假设：10（二）流体在叶轮内的流动（复合流动）牵连速度（圆周速度）ｕ＝ｒω＝πＤｎ/60

相对速度ω

绝对速度υ（二）流体在叶轮内的流动（复合流动）11（三）进出口速度三角形作法

已知：qvＴ，ｎ、几何尺寸作进口速度三角形需知条件：ｕ１＝ｎπＤ１/60υ１ｒ＝qvＴ/Ａ１＝qvＴ/（πＤ１ｂ１ψ１）υ１方向（υ１ｒ）（即α１）作出口速度三角形需知条件：ｕ２＝ｎπＤ２/60υ２ｒ＝qvＴ/Ａ２＝qvＴ/（πＤ２ｂ２ψ２）

ｗ２方向（即β２）

（三）进出口速度三角形作法已知：qvＴ，ｎ、几何尺寸12ｎ－－叶轮转速r/minＤ１－－叶轮进口直经ｍＤ２－－叶轮出口直经ｍqvＴ－－理论流量，即流过叶轮的流量ｍ３/ｓＡ－－有效过流面积（与υｒ垂直的过流面积）ｍ２ψ－－排挤系数，考虑叶片厚度对流道的排挤程度υｒ－－绝对速度的径向分量α－－绝对速度υ和圆周速度ｕ的夹角称为进流角βｙ－－叶片切线与圆周切线速度反方向的夹角为叶片安装角β－－相对速度ｗ和圆周速度ｕ的反向夹角成为流动角ｎ－－叶轮转速r/min13

二、轴流泵叶轮

１.流动假设

(１)圆柱层无关性假设(２)各层研究方法相同，只确定一个流面即可(３)取ｒ和ｒ＋ｄｒ两无限接近圆柱面构成的微小圆柱层，取出将之沿母线方向切开展成平面图。轴流式叶轮内流动→直列叶栅根据直列叶栅性质，在同一半径上ｕ１＝ｕ２＝ｕｗ１ａ＝ｗ２ａ＝ｗ∞ａ（轴向分速）υ１ａ＝υ２ａ＝υ∞ａ（轴向分速）υａ＝ｗａ（轴向分速）２.速度三角形(点击观看速度三角形示意动画)由于还不能求出υ２ｕ，故在以后学了能量方程再做速度三角形。二、轴流泵叶轮１.流动假设14第三讲能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的影响

§１.２叶片式泵与风机的能量方程式

一、推导

１.假设：与前面５点假设相同２.动量矩定理：在稳定流动中，单位时间流出与流进控制体的流体对某一轴的动量矩的变化等于作用在控制体内流体上的所有外力对同一轴力矩的总和（表达式见下页）第三讲能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的15ρqvＴ（υ２∞cosα２∞ｒ２－υ１∞cosα１∞ｒ１）＝ＭP＝Ｍω＝ρqvＴ（υ２∞cosα２∞ｒ２ｕ２/ｒ２－υ１∞cosα１∞ｒ１ｕ１/ｒ１）单位重流体P/（ρｇqvＴ）即ＨＴ∞ＨＴ∞＝（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）/ｇ对风机，单位体积P/qvＴ即ｐＴ∞

ｐＴ∞＝ρ（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）

ρqvＴ（υ２∞cosα２∞ｒ２－υ１∞cosα１∞ｒ１）＝16

二、能量方程式分析（Ⅰ）１.增大ＨＴ∞（ｐＴ∞）的途径

（１）显然ｕ２、ｕ１、υ１ｕ∞、υ２ｕ∞与Ｄ１、Ｄ２、ｎ有关，与β２ｙ有关以后讨论（２）流体径向流入υ１ｕ∞＝０（结合速度三角形）２.ＨＴ∞与ρ无关３.轴流式ｕ１＝ｕ２＝ｕ

ｐＴ∞＝ρｕ（υ２ｕ∞－υ１ｕ∞）径向流入ｐＴ∞＝ρｕυ２ｕ∞二、能量方程式分析（Ⅰ）17§１.３反作用度τ及叶片出口安装角对ＨＴ∞（ｐＴ∞）的影响

一、影响ＨＴ∞的因素（Ⅱ）ＨＴ∞＝ｕ２υ２ｕ∞/ｇｕ２＝ｎπＤ２/60υ２ｕ∞＝ｕ２－υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞υ２ｒ∞＝qvＴ/（πＤ２ｂ２ψ２）ＨＴ∞＝ｕ２（ｕ２－υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞）/ｇ＝ｕ２２/ｇ－ｕ２υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞/ｇ＝ｕ２２/ｇ－qvＴｕ２ctgβ２ｙ∞/（ｇπＤ２ｂ２ψ２）＝ｕ２（ｕ２－qvＴctgβ２ｙ∞/（πＤ２ｂ２ψ２））/ｇ＝π２Ｄ２２ｎ２２/3600g－ｎ２qvＴctgβ２ｙ∞/（60ｇｂ２ψ２）因此有Ｄ２↑、ｎ↑、ｂ２↑、β２ｙ∞↑时，ＨＴ∞↑§１.３反作用度τ及叶片出口安装角对ＨＴ∞（ｐＴ∞）的影18二、β２ｙ∞对ＨＴ∞的影响１.β２ｙ∞〈90°（后弯式叶轮）β２ｙ∞↓ＨＴ∞↓当ＨＴ∞＝０时，ｕ２＝υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞ctgβ２ｙ∞＝ｕ２/υ２ｒ∞→β２ｙ∞min２.β２ｙ∞＝90°ctgβ２ｙ∞＝０ＨＴ∞＝ｕ２２/ｇ（径向叶轮）３.β２ｙ∞〉90°（前弯叶片)β２ｙ∞↑ＨＴ∞↑β２ｙ∞能大到什么程度？二、β２ｙ∞对ＨＴ∞的影响19

三、反作用度

１.扬程另一表达式：ＨＴ∞＝（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）/ｇｗ２∞２＝υ２∞２＋ｕ２２－２ｕ２υ２∞cosα２

ｗ１∞２＝υ１∞２＋ｕ１２－２ｕ１υ１∞cosα１

υ２ｕ∞＝υ２∞cosα２，υ１ｕ∞＝υ１∞cosα1ｕ２υ２ｕ∞＝（υ２∞２＋ｕ２２－ｗ２∞２）/２ｕ１υ１ｕ∞＝（υ１∞２＋ｕ１２－ｗ１∞２）/２ＨＴ∞＝（υ２∞２－υ１∞２）/2ｇ＋（ｕ２２－ｕ１２）/2ｇ＋（ｗ１∞２－ｗ２∞２）/2ｇ三、反作用度20２.动压头：Ｈｄ∞＝（υ２∞２－υ１∞２）/2ｇ

（１）动压头在叶轮后的导叶或蜗壳中部分转化为静压头（２）尽量降低动压头比例以提高效率静压头→动压头（损失小）静压头←动压头（损失大）３.静压头：Ｈｓｔ∞＝（ｕ２２－ｕ１２）/2ｇ＋（ｗ１∞２－ｗ２∞２）/2ｇ

用来克服管路中阻力损失２.动压头：Ｈｄ∞＝（υ２∞２－υ１∞２）/2ｇ21４.反作用度：ＨＴ∞＝Ｈｄ∞＋Ｈｓｔ∞

（既然泵扬程由动压头和静压头两部分组成，引入反作用度）τ＝Ｈｓｔ∞/ＨＴ∞＝（ＨＴ∞－Ｈｄ∞）/ＨＴ∞＝１－Ｈｄ∞/ＨＴ∞（１）当β２ｙ∞＝β２ｙ∞min时,τ＝１（２）当β２ｙ∞＝90°，τ＝１/２（３）当β２ｙ∞＝β２ｙ∞max时,τ＝０，此时ＨＴ∞＝２ｕ２２/ｇ（４）τ＝１，流体从泵中未得到能量（扬程为０）；τ＝０，流体得不到输送（静扬程为０）（５）τ影响ＨＴ∞和η，须综合考虑选择５.反作用度与出口安装角关系：β２ｙ∞↑τ↓４.反作用度：ＨＴ∞＝Ｈｄ∞＋Ｈｓｔ∞22四、三种不同叶轮比较

１.从流体获得的能量:２.从效率观点看：（１）从叶片间流速（２）从叶片曲率大小（３）从能量转化观点３.结构尺寸４.磨损和积垢５.功率特性五、叶片出口安装角选用

泵后弯式β２ｙ＝２０°～３０°通风机大多数后弯式部分径向式小部分前弯式四、三种不同叶轮比较23第四讲流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；

叶片式泵与风机的损失和效率

§１.４叶片有限时对理论能头的影响

一、轴向涡流

１.举例（点击观看流体在叶轮流道中的运动示意动画）２.泵内涡流：将叶轮流道的进出口封闭起来，叶轮在旋转时，流道内理想流体也同样存在着一个和叶轮旋转角速度相等，但旋转方向相反的轴向涡流。第四讲流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；

叶片式泵与24二、轴向涡流的影响

１.对叶轮叶片流道内流动影响２.进出口速度三角形变化υｒ不变β变ＨＴ＝（ｕ２υ２ｕ－ｕ１υ１ｕ）/ｇυ１ｕ↑υ２ｕ↓ＨＴ〈ＨＴ∞三、有限叶片时理论能头计算

１.公式１：ＨＴ＝ＨＴ∞－πｕ２２sinβ２ｙ/（ｇＺ）２.公式２：ＨＴ＝ＫＨＴ∞Ｋ－－滑移系数，泵Ｋ＝0.8～1.0，风机Ｋ＝0.8～0.85二、轴向涡流的影响25§１.５叶片式泵与风机的损失和效率

ΔP＝P－Pｅ＝ΔPｍ＋ΔPｖ＋ΔPｈη＝Pｅ/P＝（Pｈ/P）＊（P＇/Pｈ）＊（Pｅ/P＇）＝ηｍηｖηｈP－－轴功率Pｅ－－有效功率Pｈ－－水力功率ΔPｍ－－总机械损失功率ΔPｖ－－容积损失功率ΔPｈ－－流动损失功率一、ΔPｍ轴承、轴封、圆盘摩擦损失ηｍ＝（P－ΔPｍ）/P＝Pｈ/P§１.５叶片式泵与风机的损失和效率

ΔP＝P－Pｅ＝ΔP26二、ΔPｖ

qvT－qv＝ｑ泄漏流量叶轮进口、轴封、平衡装置ΔPｖ＝ρｇqvＨＴ/1000ＫＷηｖ＝P＇/Pｈ＝（P－ΔPｍ－ΔPｖ）/（P－ΔPｍ）＝（ρｇqvＨＴ）/（ρｇqvTＨＴ）＝qv/（qv＋ｑ）三、ΔPｈ摩擦损失、局部损失、冲击损失

１.摩擦损失和局部损失（１）吸入室（２）叶轮流道（一般扩散）（３）压出室：扩散，正导叶扩散，反导叶收缩２.冲击损失;叶片入口，导叶入口（流量偏离设计工况）（１）冲角δ：相对速度方向和叶片进口切线之间夹角（２）影响：①qv＝qvｄ时，β１＝β１ｙ，δ＝０②qv〈qvｄ时，β１〈β１ｙ，δ〉０③qv〉qvｄ时，β１〉β１ｙ，δ〈０二、ΔPｖ27四、三种损失和流量关系五、ηｈ＝Pｅ/P‘＝Pｅ/（P－ΔPｍ－ΔPｖ）＝（ρｇqvＨ）/（ρｇqvＨＴ）＝Ｈ/ＨＴ六、为什么圆盘损失不属于流动损失？

圆盘损失虽然具有流动损失的特点，但它只是消耗原动机的输入功率而不降低叶轮内输送流体的能头。四、三种损失和流量关系28

第五讲泵与风机的性能曲线

§１.６叶片式泵与风机的性能曲线

一、Ｈ～qv

（一）ＨＴ∞～qvＴＨＴ∞＝ｕ２υ２ｕ∞/ｇＨＴ∞＝ｕ２２/ｇ－qvＴｕ２ctgβ２ｙ∞/（ｇπＤ２ｂ２ψ２）１.β２ｙ∞〈90°后弯式，ctgβ２ｙ∞〉０ＨＴ∞＝Ａ－ＢqvＴ２.β２ｙ∞＝90°径向式，ctgβ２ｙ∞＝０ＨＴ∞＝Ａ＝ｕ２２/２ｇ３.β２ｙ∞〉90°前弯式，ctgβ２ｙ∞〈０ＨＴ∞＝Ａ＋ＢqvＴ（二）ＨＴ＝ＫＨＴ∞＝Ｋ（Ａ－ＢqvＴ）＝Ｋ（ｕ２２/ｇ－qvＴｕ２ctgβ２ｙ∞/（ｇπＤ２ｂ２ψ２））第五讲泵与风机的性能曲线

§１.６叶片式泵与风机的29

（三）Ｈ～qvＴＨＴ＝Ｈ＋（ｈｊ＋ｈｆ＋ｈｓ）ｈｗ＝ｈｊ＋ｈｆ＝ＫqvＴ２（四）Ｈ～qv绘出Ｈ～qv曲线（面积相减法由Ｈ～qvＴ曲线开始减）二、P～qv

（一）Pｈ～qvＴPｈ＝ρｇqvＴＨＴ/1000Pｈ＝ρｇ（Ａ＇qvＴ－Ｂ＇qvＴ２）/1000（二）P～qvＴP＝Pｈ＋ΔPｍ机械损失近似与流量无关，再考虑容积损失（以上两曲线注意ｑ影响的作法）（三）Ｈ～qvＴ30三、η～qvη＝Pｅ/P＝ρｇqvＨ/1000P知Ｈ～qv、P～qv后，可确定η～qv四、泵型式和性能曲线关系（与ｎｓ有关）

（点击观看随ｎｓ变化时的泵型式和性能曲线动画）五、β２对性能曲线影响六、回流对性能曲线影响

小流量时回流，使得性能曲线在小流量时Ｈ和P增加三、η～qv31

第六讲泵与风机的管路性能曲线及泵与风机的运行工况点

§１.７泵与风机的运行工况点

一、管路系统

１.组成：２.扬程：ＨｃＨｃ＝ＨＺ＋（ｐ＂－ｐ＇）/ρｇ＋∑ｈｗ∑ｈｗ＝∑ｈｆ＋∑ｈｊ＝∑λｉｌｉυｉ２/２ｇｄｉ＋∑ξｊυｊ２/２ｇ

qv＝Ａυ∑ｈｗ∝qv

２∑ｈｗ＝φqv

２φ＝（∑λｉｌｉ/ｄｉＡｉ２＋∑ξｊ/Ａｊ２）/２ｇφ－－综合阻力系数Ｈｓｔ＝ＨＺ＋（ｐ＂－ｐ＇）/ρｇＨｃ＝Ｈｓｔ＋φqv

２３.性能曲线：Ｈｃ～qv

２第六讲泵与风机的管路性能曲线及泵与风机的运行工况点

32二、泵与风机的运行工况点

将管路性能曲线和泵性能曲线用同样比例画在同一张图上，两条曲线的交点即为泵与风机的运行工况点为什么为工况点？Ａ点：Ｈｃ〉Ｈ求〉供能量不足υ↓qv↓Ａ→ＭＢ点：Ｈ〉Ｈｃ供〉求能量富裕υ↑qv↑Ｂ→Ｍ所以只有Ｍ为工况点三、泵与风机运行工况点稳定性

Ｋ点左：Ｈｃ〉Ｈ求〉供能量不足υ↓qv↓则远离Ｋ点Ｋ点右：Ｈ〉Ｈｃ供〉求能量富裕υ↑qv↑则远离Ｋ点这种在受到外界影响而脱离了原来的平衡态后不能再恢复到原来平衡状态的工况点即为不稳定运行工况点Ｍ点：同理分析，稳定运行工况点具有“驼峰”型性能曲线的泵，小流量区域有可能出现不稳定运行工况而产生周期性振荡。二、泵与风机的运行工况点33

四、影响泵与风机运行工况点变化的一些因素Ｈｃ＝ＨＺ＋（ｐ“－ｐ‘）/ρｇ＋∑ｈｗ，∑ｈｗ＝φqv

２Ｈ＝（ｕ２υ２ｕ－ｕ１υ１ｕ）/ｇＨｃ＝Ｈｓｔ＋φqv

２ｐ＝ρｇＨ

１.ｐ＂或ｐ＇变、ＨＺ变化２.流体密度变化时（ρ↓）３.粘性变化时（增大）４.含有固体杂质时四、影响泵与风机运行工况点变化的一些因素34

第七讲泵与风机的相似定律及其应用；泵与风机的比转速

§１.８叶片式泵与风机的相似定律

引入相似定律的原因①反复设计、试验、修改②系列设计③改造一、相似条件：

1.几何相似：实型和模型通流部分相应的线性尺寸成比例，且比值相等，叶片数相同，叶片对应的安装角相等。２.运动相似：实型和模型通流部分各对应点速度三角形相似。３.动力相似：实型和模型通道内各相应点上的流体质点所受的同名称力各对应的方向相同，大小成比例，且比值均相等。第七讲泵与风机的相似定律及其应用；泵与风机的比转速

35

二、相似定律

（一）流量关系：

qvｐ/qvｍ＝（Ｄ２ｐ/Ｄ２ｍ）３＊（ｎ２ｐ/ｎｍ）＊（ηυｐ/ηυｍ）（二）扬程关系：Ｈｐ/Ｈｍ＝（Ｄ２ｐ/Ｄ２ｍ）２＊（ｎｐ/ｎｍ）２＊（ηｈｐ/ηｈｍ）（三）功率关系：Pｐ/Pｍ＝（ρｐ/ρｍ）＊（Ｄ２ｐ/Ｄ２ｍ）５＊（ｎｐ/ｎｍ）３＊ηｍｍ/ηｍｐ）因此有下列式子：

qv/Ｄ３ｎ＝ＣｏｕｎｔＨ/Ｄ２ｎ２＝Ｃｏｕｎｔｐ/ρＤ２ｎ２＝ＣｏｕｎｔP/ρＤ５ｎ３＝Ｃｏｕｎｔ二、相似定律36三、关于相似定律的几点说明

１.适用条件：几何相似、运动相似２.尺寸效应：Ｄｐ/Ｄｍ≤３３.Δｎ≤20％四、相似定律的实际应用

１.ρ变化ｐ/ｐ０＝ρ/ρ０＝（ｐａ/10130）＊（（273＋ｔ０）/（273＋ｔ））P/P０＝ρ/ρ０＝（ｐａ/10130）＊（（273＋ｔ０）/（273＋ｔ））

qv/qv

０＝１２.ｎ变化

qv/qv

０＝ｎ/ｎ０Ｈ/Ｈ０＝（ｎ/ｎ０）２ｐ/ｐ０＝（ｎ/ｎ０）２P/P０＝（ｎ/ｎ０）３３.性能切线的换算已知Ｄ２ｐ、ｎｐ、ρｐ下（ｐ－qv）１，（P－qv）１，（η－qv）１求相似Ｄ２ｍ、ｎｍ、ρｍ下的性能曲线（ｐ－qv）２，（P－qv）２，（η－qv）２三、关于相似定律的几点说明37§１.１０比转速

一、泵的比转速ｎｓｎｓ＝3.65ｎqv

1/2/Ｈ3/4把某一叶轮的几何形状相似地缩小为标准叶轮，使这个标准叶轮在最高效率点工况下，当所产生的扬程为１ｍ，输送流量为0.075ｍ３/ｓ时所具有的转速。二、风机的比转速ｎｙｎｙ＝ｎqv

1/2/ｐ２０3/4当进气状态为非标准状态或非空气时，考虑密度变化ｎｙ＝ｎqv

1/2/（1.2ｐ/ρ）3/4把某一叶轮形状相似地缩小为标准叶轮，使这个标准叶轮在最高效率点工况下，当所产生的全压为１Ｎ/ｍ，输送流量为１ｍ３/ｓ时所具有的转速。§１.１０比转速

一、泵的比转速ｎｓ38三、关于比转速的几点说明：

１.η＝ηmax点作为代表２.几何相似，ｎｓ（ｎｙ）都相等３.ｎｓ（ｎｙ）针对单级单吸而言４.单位统一Ｈ－－ｍ，ｐ－－Ｎ/ｍ３，ｎ－－ｒ/min，qv－－ｍ３/ｓ５.ｎｓ（ｎｙ）有因次四、比转速用途

１.ｎｓ（ｎｙ）可以反映泵（风机）几何结构特点２.可以大致反映性能曲线的变化趋势３.选用泵与风机时，用ｎｓ（ｎｙ）确定类型三、关于比转速的几点说明：39

第二章叶片式泵的性能及结构

＊＊泵内汽蚀：汽蚀现象，汽蚀现象对泵工作的危害，泵的几何安装高度及吸上真空高度，有效汽蚀余量，必需汽蚀余量，抗泵内汽蚀的措施；叶片式泵的结构形式和主要部件；泵的轴向力及其平衡装置；泵的轴端密封，火电厂厂用主要叶片式泵的典型结构类型及特征；泵性能实验。＊＊第二章叶片式泵的性能及结构＊＊泵内汽蚀：汽蚀现象，汽40

第八讲泵内的汽蚀（一）汽蚀现象，汽蚀现象对泵工作的危害，泵的几何安装

高度及吸上真空高度

§２.１泵内的汽蚀

一、汽蚀现象对泵工作的影响

（一）汽蚀现象１.看实物２.人们发现汽蚀现象大约是在上世纪末的事，最先发现在海洋轮船的螺旋桨上。（二）汽蚀过程ｐ〈ｐυ→汽泡（蒸气、析出气体）→（流向高压区）→溃灭（水击）→（若发生金属表面附近）金属表面因疲劳而侵蚀→侵蚀（蜂窝状、海绵状）（三）侵蚀部位叶轮叶片背面靠近前盖板处、导叶进口、小流量时、叶轮出口第八讲泵内的汽蚀（一）汽蚀现象，汽蚀现象对泵工作的危害，41

（四）对泵工作的影响

１.缩短泵的使用寿命侵蚀→叶片出现蜂窝状或海绵状侵蚀→影响泵性能→缩短使用寿命２.影响泵的运转性能当产生小量汽泡，“潜伏”，不被注意当产生大量汽泡，“堵塞”，断裂工况①低ｎｓ（ｎｓ〈105）突降②中ｎｓ（150〈ｎｓ〈350）先缓降，后陡降③高ｎｓ（ｎｓ〉425）缓降３.产生噪声和振动①汽泡溃灭，质点冲击→噪声600～25000Ｈｚ②反复冲击，凝结伴随很大脉动力脉动频率＝机组自然频率→汽蚀共振（四）对泵工作的影响42二、泵的几何安装高度Ｈｇ与吸上真空高度Ｈｓ

１.Ｈｇ：对一般卧式离心泵而言，泵轴心线距吸水池液面的垂直距离。ｐａ/ρｇ＝ｐｓ/ρｇ＋υｓ２/２ｇ＋Ｈｇ＋∑ｈｓＨｇ＝ｐａ/ρｇ－ｐｓ/ρｇ－υｓ２/２ｇ－∑ｈｓ２.Ｈｓ：Ｈｓ＝ｐａ/ρｇ－ｐｓ/ρｇ吸上真空高度Ｈｓ＝Ｈｇ＋υｓ２/２ｇ＋∑ｈｓ分析：①当qv一定时，υｓ、∑ｈｓ近似不变，Ｈｇ↑、ｐｓ↓、Ｈｓ↑②〔Ｈｓ〕＝Ｈsmax－0.3〔Ｈｇ〕＝〔Ｈｓ〕－υｓ２/２ｇ－∑ｈｓ③qv↑〔Ｈｓ〕↓④注意对于立式离心泵和大型水泵Ｈｇ的定义⑤非标况下的修正公式〔Ｈｓ〕＇＝〔Ｈｓ〕ρ０/ρ－1.013×10５/ρｇ＋ｐａ/ρｇ＋0.24－ｐυ/ρｇ二、泵的几何安装高度Ｈｇ与吸上真空高度Ｈｓ43

第九讲泵内汽蚀（二）汽蚀余量

三、汽蚀余量

（一）有效汽蚀余量ＮＰＳＨａ在泵吸入口处，单位重力所具有的超过汽化压力能头的富裕能头。ＮＰＳＨａ＝Ｅｓ－ｐυ/ρｇ＝ｐｓ/ρｇ＋υｓ２/２ｇ－ｐυ/ρｇＮＰＳＨａ由温度、吸水管路系统、流量决定又ｐａ/ρｇ＝ｐｓ/ρｇ＋υｓ２/２ｇ＋Ｈｇ＋∑ｈｓ则ＮＰＳＨａ＝ｐａ/ρｇ－ｐυ/ρｇ－Ｈｇ－∑ｈｓ（二）必须汽蚀余量ＮＰＳＨｒ单位重力流体从泵吸入口至叶轮内压力最低点所必须的压力降。①从泵吸入口到压力进口流动过流面积一般是收缩的，压能→动能②液体绕流头部时，Ｋ点速度最大，压力最低③流速大小方向变化带来流动损失，速度分布不均消耗部分压能→压力降低ＮＰＳＨａ＝（ｐｋ－ｐυ）/ρｇ＋Δｐ/ρｇＮＰＳＨｒ与吸入室、叶轮进口形状、流速有关，与吸入装置无关，即只与泵结构有关。（三）ＮＰＳＨｃ：通过试验所确定的ＮＰＳＨｒ的临界值〔ＮＰＳＨ〕＝ＮＰＳＨｃ＋Ｋ第九讲泵内汽蚀（二）汽蚀余量三、汽蚀余量44四、提高离心泵抗汽蚀性能措施（一）ＮＰＳＨｒ↓

１.设计时选择合适的几何参数①适当加大Ｄ０和ｂ１②叶片为６～８片③采用正冲角④前盖板进口部分曲率半径增大２.首级叶轮采用双吸式叶轮３.加装诱导轮或采用双重翼叶轮，对其后离心叶轮加压４.超汽蚀叶轮使汽泡依附在超汽蚀叶轮表面，在超汽蚀叶轮出口和离心泵叶轮进口间破灭四、提高离心泵抗汽蚀性能措施45（二）ＮＰＳＨａ↑

１.减少吸入管路损失２.合理选择泵的几何安装高度Ｈｇ３.设置前置泵（三）运行中防止汽蚀措施

１.规定首级叶轮的汽蚀寿命２.泵应在规定转速下运行３.不允许用吸入系统上阀门调节流量４.泵在运行时若发生汽蚀，qv↓；条件允许的话ｎ↓（四）采用抗汽蚀材料（二）ＮＰＳＨａ↑46第十讲叶片式泵的结构部件（上）

§２.２叶片式泵的结构部件

一、主要部件

１.叶轮：原动机输入的机械能传输给流体2.吸入室：引导液体在流动损失最小的情况下平稳流入叶轮，并使叶轮入口处流速分布均匀。3.压水室：收集从叶轮中高速流出的液体，使其速度降低，实现部分动能到压能的转化，并把液体在流动损失最小的情况下送入排出管路或下级叶轮。４.泵轴：传递扭矩。第十讲叶片式泵的结构部件（上）

§２.２叶片式泵的结47二、轴向力及其平衡装置

１.产生轴向力的原因

①水泵叶轮的前后盖板的受液体压力的面积大小不等，前后泵腔中液体压强的分布也不尽相同，因此，作用于两盖板上的液体压力以及作用于吸入口的液体压力在轴向上不能平衡，造成一个轴向的力，这个轴向的力是轴向力的主要组成部分。②液体流入叶轮吸入口及从叶轮出口流出，其速度的大小及方向均不相同，液体动量的轴向分量发生了变化，因此，根据动量定理，在轴向作用了一个冲力，或称动反力，这个作用在叶轮上的力也是轴向力的组成部分。③对于立式泵，转子的重量也是轴向力的组成部分，对于卧式泵，则这个轴向力的组成部分不存在。

２.离心式泵轴向力的各种平衡方法

①单级小型轴向吸入式泵轴向力的平衡－－径向止推滚珠轴承②采用均压孔来平衡轴向力③单级泵采用双吸式叶轮平衡轴向力④多级泵采用叶轮对称布置的方法来平衡轴向力⑤平衡盘⑥平衡鼓⑦后盖板加铸径向肋筋⑧导管把后泵腔密封间隙下面部分与吸入口相连二、轴向力及其平衡装置48三、轴端密封

１.填料密封（注意水封环作用）２.机械密封（三道密封）①动、静环端面②静环与压盖的密封③动环和轴的密封3.迷宫式密封：密封片与轴组成微小间隙，流体通过间隙时由于节流作用产生压力降低，从而达到密封的目的。三、轴端密封49四、火电厂用主要叶片式泵的典型结构类型及特征（一）给水泵

１.其作用是保证向锅炉连续供给高温高压的给水２.适应机组负荷变化，Ｈ～qv曲线为平坦型３.有分段式和圆筒型４.机组容量逐渐增大，给水泵向高速发展（二）循环水泵

１.其作用是将大量的冷却水输送到凝汽器中去冷却汽轮机乏气，使之凝结成水，并保持凝汽器的高度真空。２.流量大，扬程低３.主要为轴流泵（三）凝结水泵

１.其作用是使凝结水升压，经低压加热器送往除氧器。２.因为凝结水泵是从高真空状态下的凝汽器热水井中吸凝结水，因此要求凝结水泵抗汽蚀性能要好和入口密封性要好。四、火电厂用主要叶片式泵的典型结构类型及特征50第十讲通风机的结构形式及主要部件（下）

§３.１通风机的结构形式及主要部件

一、轴流式通风机的结构形式及主要部件

１.叶轮２.整流罩３.导叶４.扩散筒５.性能稳定装置６.调节装置二、离心式通风机的结构形式及主要部件

（一）结构形式

１.旋转方式：从原动机一侧正视有左和右旋２.进气方式：单吸、双吸，左、右各有五种不同进口角位置３.出风口位置：８个４.传动方式：大号风机－－联轴器小号风机－－直接装在电机上变速传动－－皮带轮

第十讲通风机的结构形式及主要部件（下）

§３.１通风51

（二）主要部件

1.叶轮:传递能量和产生压头的主要部件

２.机壳：

①蜗壳：收集从叶轮出来的气体并引导至蜗壳的出口②进风口：使气流能均匀的充满叶轮进口，在流动损失最小情况下进入叶轮。③蜗舌：防止部分气流在蜗壳内循环流动。

３.导流器：通过改变导流器叶片的角度（开度）来改变通风机性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。

４.进气箱：进气箱一般只用在大型或双吸的离心风机上。一方面，当进风口需要转弯时安装进气箱能改善进口流动状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失；另一方面，安装进气箱可使轴承装于通风机的机壳外边，便于安装和维修，对锅炉引风机的轴承工作条件更为有利。

５.扩散器：降低气流出口速度，使部分动压转化为静压。（二）主要部件52第十一讲叶片式通风机的选择曲线；通风机的性能实验；火电厂常用叶片式风机的典型结构

§３.２叶片式通风机的型号、选择曲线及典型结构

一、离心式通风机型号二、离心式风机的选择曲线

１.由制造厂提供，便于使用厂家选择风机产品２.选择曲线是用对数坐标把标准进口状态下，同系列通风机的性能曲线表示出来。３.选择曲线中表示了同系列通风机的主要参数ｎ、Ｄ２、ｕ２、qv、ｐ、P等之间关系。４.图中三组线条：等Ｄ２、ｎ、P线等Ｄ２、ｎ线均通过每一条曲线中的最高效率点５.如何查法？第十一讲叶片式通风机的选择曲线；通风机的性能实验；火电厂常53三、电厂常用叶片式风机的典型结构类型

（送风机）

１.Ｇ４－７３型：具有轴向导流器２.ＦＡＦ２０－１０－１动叶可调风机：等效率曲线与管路性能曲线几乎是平行的，因而变负荷运行时的运行效率高，适用于变工况运行。（可变节距）３.ＡＮ系列静叶可调子午加速通风机：固定节踞，可调导叶改变风量。三、电厂常用叶片式风机的典型结构类型54第十二讲泵与风机的串联及并联运行

第四章泵与风机的运行、调节及选择

§４.１泵与风机的串联、并联运行

一、泵与风机的串联

目的：提高Ｈ（ｐ），提高可靠性、经济性（一）作（Ｈ～qv）串、（ｐ～qv）串原则在每一相同的qv点的Ｈ（ｐ）相加（二）串联运行工况点１.两相同性能串联Ｍ点：qvＭ＝qvＡ〉qvＢＨＭ＝２ＨＡ〈２ＨＢ

２.两台性能不同的泵（１）Ｈｃ１～qv时

qv串〉qv

Ⅱ，Ｈ串〉ＨⅡ（２）Ｈｃ２～qv时

qv串＝qv

Ⅱ，Ｈ串＝ＨⅡ（３）Ｈｃ３～qv时

qv串〈qv

Ⅱ，Ｈ串〈ＨⅡ分析：①Ｈｃ～qv越陡越好②各串联的泵（风机）最佳工况点qv相近或相等③注意启动顺序第十二讲泵与风机的串联及并联运行

第四章泵与风机的运55二、并联运行

目的：加大qv、可靠性、经济性（一）作（Ｈ～qv）并、（ｐ～qv）并原则：每一相同Ｈ点qv相加（二）并联运行工况点１.两台性能相同并联，略去ＢＤ、ＢＣ管段阻力

qvＭ〈２qvＣ，（qvＣ〉qvＢ），ＨＭ〉ＨＣ２.两台不同性能并联,且并联段阻力不能忽略３.当并联泵中一台进行节流调节时的并联运行４.并联泵中一台进行变速调节时的并联运行（注：如何选泵、电机、安装高度？）二、并联运行56

第十三讲非变速调节

§４.２泵与风机的工况调节之—非变速调节

一、节流调节

（一）泵出口管道节流调节

关小阀门→ξＨｃ↑、φ↑、ＨＣ↑、ＨＣ～qv变陡节流损失ΔPｅ＝ρｇqvＭ＇Ｈｊ/1000轴功率P＝ρｇqvＭ＇ＨＭ＇/1000ηＭ＇运行效率η运＝（PＭ＇－ΔPｅ）/（PＭ＇/ηＭ＇）优点：简便，可靠缺点：不经济，只能向小于额定流量一方进行调节适应场合：中小型离心泵，调节范围小。

（二）风机进口节流调节

对风机而言，入口节流调节损失要少于出口节流调节损失。第十三讲非变速调节

§４.２泵与风机的工况调节之—非57二、回流调节（分流调节）

某一阀门开度下，在相同ＨＣ点qv相加回路管路２的流量为qvＢ实际流经管路１的流量为qvＡ通过改变回流管路２上的阀门开度，达到调节流量的目的。有效功率Pｅ＝ρｇqvＡＨＭ/1000功率P＝ρｇqvＭＨＭ/1000ηＭ运行效率η运＝ρｇqvＡＨＭ/（ρｇqvＭＨＭ/ηＭ）优点：简便，可靠缺点：不经济适应场合：中小型轴流泵，离心泵特殊场合。二、回流调节（分流调节）58三、汽蚀调节（凝结水泵）

原理：主机负荷↓→热水井水位↓→汽蚀→qv↓→平衡于某qv值优点：可自动调节缺点：对材料要求较高四、离心风机入口导流器调节

简易、轴向、斜叶式导流器原理：预旋节流，可减小节流损失，比出口节流调节经济ｐＴ∞＝ρ（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）预旋υ１ｕ↑，ｐＴ∞↓优点：简便可靠，当调节量小时，调节效率ηｙ高缺点：调节量大时，调节效率ηｙ低五、动叶调节

改变叶片安装角→出口速度三角形发生变化→ＨＴ、ｐＴ、qv变化①ηｙ高②可向qv↑方向调节。三、汽蚀调节（凝结水泵）59第十四讲变速调节

§４.３变速调节

一、采用传动装置变速调节

液力耦合器油膜滑差离合器电磁滑差离合器传动功率的主要部件主动轴上泵轮从动轴上涡轮连在主动轴上的摩擦片组；连在从动轴上的摩擦片组连在主动轴上的电枢（铸铜圆筒鼓）；连在从动轴上的磁极（铁芯加绕组）传动功率原理在泵轮获得的旋转动能的工作油流到涡轮后，转变为从动泵与风机的机械能主动摩擦片与从动摩擦片间有转速差，中间油产生摩擦阻力，带动泵与风机旋转电枢旋转时，切割磁极的磁力线而感生涡流，涡流切割磁力线产生力矩，磁极产生反力矩，使泵与风机旋转转速调节方式用勺管或调节阀控制泵涡油膜的油量，油多，ｎ高

用油压活塞调节主从摩擦片间的间隙，间隙小，ｎ高控制励磁绕组中的直流电流，电流强度Ｉ越大，转速ｎ越高工作特性：ｎ2max/ｎ1ηｙ（传动效率）容量范围（ＫＷ）0.96～0.97Ｎ２／Ｎ１＝ｎ２／ｎ１50～22000（国内8000）0.00固体摩擦ｎ２／ｎ１50～15000（国内3000）0.83～0.98ｎ２／ｎ１0.55～10000（国内315）转速范围不宜过低

无限制

不宜过高（小3000）

节电效果②①③最大损失功率△Ｎｍａｘ

△Ｎｍａｘ＝0.148Ｎ２ｄ／ｉ０３Ｎ２ｄ――泵（风机）额定功率ｉ０３＝ｎ２ｍａｘ／ｎ１相同相同

第十四讲变速调节

§４.３变速调节60二、采用小汽轮机直接驱动、调节三、采用交流电动机变速调节

ｎ＝ｎ１（１－ｓ）＝６０ｆ１（１－ｓ）/ｐｎ１－－电动机的同步转速，ｒ/min；ｓ－－转差率；ｆ１－－电动机定子频率，ＨＺ；ｐ－－电动机定子绕组极对数；ｎ－－异步电动机的转速。因此，可变ｐ、ｓ、ｆ１三种方法二、采用小汽轮机直接驱动、调节61第十五讲泵与风机的选择

§４.４泵与风机的选择

选择原则：工作要求，安全可靠，经济性适应现场条件

选择程序：

１.了解工作条件（原始资料）：给出qv

ｍａｘ相应的Ｈｍａｘ（ｐｍａｘ）２.确定设计参数

qv＝（1.05～1.10）qvｍａｘＨ＝（1.10～1.15）Ｈｍａｘ或ｐ＝（1.10～1.15）ｐｍａｘ３.确定类型及调节方式４.由qv、Ｈ（ｐ）确定规格５.经济技术比较第十五讲泵与风机的选择

§４.４泵与风机的选择选择62一、泵的选择

（一）粗选

１.由qv、Ｈ根据用途确定类型２.在该类型泵系列型谱图上选规格

（二）细选

３.泵规格的具体性能曲线（泵产品样本）４.某几种规格符合，进行比较，选其中之一一、泵的选择63二、通风机的选择

１.由性能表选择２.由选择曲线选择

①由工作条件qv、ｐ换算选择曲线规定的参数qv、ｐ、P

qv

０＝qvｐ０＝ｐρ０/ρ＝ｐｐａ０Ｔ/ｐａＴ０＝ｐ×（1.013×10５）×（273＋ｔ）/（ｐａ×（273＋ｔ０））②若是并联，则ｐ０不变，qv

０按１/２选风机③由用途对应的选择曲线上选择④若ρ０与ρ相差较大，由qv、ｐ、η求P→PｇPｇ＝Ｋｐqv/ηηｍａｘ送风机Ｋ＝1.15引风机Ｋ＝1.30⑤经济比较（调节方式）二、通风机的选择64泵与风机课程幻灯片放映结束

谢谢观看！不足之处请指教！

华北电力大学（北京）

(2003.6)泵与风机课程幻灯片放映结束

谢谢观看！不足之处请指教！65泵与风机绪论：泵与风机在国民经济建设和火力发电厂中的地位与作用；泵与风机的基本性能参数；泵与风机的分类和工作原理泵与风机绪论：泵与风机在国民经济建设和火力发电厂中的地位与作66

第一讲

§０.１泵与风机在国民经济及热力发电厂中的地位和作用

１.能换:汽轮机水轮机:流体的热能、动能→机械能泵风机：机械能→（流体）势能和动能２.国民经济中应用：农业、建筑、航天、医疗３.电厂中应用：参照系统简图说明第一讲

§０.１泵与风机在国民经济及热力发电厂中的地67４.耗电数字：全国总耗电、厂用电５.重要性：（１）给水泵－－心脏，引风机－－呼吸系统（２）两台循环水泵中一台事故，汽轮发电机出力降低，给水泵中断给水，锅炉汽包“干锅”（３）电厂中主要调节对象４.耗电数字：全国总耗电、厂用电68§０.２泵与风机主要性能参数

泵的主要性能参数qv、Ｈ、P、η、ｎ、ｎｓ、[ＮＰＳＨ]性能参数反映整体性能qv：泵在单位时间所输送的液体量体积流量单位l/s、ｍ３/s、ｍ３/ｈＨ：单位重量流体通过泵后的能量增加值。单位：mP：轴功率，原动机传到泵轴上的功率。单位：Wｎ:泵每分钟转数。单位：r/min

§０.２泵与风机主要性能参数

泵的主要性能参数qv、Ｈ、69

Pe：有效功率（输出功率）为通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的能量Pe＝ρｇqvＨ/１０００kＷη:η＝（Pe/P）×100％Pg＝P/ηtmPgr＝ＫPg＝ＫP/ηtm＝（ＫρｇqvＨ）/（1000ηηtm）

Pe：有效功率（输出功率）为通过泵的液70风机基本性能参数qv、p、pｓｔ、P、η、ｎ

qv：单位时间通过风机进口的气体体积ｐ:单位体积气体从风机进口截面经叶轮至出口截面所获得的机械能的增加值ｐｓｔ：ｐｓｔ＝ｐ－ｐｄ２P：类似于泵,Pｅ＝qvＰ／１０００η：η＝（Pe/P）×100％n：类似于泵

风机基本性能参数qv、p、pｓｔ、P、η、ｎ

qv：单位时间71§０.３分类与工作原理

分类有按产生的压力分、工作原理分、其他类１.离心式工作原理

（单击以观看离心泵示例动画）２.轴流式工作原理

§０.３分类与工作原理分类有按产生的压力分、工作原理分72

第一章叶片式泵与风机的基本理论

内容包括：叶片式泵与风机的叶轮理论；流体在泵与风机叶轮内流动分析，速度三角形；能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的影响；流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；叶片式泵与风机的损失和效率；泵与风机的性能曲线；泵与风机的管路系统性能曲线及泵与风机装置系统的运行工况点；泵与风机的相似定律及其应用；泵与风机的比转速。第一章叶片式泵与风机的基本理论内容包括：73

第二讲流体在泵与风机叶轮内的流动分析，速度三角形

§１.１流体在叶轮内的流动分析

一、离心式（一）投影图、理论分析假设１.投影图：轴面投影、平面投影

（单击观看叶轮投影示例动画）

介绍：前盖板、后盖板、叶片、叶片进出口

Ｄ１，Ｄ２；ｂ１，ｂ２；β１，β２；Ｄ０，ｔ第二讲流体在泵与风机叶轮内的流动分析，速度三角形

74２.假设：（１）叶片无限多（流体质点的轨迹与叶片型线相重合）（２）理想流体（忽略粘性）（３）稳定性（迹线与流线重合）（４）不可压（５）轴面流动由（１）（３）（５）只研究一条流线即可２.假设：75（二）流体在叶轮内的流动（复合流动）牵连速度（圆周速度）ｕ＝ｒω＝πＤｎ/60

相对速度ω

绝对速度υ（二）流体在叶轮内的流动（复合流动）76（三）进出口速度三角形作法

已知：qvＴ，ｎ、几何尺寸作进口速度三角形需知条件：ｕ１＝ｎπＤ１/60υ１ｒ＝qvＴ/Ａ１＝qvＴ/（πＤ１ｂ１ψ１）υ１方向（υ１ｒ）（即α１）作出口速度三角形需知条件：ｕ２＝ｎπＤ２/60υ２ｒ＝qvＴ/Ａ２＝qvＴ/（πＤ２ｂ２ψ２）

ｗ２方向（即β２）

（三）进出口速度三角形作法已知：qvＴ，ｎ、几何尺寸77ｎ－－叶轮转速r/minＤ１－－叶轮进口直经ｍＤ２－－叶轮出口直经ｍqvＴ－－理论流量，即流过叶轮的流量ｍ３/ｓＡ－－有效过流面积（与υｒ垂直的过流面积）ｍ２ψ－－排挤系数，考虑叶片厚度对流道的排挤程度υｒ－－绝对速度的径向分量α－－绝对速度υ和圆周速度ｕ的夹角称为进流角βｙ－－叶片切线与圆周切线速度反方向的夹角为叶片安装角β－－相对速度ｗ和圆周速度ｕ的反向夹角成为流动角ｎ－－叶轮转速r/min78

二、轴流泵叶轮

１.流动假设

(１)圆柱层无关性假设(２)各层研究方法相同，只确定一个流面即可(３)取ｒ和ｒ＋ｄｒ两无限接近圆柱面构成的微小圆柱层，取出将之沿母线方向切开展成平面图。轴流式叶轮内流动→直列叶栅根据直列叶栅性质，在同一半径上ｕ１＝ｕ２＝ｕｗ１ａ＝ｗ２ａ＝ｗ∞ａ（轴向分速）υ１ａ＝υ２ａ＝υ∞ａ（轴向分速）υａ＝ｗａ（轴向分速）２.速度三角形(点击观看速度三角形示意动画)由于还不能求出υ２ｕ，故在以后学了能量方程再做速度三角形。二、轴流泵叶轮１.流动假设79第三讲能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的影响

§１.２叶片式泵与风机的能量方程式

一、推导

１.假设：与前面５点假设相同２.动量矩定理：在稳定流动中，单位时间流出与流进控制体的流体对某一轴的动量矩的变化等于作用在控制体内流体上的所有外力对同一轴力矩的总和（表达式见下页）第三讲能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的80ρqvＴ（υ２∞cosα２∞ｒ２－υ１∞cosα１∞ｒ１）＝ＭP＝Ｍω＝ρqvＴ（υ２∞cosα２∞ｒ２ｕ２/ｒ２－υ１∞cosα１∞ｒ１ｕ１/ｒ１）单位重流体P/（ρｇqvＴ）即ＨＴ∞ＨＴ∞＝（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）/ｇ对风机，单位体积P/qvＴ即ｐＴ∞

ｐＴ∞＝ρ（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）

ρqvＴ（υ２∞cosα２∞ｒ２－υ１∞cosα１∞ｒ１）＝81

二、能量方程式分析（Ⅰ）１.增大ＨＴ∞（ｐＴ∞）的途径

（１）显然ｕ２、ｕ１、υ１ｕ∞、υ２ｕ∞与Ｄ１、Ｄ２、ｎ有关，与β２ｙ有关以后讨论（２）流体径向流入υ１ｕ∞＝０（结合速度三角形）２.ＨＴ∞与ρ无关３.轴流式ｕ１＝ｕ２＝ｕ

ｐＴ∞＝ρｕ（υ２ｕ∞－υ１ｕ∞）径向流入ｐＴ∞＝ρｕυ２ｕ∞二、能量方程式分析（Ⅰ）82§１.３反作用度τ及叶片出口安装角对ＨＴ∞（ｐＴ∞）的影响

一、影响ＨＴ∞的因素（Ⅱ）ＨＴ∞＝ｕ２υ２ｕ∞/ｇｕ２＝ｎπＤ２/60υ２ｕ∞＝ｕ２－υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞υ２ｒ∞＝qvＴ/（πＤ２ｂ２ψ２）ＨＴ∞＝ｕ２（ｕ２－υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞）/ｇ＝ｕ２２/ｇ－ｕ２υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞/ｇ＝ｕ２２/ｇ－qvＴｕ２ctgβ２ｙ∞/（ｇπＤ２ｂ２ψ２）＝ｕ２（ｕ２－qvＴctgβ２ｙ∞/（πＤ２ｂ２ψ２））/ｇ＝π２Ｄ２２ｎ２２/3600g－ｎ２qvＴctgβ２ｙ∞/（60ｇｂ２ψ２）因此有Ｄ２↑、ｎ↑、ｂ２↑、β２ｙ∞↑时，ＨＴ∞↑§１.３反作用度τ及叶片出口安装角对ＨＴ∞（ｐＴ∞）的影83二、β２ｙ∞对ＨＴ∞的影响１.β２ｙ∞〈90°（后弯式叶轮）β２ｙ∞↓ＨＴ∞↓当ＨＴ∞＝０时，ｕ２＝υ２ｒ∞ctgβ２ｙ∞ctgβ２ｙ∞＝ｕ２/υ２ｒ∞→β２ｙ∞min２.β２ｙ∞＝90°ctgβ２ｙ∞＝０ＨＴ∞＝ｕ２２/ｇ（径向叶轮）３.β２ｙ∞〉90°（前弯叶片)β２ｙ∞↑ＨＴ∞↑β２ｙ∞能大到什么程度？二、β２ｙ∞对ＨＴ∞的影响84

三、反作用度

１.扬程另一表达式：ＨＴ∞＝（ｕ２υ２ｕ∞－ｕ１υ１ｕ∞）/ｇｗ２∞２＝υ２∞２＋ｕ２２－２ｕ２υ２∞cosα２

ｗ１∞２＝υ１∞２＋ｕ１２－２ｕ１υ１∞cosα１

υ２ｕ∞＝υ２∞cosα２，υ１ｕ∞＝υ１∞cosα1ｕ２υ２ｕ∞＝（υ２∞２＋ｕ２２－ｗ２∞２）/２ｕ１υ１ｕ∞＝（υ１∞２＋ｕ１２－ｗ１∞２）/２ＨＴ∞＝（υ２∞２－υ１∞２）/2ｇ＋（ｕ２２－ｕ１２）/2ｇ＋（ｗ１∞２－ｗ２∞２）/2ｇ三、反作用度85２.动压头：Ｈｄ∞＝（υ２∞２－υ１∞２）/2ｇ

（１）动压头在叶轮后的导叶或蜗壳中部分转化为静压头（２）尽量降低动压头比例以提高效率静压头→动压头（损失小）静压头←动压头（损失大）３.静压头：Ｈｓｔ∞＝（ｕ２２－ｕ１２）/2ｇ＋（ｗ１∞２－ｗ２∞２）/2ｇ

用来克服管路中阻力损失２.动压头：Ｈｄ∞＝（υ２∞２－υ１∞２）/2ｇ86４.反作用度：ＨＴ∞＝Ｈｄ∞＋Ｈｓｔ∞

（既然泵扬程由动压头和静压头两部分组成，引入反作用度）τ＝Ｈｓｔ∞/ＨＴ∞＝（ＨＴ∞－Ｈｄ∞）/ＨＴ∞＝１－Ｈｄ∞/ＨＴ∞（１）当β２ｙ∞＝β２ｙ∞min时,τ＝１（２）当β２ｙ∞＝90°，τ＝１/２（３）当β２ｙ∞＝β２ｙ∞max时,τ＝０，此时ＨＴ∞＝２ｕ２２/ｇ（４）τ＝１，流体从泵中未得到能量（扬程为０）；τ＝０，流体得不到输送（静扬程为０）（５）τ影响ＨＴ∞和η，须综合考虑选择５.反作用度与出口安装角关系：β２ｙ∞↑τ↓４.反作用度：ＨＴ∞＝Ｈｄ∞＋Ｈｓｔ∞87四、三种不同叶轮比较

１.从流体获得的能量:２.从效率观点看：（１）从叶片间流速（２）从叶片曲率大小（３）从能量转化观点３.结构尺寸４.磨损和积垢５.功率特性五、叶片出口安装角选用

泵后弯式β２ｙ＝２０°～３０°通风机大多数后弯式部分径向式小部分前弯式四、三种不同叶轮比较88第四讲流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；

叶片式泵与风机的损失和效率

§１.４叶片有限时对理论能头的影响

一、轴向涡流

１.举例（点击观看流体在叶轮流道中的运动示意动画）２.泵内涡流：将叶轮流道的进出口封闭起来，叶轮在旋转时，流道内理想流体也同样存在着一个和叶轮旋转角速度相等，但旋转方向相反的轴向涡流。第四讲流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；

叶片式泵与89二、轴向涡流的影响

１.对叶轮叶片流道内流动影响２.进出口速度三角形变化υｒ不变β变ＨＴ＝（ｕ２υ２ｕ－ｕ１υ１ｕ）/ｇυ１ｕ↑υ２ｕ↓ＨＴ〈ＨＴ∞三、有限叶片时理论能头计算

１.公式１：ＨＴ＝ＨＴ∞－πｕ２２sinβ２ｙ/（ｇＺ）２.公式２：ＨＴ＝ＫＨＴ∞Ｋ－－滑移系数，泵Ｋ＝0.8～1.0，风机Ｋ＝0.8～0.85二、轴向涡流的影响90§１.５叶片式泵与风机的损失和效率

ΔP＝P－Pｅ＝ΔPｍ＋ΔPｖ＋ΔPｈη＝Pｅ/P＝（Pｈ/P）＊（P＇/Pｈ）＊（Pｅ/P＇）＝ηｍηｖηｈP－－轴功率Pｅ－－有效功率Pｈ－－水力功率ΔPｍ－－总机械损失功率ΔPｖ－－容积损失功率ΔPｈ－－流动损失功率一、ΔPｍ轴承、轴封、圆盘摩擦损失ηｍ＝（P－ΔPｍ）/P＝Pｈ/P§１.５叶片式泵与风机的损失和效率

ΔP＝P－Pｅ＝ΔP91二、ΔPｖ

qvT－qv＝ｑ泄漏流量叶轮进口、轴封、平衡装置ΔPｖ＝ρｇqvＨＴ/1000ＫＷηｖ＝P＇/Pｈ＝（P－ΔPｍ－ΔPｖ）/（P－ΔPｍ）＝（ρｇqvＨＴ）/（ρｇqvTＨＴ）＝qv/（qv＋ｑ）三、ΔPｈ摩擦损失、局部损失、冲击损失

１.摩擦损失和局部损失（１）吸入室（２）叶轮流道（一般扩散）（３）压出室：扩散，正导叶扩散，反导叶收缩２.冲击损失;叶片入口，导叶入口（流量偏离设计工况）（１）冲角δ：相对速度方向和叶片进口切线之间夹角（２）影响：①qv＝qvｄ时，β１＝β１ｙ，δ＝０②qv〈qvｄ时，β１〈β１ｙ，δ〉０③qv〉qvｄ时，β１〉β１ｙ，δ〈０二、ΔPｖ92四、三种损失和流量关系五、ηｈ＝Pｅ/P‘＝Pｅ/（P－ΔPｍ－ΔPｖ）＝（ρｇqvＨ）/（ρｇqvＨＴ）＝Ｈ/ＨＴ六、为什么圆盘损失不属于流动损失？

圆盘损失虽然具有流动损失的特点，但它只是消耗原动机的输入功率而不降低叶轮内输送流体的能头。四、三种损失和流量关系93

第五讲泵与风机的性能曲线