《泵与风机》课件-第七章 叶片式泵与风机的性能

第七章叶片式泵与风机的性能第一节泵与风机PART01延迟符概念延迟符相似定律由于许多力学问题很难用数学方法去解决，必须通过实验来研究。试验模型在一定的条件下，间接反映出真实设备的相应性能。试验模型=实际情况？在一定条件限定的下，试验模型和实际设备具备相似的性能特性。对新设计的产品，需将原型泵与风机缩小为模型，进行模化试验以验证其性能是否达到要求。在现有效率高、结构简单、性能可靠的泵与风机资料中，选一台合适的(比转数接近的)作为模型，按相似关系对该型进行设计。由性能参数的相似关系，在改变转速、叶轮几何尺寸及流体密度时，可进行性能参数的相似换算。相似理论在泵和风机中的应用延迟符相似定律123相似条件几何相似：是指模型和原型各对应点的几何尺寸成比例，比值相等，各对应角、叶片数相等。运动相似：是指模型和原型各对应点的速度方向相同，大小成同一比值，对应角相等。即流体在各对应点的速度三角形相似。动力相似：是指模型和原型中相对应点的各种力的方向相同，大小成同一比值。为保证流体流动相似，必须满足模型和原型中任一对应点上的同—物理量之间保持比例关系。延迟符相似定律相似定律延迟符相似定律只有同时满足几何相似、运动相似、动力相似的泵和风机才是相似的泵与风机。相似的泵与风机对应的工况称为相似工况。相似工况各性能参数之间必然存在相似关系。主要有流量关系、扬程（全压）关系、轴功率关系，这种相似关系称为相似定律。流量关系扬程和全压功率关系相似定律

脚本m代表模型的性能参数

流量关系扬程和全压功率关系相似定律

相似定律比例定律-同一台泵不同工况脚标1表示变化前，2表示变化后VS延迟符相似定律

比例定律应用延迟符相似定律不同转速下性能曲线的换算脚标1为变化前参数脚标2为变化后参数比例定律应用延迟符相似定律确定泵与风机在新工况下的转速

条件：转速较高，曲线上的点为相似工况点比例定律应用延迟符相似定律绘制通用性能曲线通常將泵和风机在不同转速下的流量扬程曲线及其相应的等效率曲线绘制在同一坐标图上。例题延迟符相似定律某水泵在转速n1=2900r/min运行时，H1=25m，Q1

＝150m3/h，P1=8kw，另一工况下n2=1400r/min，求H2、Q2、P2。

比转速延迟符相似定律

同一台泵或风机，在不同工况下有不同的比转数，一般是用最高效率点的比转数作为相似准则的比转数。泵与风机相似，比转速必然相似，比转速相似，泵与风机不一定相似。比转速相似不能作为泵和风机相似的判别条件。比转数是用单级单吸入叶轮为标准，如结构型式不是单级单吸，则要进行换算。比转速相似定律比转速的应用延迟符相似定律用比转数对泵与风机进行分类对泵:ns＝30～300为离心式。ns＝300～500为混流式。ns＝500～1000为轴流式,ns＝30～80为低比转数离心式ns＝80～150为中比转数离心式，ns＝150—300为高比转数离心式。对风机：ny＝2.7～12为前弯式离心风机，ny＝3.6～16.6为后弯式离心风机，ny＝18～36为轴流式风机。

比转速的应用延迟符相似定律

谢谢观看第二节泵与风机的性能曲线PART01√定义√理论绘制√分析√影响因素延迟符一、定义泵与风机的性能曲线在转速及输送的流体密度（轴流式还有叶片的安装角）一定时，泵与风机的扬程（全压）、轴功率、效率等随流量而变化的一组关系曲线。在一定的转速下，其性能参数扬程H（全压P）、轴功率P、效率、汽蚀余量随流量的变化关系曲线。流量与扬程曲线，流量与轴功率曲线，流量与效率曲线，流量与全压曲线（风机）理论分析法性能试验法虽然不能精确绘制泵与风机的性能曲线，但可以揭示泵与风机性能的各种因素，对提高泵与风机的性能具有十分重要的意义。由于泵与风机内流动的复杂性，目前制造厂家通过“性能试验”进行绘制。VS延迟符泵与风机性能曲线二、绘制叶片形式性能曲线VS延迟符泵与风机性能曲线

比较项目叶片形式后弯式叶片径向式前弯式理论扬程小中大静能头占比大中小流动效率高中低扬程与流量关系下降水平升高功率与流量关系先增后降直线增加急剧增大叶片形式比较性能曲线泵与风机的性能曲线

对于离心式泵，由于所输送的液体密度较大，要求有较高的运行效率和较多的静压能，所以多采用后弯式叶片。同时原动机又不容易过载。

风机输送的流体密度小，损失少，也可以采用径向式和前弯式，排粉风机一般采用径向式，可防磨防积灰；输送清洁、低压工质的通风机常采用前弯式，可减小风机体积。泵与风机的性能曲线

泵与风机的性能曲线对于实际叶轮，由于轴向涡流的影响，使HT∞降至HT，即HT∞=kHT，其中滑移系数永远小于1，且与流量无关。Hw流动阻力损失随着流量的增大而增大；Hs冲击损失随着流量偏移设计流量的增大而增大；q泄漏量与流量的平方根成正比。1.流量与扬程曲线机械损失不随负荷变化而变化，所以流量增大，机械效率提高。泵与风机的性能曲线对于后弯式叶片，不计能量损失的情况下，理论功率PT随理论流量qVT的变化关系曲线式一条平缓的二次抛物线，考虑泵与风机内的损失，功率P增加。由于机械损失与流量无关，所以在理论曲线上加上△Pm，得到qVT-P，在考虑泄漏量影响，qVT-P曲线所对应的流量减去泄漏量q,即得到实际qV-P曲线。2.流量与功率曲线泵与风机的性能曲线

3.流量与效率曲线泵与风机的性能曲线

二、试验法绘制性能曲线1.离心式泵的性能试验

流量计充水阀调节阀离心泵隔离阀泵与风机的性能曲线最佳工况：在性能曲线上，每一流量下，均有一个与之对应的扬程或全压、功率及效率，把某一流量下对应的这组参数称为一个工况，这一工况在坐标图上的位置称为工况点，最高效率所对应的工况称为最佳工况。高效工作区（经济工作区）：最佳工况点附近的区域（一般不低于最高效率的85%~90%）空载工况：流量为零时所对应的工况。此时轴功率并不等于零，而是最小。泵空载运行时，功率主要消耗在机械损失上，会使水温迅速升高，造成泵壳变形，泵轴弯曲，甚至汽化造成汽蚀。闭阀启动：离心式风机关闭进口挡板（减少进口压强，产生风压减小，轴功率减小），离心式泵关闭出口阀门（防汽蚀）三、性能曲线分析1.离心式泵与风机性能曲线分析泵与风机的性能曲线后弯式叶轮的曲线是一条下降曲线，但由于其结构形式和出口安装角不同，使得性能曲线具有三种基本类型：陡降型，平坦型，驼峰型。离心式泵与风机性能曲线三种基本类型

泵与风机的性能曲线

离心式泵与风机性能曲线三种基本类型泵与风机的性能曲线

2.轴流式泵与风机性能曲线第三节泵内汽蚀PART04√汽蚀现象√汽蚀原因√汽蚀危害√汽蚀防治延迟符1、汽化的概念与汽化压强由物理学得知，水在一个大气压下，温度达到100℃时，就开始汽化，在高山上由于气压较低，水在不到100℃时，就开始汽化。如果水的温度不变，压强降低到某一数值，水同样发生汽化，这个压强称为水在该温度下的汽化压强。例如，水温20℃，汽化压强为2.4kPa。延迟符一、泵内汽蚀现象和其对泵的影响泵内汽蚀2.泵的汽蚀现象水泵运转时，入口压力低，且叶轮摩擦使流体升温，当温度达到饱和温度时，部分液体开始汽化变为蒸汽，同时原来溶解在水中的某些气体也会逸出，形成许多汽泡。这些汽泡随水流从低压区流向高压区，汽泡在高压作用下迅速破裂。在汽泡破灭的瞬时，高压水以极高的速度冲向汽泡占有的空间，形成巨大的冲击力，且冲击频率很高。此冲击力作用在叶轮表面，表面则被剥蚀，形成蜂窝状或海绵状。此即机械侵蚀。此外，由于液体中逸出的氧气等活泼气体，借助汽泡凝结时放出的热量，也对金属起化学腐蚀作用。压力，温度，汽化泵内汽蚀汽蚀现象：泵内反复出现液体的汽化与凝聚过程而引起对流道金属表面的机械剥蚀与氧化腐蚀的破坏现象称为汽蚀现象，简称汽蚀。如果汽蚀持续发展，汽泡大量产生，就会影响液体的正常流动，噪声和振动剧增，甚至造成断流，这种工况称为“断裂工况”。这时泵的扬程、流量和效率都显著下降，最后必将缩短泵的寿命。泵内汽蚀材料的破坏汽蚀发生时，由于机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，致使材料受到破坏。噪声和振动加剧汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪声。性能下降汽蚀发展严重时，大量汽泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致扬程下降，效率也相应降低。这时，泵的外部性能有明显的变化。3.泵内汽蚀对泵工作的危害泵内汽蚀延迟符电厂中，容易发生汽蚀的泵有哪些？为什么？思考泵内汽蚀对吸水池水面0-0截面和泵的吸入口s-s截面列伯努利方程，基准面取在0-0截面二、汽蚀性能参数吸上真空高度在大气压强一定时，吸上真空高度越大，泵入口压强越小，汽蚀可能性越大1.吸上真空高度泵内汽蚀吸上真空高度吸上真空高度等于几何安装高度Hg，流速水头和吸入管的流动阻力损失。在泵发生汽蚀时的吸上真空高度称为最大吸上真空高度或临界吸上真空高度，用Hs，max表示，它是由泵的制造厂用实验方法确定的，若吸入口的汽化压强为Pv。为了避免汽蚀，泵的吸上真空高度应留有一定安全值，即[Hs]=Hsmax－0.3m允许吸上真空高度[Hs]是泵抗汽蚀性能的指标。[Hs]愈大，泵的抗汽蚀性能愈好。它随泵的流量增大而减小，在泵的性能曲线中有一条[Hs]-Q曲线。泵内汽蚀允许高度高度为防止汽蚀，用允许吸上真空高度来确定泵的几何安装高度。泵内汽蚀延迟符为获得足够泵的安装高度，应尽量减小v12/2g和hw。为此，可选用直径稍大的吸水管；使吸水管尽可能短；尽量减少弯头等局部损失管件。水泵流量调节阀一定装在压水管上，而不要装在吸水管上。允许安装高度随流量增加而降低，为确定[Hg]，应按最大流量工况计算，以保证水泵在任何工况不会发生汽蚀。允许吸上真空高度[Hs]是制造厂在大气压为101.325kPa和温度为20℃清水条件下，实验得到的。当泵的使用条件与上述情况不符时，[Hs]值应进行修正。Ha－当地大气压；Hv－与水温相应的汽化压强（单位是m）泵内汽蚀练习题某台离心泵在海拔高度为400m的地方工作，该地区夏季最高水温为30℃，已知该泵样本的允许吸上真空高度[Hs]=7.5m，（1）求该泵在当地的允许吸上高度[Hs]’，（2）若吸水管流动阻力损失为1m，流量为0.5m3/s，管内直径d=0.6m，求该泵在当地的允许安装高度[Hg]。泵内汽蚀有效汽蚀余量△ha是指泵的吸入口处，单位重力作用下液体所具有的超过汽化压强的富余能量2.允许汽蚀余量[△h]

有效汽蚀余量就是吸入液面上的压强水头在克服吸水管中的流动阻力损失，并把水提高到Hg后，所剩余的超过汽化压头的能头。有效汽蚀余量越多，富余能头越多，泵汽蚀可能性越小。

泵内汽蚀有效汽蚀余量越多，富余能头越多，泵汽蚀可能性越小流量增加，有效汽蚀余量减小，泵发生汽蚀可能性增加，输送流体温度越高，有效汽蚀余量越小，泵发生汽蚀可能性增加。有效汽蚀余量△ha延迟符

泵内汽蚀必须汽蚀余量△hr是指单位重力作用下液体从吸入口s-s截面至压强最低点K的压降，

必须汽蚀余量的大小在一定程度上反映了泵本身汽蚀性能，吸入口压强一定的情况下，必须汽蚀余量越多，说明压力最低点压强越低，泵汽蚀可能性越大。流量越大，必须汽蚀余量增加，泵汽蚀可能性增加。压强进泵口压降原因：吸入管为收缩管，速度增加而压强下降；吸入口至压强最低点有流动阻力损失；流体进入叶轮时，以相对速度绕流叶片进口边，液流急剧转弯，流速加大，压强下降。泵内汽蚀有效汽蚀余量△ha是指泵的吸入口处，单位重力作用下液体所具有的超过汽化压强的富余能量必须汽蚀余量△hr是指单位重力作用下液体从吸入口s-s截面至压强最低点K的压降泵内汽蚀允许汽蚀余量[△h]在临界状态点，△hc为临界汽蚀余量，通过试验获得，为保证安全，允许汽蚀余量为

泵内汽蚀允许汽蚀余量对应有效汽蚀余量