《泵与风机》第二章―泵与风机的性能

1、泵与风机 Pump and Air-blower,上海电力学院 能源与环境工程学院 工程热物理学科,第二章 泵与风机的性能,内容提要： 2.1、功率、损失、效率 2.2、泵与风机的性能曲线,教学目的：掌握泵与风机中常用的功率、损失和效率；掌握泵与风机的性能曲线；,重点和难点：泵与风机中损失的种类和原因；泵与风机的性能曲线。,1)有效功率Pe,对泵而言， kW 对风机而言， kW,流体从泵或风机中实际有效得到的功率。,2.1 功率，损失与效率,一. 功率,qV ：体积流量，m3/s; H : 扬程，m P : 全压，Pa； ：流体密度，kg/m3,一. 功率,2)轴功率P,对泵而言， kW 对风

2、机而言， kW,原动机运行传递到泵与风机轴端上的功率。,: 泵和风机的总效率,一. 功率,3)原动机功率Pg,对泵而言， kW 对风机而言, kW,原动机的输出功率。,tm: 传动效率,4)原动机输入功率Pg,in,对泵而言，,对风机而言，,g: 原动机效率,kW,kW,5)原动机的选择,对泵而言， 对风机而言,K: 原动机的容量富裕系数,原动机效率：,二. 损失和效率,机械损失Pm 与叶轮转动相关 容积损失PV 经过叶轮与流体泄露量相关 流动损失Ph 经过叶轮与流体流量相关,（一）机械损失Pm和机械效率m,机械损失Pm ：机械运动过程中克服摩擦所造成的能量 损失,机械损失用机械效率来衡量,主

3、要包括：,轴与轴承,轴与轴端密封,圆盘摩擦损失,(0.010.03)P,(0.020.1)P,减少机械损失的方法：,圆盘摩擦损失Pdf：,与D2的5次方，n的三次方成正比,采用合理结构 a)高压泵，采用多级叶轮，不采用增大直径。 b)采用高转速小叶轮的结构。 保持叶轮及泵体内侧表面的光洁 合理的相对侧壁间隙，B/D2：2%-5%,（二）容积损失PV和容积效率V,容积损失（泄露损失）：泵与风机的旋转部件与静止部件之间存在着间隙，叶轮转动时在间隙两侧所造成的压力差使部分已获得能量的流体从高压侧流向低压侧，从而形成泄漏，产生损失。,容积损失用容积效率来衡量,q: 泄露流量，m3/s 4%10%qVT

4、,1) 叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露,泄漏量的计算,1流量系数； H1间隙两侧的能头差，m； A1=Dwb间隙的环形面积，m2；,容积损失的计算,2) 平衡轴向力装置处的容积损失,泄漏量的计算,2流量系数； H2间隙两侧的能头差，m； A=Dnb间隙的环形面积，m2；,容积损失的计算,3) 轴端密封处的容积损失PV3,4) 多级泵的级间泄露属于圆盘摩擦损失,减少容积损失的方法：,维持动、静部件间的最佳间隙 增大间隙中的流动阻力 a)增加密封的轴向长度； b)在间隙的入口和出口采取节流措施； c)采用不同型式的密封环。,（三）流动损失Ph和流动效率h,摩擦损失：流体和各部分流道壁面摩擦会

5、产生；,流动损失用流动效率来衡量,涡流(扩散)损失：流道截面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起；,冲击损失：由于工况改变，入口流动角与叶片安装角不一致，引起。,流体在泵与风机主流道（入口，叶轮，导叶，出口）中流动时由于流动阻力而产生的机械能损失，泵与风机的最主要损失。,1）摩擦损失：沿程阻力损失；,2）涡流损失：,摩擦损失+涡流损失：,3）冲击损失：,总流动损失：,减少流动损失，提高流动效率的方法：,选用高效叶轮及设计合理的流道形状； 提高制造、安装、检修的质量； 保证叶轮和流道表面的粗糙度最低； 在合理的流量范围内工作。,（四）泵与风机的总效率,（五）风机的效率,1）全压效率：总效

6、率；,2）静压效率st；,3）全压内效率i；,4）静压内效率st,i；,Pi:不考虑轴与轴承及轴端密封的摩擦损失功率，即风机叶轮的耗功。,风机内效率多用于风机相似性设计和相似换算的依据,泵和风机的总效率与容量、型式和结构有关,离心式泵：0.600.90 离心风机： 0.700.90 高效风机:0.90 轴流泵： 0.700.89 大型轴流风机:0.90,2.2 泵与风机的性能曲线,一. 离心式泵与风机的性能曲线,（一）流量与扬程性能曲线 （二）流量与轴功率性能曲线 （三）流量与效率性能曲线 （四）离心式泵与风机性能曲线的分析,二. 轴流式泵与风机的性能曲线,一定的转速下，以流量qV作为基本变量

7、，其它各参数随流量改变而变化的曲线。,一. 离心式泵与风机的性能曲线,（一）流量与扬程曲线（qVH）,由速度三角形得:,1）2a90,cot2a0,2）2a=90,cot2a=0,3）2a90,cot2a0,b: 考虑有限叶轮（轴向涡流影响）,c: 考虑摩擦和 涡流,d: 考虑冲击,e: 考虑容积,（二）流量与功率性能曲线（qVP）,轴功率P等于流动功率Ph与机械损失功率Pm之和。,1）理论流量qVT与流动功率Ph的关系（qVTPh） 。,1）2a90,cot2a0,2）2a=90,cot2a=0,3）2a90,cot2a0,流动功率先随流量增加而增加，达到某一数值后，随流量的增加而降低,流动

8、功率随流量增加而直线上升。,流动功率随流量增加而急剧上升。,后弯式叶片叶轮,径向式叶片叶轮,前弯式叶片叶轮,2）实际流量qV与轴功率P的关系（qVP） 。,空载工况：流量为零的工况。,（三）流量与效率性能曲线（qV）,max：设计工况点,（四）离心式泵与风机性能曲线分析,1）最佳工况点与经济工作区,最佳工况点：最高效率所对应的工况点,工况点：某一流量下所对应的H、P、等一组参数,经济（高效）工作区：最佳工况点附近(0.850.9max),2）离心式泵在空载情况下防汽化,3）离心式泵和风机在空载条件下(阀门全关)启动,空载情况下功率约为设计功率的30%左右。,4）后弯式叶轮qVH性能曲线三种基本

9、情况,a: 陡降型,b: 平缓型,c: 驼峰型,25 30,8 12,4）前弯式叶轮的一些特点,随流量增加功率迅速升高，原动机取较大的容量 富裕系数。 流量和扬程性能曲线为驼峰型曲线，存在不稳定 工作区。 效率较低，大中型风机多采用后弯式叶轮,二 . 轴流式泵与风机的性能曲线,轴流式泵与风机性能曲线的特点,流量与扬程和功率性能曲线在小流量时为驼峰型， 存在不稳定工作区。 空载状态下，轴功率最大，在阀门全开状态下 启动。且对可调式叶片在小安装角下启动。 采用可调叶片轴流式泵与风机，扩大其高效工作区。,思考题：1，2，5，6； 作业题：2-1，2-3，2-4，2-6。,2.3 性能曲线的测试方法,2.4.1泵性能测试,2.4.2风