第一章-泵与风机的分类及工作原理

1、流体机械,流体机械：以流体为工作介质进行机械能与流体的压力能和动能之间的转换装置。 本课包括：通风机械 排水机械 压气机械,举例说明 水轮机 水流流经转轮，水流把能量传给水轮机 转轮旋转，即流体能量 机械能。 驱动发电机旋转（或其它机械设备）。,泵 从电动机（原动机 ）得到能量，叶轮吸入流体，并使流体的能量得到增加（压能，动能），即机械能 流体的能量， 可将流体输送到一定高度或输送到远处。,第一章 泵与风机的分类及工作原理,一、泵的分类 按工作原理可分为三类： （1）容积式：依靠工作容积的不断变化来输送液体。如齿轮泵、柱塞泵、水环式真空泵。 （2）叶片式：靠工作叶轮的旋转运动来输送液体。如：离

2、心泵、轴流泵、混流泵等。 （3）其他类型的泵：如射流泵等。,1-1 泵与风机的分类,离心泵的分类： 轴向进入叶轮，径向流出。 （1）根据叶轮数：单级、多级。,（2）根据叶轮入口数目： 单吸、双吸。,双吸叶轮,（3）根据主轴的布置位置：立式、卧式。 （4）根据外壳接缝形式：中开式、分段式。,二、风机的分类,（1）根据空气在叶轮内的流动方向：离心式、轴流式。 （2）根据叶轮数目：单级、两级。 （3）根据风机产生的压力：低压（全压小于1000Pa）、中压（全压为10003000Pa）、高压（全压为30005000Pa）,2.离心式风机的工作原理 动画,1-2 泵与风机的工作原理及性能参数,一、离心式

3、泵与风机的工作原理 主要部件：叶轮、主轴、机壳。 叶轮的组成：前盘、后盘和叶片。 1.离心泵的工作原理 动画1 动画2,二、轴流式泵与风机的工作原理 主要部件：叶轮、主轴、机壳。 1.轴流泵的工作原理 动画1 2.轴流式风机的工作原理 动画,三、其他水泵的工作原理 1.水环式真空泵 组成：叶轮、泵体、吸气室、排气室。 工作原理： 动画演示,2.射流泵 动画,四、特性参数 1.泵的特性参数 （1）流量 Q 单位时间内泵所排出的液体体积。(m3/s、m3/h) （2）扬程 H 单位重量的水通过水泵后所获得的能量。（m）。 吸水扬程 Hx 排水扬程 Hp 实际扬程 Hsy Hsy Hx Hp 总扬程

4、 H （3）功率 泵在单位时间内所做的功的大小。（kW）。 轴功率N 原动机传给泵轴上的功率（即泵的输入功率）。,（4）效率 泵的有效功率与轴功率的比值。,（5）转速 n 泵叶轮每分钟的转数。 r/min。 （6）允许吸上真空度 Hs 在保证不发生汽蚀的情况下，泵吸 水口所允许的真空度。 m。,有效功率 Na 单位时间内液体自泵获得的实际能量（即水泵的输出功率）。,2.风机的性能参数 （1）风量Q 单位时间内通过风机的气体体积。m3/s、m3/h （2）风压P 单位为Pa（N/） 静压Pj 单位体积的气体流过风机后所获得的压力能。 动压Pd 单位体积的气体流过风机后所获得的动能。 全压 P 单

5、位体积的气体流过风机后所获得的总能量。 （3）功率 单位kW。 轴功率 N 原动机传给通风机轴上的功率。 有效功率 Na 单位时间内气体从通风机获得的能量。,（5） 转速（n） 风机叶轮每分钟的转数，单位为r/min。,（4） 效率 （1）全效率（） 指通风机的有效功率与轴功率之比。,（2）静效率（j） 指在上式中如果用静压代替全压， 则所得的效率称为静效率。,162 通风机的特性曲线 一、离心式通风机的特性曲线 （一）理论风压方程式与个体特性曲线 1. 理论风压方程式,3.影响理论风压的因素 （1）结构尺寸（D2） （2）运转工况（n） （3）叶片型式（前向、径向、后向）,2.理论风压特性曲

6、线,（二）离心式通风机的类型系数和类型曲线 同类型风机必有共同特性。反映同类型通风机共同特性的曲线，成为类型特性曲线。 1.类型系数,（1）风压系数,（2）流量系数,（3）功率系数,2.离心式通风机的类型特性曲线,二、轴流式通风机的特性曲线 （一）理论风压方程式 1.气流在轴流式通风机叶轮中的流动 （1）基元环 （2）叶栅 将基元环展开成平面后，成为直列叶栅。 栅距：叶栅中的相邻叶片间的间距，以“t”表示。 安装角：叶片弦长与栅出口边缘线的交角，以“”表示。通常以叶根处安装角标志叶轮叶片安装角。,2. 速度三角形,3. 理论风压方程式,（四）轴流式通风机实际特性 1.轴流式通风机的损失 （1）

7、气流在进入叶轮前由于进风部件阻力而形成的损失； （2）气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间的缝隙而形成的损失； （3）气流由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损失； （4）在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换的损失； （5）传动时的机械损失。 2.实际特性曲线 它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。,163 通风机的构造及反风装置,一、离心式通风机的构造及性能 （一）结构 离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器（进风口）和外壳。 叶轮 组成 由前盘面、后盘面和叶片组成。 叶型 用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机。过去，它的叶轮叶型多采用圆弧形；现在，多采用机翼形叶片。 叶轮的叶片

8、数目 472和473模型机的叶轮叶片数目均为10片。,2.外壳（螺壳） 风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，并输送到外壳的出口。 形状 外壳的截面呈螺旋状。 3.集流器（进风口） 集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的 集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小，对容积损失和流动损失有重要影响。472和G473模型机采用径向间隙,（二）几种常用离心式通风机 1.47211型离心式通风机 （1）结构特点 （2）型号意义 47211No.20 B 右90 一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通风机；“K”表示矿用通风机； 4最高效率点的全压系数乘

9、以10； 72比转数 1表示叶轮进风方式。“1”表示叶轮单侧进风；“0” 表示叶轮双侧进风 No.20机号；叶轮直径除以100,B传动方式（离心式通风机的传动方式有六种： A无轴承箱； B支撑皮带（悬臂支撑，皮带传动，带轮在支撑点中部） C悬臂皮带； D悬臂联轴节； E中间皮带； F中间联轴节。一般47211和G47311采用前四种；大型的K47301采用后两种。） 右叶轮旋向（站在电动机一侧正视叶轮，顺时针方向旋转的称为“右”旋，逆时针方向旋转的称为“左”旋。） 90出风口位置 （3）技术性能及特性曲线,2.G47311型离心式通风机,3.K47301型离心式通风机,3.K47301型离心式

10、通风机,3.K47301型离心式通风机,二、轴流式通风机的构造及性能 （一）结构 主要气动部件有叶轮、导叶（前导叶、中导叶、后导叶）、外壳、进风口（集流器、疏流罩）以及出口处的扩散器。 1.叶轮 决定风机性能的主要因素是风机翼型、叶轮外径、外径对轮毂的比值（轮毂比）和叶轮转速。 叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机全压。轮毂比与风机比转数有关。一般说来，轮毂比大时，轴向速度Ca增大，叶片数目z和叶片相对宽度b/l（b为弦长，l为叶展）也相应增大，风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，多数取0.6，风压系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风机全压。通常，可在1045范

11、围内调整。,2.导叶 前导叶 某些风机设有前导叶，用以控制进入叶轮的气流方向，达到调节特性的目的。此导叶可分为两段，头部固定不动，尾部可以摆动。这样，外界气流可以较小的冲击进入前导叶，而后改变方向进入叶轮。 中导叶 在多级轴流式通风机中级间设置。它的作用是将前级叶轮的流出气流方向，转为轴向流入后级叶轮。 后导叶 作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。剩余的旋绕速度使气流不仅沿轴向，而且是沿螺线方向在扩散器中流动，有利于改善扩散器的工作。 注意： （1）导叶的形式 以前多采用圆弧形叶片。现在多采用机翼形叶片，中、后导叶还采用扭曲机翼形叶片。 （2）导叶的数目（前导叶、中导叶、后导叶）应

12、与叶轮叶片数互为质数，以避免气流通过时产生同期扰动。,3、进风口（集流器和整流罩） 作用是使气流顺利地进入风机的环行入口信道，并在叶轮入口处，形成均匀的速度场。目前，矿用通风机集流器型线为圆弧形，疏流罩的型面为球面或椭球面。 4、扩散器 作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风机的静效率。一般由锥形筒芯和筒壳组成，装在风机出口侧。 5、外壳 风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可能地减小。通常 （s径向间隙，l叶片展长）在0.010.06之间。,(二）几种常用轴流式通风机 1、2K60型通风机 （1）结构特点 （2）技术性能和性能曲线 （3）型号意义,2、2K5

13、6型轴流式通风机,三、矿用通风机的反风 （一）反风的意义及要求 1.意义 2.要求 煤矿安全规程规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。 当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于正常风量的40%。 反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次，每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时，也应进行1次反风演习。,（二）离心式通风机的反风 利用反风道 （三）轴流式通风机的反风 1.反转反风法 2.反风道反风法 3.无反风道反风法 4.改变叶片角度， 正转。,164 通风机在网络中的工作,通风机是与一定的网络相连接而进行工作的，因此通风机本身

14、与相应的网络构成一个完整的系统。通风机的工作状况不仅取决于通风机本身，同时也取决于网络的状况。,一、通风机在网络上的工作分析,单位体积的气体在和截面的能量关系为 单位体积的气体在和截面的能量关系为,将上述两式联立求解得：,将通风机产生的风压p称为全压； 克服网络阻力的风压称为静压，用 表示，即 ； 出口动能损失称动压，用符号 表示，即 。,二、通风网络特性曲线 1.网络特性方程式,2.网络特性曲线,三、通风机工况点和工业利用区 1.工况点 2.工业利用区 （1）稳定工作条件（有且只有一个工作点） （2）经济工作条件,四、通风机的工况调节及运行 调节原因：在矿井开采过程中，通风网络的参数是变化的

15、，为了适应这种变化，通风机的工况应具有可调节性。 调节途径：一是改变网络特性曲线调节法；二是改变通风机特性曲线调节法。 （一）改变网络特性曲线调节法 1.闸门调节 （1）调节原理及方法 注意：闸门调节不节能。 （2）适用范围及特点 设备简单，调整容易而均匀。但有附加能量损失。只能作为一种暂时的应急方法使用。 2.串并联巷道,（二）改变通风机特性曲线调节法,1.改变叶轮转速调节法,1）阶段调节 2）无级调节 特点 调节范围较宽，效率不变。阶段性调速的调节机构简单，但必须在停机时操作；无级调速机构复杂投资大，但调节性能好，且能在不停机情况下完成调节工作。,2.改变叶片安装角调节法 （1）调节原理,

16、（2）调节方法 1）停机调节 方法：人工和机构 2）动叶调节 调节原理 平衡抵消闭合力矩。 调节机构 油压式、机械式、电气式 （3）特点及适用范围,（2）调节方法 1）离心式通风机的前导器 2）轴流式通风机的前导器 （3）特点及适用范围 前导器调节法调节的机构比较简单，可以在不停机的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目的，在网络特性不变的情况下调节时，效率有所变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调节的补充较为适宜。,3.前导器调节法 （1）调节原理,4.改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法 （1）调节原理 （2）调节方法 注意：改变叶片数目后，叶轮的平衡问题。 （3）特点及适用范围

17、不需要另外附加机构，需要在停机情况下操作。只能实现阶段调节，可调范围窄，效率也有所变化，可以作为辅助的调节措施。,五、通风机的联合工作,（一）通风机的串联工作 1.串联的目的 增加风压 2.串联的特点 两台风机的风量相等，风压为两台风机在该流量下的风压之和。 3.串联工况点 （1）构造等效风机 按照“相同流量下，风压相加”的原则。 （2）求等效风机的特性曲线 （3）等效工况点 （4）串联效果,（二）通风机的并联工作 1、并联工作的任务 增加风量 2、并联工作特点 两台风机产生的风压相等，都等于克服网络阻力所需的风压，通过网络的风量等于两风机风量之和。 3、并联工况点 （1）构造等效风机 按照“等风压下，流量相加”的原则。 （2）求等效风机的特性曲线 （3）等效工况点 （4）并联效果,注意：两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对于网络阻力较小的系统，并联效果较好；两台风机并联后运转的稳定性。,六、通风机的运行与使用 1、起动前的检查 通风机起动前要进行全面检查，从传动部分开始，检查联轴节、皮带、螺栓连接及焊接部分是否牢固；轴承部分润滑油量是否合适；检查各风门的关开程度是否合乎要求；各测量仪表是否齐全；最后关闭所有检查孔，才能启动。 2、起动工况的选择 （1）原则