技師培訓教材--泵與風機(泵與風機的性能)

1、THERMAL POWER PLANT OF YI ZHENG CHEMICAL FIRBLE CO.,LTD泵與風機泵與風機2 2 泵與風機的性能泵與風機的性能本章要點各種損失與效率性能曲線性能曲線的應用2-1 2-1 功率、損失和效率功率、損失和效率二、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 三、容積損失和容積效率三、容積損失和容積效率四、流動損失和流動效率四、流動損失和流動效率 引引 言言 一、功率功率 Pm PV PhPhqVTHTP qVHTPeqVHP由于結構、工藝及流體粘性的影響，流體流經(jīng)泵與風機由于結構、工藝及流體粘性的影響，流體流經(jīng)泵與風機時不可避免地要產(chǎn)生各種能量損失。時不可

2、避免地要產(chǎn)生各種能量損失。哪些哪些損失？在哪些部位？與那些因素有關？損失？在哪些部位？與那些因素有關？措施措施 。引引 言言 有效功率：有效功率：流體從泵或風機中實際有效獲得的功率。流體從泵或風機中實際有效獲得的功率。對泵而言，設流過葉輪的流體體積流量為對泵而言，設流過葉輪的流體體積流量為qv，揚程為，揚程為H流體的密度為流體的密度為，則泵的有效功率為：，則泵的有效功率為：1 1、有效功率、有效功率PePe 一、功率功率Pe=gH qv/1000 kW對風機而言，其能頭用全壓對風機而言，其能頭用全壓p表示，其有效功率為表示，其有效功率為 Pe=p qv/1000 kW軸功率：軸功率：原動機傳給

3、泵或風機軸端上的功率。原動機傳給泵或風機軸端上的功率。由于泵或風機內(nèi)存在各種損失，所以有效功率小于軸功率，由于泵或風機內(nèi)存在各種損失，所以有效功率小于軸功率，若總效率若總效率為已知，則泵的軸功率為：為已知，則泵的軸功率為：2 2、軸功率、軸功率P P一、功率功率P=Pe/=gH qv/1000 對風機軸功率為對風機軸功率為 P=Pe/= p qv/1000 原動機功率：原動機功率：原動機的輸出功率。原動機的輸出功率。原動機至泵與風機的軸效率為機械損失原動機至泵與風機的軸效率為機械損失m則泵的原動機功率為：則泵的原動機功率為：3 3、原動機功率、原動機功率P Pg g一、功率功率Pg=P/m=g

4、H qv/1000m 對風機原動機功率為對風機原動機功率為 Pg=P/m= p qv/1000 m原動機功率：原動機功率：原動機的輸出功率。原動機的輸出功率。原動機輸入功率原動機輸入功率3 3、原動機功率、原動機功率P Pg g一、功率功率 泵，原動機輸入功率泵，原動機輸入功率 Pg，in=gH qv/1000mg 對風機原動機輸入功率為對風機原動機輸入功率為 Pg，in= p qv/1000 mg在機械運動過程中克服摩擦所造成的能量損失。在機械運動過程中克服摩擦所造成的能量損失。 機械損失與葉輪轉(zhuǎn)動相關而與流體流量無直接關系機械損失與葉輪轉(zhuǎn)動相關而與流體流量無直接關系-直直接損失功率。接損失

5、功率。1 1、什么是機械損失、什么是機械損失 二、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 機械損失（用功率機械損失（用功率 Pm表示）包括：表示）包括：軸與軸封、軸與軸承軸與軸封、軸與軸承及葉輪及葉輪圓盤摩擦圓盤摩擦所損失的功率，一般分別用所損失的功率，一般分別用 Pm1和和 Pm2表示。表示。2 2、機械損失的定性分析、機械損失的定性分析 ，葉輪在殼腔內(nèi)轉(zhuǎn)動時，因，葉輪在殼腔內(nèi)轉(zhuǎn)動時，因克服殼腔內(nèi)流體與蓋板之間存在的摩擦阻力克服殼腔內(nèi)流體與蓋板之間存在的摩擦阻力而消耗的能量，稱為圓盤摩擦損失功率。而消耗的能量，稱為圓盤摩擦損失功率。約為軸功率的約為軸功率的2% 10%，是機械損失的是機械損失的

6、主要部分主要部分二、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 ，與軸承、軸封的結構形式、填料種類、軸，與軸承、軸封的結構形式、填料種類、軸頸的加工工藝以及流體密度有關，約為頸的加工工藝以及流體密度有關，約為1% 3%P3 3、減小機械損失的一些措施、減小機械損失的一些措施 二、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 （1 1）合理地壓緊填料壓蓋，對于泵采用機械密封。）合理地壓緊填料壓蓋，對于泵采用機械密封。 （2 2）對給定的能頭，增加轉(zhuǎn)速，相應減小葉輪直徑。）對給定的能頭，增加轉(zhuǎn)速，相應減小葉輪直徑。 （4 4）適當選取葉輪和殼體的間隙，可以降低圓盤摩擦損）適當選取葉輪和殼體的間隙，可以降低圓盤摩

7、擦損失，一般取失，一般取B/D2=2%5%。 （3 3），效率可，效率可以以提高提高2%3%，效率可提高，效率可提高2%4%。風機風機的蓋板和殼腔較泵光滑，風機的效率要比的蓋板和殼腔較泵光滑，風機的效率要比水泵高。水泵高。4 4、機械效率、機械效率二、機械損失和機械效率機械損失和機械效率 機械損失功率的大小，用機械效率機械損失功率的大小，用機械效率 m來衡量。機械效率來衡量。機械效率等于軸功率克服機械損失后所剩余的功率（即有效功率等于軸功率克服機械損失后所剩余的功率（即有效功率Pe）與軸功率與軸功率P之比：之比：PPPPPemm機械效率和比轉(zhuǎn)速有關，表機械效率和比轉(zhuǎn)速有關，表1-31-3可用來

8、粗略估算泵的機械效率?？捎脕泶致怨浪惚玫臋C械效率。 表表1-3 m與與ns的關系（泵）的關系（泵）比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速 ns5060708090100機械效率機械效率m（%）848789919293當葉輪旋轉(zhuǎn)時，在動、靜部件間隙兩側壓強差的作用下，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，在動、靜部件間隙兩側壓強差的作用下，部分流體從高壓側通過間隙流向低壓側所造成的能量損失稱部分流體從高壓側通過間隙流向低壓側所造成的能量損失稱為容積（泄漏）損失，用功率為容積（泄漏）損失，用功率 PV 表示。表示。 三、容積損失和容積效率三、容積損失和容積效率（一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 （二）通風機的容積損失（二）通風機的容積損失 （一

9、）泵的容積損失（一）泵的容積損失 1、泵的容積損失主要發(fā)生在以下幾個部位泵的容積損失主要發(fā)生在以下幾個部位葉輪入口與外殼之間的間隙處；葉輪入口與外殼之間的間隙處；多級泵的級間間隙處；多級泵的級間間隙處；平衡軸向力裝置與外殼之間的平衡軸向力裝置與外殼之間的間隙間隙處以及軸封間隙處等。處以及軸封間隙處等。 （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 2、軸向力的產(chǎn)生軸向力的產(chǎn)生離心泵的軸向力離心泵的軸向力3、平衡軸向力裝置平衡軸向力裝置 （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 4、減小泵容積損失的措施、減小泵容積損失的措施為了減小葉輪入口處的容積損失為了減小葉輪入口處的容積損失q1，一般在入口處都裝，一般

10、在入口處都裝有密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)），如圖下所示。有密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)），如圖下所示。檢修中應將密封間隙嚴格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，密封間檢修中應將密封間隙嚴格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，密封間隙過大隙過大q1 ；密封間隙過小；密封間隙過小 Pm1 ； （一）泵的容積損失（一）泵的容積損失 （二）通風機的容積損失（二）通風機的容積損失 通風機的容積損失發(fā)生在以下部位通風機的容積損失發(fā)生在以下部位由于軸或軸套的直徑較小，由此產(chǎn)生的外泄漏可忽略不計。和泵的情況類似，容積損失q 的大小和間隙形式有關。 通風機容積損失示意圖通風機容積損失示意圖 （二）通風機的容積損失（二）通風機的容積損失 離心式通風機葉輪進口

11、離心式通風機葉輪進口與進氣口間隙的形式可分為與進氣口間隙的形式可分為對口對口和和套口套口兩種形式。兩種形式。間隙尺寸對風機的性能間隙尺寸對風機的性能影響：影響： 試驗表明，試驗表明，r /D2從從0.5%到到0.05%，可使可使效率效率提高提高3% 4%。通常間隙的取值范圍。通常間隙的取值范圍為為(0.0050.01)D2，D2大時取大時取小值，反之取大值。小值，反之取大值。 （三）（三） 容積效率容積效率 容積效率容積效率V 與比轉(zhuǎn)速有關，對給水泵，表與比轉(zhuǎn)速有關，對給水泵，表1-4可供參考。可供參考。容積損失的大小用容積效率容積損失的大小用容積效率V 來衡量。容積效率為考慮來衡量。容積效率

12、為考慮容積損失后的功率與未考慮容積損失前的功率之比：容積損失后的功率與未考慮容積損失前的功率之比：qqqqqHqHqPPVVVVVVV TTTThgg ns=5060708090100qV90m3/hqV145m3/h0.800.900.8350.9200.860.940.8750.9500.8900.9550.900.96表表1-4 1-4 給水泵的容積效率給水泵的容積效率比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速 V流量流量1 1、什么是流動損失、什么是流動損失 四、流動損失和流動效率四、流動損失和流動效率 流動損失是指：泵與風機工作時，由于流體和流道壁面流動損失是指：泵與風機工作時，由于流體和流道壁面發(fā)生發(fā)生摩擦摩擦

13、、流道幾何形狀改變使流速變化而產(chǎn)生、流道幾何形狀改變使流速變化而產(chǎn)生旋渦旋渦、以及、以及偏離設計工況時產(chǎn)生的偏離設計工況時產(chǎn)生的沖擊沖擊等所造成的損失。等所造成的損失。2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 流動損失和過流部件的幾何形狀，壁面粗糙度、流體的流動損失和過流部件的幾何形狀，壁面粗糙度、流體的粘性及流速、運行工況等因素密切相關。粘性及流速、運行工況等因素密切相關。沖擊損失沖擊損失 摩擦損失和局部損失摩擦損失和局部損失分類分類四、流動損失和流動效率四、流動損失和流動效率 2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 1）摩擦損失和局部損失）摩擦損失和局部損失 當流動處于阻力平

14、方區(qū)時，這當流動處于阻力平方區(qū)時，這部分損失與流量的平方成正比，可定性地用下式表示：部分損失與流量的平方成正比，可定性地用下式表示：232221jfVVVqKqKqKhh 2）沖擊損失）沖擊損失 當流量偏離設計流量時，在葉片入口和出當流量偏離設計流量時，在葉片入口和出口處，流速變化使流動角不等于葉片的安裝角，從而產(chǎn)生沖口處，流速變化使流動角不等于葉片的安裝角，從而產(chǎn)生沖擊損失。擊損失。 沖擊損失可用下式估算，即沖擊損失可用下式估算，即 2d4s)(VVqqKh 四、流動損失和流動效率四、流動損失和流動效率 2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 2）沖擊損失）沖擊損失當流量大于設當流量

15、大于設計流量時，計流量時， 1y 1，則則 = 1y 10，稱為，稱為負沖角。負沖角。四、流動損失和流動效率四、流動損失和流動效率 2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 實踐證明：正沖角時，由于實踐證明：正沖角時，由于，能量損，能量損失比負沖角（失比負沖角（時為小。因此，設計時，時為小。因此，設計時，一般取正沖角一般取正沖角 =3 5 。若全部流動損失用若全部流動損失用hw表表示，則：示，則： hw= hf+ hj+ hs 正沖角的存在，對改善正沖角的存在，對改善泵的汽蝕性能也有好處。泵的汽蝕性能也有好處。 流動損失曲線流動損失曲線存在存在流動損失最小工況。流動損失最小工況。四、流動

16、損失和流動效率四、流動損失和流動效率 2 2、流動損失的定性分析、流動損失的定性分析 表表1-5 某分段式多級給水泵通流部分水力損失的分布（某一級）某分段式多級給水泵通流部分水力損失的分布（某一級）區(qū)區(qū) 域域 名名 稱稱損損 失失（m）占總損失的占總損失的百分數(shù)（）百分數(shù)（）區(qū)區(qū) 域域 名名 稱稱損損 失失（m）占總損失的占總損失的百分數(shù)（）百分數(shù)（）流出正導葉流入反導葉流出正導葉流入反導葉（環(huán)型空間）（環(huán)型空間）4-4至至5-52.0622.15流出葉輪進入導葉流出葉輪進入導葉2-2至至3-31.0110.85流出反導葉流出反導葉5-5至至6-6至至7-70.576.1導葉擴散段導葉擴散段3

17、-3至至4-40.9710.4節(jié)段的總損失節(jié)段的總損失9.31100 可以看出：可以看出：葉輪和導葉中的流動損失幾葉輪和導葉中的流動損失幾乎是相等的，約各占乎是相等的，約各占50%。因此，在設計離因此，在設計離心泵時，只有將改善葉輪和壓出室的流動性心泵時，只有將改善葉輪和壓出室的流動性能統(tǒng)一考慮才能取得較好的效果能統(tǒng)一考慮才能取得較好的效果。 三、流動損失和流動效率三、流動損失和流動效率 3 3、流動效率、流動效率 流動損失的大小用流動效率流動損失的大小用流動效率h來衡量。流動效率等于考來衡量。流動效率等于考慮流動損失后的功率（即有效功率）與未考慮流動損失前的慮流動損失后的功率（即有效功率）與

18、未考慮流動損失前的功率之比功率之比 ，即，即TTTehppHHHgqHgqPPVV 四、泵與風機的總效率四、泵與風機的總效率 泵與風機的總效率等于有效功率和軸功率之比。即：泵與風機的總效率等于有效功率和軸功率之比。即： hmehheVPPPPPPPP四、泵與風機的總效率四、泵與風機的總效率 風機的總效率又稱全效率，風機的動壓在全壓中占較大的比例風機的總效率又稱全效率，風機的動壓在全壓中占較大的比例有時需對風機的靜壓進行評價，靜壓效率。有時需對風機的靜壓進行評價，靜壓效率。內(nèi)效率內(nèi)效率-內(nèi)功率內(nèi)功率-氣體從葉輪獲得的功率與流動損失功率、圓盤摩擦損氣體從葉輪獲得的功率與流動損失功率、圓盤摩擦損失功

19、率和容積損失功率之和。不計入機械損失中軸與軸承及軸端密封的失功率和容積損失功率之和。不計入機械損失中軸與軸承及軸端密封的摩擦損失功率。摩擦損失功率。內(nèi)功率內(nèi)功率-反映葉輪的功耗反映葉輪的功耗 軸功率軸功率-反映整臺風機的功耗。反映整臺風機的功耗。內(nèi)效率內(nèi)效率-風機相似設計，相似換算的依據(jù)。風機相似設計，相似換算的依據(jù)?？傂士傂?技術經(jīng)濟指標。技術經(jīng)濟指標。 提高泵、風機效率必須在設計、制造及運行等各方面減少機械、容積、提高泵、風機效率必須在設計、制造及運行等各方面減少機械、容積、流動損失。一般總效率：流動損失。一般總效率：離心泵：離心泵：0.6-0.9 離心風機：離心風機：0.7-0.9

20、高效風機：高效風機：0.9以上；以上；軸流泵：軸流泵：0.7-0.89 大型軸流風機可達大型軸流風機可達0.9以上。以上。一、能頭與流量性能曲線一、能頭與流量性能曲線2-2 2-2 葉片式泵與風機的性能曲線葉片式泵與風機的性能曲線 二、功率與流量性能曲線二、功率與流量性能曲線 三、效率與流量性能曲線三、效率與流量性能曲線 四、軸流式泵與風機性能曲線四、軸流式泵與風機性能曲線五、泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較 引引 言言泵與風機的性能參數(shù)之間有著一定的相互聯(lián)系，反映這些泵與風機的性能參數(shù)之間有著一定的相互聯(lián)系，反映這些參數(shù)間變化關系的曲線稱性能曲線。參數(shù)間變化關系的曲線稱性能曲

21、線。一臺泵（風機）在一定的轉(zhuǎn)速下運行，在某一流量下，必一臺泵（風機）在一定的轉(zhuǎn)速下運行，在某一流量下，必有與其相對應的揚程（全壓）、功率等性能參數(shù)。有與其相對應的揚程（全壓）、功率等性能參數(shù)。 性能曲線：在一定的轉(zhuǎn)速下，以流量性能曲線：在一定的轉(zhuǎn)速下，以流量qv作為基本變量，其作為基本變量，其他個參數(shù)隨著流量的改變二變化的曲線。他個參數(shù)隨著流量的改變二變化的曲線。引引 言言H-qV 或或 p-qV主要的主要的NPSH-qV其次其次能直觀地反映了能直觀地反映了泵與風機泵與風機總體的性能，對其安全經(jīng)濟運總體的性能，對其安全經(jīng)濟運行意義重大；行意義重大；作為設計及修改新、老產(chǎn)品的依據(jù)；相似設計的基礎

22、；作為設計及修改新、老產(chǎn)品的依據(jù)；相似設計的基礎；工作狀態(tài)工作狀態(tài)工況，運行工況，設計工況，最佳工況。工況，運行工況，設計工況，最佳工況。P-qV -qVH s-qV 2）H-qV曲線曲線（H-qV ）1）HT-qVT曲線曲線 由無限多葉片時的理論能頭可得：由無限多葉片時的理論能頭可得：HT=KHT ，qVT-q =qVH=HT-hw ，HT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqVHqqVdTT222y2222y22T222u2T-gctgg)ctg(gg1VVVBqAqbDuubDquuuH 2TTTTTThmh1000/ )(g1000/gVVVVVmqBqABqAKqHq

23、PPPPP? ，若現(xiàn)，若現(xiàn)場的凝結泵和給水泵閉閥啟場的凝結泵和給水泵閉閥啟動，動，則則這部分功率將這部分功率將，故故。實際的實際的Psh-qV 曲線曲線 泵與風機效率等于有效泵與風機效率等于有效功率與軸功率之比，即：功率與軸功率之比，即： PHqPPV1000ge，并隨性能表一，并隨性能表一起附于制造廠家的起附于制造廠家的或或中。左圖為與中。左圖為與300MW、600MW機機組配套用的鍋爐給水泵的性能曲線。組配套用的鍋爐給水泵的性能曲線。 1 1、性能曲線的趨勢分析、性能曲線的趨勢分析 揚程揚程-流量曲線，當流量流量曲線，當流量從大到小變化時，揚程先上升，又從大到小變化時，揚程先上升，又下降，

24、又上升，當流量為零時達到下降，又上升，當流量為零時達到最大。最大。 葉頂和葉根分別出現(xiàn)二次葉頂和葉根分別出現(xiàn)二次回流，曲線回升?；亓?，曲線回升。 邊界層分離，曲線下降；邊界層分離，曲線下降； 2 2、性能曲線的特點、性能曲線的特點 .存在不穩(wěn)定工作區(qū)，曲線存在不穩(wěn)定工作區(qū)，曲線形狀呈形狀呈型；型； .空載易過載，因為空載功空載易過載，因為空載功率率Psh0=Pshmax； .高效區(qū)窄。高效區(qū)窄。（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（一）離心式泵與風機性能曲線的比較 ，其，其p-qV ，且隨，且隨2y曲線彎曲曲線彎曲程度程度。K點左側為不穩(wěn)定工作區(qū)。點左側為不穩(wěn)定工作區(qū)。當風機在該區(qū)工作時，可能發(fā)

25、生當風機在該區(qū)工作時，可能發(fā)生喘振或飛動等現(xiàn)象，從而影響風喘振或飛動等現(xiàn)象，從而影響風機的正常工作。因此，機的正常工作。因此， 離心式通風機三種不同型式葉輪的性能曲線離心式通風機三種不同型式葉輪的性能曲線（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（一）離心式泵與風機性能曲線的比較 ，H-qV（p-qV）曲線曲線總的趨勢一般是隨著流量的增加能頭逐總的趨勢一般是隨著流量的增加能頭逐漸降低，不會出現(xiàn)漸降低，不會出現(xiàn)型。型。五、泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較但是，由于結構參數(shù)不同，使得后向式葉輪的性能曲線但是，由于結構參數(shù)不同，使得后向式葉輪的性能曲線也有所差異。常見的有也有所差異。常見的有

26、、和和三種基本類三種基本類型。其性能曲線的形狀是用型。其性能曲線的形狀是用來劃分的，即：來劃分的，即： %10000s0pHHHK（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（五、泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較 當當Kp=25%30% 時，則稱為陡降型曲時，則稱為陡降型曲線，如右圖線，如右圖a 線所示。其特點是：當流量變化很小時能頭變線所示。其特點是：當流量變化很小時能頭變化很大，因而化很大，因而，就希望有這，就希望有這樣的工作性能。樣的工作性能。這是因為：隨著季節(jié)的變化，江河、這是因為：隨著季節(jié)的變化，江河、水庫的水位漲落差非常大，同時水的清水庫的水

27、位漲落差非常大，同時水的清潔度也發(fā)生變化，均會影響到循環(huán)潔度也發(fā)生變化，均會影響到循環(huán)水泵的工作性能（揚程），而我們要求循環(huán)水泵應具有當揚水泵的工作性能（揚程），而我們要求循環(huán)水泵應具有當揚程變化較大時而流量變化較小的特性。程變化較大時而流量變化較小的特性。 （一）離心式泵與風機性能曲線的比較（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（五、泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較 當當Kp=8%12% 時，稱為平坦型曲線，時，稱為平坦型曲線，如右圖如右圖b 線所示。其特點是：當流量變化較大時，能頭變化線所示。其特點是：當流量變化較大時，能頭變化很小。很小。就希望有這樣的性能。就希望有這樣的性能

28、。 這是因為：汽輪發(fā)電機在運行時負荷這是因為：汽輪發(fā)電機在運行時負荷變化是不可避免的，特別是對調(diào)峰機組，變化是不可避免的，特別是對調(diào)峰機組，負荷變化更大。但是，由于主機安全經(jīng)濟負荷變化更大。但是，由于主機安全經(jīng)濟性的要求，汽包的壓強（或凝汽器內(nèi)的壓強）變化不能太大，性的要求，汽包的壓強（或凝汽器內(nèi)的壓強）變化不能太大，這就要求給水泵、凝結水泵應具有流量變化很大時，揚程變這就要求給水泵、凝結水泵應具有流量變化很大時，揚程變化不大的性能?；淮蟮男阅?。（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（五、泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較 駝峰曲線不能用斜度表示。其駝峰曲線不能用斜度表示。其特點是：能頭隨流量的變化先增大，而后減小。因而，特點是：能頭隨流量的變化先增大，而后減小。因而，。所以，在設計時應盡量避免這種情況，或盡量減小不穩(wěn)定區(qū)。所以，在設計時應盡量避免這種情況，或盡量減小不穩(wěn)定區(qū)。經(jīng)驗證明，對離心式泵采用右圖中的曲線來選擇葉片安裝角經(jīng)驗證明，對離心式泵采用右圖中的曲線來選擇葉