泵與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能分析

1、第二章泵與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能第一節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的部件結(jié)構(gòu)一、泵的主要部件(一)(一)離心泵的主要部件盡管離心式泵的類型繁多，但由于作用原理基本相同，因而它們的主要部件大體類同。現(xiàn)在分別介紹如下：1 葉輪(impeller)>e、心on圖2-1葉輪的形式(a) ,(b)封閉式葉輪(c)半開式葉輪(d)開式葉輪葉輪是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能傳遞給液體，提高液體能量的核心部件。葉輪有開式(open impeller)、半開式(semi-open impeller)及閉式葉輪(closed impeller)三種，如圖 21 所示。 開式葉輪沒有前盤和后盤而只有葉片，多用于輸送含有雜質(zhì)的液體，如污水泵的葉

2、輪就是采用開式葉輪的。半開式葉輪只設(shè)后盤。閉式葉輪既有前盤也有后盤。清水泵的葉輪都是閉式 葉輪。離心式泵的葉輪都采用后向葉型。2、軸和軸承(shaft and bearing)軸是傳遞扭矩的主要部件。軸徑按強(qiáng)度、剛度及臨界轉(zhuǎn)速定。中小型泵剛度和臨界轉(zhuǎn)速確定多采用水平軸，葉輪滑配在軸上，葉輪間距離用軸套定位。 近代大型泵則采用階梯軸，不等孔徑的葉輪用熱套法裝在軸上，并利用漸開線花鍵代替過(guò)去的短鍵。此種方法，葉輪與軸之間沒有間隙，不致使軸間竄水和沖刷，但拆裝困難。軸承一般包括兩種形式：滑動(dòng)軸承(Sleeve bearing)和滾動(dòng)軸承(Ball bearing)?；瑒?dòng)軸承用油潤(rùn)滑。一種潤(rùn)滑系統(tǒng)包括

3、一個(gè)貯油池和一個(gè)油環(huán)，后者在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在軸表面形成一個(gè)油層使油和油層不直接接觸。另一種系統(tǒng)就是利用浸滿油的填料包來(lái)潤(rùn)滑。大功率的泵通常要用專門的油泵來(lái)給軸承送油。(如圖2-2a所示)。滾動(dòng)軸承通常用冷凍油潤(rùn)滑，有些電機(jī)軸承是密封而不能獲得潤(rùn)滑的。滾動(dòng)軸承通常 用于小型泵。較大型泵可能即有滑動(dòng)軸承又有滾動(dòng)軸承。而滑動(dòng)軸承由于運(yùn)行噪音低而被推薦用于大型泵。(如圖2-2 b所示)Motor shaN01 富 um port 回觴口Oil reservoirSIbsvs bearing層M療Drair plug料曲口Oil ring lubricatronWast& packed lubrica

4、liDin柚承外表面Grease fittingRelief pltg jtt油口rhlshaft0動(dòng)冊(cè)Inter Dearing face 科內(nèi)表面O'uter bearing faceearing housingBal bearhg 嗣強(qiáng)圖2-2軸承形式a,滑動(dòng)軸承b,滾動(dòng)軸承3、吸入室(suction room)離心泵吸入管法蘭至葉輪進(jìn)口前的空間過(guò)流部分稱為吸入室。其作用為在最小水力損 失下，引導(dǎo)液體平穩(wěn)的進(jìn)入葉輪，并使葉輪進(jìn)口處的流速盡可能均勻的分布。種：按結(jié)構(gòu)吸入室可分為直錐角吸入室、彎管形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室?guī)讏D2-3直錐形吸入室。圖2-4彎管形吸入室圖2-5

5、環(huán)形吸入室圖2-6半螺旋形吸入室直錐形吸入室 圖2 3所示，這種形式的吸入室水力性能好， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 液體在直錐形吸入室內(nèi)流動(dòng)，速度逐漸增加，因而速度分布更趨向均勻。直錐形吸入室的錐 度約7°8°。這種形式的吸入室廣泛應(yīng)用于單級(jí)懸臂式離心水泵上。(2) 彎管形吸入室圖2 4所示，是大型離心泵和大型軸流泵經(jīng)常采用的形式，這種吸入室在葉輪前都有一段直錐式收縮管，因此，它具有直錐形吸入室的優(yōu)點(diǎn)。(3) 環(huán)形吸入室圖25所示，吸入室各軸面內(nèi)的斷面形狀和尺寸均相同。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)對(duì)稱、簡(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸較小。缺點(diǎn)是存在沖擊和旋渦，并且液流速度分布不均勻。環(huán)形吸入室主要用于節(jié)

6、段式多級(jí)泵中。(4) 半螺旋形吸入室 圖2 6所示，主要用于單級(jí)雙吸式水泵、 水平中開式多級(jí)泵、 大型的節(jié)段式多級(jí)泵及某些單級(jí)懸臂泵上。 半螺旋形吸入室可使液體流動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，繞泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，致使液體進(jìn)入葉輪吸入口時(shí)速度分布更均勻，但因進(jìn)口預(yù)旋會(huì)致使泵的揚(yáng)程略有降低，其降低值與流量是成正比的。相比較而言，直錐形吸入室使用最為普遍。4、機(jī)殼(easing)機(jī)殼收集來(lái)自葉輪的液體，并使部分流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，最后將流體均勻地引 向次級(jí)葉輪或?qū)蚺懦隹?。機(jī)殼結(jié)構(gòu)主要有螺旋形和環(huán)形兩種(如圖2-7、2-8所示)。螺旋形壓水室不僅起收集液體的作用，同時(shí)在螺旋形的擴(kuò)散管中將部分液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能。螺旋形

7、壓水室具有制造方便，效率高的特點(diǎn)。它適用于單級(jí)單吸、 單級(jí)雙吸離心泵以及多級(jí)中開式離心泵。單級(jí)離心式泵的機(jī)殼大都為螺旋形蝸式機(jī)殼。環(huán)形壓水室如圖2 8所示，在節(jié)段式多級(jí)泵的出水段上采用。環(huán)形壓水室的流道斷面面積是相等的，所以各處流速就不相等。因此，不論在設(shè)計(jì)工況還是非設(shè)計(jì)工況時(shí)總有沖擊損失，故效率低于螺旋形壓水室(圖2-7)。有些機(jī)殼內(nèi)還設(shè)置了固定的導(dǎo)葉，就是所謂的導(dǎo)葉式機(jī)殼。圖2-7螺旋形機(jī)殼圖2-8環(huán)形機(jī)5、密圭寸裝置(sealing instrument)密封裝置主要用來(lái)防止壓力增加時(shí)流體的泄漏。密封裝置有很多種類型，用得最多的 是填料式密封和機(jī)械式密封。(圖2-9所示)填料密封是將一些

8、松軟的填料用一定壓力壓緊在軸上達(dá)到密封目的。填料在使用一段 時(shí)間后會(huì)損壞，所以需要定期檢查和置換。這種密封形式使用中有小的泄漏是正常且有益的。 而機(jī)械密封裝置有兩個(gè)硬質(zhì)且光滑的表面，一個(gè)靜態(tài)一個(gè)旋轉(zhuǎn)。這種密封裝置可以達(dá)到很好的密封要求，但他們不能用于含雜質(zhì)流體輸送系統(tǒng)，因?yàn)槠涔饣砻鏁?huì)被破環(huán)而失去密封作用。這種密封裝置在液體循環(huán)系統(tǒng)中非常普遍，因?yàn)樗恍枰S護(hù)運(yùn)行很多年。帝潔側(cè)-丈吋牠亠 Liquid side;AWiMphere圖2-9 密封裝置'（a）填料密封（b）機(jī)械密封6、導(dǎo)葉（guide van e）導(dǎo)葉又稱導(dǎo)流器、導(dǎo)輪，分徑向式導(dǎo)葉和流道式導(dǎo)葉兩種，應(yīng)用于節(jié)段式多級(jí)泵上作

9、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。徑向式導(dǎo)葉如圖 2 10所示，它由螺旋線、擴(kuò)散管、過(guò)渡區(qū)（環(huán)狀空間）和反導(dǎo)葉（向心的環(huán)列葉柵）組成。螺旋線和擴(kuò)散管部分稱正導(dǎo)葉，液體從葉輪中流出，由螺旋線部分收集 起來(lái)，而擴(kuò)散管將大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能，進(jìn)入過(guò)渡區(qū)，起改變流動(dòng)方向的作用，再流入反導(dǎo)葉，消除速度環(huán)量，并把液體引向次級(jí)葉輪的進(jìn)口。由此可見，導(dǎo)葉兼有吸入室和壓出室的作用。囲J 10輕向式導(dǎo)葉流道式導(dǎo)葉如圖 2 11所示，它的前面部分與徑向式導(dǎo)葉的正導(dǎo)葉相同，后面部分與徑向式導(dǎo)葉的反導(dǎo)葉相類似，只是它們之間沒有環(huán)狀空間，而正導(dǎo)葉部分的擴(kuò)散管出口用流道與反導(dǎo)葉部分連接起來(lái)，組成一個(gè)流道。它們的水力性能相差無(wú)幾， 但在結(jié)構(gòu)尺寸上徑

10、向式導(dǎo)葉較大，工藝方面較簡(jiǎn)單。目前節(jié)段式多級(jí)泵設(shè)計(jì)中，趨向采用流道式導(dǎo)葉。圖2-11流道式導(dǎo)葉（二） 軸流泵的主要部件 軸流泵的主要部件，如圖 2 12所示。軸流泵的特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程低。其主要部件有：葉輪、軸、導(dǎo)葉、吸入喇叭管等, 現(xiàn)分述如下。1. 葉輪葉輪的作用與離心泵一樣，將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的壓力能和動(dòng)能。它由葉片、輪轂和動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。葉片多為機(jī)翼型,圖2-舊 軸流泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-譏叭彗“ r-進(jìn)訂導(dǎo)葉卡寸_葉輪* *鴕fh5-軸康i E出口導(dǎo)葉中7-出水哮曾i打-軸|S10-麻軸器般為 46片。輪轂用來(lái)安裝葉片和葉片 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。輪轂有圓錐形、圓柱形和球形三 種。小型軸流泵（

11、葉輪直徑300mm以下）的片 和輪轂鑄成一體，葉片的角度不是固定的， 亦稱固定葉片式軸流泵。中型軸流泵（葉輪直 徑300mm以上）一般采用半調(diào)節(jié)式葉輪結(jié)構(gòu)， 即葉片靠螺母和定位銷釘固定在輪轂上，葉 片角度不能任意改變，只能按各銷釘孔對(duì)應(yīng) 的葉片角度來(lái)改變，故稱半調(diào)節(jié)式軸流泵。大型軸流泵（葉輪直徑在1600mm以上），一般 采用球形輪轂，把動(dòng)葉可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝于輪轂 內(nèi)，靠液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)葉片角度，故稱 動(dòng)葉可調(diào)節(jié)式軸流泵。2. 軸對(duì)于大容量和葉片可調(diào)節(jié)的軸流泵，其 軸均用優(yōu)質(zhì)碳素鋼做成空心，表面鍍鉻，既 減輕軸的質(zhì)量又便于裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。3. 導(dǎo)葉軸流泵的導(dǎo)葉一 般裝在葉輪出口側(cè)。導(dǎo) 葉的作用是將流

12、出葉 輪的水流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向運(yùn)動(dòng)，同時(shí) 將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴簣F(tuán)務(wù)吸入渝道4. 吸入管吸入管與離心泵吸入室的作用相同。中小型軸流泵多用喇叭形吸入管，見圖2 12所示；大型軸流泵多采用肘形吸入流道，如圖 2-13。82-14離也式砒i主要結(jié)構(gòu)分解示盍圖F 人n t2-ai輪前盤汩一葉片;4一后盤點(diǎn)一機(jī)盍;出n；7截兢札即鳳舌;4支集混流泵具有渦殼式和導(dǎo)葉式兩種。如圖2-15蝸殼混流泵，適用于圖2-16單級(jí)、導(dǎo) 圖2-15可潛式蝸殼混流泵葉混流式潛水泵 特別適用于城市排水、市政建設(shè)、（三）、混流泵混流泵內(nèi)液體的流動(dòng)介于離心泵和軸流泵之間，液體斜向流出葉輪，即液體的流動(dòng)方 向相對(duì)葉輪而言即有徑向

13、速度，也有軸向速度。其特性介于離心泵和軸流泵之間。為單級(jí)、單吸、立式結(jié)構(gòu)的可潛式 輸送清水或物理及化學(xué)性質(zhì)類似于 水的其他液體（包括輕度污水）。 被輸送介質(zhì)溫度不超過(guò) 50 C。也可 用于農(nóng)田排灌、市政工程、工業(yè)過(guò) 程水處理、電廠輸送循環(huán)水、城市 給排水等多種領(lǐng)域，使用范圍十分 廣泛。如圖2-16所示為單級(jí)、導(dǎo)葉混 流式潛水泵，適用于抽送清水或在 輕度污水場(chǎng)合下使用，輸送介質(zhì)溫 度不超過(guò)50 C。本泵為機(jī)泵合一的 結(jié)構(gòu)，可潛入水中運(yùn)行，故可在水 位變化大，揚(yáng)程較高的工況下工作， 工礦、船塢升降水位以及水位漲 落大的江湖地區(qū)農(nóng)田排灌之用。二、風(fēng)機(jī)主要部件（一）離心式風(fēng)機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)離心式風(fēng)機(jī)輸送氣

14、體時(shí)，一般的增壓范圍在9.807Kpa（1000mH20）以下根據(jù)增壓大小，離心風(fēng)機(jī)又可分為：（1）低壓風(fēng)機(jī)：增壓值小于lOOOPa （約100mmH2）;（2）中壓風(fēng)機(jī)：增壓值自 1000至3000Pa（約100至300mmH 2O）（3）高壓風(fēng)機(jī)：增壓值大于3000Pa（約300mmH20以上）。低壓和中壓風(fēng)機(jī)大都用于通風(fēng)換氣，排塵系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高壓風(fēng)機(jī)則用于一般 鍛冶設(shè)備的強(qiáng)制通風(fēng)及某些氣力輸送系統(tǒng)。我國(guó)還生產(chǎn)許多專門用于排塵、輸送煤鍋爐引排酸霧和防腐的各種專用風(fēng)機(jī)。離心式風(fēng)機(jī)的整機(jī)構(gòu)造可以參考圖1、吸入口 2,機(jī)竟入喋最近國(guó)內(nèi)又推出了一種外轉(zhuǎn)子離心風(fēng)機(jī)，它相當(dāng)于將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子固定

15、，定子直接嵌 裝于風(fēng)機(jī)葉輪而轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就把電機(jī)裝入風(fēng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)了。2-14所示的分解圖。根據(jù)用途不同，風(fēng)機(jī)各部件的 具體構(gòu)造也有所不同，分別介紹如下1、吸入口和進(jìn)氣箱吸入口可分圓筒式、 錐筒式和曲線式數(shù)種（圖 2-17）。吸入口有集氣的作用，可以直接在大氣中 采氣，使氣流以損失最小的方式均勻流入機(jī)內(nèi)。 某些風(fēng)機(jī)的吸入口與吸氣管道用法蘭直接連接。進(jìn)氣箱的作用是當(dāng)進(jìn)風(fēng)口需要轉(zhuǎn)彎時(shí)才采用 的，用以改善進(jìn)口氣流流動(dòng)狀況，減少因氣流不 均勻進(jìn)入葉輪而產(chǎn)生的流動(dòng)損失。進(jìn)氣箱一般用 在大型或雙吸入的風(fēng)機(jī)上。2、葉輪 葉輪的構(gòu)造曾在前面泵的主要部件中有所介圖2-18 離心式風(fēng)機(jī)的幾種葉型3）詢晦葉酣葉輪時(shí)爭(zhēng)葉前

16、向葉審廿晁川仍陪向葉復(fù)葉報(bào)*3徑向孤瞪葉輪；3）移向直葉式葉輪*（門撫at型葉輪紹。如前所述，它由前盤、后盤、葉片和輪轂所組成。還曾指出葉片可分為前向、徑向和后 向三種類型。（見圖2-18）。防爆風(fēng)機(jī)是由有色金屬制成的，防腐風(fēng)機(jī)則以塑料板材為材料。3、機(jī)殼中壓與低壓離心式風(fēng)機(jī)的機(jī)殼一般是阿基米德螺線狀的。它的作用是收集來(lái)自葉輪的 氣體，并將部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為靜壓，最后將氣體導(dǎo)向出口。機(jī)殼的出口方向一般是固定的。但新型風(fēng)機(jī)的機(jī)殼能在一定的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)用 戶對(duì)出口方向的不同需要。4、導(dǎo)流器導(dǎo)流器又稱為進(jìn)口風(fēng)量調(diào)節(jié)器。在風(fēng)機(jī)的入口處一般都裝置有導(dǎo)流器。運(yùn)行時(shí)，通過(guò) 改變導(dǎo)流器葉片的角度（開度）來(lái)改

17、變風(fēng)機(jī)的性能，擴(kuò)大工作范圍和提高調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性。（二）軸流式風(fēng)機(jī)的主要部件軸流式風(fēng)機(jī)的主要部件 有：葉輪、集風(fēng)器、整流罩、 導(dǎo)葉和擴(kuò)散筒等。如圖2 19 所示。近年來(lái)，大型軸流式圖2-19軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-進(jìn)氣室2-外殼3-動(dòng)葉片4-導(dǎo)葉5-動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 6-擴(kuò)壓器7-導(dǎo)流體8-軸9-軸承10-聯(lián)軸器風(fēng)機(jī)還裝有調(diào)節(jié)裝置和性能穩(wěn)定裝置。1葉輪葉輪由輪轂和葉片組成，其作用和離心式葉輪一樣，是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要部件。 輪轂的作用是用以安裝葉片和葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的，其形狀有圓錐形、圓柱形和球形三種。 葉片多為機(jī)翼形扭曲葉片。葉片做成扭曲形，其目的是使風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下，沿葉片 半徑方向獲得相等的全壓。

18、為了在變工況運(yùn)行時(shí)獲得較高的效率，大型軸流風(fēng)機(jī)的葉片一般做成可調(diào)的，即在運(yùn)行時(shí)根據(jù)外界負(fù)荷的變化來(lái)改變?nèi)~片的安裝角。如上海鼓風(fēng)機(jī)廠與西德TLT公司聯(lián)合制造的TLT型送引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)均是動(dòng)葉可調(diào)的。2 集風(fēng)器集風(fēng)器的作用是使氣流獲得加速，在壓力損失最小的情況下保證進(jìn)氣速度均勻、平穩(wěn)。集風(fēng)器的好壞對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響很大，與無(wú)集風(fēng)器的風(fēng)機(jī)相比，設(shè)計(jì)良好的集風(fēng)器風(fēng)機(jī) 效率可提高10%15%。集風(fēng)器一般采用圓弧形。3 整流罩和導(dǎo)流體為了獲得良好的平穩(wěn)進(jìn)氣條件，在葉輪或進(jìn)口導(dǎo)葉前裝置與集風(fēng)器相適應(yīng)的整流罩， 以構(gòu)成軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口氣流通道。4 導(dǎo)葉軸流式風(fēng)機(jī)設(shè)置導(dǎo)葉有幾種情形：葉輪前僅設(shè)置前導(dǎo)葉，葉輪后僅設(shè)置后

19、導(dǎo)葉, 葉輪前后均設(shè)置有導(dǎo)葉。前導(dǎo)葉的作用是使進(jìn)入風(fēng)機(jī)前的氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，把氣流由軸向引為旋向進(jìn)入，且大多 數(shù)是負(fù)旋向（即與葉輪轉(zhuǎn)向相反），這樣可使葉輪出口氣流的方向?yàn)檩S向流出。后導(dǎo)葉在軸流式風(fēng)機(jī)中應(yīng)用最廣。氣體軸向進(jìn)入葉輪，從葉輪流出的氣體絕對(duì)速度有 一定旋向，經(jīng)后導(dǎo)葉擴(kuò)壓并引導(dǎo)后，氣體以軸向流出。5. 擴(kuò)散筒（difusser section）擴(kuò)散筒的作用是將后導(dǎo)葉出來(lái)的氣流動(dòng)壓部分進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為靜壓，以提高風(fēng)機(jī)靜壓。擴(kuò)散筒的結(jié)構(gòu)形式如圖 2 20所示。6. 性能穩(wěn)定裝置近年來(lái)，大型軸流風(fēng)機(jī)上加裝了性能穩(wěn)定裝置，又稱KSE裝置（該裝置由前蘇聯(lián)的伊凡諾夫發(fā)明）。這種性能穩(wěn)定 裝置主要是用來(lái)抑制葉

20、輪邊緣流體失速倒流而產(chǎn)生的不穩(wěn) 定現(xiàn)象的。第二節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論圖2-20擴(kuò)散筒的形式一、一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機(jī)是由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪上的葉片就對(duì)流體做功， 從而使流體獲得壓能及動(dòng)能。因此，葉輪是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體能量的主要部件。（一）流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形為討論葉輪與流體相互作用的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，首先要了解流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，由于圖2-21流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)（a）圓周運(yùn)動(dòng)（b）相對(duì)運(yùn)動(dòng)（c）絕對(duì)運(yùn)動(dòng)流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜， 為此作如下假設(shè)：葉輪中葉片 數(shù)為無(wú)限多且無(wú)限薄，即流體質(zhì) 點(diǎn)嚴(yán)格地沿葉片型線流動(dòng)，也就 是流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與葉片 的外形曲線相重

21、合；為理想流 體，即無(wú)粘性的流體，暫不考慮 由粘性產(chǎn)生的能量損失； 流體 作定常流動(dòng)。流體在葉輪中除作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，同時(shí)還從葉輪進(jìn)口向出口流動(dòng)，因此流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體具有圓周運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))，如圖2 21(a)所示。其運(yùn)動(dòng)速度稱為圓周速度，用符號(hào) u表示，其方向與圓周切線方向一致，大小與所在半徑r及轉(zhuǎn)速n有關(guān)。流體沿葉輪流道的運(yùn)動(dòng)，稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如圖2-21 (b)所示，其運(yùn)動(dòng)速度稱為相對(duì)速度，用符號(hào) W表示，其方向?yàn)槿~片的切線方向、大小與流道及流道形狀相關(guān)。流體相對(duì)靜止機(jī)殼的運(yùn)動(dòng)，稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，如圖2-21 ( c)所示，其運(yùn)動(dòng)速度稱 絕對(duì)速度，

22、用符號(hào)V表示，它是以上兩個(gè)速度的向量和，即V = u w由這三個(gè)速度向量組成的向量圖，稱為速度三角形，如圖2 22所示。速度三角形是研究流體在葉輪中運(yùn)動(dòng)的重要工具。絕對(duì)速度V可以分解為兩個(gè)相互垂直的分量：對(duì)速度圓周方向的分量和絕對(duì)速度在軸面(通過(guò)泵與風(fēng)機(jī)軸心線所作的平面)上的分量。絕對(duì)速度V與圓周速度 W之間的夾角用a表示，稱絕對(duì)速度角；相對(duì)速度w與圓周速度反方向的夾角用B表示.稱為流動(dòng)角。葉片切線與圓周速度 U反方向的夾角，稱為葉片安裝角用：a表示。流體沿葉片型線運(yùn)動(dòng)時(shí)，流動(dòng)角：等于安裝角：a。用下標(biāo)1和2表示葉片進(jìn)口和出口處的參數(shù)，8表示無(wú)限多葉片時(shí) 的參數(shù)。速度三角形一般只需已知三個(gè)條件

23、就可畫出。根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以求出U，vm，和-角。其求法如下：(1)(1)圓周速度u計(jì)算公式為：u =二 Dn , m/s60式中:D葉輪直徑，mn葉輪轉(zhuǎn)速，r/min(2)(2)軸面速度Vm由連續(xù)方程得Vm_qVmAA V m/s式中：qvT-理論流量， m/s;qv 實(shí)際流量，m/sv 容積效率，A 有效斷面積(與軸面速度 Vm垂直的斷面積)，m若考慮到實(shí)際葉片的厚度對(duì)有效斷面積的影響，設(shè)每一葉片在圓周方向的長(zhǎng)度為 葉輪共有z個(gè)葉片，則總長(zhǎng)度為 z(T ,有效斷面積A則為A=n Db-z cr b其中：b 葉片寬度；c 圓周方向的葉片長(zhǎng)度；(T其中s為葉片厚度。(3)相對(duì)速度w的

24、方向或B角當(dāng)葉片無(wú)限多時(shí)，相對(duì)速度w的方向應(yīng)與葉片安裝角3 a的方向一致。3 a在設(shè)計(jì)中是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選取的。求出U,Vm,和：角后，就可按比例畫出速度三角形。(二)能量方程式及其分析為：能量方程式是由流體力學(xué)中的動(dòng)量矩定理推導(dǎo)而得的。離心式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程式H t(U2V2U二一UiWu： Jg式中：Ht：?jiǎn)挝恢亓苛黧w通過(guò)無(wú)限多葉片時(shí)，所獲得的理論能量。該方程是歐拉在1756年首先推導(dǎo)出的，故又稱為歐拉方程。對(duì)于風(fēng)機(jī)而言，通常用風(fēng)壓來(lái)表示所獲得的能量，風(fēng)壓PghiPgHToo，其單位為Pa。因此，風(fēng)機(jī)的能量方程式表示為：Pt二=；(U2V2u： UiViu：) Pa通過(guò)速度三角的轉(zhuǎn)換計(jì)算得：

25、2 2 2 2 2 2V2血 一Vi珀 U2 一 UiWi-W2Q0H T-2g 2g2g m上式是能量方程式的另一表達(dá)形式。下面對(duì)上述能量方程式進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：(1) Ht-和 M表示單位重量和單位體積的理想流體流過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)所獲得的能 量，Ht-的單位為m, Pt-的單位為Pa。 當(dāng)a 1-=90°時(shí)，則Vi心=0，能量方程式則變?yōu)閁2V2u 二H T:：g(2-i0)因此，當(dāng)a i-= 90°，流體徑向流入葉輪時(shí)，獲得最大的理論能頭。(3)由能量方程式可知，Ht-與流體的密度無(wú)關(guān)，即與流體性質(zhì)無(wú)關(guān)。而R-與流體密度有關(guān)。因此，不同密度的流體所產(chǎn)生的壓力是不同的。2

26、 2 2 2 2 2V2 二-Vi： U2UiW|W2 二H動(dòng)能，稱為動(dòng)能頭，用(4) 式2g2g2g中第一項(xiàng)是流體通過(guò)葉輪后所增加的Hd -表示。第二項(xiàng)與第三項(xiàng)之和為增加的壓力能，稱為靜能頭，用Hst-表示(5) 由式(2 i0)可知，Ht-與U2和V2u-有關(guān)，增加轉(zhuǎn)速n、葉輪外徑D和絕對(duì)速度在圓 周的分量V2u-，均可提高理論能頭 Ht-,但加大D2會(huì)使損失增加，降低泵的效率。提高轉(zhuǎn)速 n則受汽蝕及材料的限制。比較之下，用提高轉(zhuǎn)速n來(lái)提高理論能頭，仍是當(dāng)前普遍采用的主要方法。(三) 離心式葉輪葉片型式對(duì)Ht-勺影響當(dāng)流體以a i-= 90°進(jìn)入葉輪時(shí)，由式(2 10)可知，當(dāng)葉

27、輪外徑 D、轉(zhuǎn)速n不變時(shí)， 圓周速度U2為常量，則理論能頭 Ht-與V2U-有關(guān)，而V2U-的大小則取決于流量 qV及葉片出口 安裝角3 2a-。因此，當(dāng)葉輪幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、流量一定時(shí)，理論能頭Ht-僅為3 2a-的函數(shù)。() 葉片出口安裝角 3 2a 確定了葉片的型式， 一 般葉片的型式有以下三 種：3 2a-<90°,這種葉片 的彎曲方向與葉掄的旋轉(zhuǎn) 方向相反，如圖 223(a) 所示，稱為后彎式葉片。圖2-23 葉片形式(a)后彎式 (b)徑向式(c)前彎式稱為前彎式葉片。前彎式葉片產(chǎn)生的能頭最大，徑向式次之，后彎式最小。 對(duì)流體所獲得的能量中動(dòng)能和壓能所占比例的大小比較

28、可知:3 2a- =90° ,葉片的出 口方向?yàn)閺较?，如圖 2 23(b)所示，稱徑向式葉 片。3 2a->90°,葉片的彎 曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向 相同，如圖2-23(c)所示，3 2a-<90°時(shí)，流體所獲 得的能量中，壓能所占的比例大于動(dòng)能；3 2a-= 90°時(shí)，壓能和動(dòng)能各占總能的一般；3 2a->90°時(shí)，總能量中動(dòng)能所占的比例大于壓能。那么，對(duì)離心泵而言，為什么一般均采用3 2a為20°35°范圍內(nèi)的后彎式葉片，而對(duì)風(fēng)機(jī)則可根據(jù)不同情況采用三種不同的葉片形式，其原因如下：由以上分析可知，在轉(zhuǎn)速

29、n、葉輪外徑D2、流量q(qv= AVm)及入口條件均相同的條件 下，前彎式葉片產(chǎn)生的絕對(duì)速度比后彎式葉片大，而液體的流動(dòng)損失與速度的平方成正比。 因此，當(dāng)流體流過(guò)葉輪及導(dǎo)葉或蝸殼時(shí)，其能量損失比后彎葉片大。同時(shí)為把部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能，在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必然又伴隨較大的能量損失，因而其效率遠(yuǎn)低于后彎式葉片。 反之，前彎式葉片有以下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)其和后彎式葉片的轉(zhuǎn)速、流量及產(chǎn)生的能頭相同時(shí)，可以減小葉輪外徑D2。因此，可以減小風(fēng)機(jī)的尺寸，縮小體積，減輕質(zhì)量。又因風(fēng)機(jī)輸送的流體 為氣體，氣體的密度遠(yuǎn)小于液體，且摩擦阻力正比于密度，所以風(fēng)機(jī)損失的能量遠(yuǎn)小于泵。 鑒于以上原因，在低壓風(fēng)機(jī)中可采用前彎式葉片，

30、3 2a一般取90°155°。(四) 有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)前面分析了流體沿?zé)o限多葉片葉輪的流動(dòng)，這時(shí)流道內(nèi)的流體是按葉片的型線運(yùn)動(dòng)的，因而流道任意半徑處相對(duì)速度分布是均勻的而實(shí)際葉輪中的葉片不可能無(wú)限多，而是有限的，流體是在具有一定寬度的流道內(nèi)流動(dòng)。因此，除緊靠葉片的流體沿葉片型線運(yùn)動(dòng)外， 其他都與葉片的型線有不同程度的差別，從而使流場(chǎng)發(fā)生變化。這種變化是由軸向旋渦運(yùn)動(dòng)引起的。由軸向渦旋引起速度偏移，使實(shí)際的3 2<3 2a-,導(dǎo)致有效出口速度降低，使有限葉片葉輪的理論能頭下降。一般用滑移系數(shù) K來(lái)修正無(wú)限多葉片葉輪的理論能頭，即Ht =KHtoO式中K即為滑移系

31、數(shù)，其值恒小于 1,此值不是效率，只說(shuō)明在有限葉片葉輪下，由于軸向渦旋的存在對(duì)理論能頭產(chǎn)生的影響。對(duì)滑移系數(shù)現(xiàn)在還沒有精確的理論計(jì)算公式，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論(一) 、概述軸流式和離心式的泵與風(fēng)機(jī)同屬葉片式，但從性能及結(jié)構(gòu)上兩者有所不同。軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程(全壓)低,圖2-24翼型簡(jiǎn)圖比轉(zhuǎn)數(shù)大，流體沿軸向流入、流出葉輪。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量相對(duì)較輕。因有較大的輪轂動(dòng)葉片角度可以作成可調(diào)的。動(dòng)葉片 可調(diào)的軸流式泵與風(fēng)機(jī)，由于動(dòng)葉片角度可隨外界負(fù)荷變化而改變，因而變工況時(shí)調(diào)節(jié)性能好，可保持較寬的高效工作區(qū)。鑒于以上特點(diǎn)，目前國(guó)外大型制冷系統(tǒng)中普

32、遍采用軸流式風(fēng)機(jī)作為鍋爐的送引風(fēng)機(jī)、軸流式水泵作為循環(huán)水泵。今后隨著容量的提高，其應(yīng)用范圍將會(huì) 日益廣泛。（二）、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論1、1、 翼型和葉柵的概念由于軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪沒有前后蓋板,圖2-25平面直列葉柵流體在葉輪中的流動(dòng)，類似飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼與空氣的作用。因此，對(duì)軸流式泵與風(fēng)機(jī) 在研究葉片與流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系時(shí)，采用了機(jī)翼理論。為此下面介紹翼型，葉柵及其 主要的幾何參數(shù)。翼型機(jī)翼型葉片的橫截面稱為翼型，它具有一定的幾何型線，和一定的空氣動(dòng)力特性。翼型見圖（2-24）:葉柵由相同翼型等距排列的翼型系列稱為葉柵。這種葉柵稱為平面直列葉柵， 如圖2-25所示。由于軸流式葉輪

33、內(nèi)的流動(dòng)類似并可簡(jiǎn)化 為在平面直列葉柵中繞翼型的流動(dòng)，而在直 列葉柵中每個(gè)翼型的繞流情況相同，因此只 要研究一個(gè)翼型的繞流情況就可以了。這里 要注意幾個(gè)參數(shù)的定義：葉片安裝角3 “：弦長(zhǎng)（圖2 - 24中所示） 與列線（葉柵中翼型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線 ,如圖 2-25中B-B）之間的夾角。流動(dòng)角3 1, 3 2：葉柵進(jìn)、出口處相對(duì)速 度和圓周速度反方向之間的夾角。圖2-26葉柵進(jìn)口及出口速度三角形2、2、速度三角形在葉輪任意半徑處取一如圖2 26所示的葉柵。在葉柵進(jìn)口，流體具有圓周速度ui相對(duì)速度Wl，絕對(duì)速度Vl ,出口具有u2、w2和v2 ,由這三個(gè)速度矢量組成了進(jìn)出口速度三 角形。與離心式泵與

34、風(fēng)機(jī)相同，絕對(duì)速度也可以分解為圓周方向的分量Vu，和軸面方向的分量Va，此時(shí)，軸面分速的方向?yàn)檩S向，故用符號(hào)Va表示。軸流式與離心式的速度三角形相比具有以下特點(diǎn)：軸流式葉輪進(jìn)出口處流體沿同一半徑的流面流動(dòng)，因而進(jìn)出口的圓周速度Ui和U2相等，即有Ui= u 2= u。另外對(duì)不可壓縮流體，對(duì)風(fēng)機(jī)流體升壓很小，葉輪進(jìn)出口軸面速度可視為相等，即 Via =v2a =vaU和Va可用下式計(jì)算：二 Dnu =60 m/s式中：D計(jì)算截面所取直徑，m;n 葉輪轉(zhuǎn)速，r/mi n ；qvVa二?. 2 2m/s;（D； -D：） J4式中：qv 實(shí)際工作流量，m3/s；D2葉輪外徑， m;Dh輪轂直徑，m;

35、V 容積效率；2 排擠系數(shù)；再計(jì)算出圓周分速 Vu ,或已知3 1, 3 2角，就可繪出葉輪進(jìn)出口速度三角形，如圖226所示。由于葉輪進(jìn)出口具有相同的圓周速度和軸面速度，因此為研究問(wèn)題方便起見， 常把進(jìn)、出口速度三角形繪在一起，如圖2 27所示。因?yàn)槿~柵中流體繞流翼型與繞流單冀柵前后相對(duì)速度 Wi和W2的幾何平均值 w:作為無(wú)限遠(yuǎn)處（流體未受擾動(dòng)）的來(lái)流速度。其大小和方向由進(jìn)出口速度三角形的幾何關(guān)系來(lái)確定，即型有所不同，葉柵將影響來(lái)流速度的大小和方向，因此為推導(dǎo)公式和論證簡(jiǎn)化起見，可取葉2WaWiuW2uWaw：u如用作圖法，只需要將圖2-27中CD線中點(diǎn)E和B連接起來(lái)，此聯(lián)線BE即決定了畑

36、的大小和方向。（三）基本型式軸流式泵與風(fēng)機(jī)可分為以下四種基本型式。<c>(dJ圖2-28軸流式泵與風(fēng)機(jī)的型式(1) (1)在機(jī)殼中只有一個(gè)葉輪，沒有導(dǎo)葉。如圖2 28(a)所示，這是最簡(jiǎn)單的一種型式，這種型式易產(chǎn)生能量損失。因此這種型式只適用于低壓風(fēng)機(jī)。(2) (2)在機(jī)殼中裝一個(gè)葉輪和一個(gè)固定的出口導(dǎo)葉。如圖228(b)所示，在葉輪出口加裝導(dǎo)葉。這種型式因?yàn)閷?dǎo)葉的加裝而減少了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所造成的損失，提高了效率，因而常用于高壓風(fēng)機(jī)與水泵。(3) (3)在機(jī)殼中裝一個(gè)葉輪和一個(gè)固定的入口導(dǎo)葉。如圖228(c)所示，流體軸向進(jìn)入前置導(dǎo)葉，經(jīng)導(dǎo)葉后產(chǎn)生與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)速度，即產(chǎn)生反

37、強(qiáng)旋。這種前置導(dǎo)葉型，流體進(jìn)入葉輪時(shí)的相對(duì)速度W1比后置導(dǎo)葉型的大，因此能量損失也大，效率較低。但這種型式具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 在轉(zhuǎn)速和葉輪尺寸相同時(shí)，具有這種前置導(dǎo)葉葉輪的泵或風(fēng)機(jī)獲得的能量比后置導(dǎo) 葉型的高。如果流體獲得相同能量時(shí)，則前置導(dǎo)葉型的葉輪直徑可以比后置導(dǎo)葉型的稍小， 因而體積小，可以減輕重量。2) 工況變化時(shí).沖角的變動(dòng)較小，因而效率變化較小。3) 如前置導(dǎo)葉作成可調(diào)的，則工況變化時(shí)，改變進(jìn)口導(dǎo)葉角度，使其在變工況下仍保 持較高效率。由于以上優(yōu)點(diǎn)，目前一些中小型風(fēng)機(jī)常采用這種型式。水泵因汽蝕因素不采用這種型 式。(4) (4)在機(jī)殼中有一個(gè)葉輪并具有進(jìn)出口導(dǎo)葉。如圖2-28(d)

38、所示，如前置導(dǎo)葉為可調(diào)的，在設(shè)計(jì)工況下前置導(dǎo)葉的出口速度為軸向，當(dāng)工況變化時(shí)，可改變導(dǎo)葉角度來(lái)適應(yīng)流量的變化。因而可以在很大的流量變化范圍內(nèi)，保持高效率。這種型式適用于流量變化較大的情況。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了制造、操作、維護(hù)等的困難，所以較少采用。(四) 能量方程式對(duì)離心式泵與風(fēng)機(jī)用動(dòng)量矩定理推導(dǎo)出來(lái)的能量方程式仍適用于軸流式泵與風(fēng)機(jī)，所 不同的是軸流式流體進(jìn)出口的圓周速度、軸面速度相等，即2 2 W -W22g2g 有2 2 2ww?2g2g mUU2 二 U,Wa =V2a 二Va 由普通能量方程式 H 工-V；u； -u；-2g2HtV2上式就是軸流式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程式。對(duì)上述幾個(gè)

39、式子進(jìn)行分析，結(jié)論如下: 因?yàn)閁 =U2 =U，故流體在軸流式葉輪中獲得的總能量遠(yuǎn)小于離心式。因而，軸流式泵與 風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程(全壓)遠(yuǎn)低于離心式。(2) 當(dāng)r = J時(shí)，HT = 0,為了提高流體所獲得的能量，必須使：i 空，致使W w2,而 w : v2。(3) 為了提高流體獲得的壓力能，應(yīng)加大葉輪進(jìn)口的相對(duì)速度W1，使W1 w2，因而葉輪進(jìn)口截面應(yīng)小于葉輪出口截面，所以常采用翼型葉片。第三節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的性能一、泵與風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)風(fēng)機(jī)、泵的主要性能參數(shù)有下列幾個(gè)：(一) 、流量(flow guantity)單位時(shí)間內(nèi)輸送的流體數(shù)量?？梢杂皿w積流量qv表示，也可以用質(zhì)量流量 qm表示。體積流量

40、的常用單位為m3/h或m3/s，質(zhì)量流量的常用單位為Kg/s或t/h。質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系為qm= p qvkg/s式中P 流體密度，Kg/m3。(二) 、壓力、揚(yáng)程(pressure, head)1、通風(fēng)機(jī)全壓?jiǎn)挝惑w積的氣體在通風(fēng)機(jī)內(nèi)所獲得總能量叫通風(fēng)機(jī)全壓。單位為：毫米水柱，牛/米2。2、離心泵揚(yáng)程單位重量的液體在泵內(nèi)所獲得總能量叫泵的揚(yáng)程。單位為：米液柱。(三) 、轉(zhuǎn)速(rotary rate)葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)周數(shù)叫轉(zhuǎn)速。單位為：轉(zhuǎn)/分。(四) 、功率和效率(power and efficiency)通風(fēng)機(jī)和泵之功率有鈾功率、有效功率和原動(dòng)機(jī)效率之分。1、軸功率P原動(dòng)機(jī)傳給通風(fēng)機(jī)、泵軸

41、上的功率，叫通風(fēng)機(jī)、泵的軸功率，又稱輸入功率，通常用 P表示。單位：千瓦。2、有效功率Pe有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)泵與風(fēng)機(jī)的流體獲得的功率，即泵與風(fēng)機(jī)的輸出功率， 用符號(hào)Pe表示，單位為KW。3、原動(dòng)機(jī)功率 Pg原動(dòng)機(jī)的輸出功率即為原動(dòng)機(jī)功率，用Pg表示，單位為KW。軸功率和有效功率之差是泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部損失功率。泵與風(fēng)機(jī)的效率為有效功率和軸功 率之比。效率的表達(dá)式為：上P由于原動(dòng)機(jī)機(jī)軸與泵與風(fēng)機(jī)的軸連接存在機(jī)械損失，用傳動(dòng)效率n tm表示，所以通常原動(dòng)機(jī)功率比軸功率大，表達(dá)式為：pnPg= tm二、二、泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線泵與風(fēng)機(jī)的主要的性能參數(shù)有流量qv、揚(yáng)程H或全壓p、功率P和效率n o,對(duì)

42、泵而言，還有汽蝕余量 h。這些參數(shù)變化關(guān)系的曲線，稱為性能曲線(performance curve)。性能曲線通常是指在一定轉(zhuǎn)速下，以流量為基本變量，其他各參數(shù)隨流量改變而改變的曲線。因此，通常的性能曲線為 qv H(p)、qv P、qvn、 h等曲線。該曲線直觀的反映了泵 與風(fēng)機(jī)的總體性能。性能曲線對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的選型，經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行都起著非常重要的作用。鑒于泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性，至今還不能用理論計(jì)算的方法求得，而是通過(guò)試驗(yàn)來(lái) 確定。但對(duì)性能曲線進(jìn)行理論分析，對(duì)了解性能曲線的變化規(guī)律以及影響性能曲線的各種因素，仍具有十分重要的意義。在后面第四章中我們就將用分析性能曲線進(jìn)行泵與風(fēng)機(jī)故障分 析的

43、方法。圖2-29出口速度三角形(一)(一) 離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線1、流量與揚(yáng)程(qv H)性能曲線當(dāng)葉片無(wú) 限多且無(wú)限薄并為理想流體時(shí)， 葉輪出口速度三角 形如圖2-29所示：H T： ： - A 1 BqvT2A其中：U2COt -2a：- ,B = _ggjb?。的斜率由3 2am來(lái)決定。(1 )( 1 )當(dāng) 3 2a-<90O 時(shí)(后彎式),qvT增加時(shí)，H T：逐漸減小， 如圖2 30 (a)所示；(2) (2)當(dāng) 3 2a-= 90o時(shí)(徑向式葉片)，qvT增加時(shí)，Ht：恒定, 如圖2 30 ( b)所示；(3) (3)當(dāng)3 2a->90o時(shí)(前彎式葉片),qvT增加

44、時(shí)，Ht：:逐漸增 大，如圖2 30 (c)所示；從中看出，Ht： qVT是一直線方程。Ht：隨qV呈直線關(guān)系變 化，直線4 Kd以上的直線為理論的 Ht： qVT性能曲線。由于考慮到有限葉片數(shù)和粘性流體的影響, 需對(duì)上述曲線進(jìn)行修正?，F(xiàn)以3 2a->90°的后彎式葉片為例，分析曲線的變化。對(duì)于有限數(shù)葉片的葉輪，由于軸向渦流的影響，從而其所產(chǎn)生的揚(yáng)程降低，可用滑移系 數(shù)進(jìn)行修正。Ht=KHt -滑移系數(shù)K恒小于1,且基 本與流量無(wú)關(guān)?？紤]實(shí)際流體粘 性的影響，并減去因摩擦、擴(kuò)散 和沖擊而損失的揚(yáng)程。除此之 外，還需考慮容積損失對(duì)性能曲 線的影響，因此，還需減去相應(yīng) 的泄漏量q,

45、即得到實(shí)際揚(yáng)程和 流量的性能曲線qv H，如圖2 31中e線所示。對(duì)風(fēng)機(jī)的性能 曲線qv p分析和泵的qv H分圖2-31qv-H性能曲線析相同。2、流量和功率（qv P ）性能曲線流量和功率性能曲線，是指在一定轉(zhuǎn)速下泵與風(fēng)機(jī)的流量和軸功率之間的關(guān)系曲線。軸功率P等于流動(dòng)功率Ph和機(jī)械損失功率厶Pm之和。而機(jī)械損失和流量無(wú)關(guān)，所以可先求 得流量與流動(dòng)功率的關(guān)系曲線，然后，在相應(yīng)點(diǎn)上加上機(jī)械損失功率即得到流量與軸功率的 關(guān)系曲線。如圖2-32所示，流動(dòng)功率Ph隨流量的變化為一拋物線關(guān)系，其曲線的形狀與 3 2aa角有關(guān)。對(duì)于后彎式葉片葉輪，其流動(dòng)功率是先隨流量的增加而增加，當(dāng)達(dá)到某一數(shù) 值時(shí)，則

46、隨流量的增加而減少， 所以當(dāng)流量改變時(shí)，其流動(dòng)效率的變化較為平緩 （圖2-32a）。 對(duì)于徑向葉片葉輪，其流動(dòng)功率與流量的關(guān)系曲線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)上升的直線（圖2 32b）。對(duì)于后彎式葉片葉輪，當(dāng)流量qvT增加時(shí)，流動(dòng)功率Ph急劇增加，是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的上升曲線（圖 2 32c）。以3 2a-<90°的后彎式葉輪為例，在流量與流動(dòng)功率（qvT Ph）曲線上加一等值的（實(shí)際上qv大時(shí) Pm稍小些）機(jī)械損失功率 Pm再考慮到泄漏量的影響即得到qv P性能曲線。從圖3、流量與效率（qv n ）性能曲線圖-32圖 2-34風(fēng)機(jī)特性曲純泵與風(fēng)機(jī)的 效率等于有效功 率與軸功率之 比，即

47、PeP由上式可見， 效率n有兩次為 零的點(diǎn)，即當(dāng)qv =0 時(shí)，n = 0, 當(dāng) H=0 時(shí)，n =0。 因此，qv n曲 線是一條通過(guò)坐 qv = qvmax點(diǎn)的曲線。 實(shí)際上qv H性能曲線二 EH-1000p注用與功車刊PJ 腿曲錫圖 2-332 33可見，當(dāng)qvT=0時(shí)，軸功率不為零，由此，將流量為零的這一工況稱為空載工況，此 時(shí)的功率就等于泵與風(fēng)機(jī)在空轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損失功率厶Pm和容積損失功率厶Pv之和。標(biāo)原點(diǎn)與橫坐標(biāo)軸相交于這是理論分析的結(jié)果，不可能下降到與橫坐標(biāo)軸相交，因而qv n曲線也不可能與橫坐標(biāo)軸相交。如圖2 34所示，h 實(shí)際的qv n性能曲線位于理論曲線的下方。曲線上最高效

48、率n vmax點(diǎn)，即為泵與風(fēng)機(jī)的設(shè) 計(jì)工況點(diǎn)。對(duì)風(fēng)機(jī)而言，因?yàn)橛腥珘篜和靜壓Pst,所以對(duì)應(yīng)的效率也有全壓效率 （qv）及靜壓效率（qv n st）曲線。性能曲線是制造廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的。載入泵與風(fēng)機(jī)樣本，供用戶使用。以風(fēng)機(jī)為例，實(shí) 際使用中，為方便起見，一般將上述曲線按同一比例畫在一張圖中，如右圖所示，不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)，其性能曲線也不同。從圖中可以看出，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，當(dāng)風(fēng)量發(fā)生改變時(shí)， 風(fēng)壓隨風(fēng)量的增大而減??； 功率隨風(fēng)量的增大而增大； 風(fēng)機(jī)效率存在一個(gè)最高值。相應(yīng)于最高效率下的風(fēng)量、風(fēng)壓和軸功率稱為通風(fēng)機(jī)的最佳工況。在選擇風(fēng)機(jī)或風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)使其實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效率不低于最高效率的90%。這也就

49、確定了一臺(tái)風(fēng)機(jī)其風(fēng)量的允許調(diào)節(jié)范圍。4、離心泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的分析（1 ）當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，工況為空轉(zhuǎn)狀態(tài)。這時(shí)候，空載功率Po主要消耗在機(jī)械損失上，而這會(huì)導(dǎo)致局部水溫迅速升高以致汽化。因此，為防止汽化，一般不允許在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行（除特殊注明允許的外）。（2）離心泵與風(fēng)機(jī)，在空轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，軸功率最小，一般為設(shè)計(jì)軸功率的百分之三十左右，為避免啟動(dòng)電流過(guò)大， 原動(dòng)機(jī)過(guò)載，所以離心式的泵與風(fēng)機(jī)要在閥門全關(guān)的狀態(tài)下啟動(dòng)， 待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，在開大出口管路上的調(diào)節(jié)閥門，使泵與風(fēng)機(jī)投入正常的運(yùn)行。(3)由qv P性能曲線可見，后彎式葉輪和前彎式葉輪有著明顯的差別。后彎式葉輪 的qv P性能曲線，隨著流量的增加功率變

50、化緩慢，而前彎式葉輪隨著流量的增加，功率急劇上升，因此原動(dòng)機(jī)容易超載。所以，對(duì)前彎式葉輪的風(fēng)機(jī)在選用原動(dòng)機(jī)時(shí)，容量富余系數(shù)應(yīng)取的大些。(4 )前彎式葉輪效率遠(yuǎn)低于后彎式。所以一般現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)為了節(jié)能大多采用高效率的 后彎式葉片。(5)前彎式葉輪的實(shí)際 qv H性能曲線是一具有較寬不穩(wěn)定工作段的駝峰形曲線，如 果風(fēng)機(jī)在不穩(wěn)定工作段工作，將導(dǎo)致喘振。因此，不允許在此段工作。圖2-35軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線(二)、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線在一定的轉(zhuǎn)速下，對(duì)葉片安裝角固定的軸流式泵與風(fēng)機(jī)，試驗(yàn)所測(cè)得的典型性能曲線如圖2 35所示，和離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線相比有顯著的區(qū) 別。qv H(P)曲線，隨流量qv

51、減小，揚(yáng)程(全壓)先 是上升，當(dāng)減小到qvc時(shí)，揚(yáng)程(全壓)開始下降， 流量再減小到qvb時(shí)，揚(yáng)程(全壓)又開始上升直到 流量為零時(shí)的最大值。軸流式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線歸結(jié)起來(lái)有以下特占：八、(1) (1) qv H(P)性能曲線，在小流量區(qū)域內(nèi) 出現(xiàn)駝峰形狀，在c點(diǎn)的左邊為不穩(wěn)定工作區(qū)段，一般不允許泵與風(fēng)機(jī)在此區(qū)域工作。(2) (2)軸功率P在空轉(zhuǎn)狀態(tài)(qv=O)時(shí)最大，隨流量的增加隨之減少，為避免原動(dòng)機(jī)過(guò)載，對(duì)軸流式泵與風(fēng)機(jī)要在閥門全開狀態(tài)下啟動(dòng)。如果葉片安裝角是可調(diào)的，在葉片安裝角小時(shí)，軸功率也小，所以對(duì)可調(diào)葉片的軸流式泵與風(fēng)機(jī)可在小安裝角時(shí)啟動(dòng)。(3) (3)軸流式泵與風(fēng)機(jī)高效區(qū)窄。但如果

52、采用可調(diào)葉片，則可使在很大的流量變化范 圍內(nèi)保持高效率。這就是可調(diào)葉片軸流式泵與風(fēng)機(jī)較為突出的優(yōu)點(diǎn)。三、相似理論在泵與風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用(一)、相似原理(similarity laws )相似理論廣泛的應(yīng)用在許多學(xué)科領(lǐng)域中，在泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、研究、使用等方面也起著 十分重要的作用。相似理論在泵與風(fēng)機(jī)中主要解決以下問(wèn)題：(1) 對(duì)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為了減少制造費(fèi)用和試驗(yàn)費(fèi)用，需將原型泵與風(fēng)機(jī)縮小為模型， 進(jìn)行模化試驗(yàn)以驗(yàn)證其性能是否達(dá)到要求。(2) 在現(xiàn)有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的泵與風(fēng)機(jī)資料中，選一臺(tái)合適的(比轉(zhuǎn)數(shù)接近的)作為模型，按相似關(guān)系對(duì)該型進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種方法稱為相似設(shè)計(jì)法或模化設(shè)計(jì)法，其優(yōu) 點(diǎn)

53、是計(jì)算簡(jiǎn)單、性能可靠。(3) 由性能參數(shù)的相似關(guān)系，在改變轉(zhuǎn)速、葉輪幾何尺寸及流體密度時(shí)，可進(jìn)行性能參 數(shù)的相似換算。為保證流體流動(dòng)相似，必須具備幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似三個(gè)條件，即必須滿足模型和原型中任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的同一物理量之間保持比例關(guān)系。1、幾何相似幾何相似是指模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的幾何尺 寸成比例，比值相等，各對(duì)應(yīng)角、葉片數(shù)相等。2、運(yùn)動(dòng)相似運(yùn)動(dòng)相似是指模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度方 向相同，大小成同一比值，對(duì)應(yīng)角相等。即流體在 各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似，如圖2 36所示。圖2-36運(yùn)動(dòng)相似速度三角形3、動(dòng)力相似 動(dòng)力相似是指模型和原型中相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的各種力的方向相 同，大小成同一比值。流體在泵與風(fēng)機(jī)中流動(dòng)時(shí)主要受到以下 四種力的作用：慣性力；粘性力；重力；壓力。使這 四種力都滿足相似條件，十分困難，由牛頓定律：三力中只要 有兩種力成比例第三力必成比例。因此，一般只要保證起主導(dǎo) 作用的兩種力相似即可。在泵與風(fēng)機(jī)中起主導(dǎo)作用的力為慣性力和粘性力。所以， 只要這兩種力相似就滿足了動(dòng)力相似的條件。而慣性力和粘性 力的相似準(zhǔn)則是雷諾數(shù)尺，所以只要模型和原型的雷諾數(shù)相 等，就滿足了動(dòng)力相似。但要保證模型和原型的雷諾數(shù)相等， 十分困難。實(shí)踐證明，泵與風(fēng)機(jī)中流體