泵與風機 [自動保存的]

1、指導導師：金花指導導師：金花制作者：羅鵬飛制作者：羅鵬飛緒論 第一節(jié) 泵與風機在國民經濟中的應用 泵與風機廣泛的應用在國民經濟的各個方面，如農田灌溉和排澇，采礦工業(yè)中井下通風和坑道排水，水力采煤中的液體輸送，冶金工業(yè)中冶煉爐的鼓風及流體的輸送，石油工業(yè)中的輸油和注水，化學工業(yè)中的流體介質輸送、城市給排水以及艦艇、航空航天的動力系統(tǒng)等。 電能是國民經濟中至關重要的能源，熱力發(fā)電在電力生產中占據主導的地位，泵與風機是熱電廠重要的輔機。下面著重介紹泵與風機在熱力發(fā)電廠中的應用。圖0-1是熱力發(fā)電廠的系統(tǒng)簡圖。 在熱力發(fā)電廠的電力生產過程中，如果泵與風機發(fā)生故障，則直接影響到主機主爐的正常工作，嚴重時

2、會造成停機停爐的重大事故，特別是當今機組向大容量、單元制方向發(fā)展、由事故造成的損失更大。 另外由于泵與風機用途廣泛、數量大，其耗電量約占全國發(fā)電量的20%30%，在熱力發(fā)電廠里，廠用電量約占電廠發(fā)電量的10%左右，泵與風機又占電廠用電量的70%80%。由此可見，泵與風機對電廠的安全、經濟運行起著十分重要的作用。 此外，核電站在20世紀80年代迅速的發(fā)展了起來，與熱力發(fā)電站的電力生產過程基本相同，其常規(guī)島部分也是一個汽水循環(huán)系統(tǒng)，如圖0-2所示。第二節(jié) 泵與風機的分類泵與風機的用途廣泛，種類繁多，因此分類泵與風機的用途廣泛，種類繁多，因此分類方法也很多，但目前只采用兩種分類方法。方法也很多，但目

3、前只采用兩種分類方法。1、按產生壓力的大小分類2、按工作原理分類（一）葉片式泵與風機1、離心式泵與風機 離心式泵與風機的工作原理是利用旋轉葉輪帶動流體一起旋轉，借離心力的作用，使流體的壓力能和動能得到增加，流體沿軸向進入葉輪轉90后沿徑向流出。圖0-4為離心泵示意圖。2、軸流式泵與風機 軸流式泵與風機的工作原理，是利用葉輪上的翼型葉片在流體旋轉所產生的升力使流體的能量增加。液體沿軸向進入葉輪并沿軸向流出。圖0-6為軸流泵示意圖。3、斜流式泵斜流式又稱混流式，是介于軸流式和離心式之間的一種葉片泵，斜流泵的工作原理是：部分利用了離心力，部分利用了升力，在兩種力的共同作用下，輸送流體，并提高其壓力，

4、流體軸向進入葉輪后，沿圓錐面方向流出。圖0-8為導葉式斜流泵示意圖，可作為大容量機組的循環(huán)水泵。（二）容積式泵與風機（二）容積式泵與風機因工作方式的不同，容積式泵與風機可因工作方式的不同，容積式泵與風機可分為往復式和回轉式兩種。分為往復式和回轉式兩種。1、往復式泵與風機 往復式泵與風機的工作原理是利用工作容積周期性的改變來輸送流體，并提高其壓力。往復式泵與風機包括活塞式、柱塞式及隔膜式三類，現以活塞式為例說明其工作過程。圖0-9為活塞泵示意圖，活塞泵主要由泵缸和活塞組成，活塞由曲柄、連桿帶動，將原動機的回轉運動變?yōu)橥鶑瓦\動。2、回轉式泵與風機 回轉式泵與風機是利用一個或幾個特殊形狀的回轉體如齒

5、輪、螺桿或其他形狀的轉子在殼體內作旋轉運動來輸送流體并提高其壓力。圖0-10為齒輪泵示意圖。圖0-11為三螺桿泵示意圖。（三）其他泵（三）其他泵1、噴射泵 噴射泵主要由噴嘴、擴散管和吸入室組成，如圖0-12所示，其工作原理是利用高速射流的抽吸作用來輸送流體。2、水環(huán)式真空泵 水環(huán)式真空泵主要由一個星形葉輪、泵殼、吸氣口、排氣口、吸氣管和排氣管組成，如圖0-13所示。水環(huán)式真空泵工作時，必須從外部連續(xù)地向泵內注入一定量的水，以補充隨氣體帶走的水。第三節(jié)第三節(jié) 泵與風機的主要部件泵與風機的主要部件 一、離心式泵與風機的主要部件一、離心式泵與風機的主要部件（一）離心泵的主要部件（一）離心泵的主要部件

6、 離心泵的主要部件有：葉輪、吸入室、壓出室、離心泵的主要部件有：葉輪、吸入室、壓出室、密封裝置等密封裝置等。1、葉輪 葉輪是能實現能量轉換的主要部件，其作用是將原動機的機械能傳遞給流體，使流體獲得壓力能和動能。葉輪水力性能的好壞，對泵的影響很大。 葉輪一般是由前蓋板、葉片后蓋板和輪板組成。葉輪有封閉式、半開式和開式三種，如圖0-14所示。 封閉式葉輪又分為單吸式和雙吸式兩種，如圖0-14(a）和(b)所示。雙吸式葉輪流量大于單吸式葉輪，且基本上不產生軸向力并具有改善汽蝕性能的優(yōu)點。葉片型式有圓柱形葉片和扭曲（雙曲率）葉片。圓柱形葉片流動效率較低，因此，為提高泵效率一般均采用扭曲葉片。2、吸入室

7、 離心泵吸水管法蘭接頭至葉輪進口的空間稱為吸入室，其作用是以最小的阻力損失，引導液體平穩(wěn)地進入葉輪，并使葉輪進口處的液體流速分布均勻。 吸入室可分為以下幾種。 （1）錐形吸入室，如圖0-15所示其優(yōu)點是水力性能好，結構簡單，制造方便。（2）環(huán)形吸入室，如圖0-16所示其優(yōu)點是結構對稱、簡單、緊湊、軸向尺寸較小。（3）半螺旋形吸入室，如圖0-17所示。半螺旋形吸入室在軸的背面沒有漩渦，進口速度分布均勻，流動損失最小。3、壓出室 螺旋形壓出室，又稱蝸殼，如圖0-18所示。環(huán)形壓出室，如圖0-19所示。 壓出室是指葉輪出口或導葉出口至壓水管法蘭接頭間的空間，其作用是收集從葉輪流出的高速流體，然后以最

8、小的阻力損失引入壓水管或次級葉輪進口。它收集從葉輪流出的液體，同時在螺旋形的擴散管中將液體的部分動能轉換為壓力能。環(huán)形壓出室的流道斷面面積相等，因此，各處流速不想等，流動損失大，故效率低于螺旋形壓出室。4、導葉多級泵的流液是從前一級葉輪流進次級葉輪的額，兩級之間必須裝有導葉。導葉的作用是，匯集前一級葉輪流出的液體，并在損失最小的情況下，引入次級葉輪的進口或壓出室，同時在導葉內吧部分動能轉化為壓力能。它由螺旋線、擴散管、過渡它由螺旋線、擴散管、過渡區(qū)和反導葉組成區(qū)和反導葉組成正反導葉是一個連續(xù)的整體，正導正反導葉是一個連續(xù)的整體，正導葉進口到反導葉出口形成單獨的流葉進口到反導葉出口形成單獨的流道

9、，各流道內的液體各不相混合。道，各流道內的液體各不相混合。（1）徑向式導葉，如圖0-20所示（2）流道式導葉，如圖0-21所示5、密封裝置密封裝置分為密封環(huán)和軸端密封。（1）密封環(huán)。密封環(huán)又稱口環(huán)。由于葉輪出口的壓力較高，入口壓力較低，則由葉輪流出的流體將有一部分反流回葉輪進口。為防止高壓流體通過葉輪進口與泵殼之間的間隙泄漏至吸入口，在葉輪進口外圈與泵殼之間加裝密封環(huán)。密封環(huán)如圖0-22所示幾種結構型式，一般泵常采用平環(huán)式及角接式，高壓泵則常采用迷宮式。（2）軸端密封。泵軸通過泵體向外伸出，在轉動部件和靜止部件之間存在間隙。若泵內壓力大于外界壓力，流體則從間隙向外泄漏，若泵吸入端處于真空狀態(tài)，

10、則空氣通過間隙流入泵內，嚴重影響泵的工作。為減小泄漏，在間隙處裝有軸端密封裝置。軸端密封油填料密封、機械密封、浮動環(huán)密封、迷宮式密封等幾種形式。1）填料密封。帶水封環(huán)的填料密封結構如圖0-23所示。他由填料壓蓋、填料、水封環(huán)、填料箱組成，是目前普通離心泵密封環(huán)最常采用的一種軸封。2)機械密封。機械密封如圖0-24所示，主要由動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈等組成。3）浮動環(huán)密封。浮動環(huán)密封的結構如圖0-25所示，主要由浮動環(huán)、支承環(huán)（浮動套）、彈簧等組成。浮動環(huán)密封是以浮動環(huán)與支承環(huán)的密封端面在液體壓力及彈簧力的作用下，保持緊密接觸來實現徑向密封的；4）迷宮式密封。迷宮式密封是一種非接觸型的流體動力密

11、封，其機理是利用流體流過轉子與靜子間的微小間隙產生的節(jié)流降壓效應來實現密封。迷宮式密封有多種不同型式，圖0-26為金屬迷宮式密封的示意圖，與靜子固接的金屬密封片與轉軸之間形成的多級突擴突縮的間隙，對軸向泄漏實施多級降壓、節(jié)流，從而實現密封。圖0-27為螺旋迷宮式密封的示意圖。迷宮式密封在工作時動、靜部件間無接觸、無磨損，使用壽命長，在大容量機組的給水泵上應用廣泛。（2）離心式風機的主要部件1、葉輪 葉輪是風機的主要部件，由前盤、后盤、葉片及輪轂組成。葉片有前彎式、徑向式后彎式三種，如圖0-28所示。2、蝸殼 蝸殼的作用是匯集從葉輪流出的氣體并引向風機的出口，同時，將氣體的部分動能轉換為壓力能。

12、為了提高風機效率，蝸殼的外形一般采用阿基米德螺旋線或對數螺旋線，但為了加工方便，也常作成近似阿基米德螺旋線。蝸殼軸面為矩形，且寬度不變，如圖0-30所示。 在蝸殼出口附近有“舌狀”結構，稱為蝸舌，其作用是防止部分氣流在蝸殼內循環(huán)流動。蝸舌分為平舌、淺舌、深舌三種，如圖0-31所示。它的幾何形狀、蝸舌尖部的圓弧半徑r以及距葉輪的最小距離t，對風機性能、效率和噪聲等均有很大的影響。3、集流器與進氣箱 集流器裝在葉輪進口，其作用是以最小的阻力損失引導氣流均勻地充滿葉輪入口，集流器有圓筒形、圓錐形和錐弧形等形式，如圖0-32所示。第四節(jié) 泵與風機的主要參數一、流量 泵與風機都在單位時間內輸送的流體量稱

13、為流量，它可以用體積流量 表示，也可以用介質流量 表示。體積流量 的常用單位是 /s、 /h、L/s；質量流量 的常用單位為kg/s、t/h。 體積流量與質量流量的關系為式中 流體密度，kg/ 。 水在常溫20時的密度為10kg/ ，空氣在常溫20時的密度為1.2kg/ 。 由于空氣的密度很小，且隨溫度、壓力的變化而變化，所以風機的流量是以在標準狀況（t=20，p=101.3kPa）下，單位時間內流過風機入口處的體積流量表示的。若工作狀況下的流量為 ，密度為 ，則標準狀況下的流量為vqmqvq3m3mmqvmqq3m3m3mvqv1q1v11vq1.2q二、揚程（全壓） 單位重力作用下的液體通

14、過泵后所獲得的能量增加值，稱為揚程，用H表示，單位為m。 單位體積的氣體通過風機所獲得的能量增加值，稱為全壓（全風壓），用p表示，單位為Pa。三、軸功率與效率 泵與風機在一定工況下運行時原動機傳遞到泵或風機轉軸上的功率，稱為軸功率，用P表示，單位為kW。單位時間內通過泵與風機的流體所獲得的功率稱為有效功率，用P表示。 泵與風機的效率為有效功率與軸功率之比，即PPe四、轉速泵或風機軸每分鐘轉數，稱為轉速，用n表示，單位為r/min.五、汽蝕汽蝕余量是標志泵汽蝕性能的重要參數，用NPSH表示。性能參數反映了泵與風機的整體性能，在銘牌上標有額定工況下的各參數。第五節(jié) 泵與風機的發(fā)展趨勢泵與風機的發(fā)展

15、趨勢大容量、高參數化高速化高效率高可靠性低噪聲自動化第一章 泵與風機的葉輪理論第一節(jié) 離心式泵與風機的工作原理一、離心式泵與風機的工作原理離心式泵與風機工作時，葉輪帶動流體一起旋轉，借離心力的作用，使流體獲得能量。因此，葉輪是實現機械能轉換為流體能量的重要部件。為闡明其工作原理，取一內緣何外緣封閉的葉輪，如圖1-1所示，其中流體只能和葉輪一起做旋轉運動，不能再葉輪流道中流出。二、流體在也輪中的運動及速度三角形1. 葉輪的葉片數為無限多，葉片厚度為無限薄，即認為流體質點嚴格地沿葉片的形線流動，流體質點的運動軌跡與葉片的形線重合。應用此假設的葉輪稱為理想葉輪。2. 通過旋轉葉輪的流體為理想的不可壓

16、縮流體，不考慮黏性和壓縮性。流體在葉輪中的運動情況，可用葉輪的軸面投影圖和平面投影圖反映出來。這兩個投影圖表示了葉輪的幾何形狀。如圖1-2所示，軸面又稱子午平面，是通過軸線的平面。軸面投影是用圓弧投影法，即以軸線為圓心，把葉片旋轉投影到軸面上所得到的投影圖。平面是垂直于軸線的平面，平面投影是把前蓋板去掉后的投影圖。葉輪帶動流體的旋轉運動，稱牽連運動，其速度又稱牽連速度，又稱圓周速度，用u表。流體相對于葉輪的運動稱相對運動，其速度稱為相對速度，用w表示。流體相對于靜止機殼的運動稱絕對運動，其速度稱絕對速度，用v表示，如圖1-3所示。絕對速度應為相對速度和圓周速度的矢量和，即wu 三、能量方程 為理想流體通過無限多葉片時的揚程，單位為m。式（1-10）即為離心式泵與風機的能量方程。對風機而言，常用風壓來表示所獲得的能量，其單位為Pa。因此，風機的能量方程為TH）（1u12u2vu-vuTP）（1122vu-vug1TH(1-10)四、離心式葉輪葉片形式的分析 當葉輪以 進入葉輪時，其理論揚程為901gvu2u2TH 由圖1-7（a）速度三角形得2a2m22ucotv-uv代入上式得）（2a2m2cotv-uguTH（1-14） 由式（1-14）可知，當葉輪幾何尺寸、轉速、流量一定時，則理論楊程或風壓的大小取決于葉片安裝角。葉片出口安裝角決定了葉片型式，通常有以下三種：2a90葉