5第五章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)(講稿)解讀

1、第五章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)§5-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、離心式風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)各種離心式風(fēng)機(jī)的外型結(jié)構(gòu)見圖。1葉輪：（葉片一般為664個(gè)） 組成：前盤：分為平前盤、錐形前盤、弧形前盤等。（4-72, 4 -73風(fēng)機(jī)常用弧形前盤）電后盤葉片（結(jié)構(gòu)：焊接和鉚接兩種形式）'軸盤 葉片：后向葉片徑向葉片前向葉片P-<90 °B =90伏>9°根據(jù)葉片形狀的不同可分為：平板形、圓弧形、中空機(jī)翼形（具有優(yōu)良的空氣動(dòng)力特性、強(qiáng)度高、效率高，4-72, 4-73離心風(fēng)機(jī)多采用）2機(jī)殼離心式風(fēng)機(jī)的機(jī)殼由進(jìn)風(fēng)口、進(jìn)氣箱、前導(dǎo)器、蝸殼和擴(kuò)散器等組成。 進(jìn)風(fēng)口（集風(fēng)

2、箱）：作用：保證氣流能均勻地充滿葉輪進(jìn)口，使氣流流動(dòng)損失最小。 形狀：圓筒形、圓錐形、弧形、錐筒形、弧筒形、錐弧形等。 進(jìn)氣箱：是一個(gè)安裝于進(jìn)氣口的均壓箱體，其主要作用可使軸承裝于風(fēng)機(jī)機(jī)殼外邊，改善軸承工作 條件。另外，風(fēng)機(jī)進(jìn)口有 90°彎頭時(shí)，安裝進(jìn)氣箱，可減少因氣流不均勻而產(chǎn)生的流動(dòng)損失。 前導(dǎo)器：一種具有調(diào)節(jié)導(dǎo)流作用的裝置。通常置于大型風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口，或進(jìn)口的流道內(nèi)，可以通過 改變前導(dǎo)器葉片的角度，改變風(fēng)機(jī)性能和使用范圍。前導(dǎo)器分為軸向式和徑向式。 蝸殼：由具有對(duì)數(shù)螺旋線的蝸板和兩塊側(cè)板焊接或咬口而成。 擴(kuò)散器：是置于風(fēng)機(jī)出口處的擴(kuò)散裝置（斷面積增大），其作用是降低出口流體速度，

3、使部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，擴(kuò)散器分為圓形截面和方形截面。離心式風(fēng)機(jī)可做成左旋或右旋：站在電動(dòng)機(jī)一側(cè)，葉輪順時(shí)針方向?yàn)橛摇薄⒛鏁r(shí)針方向?yàn)?左”。、離心式泵的基本結(jié)構(gòu)主要由葉輪、泵殼、泵座、密圭寸環(huán)和軸圭寸裝置組成。1葉輪：單吸葉輪（葉輪多采用鑄鐵、鑄鋼和青銅制成）雙吸葉輪根據(jù)其蓋板情況可分為：封閉式葉輪：如 圖5-1-6，具有前后兩個(gè)蓋板，如：單吸式、雙吸式葉輪，葉片612個(gè)半開式葉輪：如圖5-1-7,只有后蓋板，沒有前蓋板，如：污水泵敞開式葉輪：如 圖5-1-8，前后都沒有蓋板，葉輪少，一般25片2 泵殼：一般是鑄成蝸殼式，水泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使蝸殼漸擴(kuò)段面流動(dòng)的水流速度是一常數(shù)，殼頂設(shè)有充水和 放氣的螺

4、孔。3. 泵座：水泵的支承，有與底板和基礎(chǔ)固定的法蘭孔。4 軸封裝置：防止泄漏及進(jìn)氣的密封裝置，設(shè)置在軸與泵的間隙處。單級(jí)單吸式離心泵的結(jié)構(gòu)如圖5-1-9、圖5-1-10所示。§5-2離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理及性能參數(shù)一、工作原理從流程看：電動(dòng)機(jī) t軸承轉(zhuǎn)動(dòng)t葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)t流體流動(dòng)從能量角度：電能 T機(jī)械能T流體的動(dòng)能和勢能 這中間一定會(huì)有損失，損失越小，效率越高，損失越大，效率越低。二、性能參數(shù)1 流量：單位時(shí)間內(nèi)泵與風(fēng)機(jī)輸送流體的量，用Q表示。有：體積流量（m3 / h、m3/s）和質(zhì)量流量（kg/h、t/h ）等2 泵的揚(yáng)程和風(fēng)機(jī)的全壓泵的揚(yáng)程：單位重量流體流經(jīng)泵的入口與出口所得到

5、的總能量之差，用H ”表示。2 H1二Z1 旦竺2 g2V22 2V2 V12 gR ”表示。風(fēng)機(jī)的全壓：單位體積流體流經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口所具有的總能量之差，用P2=Pj2'gH 2v2TP2 - R = P - ： Pi _2<cv2tv2、'p“J-Pj,th2-h 1)Y-V 化p =(Pj2 -Pji) g(蔦-門(H 2 -hi)號(hào)一字+ 心Pl_2=(Pj2 Pji ) +-12<2 2 丿Pj2 相對(duì)壓力Pj 2'絕對(duì)壓力其中：y流體的容重，kN/m33. 功率 有效功率：單位時(shí)間流體從泵或風(fēng)機(jī)中所獲得的總能量，用Ne ”表示。Ne 二 Q H

6、= Q P(w或 kw) 軸功率：單位時(shí)間傳遞到泵與風(fēng)機(jī)軸上的輸入功率，用N ”表示。4. 效率：泵與風(fēng)機(jī)的有效功率與軸功率之比。效率既反映了損失的大小，也反映了輸入功率被流體利用的程度，效率高則損失小，輸入功率被流體 利用的程度就高。5轉(zhuǎn)速：泵或風(fēng)機(jī)的葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，即r min，一般用“n”表示。§5-3離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程歐拉方程一、流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形1速度三角形：如右圖所示。流體隨葉輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度 U1 （牽連速度）流體沿葉輪方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng) W （相對(duì)速度）流體實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度 v1 （絕對(duì)速度）2 兩個(gè)概念葉片工作角:-:v和u之間的夾角出口角一：w與u的夾

7、角通常還將Vi分解為徑向速度 Vr 1和切向速度Vui。dn u = r =603 圓周速度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系：其中：w 旋轉(zhuǎn)速度r葉輪半徑 n轉(zhuǎn)速4.流體的流量：q =f vr F 2 r b其中：b葉輪寬度；s葉輪排擠系數(shù)，反映了葉輪厚度對(duì)過流面積的遮擋程度。二、泵和風(fēng)機(jī)的基本方程 一一歐拉方程目的：找出泵和風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程或全壓與流速的關(guān)系1. 基本假定 恒定流：流體不隨時(shí)間變化（ Q = const）； 不壓縮流體（P =const）； 葉片無限多，厚度無限薄（二）； 流動(dòng)過程為理想過程（無損失， T ）。2. 依據(jù)定理動(dòng)量矩定理，質(zhì)點(diǎn)系對(duì)某一轉(zhuǎn)軸的動(dòng)量矩對(duì)時(shí)間的變化率等于作用于該質(zhì)點(diǎn)系的所有外力

8、對(duì)該軸的合 力矩M。3.推導(dǎo)：Qt：(Vu2T:：r2 -Vu1T:：ri ) = Mds（N = FF u = Fr = M）dt得：N = M=Qt：（ Vu2T：r2Vu1T：r1 ），=QT：（Vu2 T：u2T： V u 仃：:u1T：J得：N1H（Vu2T：u2 T： -Vu 1T：u1T：）Qt：g歐拉方程：P = H =（ vu2 T：u 2T： - Vu1T：u1T：）4. 分析：歐拉方程的特點(diǎn)：（1 ）流體所獲得的揚(yáng)程僅與流體在葉片進(jìn)、出口處的速度三角形有關(guān)，與流動(dòng)過程無關(guān)。（2）H和P與流體種類無關(guān)，只要進(jìn)、出口的速度三角形相同就可獲得相同的揚(yáng)程。三、歐拉方程的修正推導(dǎo)歐

9、拉方程的四個(gè)前提假設(shè)：（1 ）流體為恒定流；（只要電機(jī)轉(zhuǎn)速不變就可保證）（2 ）不可壓縮流體；（液體適用，氣體可近似認(rèn)為適用）（3） 葉片無限多，無限薄；（實(shí)際上不可能，需要修正）（4）無能量損失。（實(shí)際上不可能，需要修正）1對(duì)葉片數(shù)量和厚度的修正：（1）存在軸向渦流（如圖 5-3-2所示）:有限葉片時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在相對(duì)流動(dòng)的同時(shí)，存在軸向渦流（圖5-3-3），造成葉片兩面流速不同，形成葉片兩邊壓力差，形成軸向的阻力矩，軸向渦流對(duì)速度分布的影響如圖5-3-4如示。（2） 葉輪出口處流體的相對(duì)速度向旋轉(zhuǎn)反方向偏離切線，由W2T:變?yōu)閃2T。所以:1H T = k Ht：二（Vu2TU2T _ Vu1

10、T U1T ）gH : Htk =虹：1Hgk值一般在 0.780.85之間。其中：k環(huán)流系數(shù)或壓力減小系數(shù)，對(duì)于離心式泵與風(fēng)機(jī)的2.對(duì)能量損失的修正：H = n Ht 仏2 U2 一 Vu1gU1）3特殊形式:1當(dāng)冷=90 , Vu1, Vu1 二 V1 cos 0 時(shí)，H 最大，則：H vu2 u2g四、歐拉方程的物理意義引用余弦定理:22UVi - 2UiVui2 2 2 W = Ui V - 2u1v1 cos 1222場u2v2 - 2u2v2cosa22=u2v2 - 2u2vu259#將H = - （vU2 u2 -vUi u,）進(jìn)行形式變換，得: g2 2 2H U2 Ui2

11、2V2- ViWi -W22g2g2g#分析:2 2 U2 Ui :單位重量流體在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力所作的功，是流體進(jìn)口至出口產(chǎn)生向外的壓2g能的增量（靜壓水頭）。離心力F2二 mrH jR丄 2 rdr 宀乜2ri g2g2g離心式風(fēng)機(jī):e r ，出 ui離心力作用很強(qiáng);軸流風(fēng)機(jī):,U2二U1不受離心力作用。2g:單位重量流體動(dòng)能增量，是動(dòng)壓水頭增量，不宜過大。2g:由于葉片流道的漸寬，相對(duì)速度有所降低而獲得的壓能增量（靜壓水頭增量），它代#表葉輪中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能的份額。分析1、2斷面的能量關(guān)系:其中:Z!HtHTj2乞H汐22g P2 - PlZZ2旦生（忽略能量損失）（1、2g2g

12、同軸）=H Tj H Td2 2 2 _U2 Ui Wi W2 （靜壓水頭增量）2g2g#2 2HTd =匕工（動(dòng)壓水頭增量）2g§ 5-4泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率推導(dǎo)歐拉方程時(shí)，第四點(diǎn)假設(shè)為無能量損失，實(shí)際流體在泵與風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口間是有能量損失的。 流動(dòng)損失（水力損失）：引起泵與風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程或全壓下降；泄漏損失（容積損失）：引起泵與風(fēng)機(jī)的流量下降；輪阻損失：引起泵與風(fēng)機(jī)的內(nèi)功率增加；機(jī)械損失：引起泵與風(fēng)機(jī)的軸功率增加。一、流動(dòng)損失和效率1. 流動(dòng)損失（流體的能量損失）包括局部阻力損失和沿程阻力損失，大小與過流部件的幾何形狀、壁面粗糙度及流體的粘性有關(guān)。進(jìn)口損失 H i :流體從入口至葉

13、片，發(fā)生摩擦及90轉(zhuǎn)彎所引起的水力損失。撞擊損失 H2 :當(dāng)流量與設(shè)計(jì)流量不同時(shí)，相對(duì)速度的方向就不再與葉片安裝角的切線方向一致,會(huì)引起碰撞損失。H 2= k2（Qp -Q）2 葉輪中的水力損失H 3 :流體在葉輪中的沿程損失，包括流速的大小、方向變化及離開葉片出口的局部阻力損失。 動(dòng)壓轉(zhuǎn)換和機(jī)殼出口損失 .汨4:流體離開葉輪進(jìn)入機(jī)殼后，動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為靜壓的轉(zhuǎn)換損失和機(jī)殼出口的損失。Hh = H!H2 H 3H42 、 2 w i J冷八2g22.流動(dòng)效率H t - AHhHn 一-HtHt或：PPt - APhnPtPt其中：H頭際揚(yáng)程（HT理論揚(yáng)程（m)m)二、泄漏損失（容積損失）及效率1.

14、泄漏損失：（由于局部運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件的存在，則有間隙存在） 外泄漏損失：從轉(zhuǎn)軸與蝸殼之間的間隙處泄漏，用q表示，較小可忽略； 內(nèi)泄漏損失：由于機(jī)內(nèi)存在著高壓和低壓區(qū)，運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件存在著間隙，部分流體從高壓區(qū)回流至低壓區(qū)，弓I起輸出流量的減少，回流量用q2表示。機(jī)內(nèi)流體泄漏回流見 圖5-4-1。q 二 qi 72QQt q QQtQt Q q2. 泄漏效率：nv3. 泄漏量的估算:62#其中：Di 葉片進(jìn)口直徑，m;a間隙邊緣收縮參數(shù)， a= 0.7;P泵與風(fēng)機(jī)的全壓參數(shù)；8間隙的大小，m ;U2 葉輪外徑的圓周速度，m/s。減小內(nèi)泄漏，應(yīng)盡量減小間隙，有實(shí)驗(yàn)表明:% 從0.5%0.05

15、%，效率提高 3%4%,般取:#三、輪阻損失及效率1輪阻損失:流體與葉輪前后圓盤外側(cè)面損失耗功率:N2 =2NiCf t r25 10(kW)cf摩擦系數(shù)輪緣與周圍流體的摩擦損失功率：N 3Cjube 10 (kW)2e 葉輪外緣厚度損失功率總和：3 2_3Nr *2 N3 =N r= BpD2 10(kW)-輪阻損失計(jì)算系數(shù)(與 Re、圓盤與殼體的相對(duì)間隙及圓盤外側(cè)粗糙度有關(guān))2. 輪阻效率：nNiN i泵與風(fēng)機(jī)的內(nèi)功率Nr =( 1 - r) Ni四、機(jī)械損失及效率機(jī)械(傳動(dòng))損失：軸承和軸封的摩擦損失：N m =(0.01 0.03)NsNs 軸功率2 .機(jī)械效率:Ns-Nm NjNj內(nèi)

16、功率(Ns = Nj Nm)63#五、泵與風(fēng)機(jī)的功率及效率1. 功率(1) 有效功率 Ne :單位時(shí)間單位流量的流體通過泵或風(fēng)機(jī)后增加的總能量。對(duì)于風(fēng)機(jī)：Ne 二PQ(kW)其中：P風(fēng)機(jī)全壓，kPa;Q-一體積流量，m / s。對(duì)于水泵：Ne 二 QH(kw)其中：Y液體容量，kN / m3 ；Q-一體積流量，3 .m / s ；H -水泵揚(yáng)程，m。(2) 內(nèi)功率Ni :實(shí)際消耗于流體的功率，由于流動(dòng)損失、泄漏損失和輪阻損失等存在而消耗的功率。對(duì)于風(fēng)機(jī)： N i =(P APh )(Q q) Nr泄漏量。其中：P實(shí)際全壓；Q實(shí)際流量；Nr輪阻損失耗功率；AP 全壓損失；q對(duì)于水泵： Ni =

17、(H AHh)(Q q) N r (kW)(3) 軸功率: 左右，靜壓效率的大小可表達(dá)其使用的經(jīng)濟(jì)性程度。泵與風(fēng)機(jī)的輸入功率，它等于內(nèi)功率N i與機(jī)械傳動(dòng)損失 N m之和。NsNi Nm(kW)(4) 泵與風(fēng)機(jī)的功率：根據(jù)其軸功率的大小確定，并需留有一定的功率儲(chǔ)備。N =K Ns =K 竺 10-=s nKPQK電動(dòng)機(jī)容量儲(chǔ)備系數(shù)，見P161.表 5-4-1。2. 效率(1)流動(dòng)效率:Ht - AH THtHt(2)泄漏效率:(3)輪阻效率:Ni NrNi(4)機(jī)械效率:Ni(5)由:NsNs內(nèi)效率：是有效功率與內(nèi)功率之比。NePQii Ni,P：Ph)(Q q) Nr(P Ph)(Q q)

18、£PQPQ解方程i =(6)全壓效率：泵與風(fēng)機(jī)的有效功率和其軸功率之比。=NeNsN e N i _ i m h v r mNi Ns(7)靜壓效率stNs泵與風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓太大，則會(huì)出現(xiàn)損失太大，在最佳工況附近時(shí)出口動(dòng)壓約占泵與風(fēng)機(jī)全壓的10%20%靜壓總效率：st二堂二邑Ns PP靜壓內(nèi)效率：ist 中i其中：Pst 出口靜壓值；P 全壓。§ 5-5性能曲線及葉型對(duì)性能的影響一、泵與風(fēng)機(jī)的理論特性曲線H =f i(Q)流量與揚(yáng)程的關(guān)系N - f2(Q)流量與外加軸功率之間的關(guān)系1依據(jù)：歐拉方程(Vu2 U2 - Vul Ui ) g1. H與Q的關(guān)系:g將Vu 2U2替換為

19、含有Q的量，找出H與Q的關(guān)系Q 二 D 2 b vr 2(1)Vu 2 二 U 2 - V 2Ctg 2得出：2Ht 嚴(yán)-U2Vr2ctg 2(2)當(dāng)進(jìn)口工作角X =90時(shí)，H二丄vu2u2uwa u1167#將(1)式帶入(2)式得：2Ht 二墜竺 QTbctg 2g gd 2 a對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸大小一定的泵與風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速3不變，U2就不變，g、& d2、b、B2也均為定值。H T = A - BctggjQT2U2其中:gU21g ；D2b2即 Ht - -Bctg 2Qt A2當(dāng) Q = 0 時(shí)，h T - A - U-g三種葉型的Qt -Ht曲線見圖5-5-1。結(jié)論：(1) 泵與風(fēng)機(jī)

20、在固定的轉(zhuǎn)速下，不論葉型如何，理論上流量和揚(yáng)程的關(guān)系是線性的。(2) 相同流量下，H前.H徑.H后。2. Q與N的關(guān)系： 在理想狀態(tài)下，理論上的有效功率就等于軸功率。N e 二 N r 二 Qt HtNt 八 QM-Bctg jQT ANT 二 D ctg 2Qt CQtD = BY 其中：丿c = a三種葉型的Qt -Nt曲線見圖5-5-2。分析：當(dāng)Qt二0時(shí)，Nt = 0 ,三條線都過原點(diǎn); 當(dāng)-290，功率曲線是一條向上凹的二次曲線;匕=90，功率曲線是一條過原點(diǎn)的直線;290，功率曲線是一條向下凹的曲線。 我們看到：前向葉片的風(fēng)機(jī)所需的軸功率隨流量的增加而增長的很快，相同的流量下，前向

21、葉型輸 入功率要大的多，隨著風(fēng)量的增加會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的超載。 相同流量下，N前N徑N后。二、葉型對(duì)泵與風(fēng)機(jī)性能的影響1葉片的幾種形式：按葉片的安裝角度的大小可分為：前向葉片：290（有:一般的前向葉片、多翼式前向葉片)徑向葉片：'2 -90（有:徑向出口葉片、徑向直葉片)后向葉片：-2 <90（有:曲線形后向葉片、直線形后向葉片)2.葉片出口安裝角對(duì)性能的影響：(1) 對(duì)揚(yáng)程的影響假設(shè)：進(jìn)口工作角 宀=90，葉片尺寸相同，轉(zhuǎn)速n相同1根據(jù)：H T u u 2gu2相同，則' u2前 r u2徑-'- u2后H T 前H T 徑H T 后分析三者的揚(yáng)程 H，應(yīng)選擇前向

22、葉片。(2) 對(duì)流量的影響：Q = - D 2 b Vr2vr2前：'vr2徑：'Vr2后Q前Q徑Q后(3) 對(duì)效率的影響：分析效率的大小，從分析損失入手，而損失的大小直接與流體的全壓中所具有的動(dòng)壓水頭成分多少有 關(guān)。動(dòng)壓水頭成分高，動(dòng)壓水頭高，則流動(dòng)損失大，動(dòng)壓向靜壓轉(zhuǎn)換的損失也就大，相同輸入功率下流體 所獲得的能量就小，功率就低。2 2 V2 _耳動(dòng)水壓頭：Htq二一一2g當(dāng)：i =90 , V2前 V2徑V后盡管在相同流量下，損失：HTd前 HTd徑厶HTd后所以：前：:：徑：:：后(4) 對(duì)風(fēng)機(jī)尺寸大小的影響:HtVu2±g當(dāng)Q、n定時(shí)，相同的 H或P：jrD

23、2nu2= ；-,r2=-2 2 60V2前 - V2 徑-V2 后前：:：D2徑：:：D2 后在相同的壓頭下，前向葉型風(fēng)機(jī)的輪徑和外形都可以做得較小。3. 結(jié)論: 從揚(yáng)程看：Ht前Ht徑 H t后 從效率看：前：:：徑：后 從結(jié)構(gòu)看：在 Q和n 一定的前提下，為達(dá)到相同的P值，則D前:D徑:D后1丄口（H = Vr2 U2 , " r2 相同，U2 J D J ）g 從工藝觀點(diǎn)看：直葉片制造最簡單。所以：1）大功率離心式泵和大型的風(fēng)機(jī)都采用后向葉型；2）壓力要求較高，轉(zhuǎn)速（或圓周速度）受到限制時(shí)，常用前向葉片；一些中型離心風(fēng)機(jī)有的 采用前向葉輪；3 ）直葉片不易結(jié)垢，摩擦力較小。三

24、. 泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線：（有損失狀態(tài)下）以后向葉片的圖形為例:（1） Q 'H 曲線：Htu2 U2 ctg 2 g g D 2b2Qt無限多葉片時(shí)的Qt：-Ht：:曲線：I 有限葉片時(shí)的Qt -Ht曲線：n 有流動(dòng)損失時(shí)的Q 一 H曲線：川 有流動(dòng)損失和泄漏損失時(shí)的 Q-'H曲線：IV(2) N Q曲線: 理想狀態(tài):2Ns =Ne = QtHt = Qt R" = : u2Q - : U2ctg 2；：D 2 b>后向葉片型：1 : 90 , N Q是一條過原點(diǎn)下凹的 曲線I。有損失時(shí)：73#=Ni Nm=(P Ph)(Q q) Nr#幾何相似:Di

25、9;D2'打1八1'u 2 w2u 2' w 2'=（Q q）（ H H ） Nr Nm 二 N s.T NmN -Q曲線是一條向上移動(dòng)、不過原點(diǎn)的向下凹的曲線 n。（3）-Q曲線：Ne QH_Ns 一 N四、離心式風(fēng)機(jī)的性能試驗(yàn)離心風(fēng)機(jī)吸入式實(shí)驗(yàn)裝置見圖5-4-4§ 5-6相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)一、泵與風(fēng)機(jī)的相似律 幾何相似（前提） 運(yùn)動(dòng)相似（目的） 動(dòng)力相似（保證）2 泵與風(fēng)機(jī)相似的判斷：實(shí)物和模型各過流部件對(duì)應(yīng)邊的比值等于常數(shù)，對(duì)應(yīng)角相等。實(shí)物和模型內(nèi)流動(dòng)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的冋類速度方向相冋，大小的比值等于常數(shù)。 實(shí)物和模型內(nèi)流動(dòng)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的冋類力方向相冋，大小的比

26、值等于常數(shù)。i流體流動(dòng)過程力學(xué)相似的條件:（1）按相似條件判斷:DiD2動(dòng)力相似:FvFpFgFg'Fe'Fe'粘性力壓力重力慣性力彈力2Fr =Fr'（反映慣性力與重力相對(duì)比值）Fr =1gl（重力相似）Re二Re'（反映慣性力與粘性力的相對(duì)比值）Revl7（粘性力相似）Ev =Ev'（反映壓差和慣性力的相對(duì)比值）（2）相似判斷方法2： 幾何相似； 流量系數(shù)qQ 相等；2D 2 u 24 Re、Eu相等。Ev3 相似律在相似工況下，實(shí)物和模型的揚(yáng)程、流量和功率有如下的關(guān)系，這種關(guān)系稱為相似律:（1）流量關(guān)系：Qv2 b?vr2Q'v&#

27、39; 22' b2' vr2'輸送同一流體時(shí)， v = v' , ；2 = ；2則:vr 2u2D2n（2）揚(yáng)程關(guān)系:u2'D2' n'1Hu2 vu 2 hghU2 vu 2D2H'nh' U2'vu 2'0'丿 5 丿H' '（3）功率關(guān)系：N JQHP'N'n 型 p (d 2n I _ QH' ' _三 DT了二、相似律的應(yīng)用1. 當(dāng)被輸送流體的密度改變時(shí)性能參數(shù)的換算:流量：計(jì)借陽對(duì)于同一設(shè)備：Q=Q'74(2)揚(yáng)程:HH'

28、ID 2'Wn 2H =H'PPD 2 x2n nP'-P*3丿1E丿對(duì)于同一設(shè)備:(3)功率:N P © T (n TN7 一萬帀丿RP B 273 +1=X:'101.325 273 fP B273 +1=X :' 101.325 273 t752 當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時(shí)性能參數(shù)的換算: 對(duì)于同一設(shè)備，有：Q nQ 一 n'3 性能曲線的換算:NN'n'#已知泵與風(fēng)機(jī)在某一葉輪直徑D2和轉(zhuǎn)速n下的性能曲線，可按相似律換算出同一系列其他輪徑D2' 和 n '下的性能曲線。三、泵與風(fēng)機(jī)的無因次性能曲線又稱類型特性曲

29、線，適用于轉(zhuǎn)速不等，尺寸不同的同一類型的泵與風(fēng)機(jī)。同一系列的風(fēng)機(jī)與泵是相似的，如果找出一條曲線，這條曲線可以代替整個(gè)系列全部機(jī)器在各種轉(zhuǎn)速 下的性能曲線，就可大大簡化性能曲線圖表。我們根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)相似條件下的幾何相似，運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)有流量、全壓、功率， 力相似公式推導(dǎo)找出如下的關(guān)系式：二 2D 2 U24Q'兀 2D 2' U2'4P'2:'U2' 2102 N102 N'3U2令：6=2D 2 u 242 2壓系數(shù)。為流量系數(shù),專為全壓系數(shù),N = 102 N為功率系數(shù),空；-u3pst2為靜U 2#Q、P、N是無因次比

30、例常數(shù)，它取決于相似工況點(diǎn)的函數(shù)，不同的相似點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Q、P、N值不同。Q-P、Q-N、Q-即為無因次曲線。繪制無因次性能曲線，可以在一系列中選一臺(tái)模型機(jī)，以固定轉(zhuǎn)速n在不同的流量q1、q2、q3下運(yùn)行，測出相應(yīng)的P1、P2、P3和N1、N 2、 N 3，計(jì)算出效率S、耳2、口 3(H =Q2 ),就可得無因次曲線。N應(yīng)用無因次曲線查得 Q、P、N值，再用公式反算出實(shí)際的性能參數(shù)。P =f1 （Q，Re ）N = f 2（Q，Re）y=f 3（Q，Re）結(jié)論： 流動(dòng)力學(xué)相似：流量系數(shù)、壓力系數(shù)、功率系數(shù)和效率都相等。 幾何相似：若Re相等，Q相等，則P、N、n相等;若Re、Q改變，則P、 N、

31、n改變。四、比轉(zhuǎn)數(shù)（為表明不同類型、不同系列的泵與風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)的綜合特性而引進(jìn)）1 .疋義:Q'S八n丿 旦=£右徂;P' P卩2'八n'丿1Q'2I'3巴41消去 得: n-y " D 2'3當(dāng)兩個(gè)相似的泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)相同時(shí),1'Q'2=n 3P'4則可簡化為:1Q 2nrP 4771令 ns"。21的單位為1,而ns =n3P 4是'二門的簡化形式，是有因次量。亍為泵與風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)。P 4分析：若兩個(gè)泵與風(fēng)機(jī)相似，則它們的比轉(zhuǎn)數(shù)相等:# 同一臺(tái)泵與風(fēng)機(jī)，在不同工況點(diǎn)

32、對(duì)應(yīng)的比轉(zhuǎn)數(shù)不同，一般把全壓效率max最高點(diǎn)的比轉(zhuǎn)數(shù)作為該泵與風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)值。 兩個(gè)泵與風(fēng)機(jī)相似，則它們的比轉(zhuǎn)數(shù)相等，但比轉(zhuǎn)數(shù)相同的兩臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)不一定相似，比轉(zhuǎn) 數(shù)相同是泵與風(fēng)機(jī)相似的必要條件。2、比轉(zhuǎn)數(shù)的其它表達(dá)方式：（1）進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)=1.2kg / m3，當(dāng)-'時(shí),1nn(2) ns用 Q、P 表示，nsi30 Q 2當(dāng),=1.2 kg / m3 時(shí),(3)單級(jí)雙進(jìn)氣的泵與風(fēng)機(jī):兩級(jí)串連的泵與風(fēng)機(jī)：3.比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用：(1)劃分泵與風(fēng)機(jī)的類型：ns = 14.8Q2i；2ns = 1.414nsns32 P 4= 2"4 ns = 0.595 nsns大，貝U Q大，p小

33、ns小，則q小，p大%二2.7 12( 15 65 )為前彎形泵與風(fēng)機(jī);ns = 3.6 16.6(20 90 )為后彎形泵與風(fēng)機(jī);ns 16.6 17.6( 90 95 )為單級(jí)雙進(jìn)氣或并聯(lián)離心式泵與風(fēng)機(jī)。(2)反映葉輪的幾何形狀:在同一類型的泵與風(fēng)機(jī)中,ns =14.83>P 4ns越大,Q越大,ns越小,Q越小，“ d2就越小;Q Q =2D 2 u 24Q -D2 ；2b(3)可用于泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)。§ 5-7其他常用泵與風(fēng)機(jī)一、常用風(fēng)機(jī)1.軸流式風(fēng)機(jī)概念:風(fēng)壓在 4900Pa以下，氣流沿軸向流動(dòng)的通風(fēng)機(jī)，稱為軸流式風(fēng)機(jī)，見圖5-7-1。分類:按布置形式分為：立式、臥式、傾斜式 按轉(zhuǎn)動(dòng)方式分為：直輪轉(zhuǎn)動(dòng)、皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng) 葉片有板型、機(jī)翼型 使用場所：工廠廠房、大型公共建筑(空調(diào)排風(fēng)、冷卻塔通風(fēng)等)。