流體輸配管網(wǎng)(第5章)

1、1第第5章章 泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)25.1 離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)v離心式風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)離心式風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1 1）葉輪葉輪 前盤(pán)、葉片前盤(pán)、葉片（2 2）機(jī)殼機(jī)殼 蝸殼、進(jìn)風(fēng)口蝸殼、進(jìn)風(fēng)口（3 3）進(jìn)氣箱）進(jìn)氣箱（4 4）前導(dǎo)器）前導(dǎo)器（5 5）擴(kuò)散器）擴(kuò)散器（6 6）電動(dòng)機(jī)）電動(dòng)機(jī)3前盤(pán)、葉片前盤(pán)、葉片4葉片結(jié)構(gòu)形式示意圖葉片結(jié)構(gòu)形式示意圖5葉片形狀示意圖葉片形狀示意圖6進(jìn)風(fēng)口形式示意圖進(jìn)風(fēng)口形式示意圖7v 離心式泵的基本結(jié)構(gòu)離心式泵的基本結(jié)構(gòu)（1 1）葉輪）葉輪（2 2）泵殼）泵殼（3 3）泵座）泵座（4 4）軸封裝置）軸封裝置89離心泵的葉輪

2、形式離心泵的葉輪形式105.2 離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理及性能參數(shù)離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理及性能參數(shù)v離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理過(guò)程：過(guò)程：流體受到離心力的作用流體受到離心力的作用經(jīng)葉片被甩出葉輪經(jīng)葉片被甩出葉輪擠入機(jī)（泵）殼擠入機(jī)（泵）殼流體壓強(qiáng)增高流體壓強(qiáng)增高排出排出葉輪中心形成真空葉輪中心形成真空外界的流體吸入葉輪外界的流體吸入葉輪不斷地輸送流體。不斷地輸送流體。工工作作原原理理軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)離心力離心力真空真空11實(shí)質(zhì)能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程：實(shí)質(zhì)能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程：流體吸入流體吸入、流出流出機(jī)械能機(jī)械能能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換動(dòng)能動(dòng)能勢(shì)能勢(shì)能能量損失能量損失 電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)

3、的機(jī)械能電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能被輸送流體的動(dòng)能和勢(shì)能被輸送流體的動(dòng)能和勢(shì)能 在這個(gè)能量的傳遞和轉(zhuǎn)在這個(gè)能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程中，必然伴隨著諸多化過(guò)程中，必然伴隨著諸多的能量損失，這種損失越大，的能量損失，這種損失越大，該泵或風(fēng)機(jī)的性能就越差，該泵或風(fēng)機(jī)的性能就越差，工作效率越低。工作效率越低。12v離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)流量流量 Q Q，(m3/s)(m3/s) 單位時(shí)間內(nèi)泵與風(fēng)機(jī)所輸送的流體量單位時(shí)間內(nèi)泵與風(fēng)機(jī)所輸送的流體量泵的揚(yáng)程泵的揚(yáng)程 H H，(mH(mH2 2O) /O) /風(fēng)機(jī)的全壓風(fēng)機(jī)的全壓 P P，(Pa)(Pa)單位重量流體流經(jīng)泵所獲得的總能量，稱(chēng)為泵

4、的揚(yáng)程；單位重量流體流經(jīng)泵所獲得的總能量，稱(chēng)為泵的揚(yáng)程； 單位體積流體通過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的總能量，稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的全壓。單位體積流體通過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的總能量，稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的全壓。 功率，功率，(kW)(kW)有效功率有效功率Ne=QH=QP 單位時(shí)間內(nèi)流體所獲得的總能量單位時(shí)間內(nèi)流體所獲得的總能量 軸功率軸功率N原動(dòng)機(jī)傳到泵與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率原動(dòng)機(jī)傳到泵與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率輸入功率輸入功率 效率效率，(%)(%)有效功率與軸功率之比為總功率有效功率與軸功率之比為總功率= Ne /N轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n n，(r/min)(r/min)葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)135.3 離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程離心式泵與風(fēng)機(jī)的基

5、本方程歐拉方程歐拉方程145.3.1 5.3.1 絕對(duì)速度絕對(duì)速度v v與相對(duì)速度與相對(duì)速度w w、牽連速度、牽連速度u uuwv絕對(duì)速度絕對(duì)速度v v運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于靜止參照系的速度；運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于靜止參照系的速度；相對(duì)速度相對(duì)速度w w運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參照系的速度；運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參照系的速度；牽連速度牽連速度u u運(yùn)動(dòng)參照系相對(duì)于靜止參照系的速度運(yùn)動(dòng)參照系相對(duì)于靜止參照系的速度。155.3.2 5.3.2 流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形rb2F FvQ 60dnru rT，葉葉輪輪流流量量圓圓周周速速度度urvvv165.3.3 5.3.3 歐拉方程歐拉方

6、程基本假定基本假定（1 1）流動(dòng)為恒定流）流動(dòng)為恒定流（2 2）流體不可壓縮流）流體不可壓縮流（3 3）葉片數(shù)目無(wú)限多，厚度無(wú)限薄）葉片數(shù)目無(wú)限多，厚度無(wú)限?。? 4）理想流動(dòng)（無(wú)能量損失）理想流動(dòng)（無(wú)能量損失） 實(shí)際情況與上述假設(shè)有較大的差別，但根據(jù)這些假實(shí)際情況與上述假設(shè)有較大的差別，但根據(jù)這些假設(shè)得出的結(jié)果，可以了解主要參數(shù)對(duì)性能的影響，有重設(shè)得出的結(jié)果，可以了解主要參數(shù)對(duì)性能的影響，有重要意義。要意義。17歐拉方程歐拉方程根據(jù)動(dòng)量矩定理可以得到（根據(jù)動(dòng)量矩定理可以得到（見(jiàn)見(jiàn)P153P153）：）：)vuvu(g1HruHQMN)rvrv(QMT1uT1T2uT2TTT1T1u2T2uT

7、下標(biāo)：下標(biāo)：“T T”理想流動(dòng)過(guò)程理想流動(dòng)過(guò)程 “”葉片為無(wú)限多的結(jié)果葉片為無(wú)限多的結(jié)果18)(11122TuTTuTTvuvugH理論揚(yáng)程理論揚(yáng)程H HTT，僅與流體在葉片進(jìn)、出口處的速度三角形，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(guò)程無(wú)關(guān)；有關(guān)，與流動(dòng)過(guò)程無(wú)關(guān)；流體所獲得的理論揚(yáng)程流體所獲得的理論揚(yáng)程H HTT與被輸送流體的種類(lèi)無(wú)關(guān)；與被輸送流體的種類(lèi)無(wú)關(guān)；H HTT代表的是單位重量流量獲得的全部能量，包括壓力能代表的是單位重量流量獲得的全部能量，包括壓力能和動(dòng)能。和動(dòng)能。 歐拉方程分析歐拉方程分析195.3.4 歐拉方程的修正歐拉方程的修正)(11122TuTTuTTvuvu

8、gH)(11122TuTTuTTvuvugH1TTHHK恒定流恒定流不可壓縮不可壓縮葉片無(wú)限多，無(wú)限薄葉片無(wú)限多，無(wú)限薄理想流動(dòng)理想流動(dòng) K K稱(chēng)為環(huán)流系數(shù)。它說(shuō)明軸向渦流的影響，有限多葉稱(chēng)為環(huán)流系數(shù)。它說(shuō)明軸向渦流的影響，有限多葉片比無(wú)限多葉片作功小，這并非粘性的緣故。片比無(wú)限多葉片作功小，這并非粘性的緣故。 對(duì)離心式泵與風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)離心式泵與風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，K K值一般在值一般在0.780.780.850.85之間。之間。 20為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，將流體運(yùn)動(dòng)諸量中用來(lái)表示理想條件的下為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，將流體運(yùn)動(dòng)諸量中用來(lái)表示理想條件的下角標(biāo)角標(biāo)“T T”去掉去掉 ：TuTTvugH221221uTvugH當(dāng)當(dāng)

9、進(jìn)口切向分速進(jìn)口切向分速v vu1u1v v1 1 coscos 1 10 0時(shí)，理論揚(yáng)程時(shí)，理論揚(yáng)程H HT T將達(dá)到將達(dá)到最大值。因此，設(shè)計(jì)時(shí)總是使工作角最大值。因此，設(shè)計(jì)時(shí)總是使工作角 1 19090 ，這時(shí)流體這時(shí)流體按徑向進(jìn)入葉片的流道。理論揚(yáng)程方程式就簡(jiǎn)化為：按徑向進(jìn)入葉片的流道。理論揚(yáng)程方程式就簡(jiǎn)化為：215.3.5 歐拉方程的物理意義歐拉方程的物理意義第一項(xiàng)是離心力作功，使流體自進(jìn)口到出口產(chǎn)生一個(gè)向第一項(xiàng)是離心力作功，使流體自進(jìn)口到出口產(chǎn)生一個(gè)向外的壓力能增量。外的壓力能增量。第二項(xiàng)是由于葉片間流道展寬、相對(duì)速度降低而獲得的第二項(xiàng)是由于葉片間流道展寬、相對(duì)速度降低而獲得的壓力能

10、增量，它代表葉輪中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的份額。壓力能增量，它代表葉輪中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的份額。由于相對(duì)速度變化不大，故其增量較小。由于相對(duì)速度變化不大，故其增量較小。第三項(xiàng)是單位重量流體的動(dòng)能增量。利用導(dǎo)流器及蝸殼第三項(xiàng)是單位重量流體的動(dòng)能增量。利用導(dǎo)流器及蝸殼的擴(kuò)壓作用，可取得一部分靜壓。的擴(kuò)壓作用，可取得一部分靜壓。 將歐拉方程變換為：將歐拉方程變換為：225.4 泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率 推導(dǎo)歐拉方程時(shí)，曾假定：泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒(méi)有任何推導(dǎo)歐拉方程時(shí)，曾假定：泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒(méi)有任何能量損失，原動(dòng)機(jī)的能量全部傳遞給了流體。能量損失，原動(dòng)機(jī)的能量全部傳遞給了流體。 實(shí)際上流體從進(jìn)口

11、實(shí)際上流體從進(jìn)口 出口排出過(guò)程中必然產(chǎn)生各種能出口排出過(guò)程中必然產(chǎn)生各種能量損失，需要修正。量損失，需要修正。 主要的損失為：主要的損失為： 流動(dòng)損失流動(dòng)損失降低泵的揚(yáng)程或風(fēng)機(jī)的全壓降低泵的揚(yáng)程或風(fēng)機(jī)的全壓 泄漏損失泄漏損失使流量減少使流量減少 輪阻損失輪阻損失耗功增加耗功增加 機(jī)械損失機(jī)械損失耗功增加耗功增加 235.4.1 流動(dòng)損失與流動(dòng)效率流動(dòng)損失與流動(dòng)效率hT2iihHHHg2vHhT2iihPPP2vPThTThHHHHHThTThPpPPP流動(dòng)損失產(chǎn)生的原因：流動(dòng)損失產(chǎn)生的原因：流體的粘性流體的粘性具體表現(xiàn)：具體表現(xiàn)： 預(yù)旋現(xiàn)象、與葉片的撞擊損失、局部阻力損失預(yù)旋現(xiàn)象、與葉片的撞擊

12、損失、局部阻力損失計(jì)算公式計(jì)算公式245.4.2 泄漏損失與泄漏效率泄漏損失與泄漏效率泄漏損失的形式泄漏損失的形式外泄漏外泄漏靜止部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在著間隙，流體從轉(zhuǎn)軸靜止部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在著間隙，流體從轉(zhuǎn)軸 與蝸殼之間的間隙處泄漏；與蝸殼之間的間隙處泄漏；內(nèi)泄漏內(nèi)泄漏葉輪工作時(shí)，機(jī)內(nèi)存在高壓區(qū)與低壓區(qū)，流體葉輪工作時(shí)，機(jī)內(nèi)存在高壓區(qū)與低壓區(qū)，流體 從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。泄漏量泄漏量q q的估算：的估算：泄漏效率：泄漏效率：qQQQQTesm32321PuDq255.4.3 輪阻損失與輪阻效率輪阻損失與輪阻效率輪阻損失輪阻損失 流體具有粘性，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引起流體與葉輪前、后流體

13、具有粘性，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引起流體與葉輪前、后盤(pán)外側(cè)面和輪緣與周?chē)黧w的摩擦損失。盤(pán)外側(cè)面和輪緣與周?chē)黧w的摩擦損失。 圓盤(pán)輪阻損失耗功率圓盤(pán)輪阻損失耗功率輪阻效率輪阻效率32232r10DuNirirNNNNi內(nèi)功率（實(shí)際消耗于流體的功率）內(nèi)功率（實(shí)際消耗于流體的功率）265.4.4 泵與風(fēng)機(jī)的功率與效率泵與風(fēng)機(jī)的功率與效率消耗功率消耗功率 有效功率有效功率1000PQNe內(nèi)功率內(nèi)功率軸功率軸功率rhiNqQpPN)(為機(jī)械傳動(dòng)損失。mmisNNNN27效率效率內(nèi)效率內(nèi)效率機(jī)械傳動(dòng)效率機(jī)械傳動(dòng)效率全效率全效率靜壓效率靜壓效率rehieiNNsmssNNNNNimmrehmimisiieseNNN

14、NNNNNPPNQPstsststiiiPPNQPststst靜壓總效率靜壓總效率靜壓內(nèi)效率靜壓內(nèi)效率28泵與風(fēng)機(jī)的功率泵與風(fēng)機(jī)的功率kW10KPQN kW10KPQKNN3mrehM3SM或或K K電動(dòng)機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，見(jiàn)表電動(dòng)機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，見(jiàn)表5-4-15-4-1。29離心水泵有軸封裝置，而離心風(fēng)機(jī)沒(méi)有，為什么？離心水泵有軸封裝置，而離心風(fēng)機(jī)沒(méi)有，為什么？水泵啟動(dòng)時(shí)，為什么要求灌滿水？水泵啟動(dòng)時(shí)，為什么要求灌滿水？305.5 性能曲線及葉型對(duì)性能的影響性能曲線及葉型對(duì)性能的影響泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線：泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線：)Q(f )Q(fN )Q(fH321從理論上得出的上述曲線關(guān)系叫做從理論

15、上得出的上述曲線關(guān)系叫做理論特性曲線理論特性曲線考慮各種損失后得到的曲線關(guān)系為考慮各種損失后得到的曲線關(guān)系為實(shí)際性能曲線實(shí)際性能曲線315.5.1 泵與風(fēng)機(jī)的理論特性曲線泵與風(fēng)機(jī)的理論特性曲線理論特性曲線理論特性曲線H HT TQ QT TN NT TQ QT T ？ 分析基礎(chǔ)：歐拉方程分析基礎(chǔ)：歐拉方程T32H HT TQ QT T：TTQBctgAH2uvu221uTvugH33N NT TQ QT T：TTTeHQNN2T2T2TTTQDctgCQ )ctgBQA(QN345.5.2 葉型對(duì)性能的影響葉型對(duì)性能的影響v葉片的幾種形式葉片的幾種形式 葉片形式是由進(jìn)、出口安裝角度大小區(qū)分的。

16、設(shè)計(jì)時(shí)要葉片形式是由進(jìn)、出口安裝角度大小區(qū)分的。設(shè)計(jì)時(shí)要保證保證1 19090，因此葉型一般按出口安裝角度來(lái)區(qū)分。有，因此葉型一般按出口安裝角度來(lái)區(qū)分。有3 3種葉型：種葉型： 前向葉片前向葉片2 29090徑向葉片徑向葉片2 2=90=90后向葉片后向葉片2 2909035v葉片安裝角對(duì)壓力的影響葉片安裝角對(duì)壓力的影響 不同出口安裝角不同出口安裝角2 2下的出口流速的切向分量下的出口流速的切向分量v vu2u2：22uvu22uvu22uvu2u2Tvug1H前向葉片的前向葉片的HT最大最大徑向居中徑向居中 前向葉片最好？前向葉片最好？后向最低后向最低36設(shè)計(jì)中常使葉片進(jìn)口截面積等于出口截面

17、積，因此：設(shè)計(jì)中常使葉片進(jìn)口截面積等于出口截面積，因此：AvAvAv2r1r1gvgvvgvvHurTd2222222222122分析：分析：后向葉片型葉輪的后向葉片型葉輪的v vu2u2較小，全部理論揚(yáng)程中的動(dòng)壓頭成較小，全部理論揚(yáng)程中的動(dòng)壓頭成分較少；前向葉型葉輪分較少；前向葉型葉輪v vu2u2較大，動(dòng)壓頭成分較多而靜壓較大，動(dòng)壓頭成分較多而靜壓頭成分減少。頭成分減少。動(dòng)壓頭成分大，流體在擴(kuò)壓器中的流速大，動(dòng)靜壓轉(zhuǎn)換動(dòng)壓頭成分大，流體在擴(kuò)壓器中的流速大，動(dòng)靜壓轉(zhuǎn)換損失較大。在其它條件相同時(shí)，前向葉型的泵或風(fēng)機(jī)的損失較大。在其它條件相同時(shí)，前向葉型的泵或風(fēng)機(jī)的總的揚(yáng)程較大，但它們的損失也大

18、，效率較低?？偟膿P(yáng)程較大，但它們的損失也大，效率較低。37因此：因此：離心式泵全部采用后向葉輪；離心式泵全部采用后向葉輪；在大型風(fēng)機(jī)中，為了增加效率和降低噪聲水平，也幾乎在大型風(fēng)機(jī)中，為了增加效率和降低噪聲水平，也幾乎 都采用后向葉型；都采用后向葉型；中小型風(fēng)機(jī)，效率不是主要考率因素，也有采用前向葉中小型風(fēng)機(jī)，效率不是主要考率因素，也有采用前向葉型的，在相同的壓頭下，輪徑和外形可以做得較??；型的，在相同的壓頭下，輪徑和外形可以做得較?。辉谖⑿惋L(fēng)機(jī)中，大都采用前向葉型的多葉葉輪；在微型風(fēng)機(jī)中，大都采用前向葉型的多葉葉輪；徑向葉型葉輪的泵或風(fēng)機(jī)的性能，介于兩者之間。徑向葉型葉輪的泵或風(fēng)機(jī)的性能，介

19、于兩者之間。38v幾種葉片形式的比較幾種葉片形式的比較從流體所獲得的揚(yáng)程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，從流體所獲得的揚(yáng)程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，后向葉片最小。后向葉片最小。從效率觀點(diǎn)看，后向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片從效率觀點(diǎn)看，后向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片最低。最低。從結(jié)構(gòu)尺寸看，在流量和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，達(dá)到相同的壓力前從結(jié)構(gòu)尺寸看，在流量和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，達(dá)到相同的壓力前提下，前向葉輪直徑最小，而徑向葉輪直徑稍次，后向葉輪提下，前向葉輪直徑最小，而徑向葉輪直徑稍次，后向葉輪直徑最大。直徑最大。從工藝觀點(diǎn)看，直葉片制造最簡(jiǎn)單。從工藝觀點(diǎn)看，直葉片制造最簡(jiǎn)單。 因此，大功率的泵

20、與風(fēng)機(jī)一般用后向葉片較多。如果對(duì)因此，大功率的泵與風(fēng)機(jī)一般用后向葉片較多。如果對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的壓力要求較高，而轉(zhuǎn)速或圓周速度又受到一定限泵與風(fēng)機(jī)的壓力要求較高，而轉(zhuǎn)速或圓周速度又受到一定限制時(shí)，則往往選用前向葉片。從摩擦和積垢角度看，選用徑制時(shí)，則往往選用前向葉片。從摩擦和積垢角度看，選用徑向直葉片較為有利。向直葉片較為有利。 395.5.3 泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線 實(shí)際性能曲線是各種工作參數(shù)之間的實(shí)際關(guān)系曲線。實(shí)際性能曲線是各種工作參數(shù)之間的實(shí)際關(guān)系曲線。40415.5.4 泵與風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)泵與風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)v試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康臏y(cè)繪離心風(fēng)機(jī)性能曲線測(cè)繪離心風(fēng)機(jī)性能曲線學(xué)

21、習(xí)離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行操作學(xué)習(xí)離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行操作v試驗(yàn)設(shè)備及儀表試驗(yàn)設(shè)備及儀表A A處測(cè)靜壓處測(cè)靜壓v v；B B處測(cè)靜壓處測(cè)靜壓全壓；全壓；測(cè)電機(jī)輸入功率測(cè)電機(jī)輸入功率N N和和n nv試驗(yàn)步驟試驗(yàn)步驟v數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)整理v試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果425.6 相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)泵與風(fēng)機(jī)的相似原理泵與風(fēng)機(jī)的相似原理泵與風(fēng)機(jī)的相似律及其應(yīng)用泵與風(fēng)機(jī)的相似律及其應(yīng)用比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)泵與風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線泵與風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線435.6.1 泵與風(fēng)機(jī)的相似原理泵與風(fēng)機(jī)的相似原理v相似條件相似條件 根據(jù)相似理論，要保證流體流動(dòng)過(guò)程力學(xué)相似必須同根據(jù)相似理論，要保證流體流動(dòng)過(guò)程力學(xué)相似必須同時(shí)滿足：時(shí)滿足：幾何相

22、似幾何相似運(yùn)動(dòng)相似運(yùn)動(dòng)相似動(dòng)力相似動(dòng)力相似 這其中幾何相似是這其中幾何相似是前提前提，動(dòng)力相似是，動(dòng)力相似是保證保證，運(yùn)動(dòng)相似，運(yùn)動(dòng)相似是是目的目的。44幾何相似幾何相似原型與模型對(duì)應(yīng)邊成比例，角度相等。原型與模型對(duì)應(yīng)邊成比例，角度相等。 112211221122kbbbbDDDD直徑成比例；直徑成比例；安裝角相等；安裝角相等；葉片厚度、間隙、表面粗糙度等，影響小，可以忽略。葉片厚度、間隙、表面粗糙度等，影響小，可以忽略。 45運(yùn)動(dòng)相似運(yùn)動(dòng)相似對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同類(lèi)速度大小成比例，方向相同。對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同類(lèi)速度大小成比例，方向相同。 對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似，且所有對(duì)應(yīng)點(diǎn)兩速度三角對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似，且所

23、有對(duì)應(yīng)點(diǎn)兩速度三角形大小相差的倍數(shù)相同。形大小相差的倍數(shù)相同。22112v2v1v1v2ww1w1w2u2u1u1u246動(dòng)力相似動(dòng)力相似對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同類(lèi)力大小成比例，方向相同。對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同類(lèi)力大小成比例，方向相同。 eeRRuuEE22uDRe2iiuvPEPi總壓力總壓力47 要檢查所有各對(duì)應(yīng)點(diǎn)是否滿足上述各種關(guān)系式，來(lái)判斷要檢查所有各對(duì)應(yīng)點(diǎn)是否滿足上述各種關(guān)系式，來(lái)判斷兩泵與風(fēng)機(jī)的流通過(guò)程是否相似是很困難的，也是不必要兩泵與風(fēng)機(jī)的流通過(guò)程是否相似是很困難的，也是不必要的。的。 實(shí)際上在幾何相似的泵與風(fēng)機(jī)中，只要能保持葉片入口實(shí)際上在幾何相似的泵與風(fēng)機(jī)中，只要能保持葉片入口速度三角形相似，且對(duì)應(yīng)

24、點(diǎn)的慣性力與粘性力的比值相等，速度三角形相似，且對(duì)應(yīng)點(diǎn)的慣性力與粘性力的比值相等，則其流動(dòng)過(guò)程必然相似。則其流動(dòng)過(guò)程必然相似。48入口速度三角形相似入口速度三角形相似流量系數(shù)相等流量系數(shù)相等111111ubDQubDQ2211112211,uuuubbDDDD22222244uDQuDQQQ1111uvuv111vbDQ111vbDQ流量系數(shù)相等：流量系數(shù)相等：49兩離心式泵（或風(fēng)機(jī)）流動(dòng)過(guò)程相似的條件歸結(jié)為：兩離心式泵（或風(fēng)機(jī)）流動(dòng)過(guò)程相似的條件歸結(jié)為：幾何相似幾何相似流量系數(shù)相等流量系數(shù)相等雷諾數(shù)雷諾數(shù)ReRe、歐拉數(shù)、歐拉數(shù)EuEu相等相等實(shí)際工程中，通常并不采用相似準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷泵或風(fēng)機(jī)的

25、實(shí)際工程中，通常并不采用相似準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷泵或風(fēng)機(jī)的 相似，而是根據(jù)工況相似來(lái)提出相似關(guān)系。相似，而是根據(jù)工況相似來(lái)提出相似關(guān)系。 “相似工況相似工況”的概念：的概念：當(dāng)兩泵或風(fēng)機(jī)的流動(dòng)過(guò)程相似時(shí)，當(dāng)兩泵或風(fēng)機(jī)的流動(dòng)過(guò)程相似時(shí)，則它們的對(duì)應(yīng)工況稱(chēng)為則它們的對(duì)應(yīng)工況稱(chēng)為相似工況相似工況。在相似工況下，可以推。在相似工況下，可以推導(dǎo)出：導(dǎo)出：效效率率相相等等功功率率系系數(shù)數(shù)相相等等全全壓壓系系數(shù)數(shù)相相等等 NN PP22uPP3222uD41102NN505.6.2 泵與風(fēng)機(jī)的相似律及其應(yīng)用泵與風(fēng)機(jī)的相似律及其應(yīng)用 兩個(gè)泵與風(fēng)機(jī)相似時(shí)，兩個(gè)泵與風(fēng)機(jī)相似時(shí)， 都相等。當(dāng)轉(zhuǎn)速、尺寸及流體都相等。當(dāng)轉(zhuǎn)速、尺

26、寸及流體密度發(fā)生變化時(shí)，它們之間的流量、全壓、功率等特性如何變化呢？密度發(fā)生變化時(shí)，它們之間的流量、全壓、功率等特性如何變化呢？稱(chēng)為性能參數(shù)的相似換算或相似率。稱(chēng)為性能參數(shù)的相似換算或相似率。 . 4)nn()DD(nDnDNN. 3nn)DD(nDDnDDuD4uD4QQ. 2)nn()DD(HH )nn()DD(nDnDuuPP. 13522352352322222222222222222222222222222222效率效率功率換算功率換算流量換算流量換算全壓（揚(yáng)程）換算全壓（揚(yáng)程）換算、N Q P51注意：注意：相似律反映的是泵（風(fēng)機(jī)）在相似工況相似律反映的是泵（風(fēng)機(jī)）在相似工況點(diǎn)之間

27、的性能參數(shù)換算關(guān)系。點(diǎn)之間的性能參數(shù)換算關(guān)系。525.6.3 比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù) 比轉(zhuǎn)數(shù)是一個(gè)反映不同類(lèi)型泵（或風(fēng)機(jī)）綜合性能的比轉(zhuǎn)數(shù)是一個(gè)反映不同類(lèi)型泵（或風(fēng)機(jī)）綜合性能的參數(shù)。參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)公式比轉(zhuǎn)數(shù)公式 根據(jù)兩相似的泵（或風(fēng)機(jī)）全壓和流量換算公式（根據(jù)兩相似的泵（或風(fēng)機(jī)）全壓和流量換算公式（5-6-11、12），可以得到：），可以得到：量。量。稱(chēng)為比轉(zhuǎn)數(shù)，是有因次稱(chēng)為比轉(zhuǎn)數(shù)，是有因次，當(dāng)當(dāng) PQnn PQnPQn )P(Qn)P(Qn4321s432143214321432153比轉(zhuǎn)數(shù)是泵（或風(fēng)機(jī)）流量、全壓、轉(zhuǎn)速構(gòu)成的綜合參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)是泵（或風(fēng)機(jī)）流量、全壓、轉(zhuǎn)速構(gòu)成的綜合參數(shù)。泵（或風(fēng)機(jī)）在

28、不同的工況點(diǎn)有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)，為了便于泵（或風(fēng)機(jī)）在不同的工況點(diǎn)有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)，為了便于 進(jìn)行分析比較，一般把泵與風(fēng)機(jī)全壓效率最高點(diǎn)的比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行分析比較，一般把泵與風(fēng)機(jī)全壓效率最高點(diǎn)的比轉(zhuǎn)數(shù) 作為該泵與風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)值。作為該泵與風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)值。 兩相似的泵與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)相等兩相似的泵與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)相等 比轉(zhuǎn)數(shù)相等的兩泵與風(fēng)機(jī)不一定相似比轉(zhuǎn)數(shù)相等的兩泵與風(fēng)機(jī)不一定相似 54比轉(zhuǎn)數(shù)的實(shí)際計(jì)算公式：比轉(zhuǎn)數(shù)的實(shí)際計(jì)算公式：43214321432165. 38 .14)2 . 1(HQnnPQPQnnss水泵比轉(zhuǎn)數(shù)：風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)：55比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用用比轉(zhuǎn)數(shù)劃分泵（風(fēng)機(jī)）的類(lèi)型用比轉(zhuǎn)數(shù)劃分泵（風(fēng)機(jī)）的類(lèi)

29、型 比轉(zhuǎn)數(shù)大，反映泵與風(fēng)機(jī)的性能特點(diǎn)是流量大、壓力比轉(zhuǎn)數(shù)大，反映泵與風(fēng)機(jī)的性能特點(diǎn)是流量大、壓力低；反之，比轉(zhuǎn)數(shù)小，則流量小、壓力高。不同類(lèi)型的泵低；反之，比轉(zhuǎn)數(shù)小，則流量小、壓力高。不同類(lèi)型的泵與風(fēng)機(jī)有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)范圍，在設(shè)計(jì)參數(shù)給定時(shí)，可先計(jì)與風(fēng)機(jī)有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)范圍，在設(shè)計(jì)參數(shù)給定時(shí)，可先計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)，再根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)的大小決定采用哪種類(lèi)型的泵算比轉(zhuǎn)數(shù)，再根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)的大小決定采用哪種類(lèi)型的泵（風(fēng)機(jī)）。（風(fēng)機(jī)）。反映葉輪的幾何形狀反映葉輪的幾何形狀 比轉(zhuǎn)數(shù)越大，流量系數(shù)越大，葉輪出口相對(duì)寬度比轉(zhuǎn)數(shù)越大，流量系數(shù)越大，葉輪出口相對(duì)寬度b b2 2/ / D D2 2大；比轉(zhuǎn)數(shù)越小，流量系數(shù)越小，則相

30、應(yīng)葉輪的出口寬大；比轉(zhuǎn)數(shù)越小，流量系數(shù)越小，則相應(yīng)葉輪的出口寬度度b b2 2/D/D2 2就越小。就越小。反映性能曲線的特點(diǎn)反映性能曲線的特點(diǎn) 比轉(zhuǎn)數(shù)越小，比轉(zhuǎn)數(shù)越小，H-QH-Q越平坦，越平坦，N-QN-Q較陡，效率曲線較平坦。較陡，效率曲線較平坦。比轉(zhuǎn)數(shù)可用于泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)數(shù)可用于泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)56575.6.4 泵與風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線泵與風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線 當(dāng)幾何相似的兩泵與風(fēng)機(jī)的工況，滿足流量系數(shù)相等當(dāng)幾何相似的兩泵與風(fēng)機(jī)的工況，滿足流量系數(shù)相等和雷諾數(shù)相等的條件時(shí)，全壓系數(shù)、功率系數(shù)與效率必彼和雷諾數(shù)相等的條件時(shí)，全壓系數(shù)、功率系數(shù)與效率必彼此相等。當(dāng)流量系數(shù)、雷諾

31、數(shù)變化時(shí)，全壓系數(shù)、功率系此相等。當(dāng)流量系數(shù)、雷諾數(shù)變化時(shí)，全壓系數(shù)、功率系數(shù)與效率將跟著發(fā)生變化。因此，可用下列函數(shù)式表示它數(shù)與效率將跟著發(fā)生變化。因此，可用下列函數(shù)式表示它們之間的關(guān)系：們之間的關(guān)系：),(1eRQfP ),(2eRQfN ),(3eRQf585.7 其它常用的泵與風(fēng)機(jī)其它常用的泵與風(fēng)機(jī)v軸流式風(fēng)機(jī)軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：59工作原理：工作原理： 氣流由集流器進(jìn)入軸流風(fēng)機(jī)，在葉輪動(dòng)葉中獲得能量，氣流由集流器進(jìn)入軸流風(fēng)機(jī)，在葉輪動(dòng)葉中獲得能量，再經(jīng)后導(dǎo)葉，將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最再經(jīng)后導(dǎo)葉，將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后氣體流經(jīng)擴(kuò)散筒，將一部分軸向氣流的

32、動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓后氣體流經(jīng)擴(kuò)散筒，將一部分軸向氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能后輸入到管路中。能后輸入到管路中。葉輪葉輪 葉輪是軸流式通風(fēng)機(jī)對(duì)氣體做功的唯一部件，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片葉輪是軸流式通風(fēng)機(jī)對(duì)氣體做功的唯一部件，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片沖擊氣體，使空氣獲得一定的速度和風(fēng)壓。軸流風(fēng)機(jī)的葉輪由輪轂和沖擊氣體，使空氣獲得一定的速度和風(fēng)壓。軸流風(fēng)機(jī)的葉輪由輪轂和葉片組成，輪轂和葉片的連接一般為焊接結(jié)構(gòu)。葉片有機(jī)翼型、圓弧葉片組成，輪轂和葉片的連接一般為焊接結(jié)構(gòu)。葉片有機(jī)翼型、圓弧板形等多種，葉片從根部到葉頂常是扭曲的。有的葉片與輪轂的連接板形等多種，葉片從根部到葉頂常是扭曲的。有的葉片與輪轂的連接為可調(diào)節(jié)的，可以改變通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。一般葉片數(shù)為為可調(diào)節(jié)的，可以改變通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。一般葉片數(shù)為48個(gè)，個(gè)，其極限范圍則在其極限范圍則在250個(gè)之間個(gè)之間60集風(fēng)器和流線罩集風(fēng)器和流線罩 集風(fēng)器（吸風(fēng)口）和流線罩兩者組成光滑的漸縮形流道，其左右集風(fēng)器（吸風(fēng)口）和流線罩兩者組成光滑的漸縮形流道，其左右是將氣體均勻的導(dǎo)入葉輪，減少入口風(fēng)流的阻力損失是將氣體均勻的導(dǎo)入葉輪，減少入口風(fēng)流的阻力損失（前、后置）導(dǎo)流器（前、后置）導(dǎo)流器 前導(dǎo)流器的作用是使氣流在入口出產(chǎn)生負(fù)旋轉(zhuǎn)，以提高風(fēng)機(jī)的全前導(dǎo)流器的作用是使氣流在入口出產(chǎn)生負(fù)旋轉(zhuǎn)，以提高風(fēng)機(jī)的全壓；此外，前