流體機械原理：03第二章 泵與風(fēng)機的性能

1.功率、損失與效率第2章泵與風(fēng)機的性能2.泵與風(fēng)機的性能曲線性能參數(shù)離心式泵與風(fēng)機和軸流式泵與風(fēng)機后彎式葉輪和前彎式葉輪3.性能曲線的測試方法單位時間內(nèi)通過泵或風(fēng)機的流體所獲得的功率，用Pe表示，單位為kW。（輸出功率）有效功率：液體的容重N/m3

流量m3/s揚程m壓頭N/m2Pa泵風(fēng)機1.功率、損失與效率功率效率（總效率）:表示泵與風(fēng)機的有效功率與軸功率之比，反應(yīng)損失的大小和輸入的軸功率被有效利用的程度；（轉(zhuǎn)換效率，效率高，轉(zhuǎn)換損失?。┹S功率：泵與風(fēng)機在一定工況下運行時，原動機傳遞到泵或風(fēng)機轉(zhuǎn)軸上的功率，用P表示，單位為kW。（輸入功率）1.功率、損失與效率功率原動機功率Pg：傳動方式傳動效率電動機直聯(lián)傳動1.00聯(lián)軸器直聯(lián)傳動0.98三角皮帶傳動（滾動軸承）0.951.功率、損失與效率功率指原動機的輸出功率，kW。傳動效率原動機的輸入功率Pg,in

：1.功率、損失與效率功率原動機效率原動機功率選擇：電動機的容量富裕系數(shù)電動機功率kWK0.5以下1.5>0.5~11.4>1~21.3>2~51.2>51.15>501.08損失與效率：1）機械損失?Pm與葉輪轉(zhuǎn)動相關(guān)，而與輸送流體量無直接關(guān)系的損失；1.功率、損失與效率損失與效率2）容積損失?PV

經(jīng)過葉輪而與流體泄漏量相關(guān)的損失；3）流動損失?Ph

經(jīng)過葉輪與輸送流體量直接相關(guān)的損失。P-?Pm-?PV-?Ph=Pe

機械損失：與葉輪轉(zhuǎn)動相關(guān)，機械運動過程中克服摩擦所造成的能量損失。機械效率：1.功率、損失與效率機械損失與機械效率機械損失功率軸功率去掉機械損失功率的剩余功率，用于對通過葉輪的流體做功輸入流動功率?P=（0.01~0.03）P（1）軸與軸承及軸與軸端密封的摩擦損失?P機械損失功率：1.功率、損失與效率機械損失功率（2）葉輪圓盤摩擦損失?Pdf

葉輪前后蓋板外表面與在泵或風(fēng)機殼體內(nèi)局部區(qū)域做循環(huán)運動的流體之間的摩擦損失，約為軸功率的2%~10%。K-圓盤摩擦系數(shù)，試驗求得，與雷諾數(shù)、相對側(cè)壁間隙B/D2，圓盤外側(cè)面機外殼內(nèi)側(cè)面粗糙度有關(guān)；D2-葉輪出口直徑；u2-葉輪出口圓周速度；B-側(cè)壁間隙；1.功率、損失與效率機械損失功率葉輪圓盤摩擦損失：減少葉輪圓盤摩擦損失的方法：1.采用合理的結(jié)構(gòu)辦法1：提高能頭，宜采用多級葉輪，而非增大葉輪直徑；2.保持葉輪及泵體內(nèi)側(cè)表面的光潔u2→3次方D2→5次方1.功率、損失與效率機械損失功率辦法2：提高單級揚程，首先提高轉(zhuǎn)速；辦法3：產(chǎn)生相同的揚程，提高轉(zhuǎn)速的同時，葉輪外徑可以相應(yīng)減小，損失可能不增加。葉輪轉(zhuǎn)動時，間隙兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，使部分由葉輪獲得能量的流體從高壓側(cè)通過間隙向低壓側(cè)泄露。1.功率、損失與效率容積損失（泄露損失）:容積損失與容積效率（1）葉輪入口與外殼密封環(huán)之間間隙中的泄露；（2）平衡軸向力裝置的間隙中泄露；（3）軸端密封間隙中的泄露；（4）多級泵級間間隙中的泄露。1.功率、損失與效率泵與風(fēng)機常見的泄露方式：容積損失與容積效率方式1：葉輪入口與外殼密封環(huán)之間間隙中的泄露1.功率、損失與效率容積損失與容積效率容積損失計算公式：方式2：平衡軸向力裝置的間隙中泄露容積損失計算公式：1.功率、損失與效率容積損失與效率方式3：軸端密封間隙中的泄露（軸封損失）1.功率、損失與效率容積損失與容積效率方式4：多級泵級間間隙中的泄露（圓盤摩擦損失）1.功率、損失與效率容積損失與容積效率總?cè)莘e損失：容積效率：1.功率、損失與效率容積損失與容積效率

泵與風(fēng)機的泄漏量一般為其理論流量的4%-10%（1）維持動、靜部件間最佳的間隙；1.功率、損失與效率容積損失與容積效率減少泄漏量的辦法：（2）增大間隙中的流動阻力：當(dāng)徑向間隙與葉輪直徑的比值從0.5%減少到0.05%時，可使泵與風(fēng)機效率提高3%～4%；一般情況下間隙取值:(1/200～1/100)倍葉輪直徑。A）增加密封的軸向長度，可增大間隙內(nèi)的沿程流動阻力；B）在間隙入口和出口采取節(jié)流措施，可增大流體間隙流動的局部阻力；C）采用不同形式的密封環(huán)，可引起間隙流動阻力的改變。常用葉輪密封環(huán)型式：1.功率、損失與效率容積損失與容積效率平環(huán)式單齒迷宮式多齒迷宮式鋸齒式螺旋槽式流動損失:

流體在泵與風(fēng)機主流道（包括入口、葉輪、導(dǎo)葉、出口）中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。（1）流體和各部分流道壁面摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力損失；1.功率、損失與效率流動損失與流動效率流動損失的分類：（2）流道斷面變化、轉(zhuǎn)彎等會使邊界層分離、產(chǎn)生漩渦二次流和尾跡等而引起的渦流損失；（3）由于工況改變，流量偏離設(shè)計流量時，葉輪入口流動角與葉片安裝角不一致所引起的沖擊損失。（1）摩擦阻力損失：摩擦損失系數(shù)流道長度流道斷面水力半徑流速流道形狀復(fù)雜，摩擦阻力損失歸并為以下簡單公式：1.功率、損失與效率流動損失與流動效率（2）渦流損失：摩擦阻力損失與渦流損失之和：1.功率、損失與效率流動損失與流動效率（3）沖擊損失：1.功率、損失與效率流動損失與流動效率非設(shè)計工況下工作時，流體相對速度不是沿葉片切線流入，流體的入口流動角β1不等于葉片入口安裝角βa，相對速度方向與葉片進口切線方向之間的夾角α（沖角）為正或負，旋渦發(fā)生在葉片吸力面或壓力面，從而產(chǎn)生沖擊損失；沖擊損失：qv<qvd時，β1<β1a，α=β1a-β1>0為正沖角，漩渦發(fā)生；1.功率、損失與效率流動損失與流動效率qv>qvd時，β1>β1a，α=β1a-β1<0為負沖角，漩渦發(fā)生.泵與風(fēng)機的流動損失：流動效率：1.功率、損失與效率流動損失與流動效率流動損失功率，kW提高流動效率，降低流動損失的措施：（1）選用高效的葉輪及設(shè)計合理的流道形狀；1.功率、損失與效率流動損失與流動效率（2）嚴格制造工藝和檢驗精度，提高制造、安裝、檢修質(zhì)量；（3）保證葉輪及流道表面的粗糙度最低，盡可能減少摩擦阻力損失；（4）嚴格控制在合理的流量范圍內(nèi)工作，以避免過大的沖擊損失。1.功率、損失與效率總效率（全壓效率）

離心泵0.60~0.90；離心風(fēng)機0.70~0.90;軸流泵0.70~0.89；大型軸流風(fēng)機>0.90。2.泵與風(fēng)機的性能曲線：反應(yīng)性能參數(shù)間變化關(guān)系的曲線。H=f1（qV）,p=f1’（qV）;

P=f2（qV）;η=f3（qV

）;NPSH=f4（qV)泵與風(fēng)機的性能曲線：典型的性能曲線：通常是指在一定的轉(zhuǎn)速下，以流量為基本變量，其他各參數(shù)隨流量改變而變化的曲線。直線方程理想狀態(tài)下，HT∞隨著qVT呈直線關(guān)系變化，且直線的斜率由β2a

決定。2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線流量與揚程性能曲線（qV-H）(1)2a<90°(后彎式葉片)2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線流量與揚程性能曲線（qV-H）(2)2a=90°(徑向式葉片)(3)2a＞90°(前彎式葉片)

ctg2a>0，B為正值，qVT

增加，HT逐漸減小。ctg2a=0，B=0，HT=A=u22/g，平行于橫坐標(biāo)的直線。ctg2a<0，B為負值，qVT

增加，HT隨之增加。非理想狀態(tài)下（有限葉片數(shù)、流體黏性），需要進行性能曲線的修正：2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線流量與揚程性能曲線（修正）（1）

有限葉片數(shù)的影響（2）

各種損失的影響摩擦及渦流損失沖擊損失容積損失流動損失2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線流量與揚程性能曲線（修正）（1）

有限葉片數(shù)的影響（2）

各種損失的影響b-b摩擦及渦流損失:c-c沖擊損失:d-d容積損失:e-e流量與功率性能曲線（qV-P）拋物線方程2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線流動功率：軸功率去掉機械損失功率的剩余功率，用于對通過葉輪的流體做功輸入流動功率軸功率：流量與功率性能曲線（qV-P）2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線qVT-Ph性能曲線(1)2a<90°（后彎式葉片）存在過載燒毀電機的可能性，而后向幾乎不會發(fā)生超載現(xiàn)象。(2)2a=90°(徑向式葉片)(3)2a＞90°(前彎式葉片)

ctg2a>0，B’為正值ctg2a=0，B’=0，通過原點上升的直線ctg2a<0，B’為負值h流量與功率性能曲線（qV-P）2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線實際流量qv與軸功率P之間的關(guān)系曲線空載工況閥門全關(guān)時，qv＝0、H＝H0、P＝P0，該工況為空轉(zhuǎn)狀態(tài)。空載功率主要消耗在機械損失上（還有容積損失）。?P=（0.01~0.03）P在空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸功率最小，一般為設(shè)計軸功率的30％左右，離心式的泵與風(fēng)機要在閥門全關(guān)的狀態(tài)下啟動，運轉(zhuǎn)正常后開大出口管路調(diào)節(jié)閥?？蛰d條件下啟動：流量與功率性能曲線（qV-P）2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線避免啟動電流過大原動機過載給水泵和凝結(jié)水泵？不能空載啟動，飽和，溫度流量與效率性能曲線（qV-η）2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線qv=0,η=0H=0,η=0qv-Hqvqv-Pqv

-η2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線設(shè)計工況點(最佳工況點)工況點：最佳工況點：經(jīng)濟工作區(qū)：在給定的流量下，均有一個與之對應(yīng)的揚程H或全壓p，功率P及效率η值的一組參數(shù)。最高效率max所對應(yīng)的工況點。最佳工況點附近的區(qū)域（不低于最高效率的0.85~0.9）。2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線多級離心給水泵性能曲線a：陡降型：流量變動很小時，揚程變化很大，適用于揚程變化大而流量變化小的情況，如取水水位變化較大的循環(huán)水泵；后彎式葉輪qV-H性能曲線的三種基本形狀:2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線性能曲線分析b：平坦型：流量變化很大時，揚程變化很小，適用于流量變化大而要求揚程變化小的情況，如給水泵;c：駝峰型：其揚程隨流量的變化是先增加后減小，在k點左邊為不穩(wěn)定工作段。泵與風(fēng)機的管路特性前彎式葉輪后彎式葉輪PPPPqVqV前彎式葉輪特點:2.1離心式泵與風(fēng)機性能曲線性能曲線分析a：隨流量增加，功率急劇上升，原動機易超載。容量富裕系數(shù)K應(yīng)取較大值。b：性能曲線扣除軸向渦流及損失揚程后，得到的實際qv-H性能曲線具有較寬不穩(wěn)定工作段的駝峰形曲線。c：效率遠低于后彎式。qv-H性能曲線，在小流量區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)駝峰形狀。2.2軸流式泵與風(fēng)機性能曲線軸流式泵與風(fēng)機性能曲線特點:軸功率P在空轉(zhuǎn)狀態(tài)(qv

＝0)時最大，隨流量的增加隨之減小。2.2軸流式泵與風(fēng)機性能曲線軸流式泵與風(fēng)機性能曲線特點:（1）閥門全開狀態(tài)下啟動。啟動特點：（2）可調(diào)葉片的軸流式泵與風(fēng)機，葉片安裝角小時，軸功率也較小，應(yīng)在小安裝角時啟動。高效區(qū)窄：2.2軸流式泵與風(fēng)機性能曲線軸流式泵與風(fēng)機性能曲線特點: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。離心式、混流式及軸式泵與風(fēng)機性能曲線的比較

離心式Vs軸流式H-qV性能曲線:PPqV2.2軸流式泵與風(fēng)機性能曲線軸流式離心式離心式的H-qV

曲線比較平坦，適用于流量變化時要求能頭變化不大的場合；軸流式的H-qV曲線比較陡，宜用于當(dāng)能頭變化大時要求流量變化不大的場合。離心式、混流式及軸式泵與風(fēng)機性能曲線的比較

離心式V