流體力學(xué)-10泵與風(fēng)機(jī)

葉葉片式泵與風(fēng)的的理論基：掌握離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程；理解泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線，理解相似率與比轉(zhuǎn)數(shù)及其應(yīng)用。1、泵與風(fēng)機(jī)的用 葉片

軸流混流容積 往復(fù)旋轉(zhuǎn)其他類 葉片式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理與性能參一、工作原1、主要結(jié)構(gòu)介1—吸；2—葉輪前盤；3—葉片；4—后盤5—機(jī)殼；6—出口；7—截流板，即風(fēng)舌；8—支2、工機(jī)殼內(nèi)先充滿 葉輪帶動(dòng)流體旋轉(zhuǎn)，流體獲得能擠入機(jī)殼，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓 被導(dǎo)向出口排葉輪處壓強(qiáng)降低形成真空，在大氣壓作用體由吸進(jìn)入葉輪，使泵或風(fēng)機(jī)連續(xù)二、性能參 泵的揚(yáng)程H、風(fēng)機(jī)的全壓p和靜（2）流量

功率及效率：

NeN 1、運(yùn)動(dòng)分理想理想葉（a）風(fēng)機(jī)的葉輪；（b）流體在葉輪中的速1—葉輪前盤；2—葉片；3—后盤；4—軸；5—機(jī)2、速度三角概念葉片安裝角β、葉片工作角求速度三角二、方“理想葉輪”之“理想葉輪”之假

已知葉輪的轉(zhuǎn)速n和流量可求得葉輪半徑r（葉輪的幾何形狀和尺寸確定。2、方流體動(dòng)量矩的變化率=外力M (r

rv

u

N

HT

整理HT∞=1/g(u2T∞.vu2T∞-u1T∞.方HT∞=1/g(u2T∞.

u1T∞.11、與流程無關(guān)2、與流體種類3、葉片有限對方程修實(shí)際葉輪的理論揚(yáng)程HT=1/g(u2.vu2-u1.4、理論揚(yáng)程HT之組u2u

w2w

v2v 1 2 2g 2g 2g討討論三部分組成所 關(guān)系動(dòng)能

v2vHTd

2g靜能u2u

w2w

pHTj

12g

2g

1例題11：有一離心泵，已知葉輪進(jìn)口直120，出口直徑40m，進(jìn)口寬度b127m，出口寬度b215m，進(jìn)口安裝角， 出口裝012葉輪轉(zhuǎn)速，忽略葉片厚度的影響。試求21液體徑向流入時(shí)的理論流量QT。 1出口工作角及理論揚(yáng)

理論功率NT

解

u1

D

0.12

1111

v1

tan

11.3

Qv

3.030.120.027 uDu

0.241800

222r D 0.24222

vr

22.612.74cot

u1HTu1

2vu2

122.6115.83g2arctanvr2TT

TT

葉型及其對性能的影 12Tg2u cot r2一、三種葉輪型式（

2不同1、三種葉輪型式與出口安裝22

的關(guān)HTHHT大的葉型一定好嗎？為什么（分析不同葉型動(dòng)、靜壓的組成，以及對效率的影響3、實(shí)際應(yīng)用時(shí)泵或風(fēng)機(jī)的葉輪型式及原各種形式的葉輪各有優(yōu)缺點(diǎn)，對于離心式水泵及大型風(fēng)機(jī)，一般要求效率高，低噪聲，多采用后向型葉輪。對于中小型風(fēng)機(jī)，由于本身功率較小，效率成為次要的問題，為了縮小風(fēng)機(jī)的尺寸，常采用前向型葉輪。徑向式葉輪的性能介于兩者之間，由于它加工容易，出口沿徑習(xí)題試計(jì)算例題[11-1]中的理論揚(yáng)靜壓頭各占多少 理論性能曲什么是性能曲線？怎么表示三種主要性能曲線（1）HN

f2（3）

f3一、理論流量— ABcot 二、理論流量—T QHTTTT

(A

B

三、效率曲理論性能曲線的意義 泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能一、損失及效1、水力損失及水力效率hh

(HT

h)HHT 2、容積損失及容V( )Q V3、機(jī)械損失及機(jī)械效 mm

(NNmN4、總效率二、實(shí)際性能曲三、Q-H曲線的三種類平坦型、陡降型和駝峰H分析Q說明實(shí)際泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線都是由制造廠根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的。如圖1。這些性能曲線是泵與風(fēng)機(jī)選型以及分析其運(yùn)行工況的根據(jù)§11.6軸流式泵與風(fēng)機(jī)、貫流式風(fēng)機(jī)（自閱§11.7相似率與比轉(zhuǎn)相似率相似率的應(yīng)用：可解決研制、選用、運(yùn)行中三個(gè)方面的問題幾何相似運(yùn)動(dòng)相似：相似工況點(diǎn)的速…三角形相似一、泵與風(fēng)機(jī)的相似同一系列的泵與風(fēng)機(jī)，在相似工況下，性能參數(shù)有如下關(guān)系流量關(guān)

3(nnll揚(yáng)程關(guān)g 2l n2 nlgmHm

nm 2 n n2 nl m nml功率關(guān)

3 n n n

2nNm

nm

D2m相似工況點(diǎn)的比例常數(shù) n2D2

n2D2Q nD3 n3D5二、風(fēng)機(jī)的無因次性能曲無量綱性能系數(shù)p 2u23600u2 4ND2 2 4QpN三、比轉(zhuǎn)比轉(zhuǎn)數(shù):反映同系列1、定義

ns

H34nQH34注意必須根據(jù)行業(yè)規(guī)定的單位進(jìn)行計(jì)算風(fēng)機(jī)進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，Q取m3/s，H取Pa或n取r/min

15

80水泵我國將水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)換算N1HPH 的轉(zhuǎn)速，1H34sn3.65nQH34s式中，Q取m3/s，H取m，n取r/min2、比轉(zhuǎn)數(shù)的實(shí)用意義：見圖11-7，圖11-（1）反映泵與風(fēng)機(jī)（2）§11.8相似率的實(shí)際一、被輸送流體00p

273273 N

273273 二、當(dāng)轉(zhuǎn)速改變HHmN3Nm HHmN3Nm 注這個(gè)綜合式表明各項(xiàng)關(guān)系式同時(shí)成立，若用加大n來提高流量同時(shí) 記 所需功率與轉(zhuǎn)數(shù)成三次方比例增長三、泵葉輪切削——僅葉輪直徑D改變 D

D

D 0 D

0

; 0四、當(dāng)葉輪直徑和轉(zhuǎn)數(shù)都改變時(shí)性能曲線的換例題 例題 葉葉片式泵與風(fēng)機(jī)在管上上的工作分析及調(diào)本章本章 掌握管路性能曲線及工作點(diǎn)；理解離心式泵與風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)，泵或風(fēng)機(jī)的聯(lián)合工作；了解管道內(nèi)的壓力分布?！?2.1管路性能曲線及工作知識回顧泵與風(fēng)機(jī)的性能管路特一、管路特性曲H

Hz

二、泵或風(fēng)機(jī)的工作[例12-當(dāng)某管路系統(tǒng)風(fēng)量為500/h時(shí)，系統(tǒng)阻力為00P，今預(yù)選一個(gè)風(fēng)機(jī)的特性曲線如圖所示。試計(jì)算：風(fēng)機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)；（2）當(dāng)系統(tǒng)阻力增加50時(shí)的工作點(diǎn)；（3）當(dāng)空氣送入有正壓10Pa的密封艙時(shí)的工作點(diǎn)。解：（1）繪特性曲S

pSQ2可繪出特性曲線1-1，得工作點(diǎn)阻力增加50%時(shí)，特性曲S3001.5

pSQ2可繪出特性曲線2-2，得工作點(diǎn)有附加正壓150Pa，特性曲Sp150

可繪出特性曲線3-3，得工作點(diǎn)關(guān)于例題的討論（1）阻力增加，風(fēng)量怎樣變化變化率與阻力增加成比例嗎（2）計(jì)算結(jié)果與實(shí)際要求風(fēng)量（Q=500m3/h）相等嗎？當(dāng)風(fēng)機(jī)供給的風(fēng)詳見“12.3節(jié)工況的調(diào)節(jié) 三、泵或風(fēng)機(jī)在管路運(yùn)行的穩(wěn)定工作條圖12-4性能曲線呈駝峰形泵的不穩(wěn)定工況運(yùn)行工工況穩(wěn)定的判斷兩性能曲線在工況點(diǎn)的斜率機(jī)dH管dH 機(jī)總總（（1）機(jī)器性能曲線 特性曲線的交點(diǎn)即為工作點(diǎn)（（2）駝峰形性能曲線是產(chǎn)生不穩(wěn)定運(yùn)行的內(nèi)在因素，管（（3）大多數(shù)泵與風(fēng)機(jī)的特性曲線都具有平緩下降的曲線當(dāng)少數(shù)曲線有駝峰時(shí)，則工作點(diǎn)應(yīng)選在曲線的下降段[思考題 1、分析水泵向水池供水時(shí)工況點(diǎn)的改變?nèi)缦聢D所示§12.2泵或風(fēng)機(jī)的聯(lián)合工聯(lián)合工作目的:增加流量或壓頭2臺(tái)風(fēng)機(jī)的并一2臺(tái)風(fēng)機(jī)的并1、 性能曲2、三種工況點(diǎn)分聯(lián)合運(yùn)行總效果點(diǎn)參加聯(lián)合運(yùn)行時(shí)每臺(tái)機(jī)的“貢獻(xiàn)點(diǎn)”D1和不聯(lián)合只開某一單機(jī)的A1或分析（a）聯(lián)合總流量小于兩單機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的流量和（b）兩單機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的流量都小于聯(lián)合總流量QA，壓（c）3、并聯(lián)的特殊情應(yīng)少用并聯(lián)運(yùn)行，但目前空調(diào)冷、熱水系統(tǒng)中，多臺(tái)水泵二、串聯(lián)運(yùn)串聯(lián)適用的情況2臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)串

圖12-7泵或風(fēng)機(jī)的串聯(lián)運(yùn)2、串聯(lián)的特殊情況（分分析（1）只有當(dāng)管路系統(tǒng)中流量小，阻力大情況下，多級串聯(lián)進(jìn)行串聯(lián)。（1）只有當(dāng)管路系統(tǒng)中流量小，阻力大情況下，多級串聯(lián)進(jìn)行串聯(lián)。（2）（3）兩臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)，后一臺(tái)泵承受的壓力較高，選泵時(shí)一般不推薦使用。1、兩機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其總流量Q為什么不等于機(jī)單獨(dú)工作所提供的流量q1與q2之和注22、兩機(jī)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，其功率如何確定§12.3離心式泵或風(fēng)機(jī)的工一、改變管路性能曲線的調(diào)節(jié)方分 1、出口節(jié)流調(diào)節(jié)特點(diǎn)只改變性能曲線，機(jī)器性能曲線沒有變動(dòng)整個(gè)裝置的效率降低；同時(shí)調(diào)節(jié)也會(huì)使機(jī)器的工作點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工況，造成機(jī)器效率下降。這種調(diào)節(jié)方式不適于大功率的裝置，但由于簡單投資少，所以在小型裝置中廣泛應(yīng)用2、進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)特點(diǎn)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)僅用于氣體介質(zhì)可壓縮，因?yàn)閷τ谳斔鸵后w介質(zhì)的泵而言，進(jìn)口節(jié)流和出口節(jié)流的效吸空增，引氣。以宜采用。對于可壓縮介質(zhì)而言，進(jìn)口節(jié)流和出口節(jié)流的效果是不同的。進(jìn)口流的度變僅變特性從而改變了機(jī)器的特性，使調(diào)節(jié)更有效。如D點(diǎn)移到D’。二、改變泵或風(fēng)機(jī)性能曲線的調(diào)節(jié)改變泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)HHmN3NmQ HHmN3Nm 分改變轉(zhuǎn)數(shù)改變機(jī)器性能曲線，性能曲線沒有變動(dòng)過載。(增大轉(zhuǎn)速時(shí),易超載帶輪變速、水力耦合器變速等。的附加能量損失，是一種調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性較好的方法。改變風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片的角分改變導(dǎo)流葉片角度改變機(jī)器性能曲線和性能曲線小，是一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法3切削水泵葉輪調(diào)節(jié)其性能曲3

F

N

D2

D2 2H 2

HD2H

分切削葉輪離心泵的一種獨(dú)特調(diào)節(jié)方法改變機(jī)器性能曲線，性能曲線沒有變動(dòng)切削后葉輪與原葉輪近似的相似三、改變并聯(lián)泵臺(tái)數(shù)的調(diào)節(jié)方分 改變泵并聯(lián)臺(tái)數(shù)改變機(jī)器性能曲線，性能曲線沒有變動(dòng)不需要任何附加的裝置，經(jīng)濟(jì)性很好于大型排灌站和熱水系統(tǒng)中。綜合評價(jià)各種調(diào)節(jié)方 改變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法，經(jīng)濟(jì)性最好，調(diào)節(jié)范圍寬。最適合于由蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等轉(zhuǎn)速可變得原拖所以傾向于采用變轉(zhuǎn)速調(diào)解。改變進(jìn)口導(dǎo)葉片角度的調(diào)節(jié)法的調(diào)節(jié)范圍較寬，經(jīng)濟(jì)性也較好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，作機(jī)效果較差，一般用在大型軸流和混流式機(jī)器中。由于原中進(jìn)口導(dǎo)位轉(zhuǎn)的壓，調(diào)效好，所以水輪機(jī)均采用這種方法。進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)方法，方法簡單，經(jīng)濟(jì)性好，并具有出口節(jié)流方法最單但濟(jì)也但于率不大的水泵來說，這卻是使用最廣泛的方法。在通風(fēng)機(jī)及小功率的離心式鼓風(fēng)機(jī)中也有應(yīng)用。改變開機(jī)臺(tái)數(shù)的調(diào)節(jié)方法臺(tái)數(shù)大于1的地方都會(huì)采用的調(diào)節(jié)方法。結(jié)各種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，工程中常常同時(shí)采用幾種方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，互相取長補(bǔ)短，方能最有效滿足用戶對變工況的需要。四、泵與風(fēng)機(jī)的啟例12- 設(shè)有一臺(tái)水泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1450r/min時(shí)，參數(shù)如下0246860管路系統(tǒng)的阻力系

S

，幾何揚(yáng)水

Hz6m 上下兩水池水面均為大氣壓。求泵裝置在運(yùn)行時(shí)的工作參數(shù)當(dāng)采用改變轉(zhuǎn)速方法使流量變?yōu)?L/s時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？應(yīng)的其他參數(shù)是多少如以節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，是Q=6L/s，有關(guān)工作參數(shù)是多少解繪n=1450r/min的水泵Q-H與Q-

曲線，如圖管路系統(tǒng)特性

H6

選適當(dāng)流量值可得下表據(jù)。繪于圖12-20上024686作圖得工作點(diǎn)A，從圖上查得泵的工作參數(shù)為QH8.4所需的軸功率計(jì)算為N

改變轉(zhuǎn)速，查得D

HD根據(jù)

(nHD n

(Q22DHHD 22D

繪與D點(diǎn)相似的相似工況點(diǎn)曲線，如圖OB線0246780相似工況點(diǎn)效率相等，OB線也表示了等效率曲線查圖得相似點(diǎn)

所以n

n

1450

QB QB

Q

D節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量時(shí)，泵性能曲線不變，得工作點(diǎn)QF6L/sHF10mF45%QNF

F思考：根據(jù)例題結(jié)論比較變速調(diào)節(jié)與節(jié)流閥調(diào)節(jié) §12.4管道內(nèi)的壓力分布（管管道壓力分布圖第十三或風(fēng)機(jī)安裝方法與選本章本章 掌握離心式泵的氣蝕與安裝高度；理解風(fēng)機(jī)通用性能曲線圖與選擇性能曲線圖，理解泵或風(fēng)機(jī)的選擇?！?3.1離心式泵的構(gòu)造特一、離心式泵的類二、離心式泵主要部件結(jié)構(gòu)型葉吸入機(jī)密封軸軸向力平衡裝 §13.2離心泵正常工作所需附件及揚(yáng)程計(jì)件一、離心式泵裝件二、泵裝于各種管路時(shí)的揚(yáng)程計(jì)（一）根據(jù)泵上壓力表和真空計(jì)讀數(shù)確定揚(yáng) v

v HM

Z2g（二）泵在中工作時(shí)所需揚(yáng)程之確1、泵向開式水池供水v2vH 0HZ2g

2、泵向壓力容器供水v2v pH 0HZ2g

3、泵在閉合環(huán)路上工作例[13-§13.3泵的氣蝕與安裝高一、泵的氣蝕現(xiàn)產(chǎn)生“氣蝕”的原因二、泵的吸水高度HsHs

Hsmax0.3mv

h [Hs]的修正

2g s（1）確定Hg時(shí)必須以泵在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最大流量為準(zhǔn)

H sH

注注一般臥式泵Hg的數(shù)值，是指泵的線距吸液池液面的高差，大型泵應(yīng)以吸液池液面至葉輪