第四章-泵與風(fēng)機(jī)的性能

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講演：溫高——第四章泵與風(fēng)機(jī)的性能第四章泵與風(fēng)機(jī)的性能第一節(jié)損失與效率1、機(jī)械損失與機(jī)械效率2、容積損失與容積效率3、流動(dòng)損失與流動(dòng)效率4、泵與風(fēng)機(jī)的總效率第二節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線1、離心式泵與風(fēng)機(jī)的理論性能曲線2、泵與風(fēng)機(jī)的基本性能曲線泵與風(fēng)機(jī)存在三種功率損失機(jī)械損失

即

容積損失故原動(dòng)機(jī)功率不能全部傳給流體。流動(dòng)損失

為盡量減少損失提高效率η

功率損失效率

需研究產(chǎn)生損失的原因程度需討論

及相互間關(guān)系。

流動(dòng)損失△Ph機(jī)械損失△Pm

容積損失△Pv

Ph=P-△Pm

PP-△Pm-

△PvPe泵內(nèi)能量平衡圖第一節(jié)損失與效率P1、機(jī)械損失（Pm）與機(jī)械效率（m）機(jī)械損失軸端軸封和軸承的摩擦損失圓盤摩擦損失與軸封軸承的結(jié)構(gòu)及流體的密度有關(guān)約為P的1%~5%葉輪前后蓋板外側(cè)與流體的摩擦損失約為P的2%~10%△Pdf=Kρu32D22×106=Kρπ3n3D52×106/603

KW

圓盤損失用下式計(jì)算：圓盤損失正比于n3正比于D5正比于：風(fēng)機(jī)小于水泵的圓盤損失。與ns有關(guān)：隨ns減小圓盤損失急劇增大隨n、D增加急劇增大，但前者（n3）小于后者（D5）；故提高單級(jí)葉輪揚(yáng)程，提高n較提高D的機(jī)械效率高。ns小，葉輪前后蓋板大ns小，△Pdf占P的比例大機(jī)械損失用機(jī)械效率（m）來衡量，即：m=（P-

△Pm）/P2、容積損失（Pv）與容積效率（v）容積損失發(fā)生地點(diǎn)容積損失正比于間隙寬度b反比于間隙長(zhǎng)度l和彎曲次數(shù)總泄漏量q為理論流量qVT的（qVT=q+qV）4%~10%與ns有關(guān)：占軸功率的比例隨ns的減小急劇增大。容積損失用容積效率（V）來衡量，即：v=（P-

△Pm-△Pv

）/（P-△Pm）=qv/qvT概念：動(dòng)、靜部件間存在間隙，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，間隙兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，從葉輪獲能流體有高壓側(cè)通過間隙向低壓側(cè)泄漏，這種損失稱容積損失。葉輪入口與泵殼的間隙泄漏軸封處的間隙泄漏軸向力與外殼的間隙泄漏多級(jí)泵的級(jí)間泄漏3、流動(dòng)損失（Ph）與流動(dòng)效率（h）流動(dòng)損失概念：流動(dòng)損失發(fā)生在吸入室、葉輪流道、導(dǎo)葉和殼體中。摩擦損失：擴(kuò)散損失：hj=K2qv2沖擊損失：hs=K4（qv-qvd）2（見圖3-5）hf+hj=K3qv3(見圖3-6）工況改變，qv偏離qvd時(shí)：1與1a不一致引起沖擊產(chǎn)生損失流動(dòng)損失：hh=hf+hj+hs

（見圖3-5），其最小點(diǎn)在設(shè)計(jì)流量的左邊。流動(dòng)損失用流動(dòng)效率（h）來衡量，即：

4、泵與風(fēng)機(jī)的總效率（）概念：泵與風(fēng)機(jī)的總效率等于有效功率與軸功率之比。結(jié)論：泵與風(fēng)機(jī)的總效率等于機(jī)械效率m

、容積效率

v

、流動(dòng)效率h三者的乘積。目前泵與風(fēng)機(jī)效率范圍：離心泵約為60%~90%。離心風(fēng)機(jī)約為70%~90%，高效離心風(fēng)機(jī)

可達(dá)90%以上。軸流泵約為70%~89%，大型軸流風(fēng)機(jī)

可達(dá)90%左右

。課堂討論：1、提高泵與風(fēng)機(jī)的總效率應(yīng)從哪幾方面考慮？2、為什么通常大的（高ns）泵與風(fēng)機(jī)的總效率比小的高？

第二節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線

泵與風(fēng)機(jī)的基本性能參數(shù)之間都相互存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系，若用曲線形式表示其性能參數(shù)間的相互關(guān)系，則稱這類曲線為泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線。泵與風(fēng)機(jī)性能曲線理論性能曲線實(shí)驗(yàn)性能曲線●泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)非常復(fù)雜，目前理論尚無法定量計(jì)算。●從理論上定性分析泵與風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的變化規(guī)律及其影響因素的曲線，稱理論性能曲線。有助于深入了解實(shí)驗(yàn)性能曲線。●通過實(shí)驗(yàn)獲得的性能曲線。●在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過某種換算得到的性能曲線?；拘阅芮€：相對(duì)性能曲線：了解水泵性能與構(gòu)造之間的關(guān)系使用。通用性能曲線：水泵變速、變角（可動(dòng)葉）工況調(diào)節(jié)使用。無因次性能曲線：風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)、系列之間進(jìn)行比較使用。全面性能曲線：了解水泵“正?！迸c“反常”性能的曲線。泵綜合性能曲線：選擇水泵時(shí)使用。風(fēng)機(jī)性能選擇曲線：選擇風(fēng)機(jī)時(shí)使用。●泵與風(fēng)機(jī)產(chǎn)品樣本上所載的性能曲線；直觀反映其總體性能?！褚詑v為橫坐標(biāo)、H.P.η.[HS]或[△h]為縱坐標(biāo)的一組曲線?！駥?duì)泵與風(fēng)機(jī)選型、經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行（工況調(diào)節(jié)）有重要作用。因?yàn)椋簐2u∞=u2-v2m∞cotβ2a∞。

v2m∞=qvT/（πD2b2）

所以：是一直線方程。斜率由β2a∞決定。β2a∞反映三種葉片型式。a、qvT~HT∞性能曲線（葉片無限多、理想流體、理論流量）由于幾何尺寸為定值，故u2、β2a∞、D2、b2均為常數(shù)。HT∞=A-BqvT則：令：AB1、離心式泵與風(fēng)機(jī)的理論性能曲線（1）流量與能頭（qv~H）性能曲線v2∞

w2∞v2m∞α2∞β2a∞

v2m∞cotβ2a∞v2u∞u2●β2a∞＜900，cotβ2a∞＞0，

B為正值，qvTHT∞

qvT~HT∞為一條自左至右下降的直線。qvT=0，HT∞=A；

HT∞=0，qvT=B。

三種葉片型式qvT~HT∞曲線qvT~HT∞性能曲線qvT

B

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900●β2a∞＞900，cotβ2a∞＜0，B為負(fù)值，

qvTHT∞qvT~HT∞為一條自左至右上升的直線。qvT=0，HT∞=A?！瘭?a∞=900，cotβ2a∞=0，

B=0，qvTHT∞不變，

qvT~HT∞

為一條平行橫坐標(biāo)的直線。qvT=0，HT∞=A。*無限葉片、理想流體、理論流量qvT~HT∞

為一下降直線。HT∞=A--BqvT

*有限葉片、理想流體、理論流量qvT~HT為一下降直線。HT=HT∞/(1+p)

=（A--BqvT）/(1+p)*有限葉片、考慮損失、理論流量qvT~HT/為一下降曲線。HT/=HT-（hf+hj）

Hb、qv~H性能曲線（有限葉片、實(shí)際流體、實(shí)際流量）*有限葉片、考慮hf+hj+hs損失、理論流量qvT~H為一下降曲線。H=HT/

-hs

*有限葉片、實(shí)際流體、實(shí)際流量qv~H為一下降曲線。qv=qvT-qqvqqvT~HT∞qvT~HTqvT~HT/qvT~Hqv~Hq

~HqvdoAKA圖3-10

qv

~H性能曲線分析圖現(xiàn)以β2a∞＜900的后彎式葉片為例進(jìn)行討論：因?yàn)椋篜=Ph+△Pm又：

則：Ph=A/qvT-B/qvT2（2）流量與功率（qv~P）性能曲線a、qvT~Ph性能曲線（理想流體、理論流量）是一二次拋物線方程。形狀由β2a∞決定。β2a∞反映三種葉片型式。所以：令：

A/B/

●β2a∞＜900，cotβ2a∞＞0，

B/為正值，qvT=0時(shí)，Ph=0；

qvT=A//B/時(shí)，Ph=0，qvT~Ph

為一條先上升后下降的曲線。●β2a∞=900，cotβ2a∞=0，

B/=0，Ph=A/

qvT，qvT=0時(shí)，

Ph

=0。qvT

Ph

，

qvT~Ph

為一條通過原點(diǎn)上升的直線。

β2a∞=900

β2a∞＜900qvT~Ph性能曲線三種葉片型式qvT~Ph曲線

oqvT●β2a∞＞900，cotβ2a∞＜0，

B/為負(fù)值，qvT=0時(shí)，Ph=0。

qvTPh

qvT~Ph

為一條通過原點(diǎn)上升的曲線。β2a∞＞900

Ph因?yàn)椋篜=Ph+△Pm所以：在qvT~Ph性能曲線上加一等值的△Pm即得qvT~P曲線；從qvT~P曲線上對(duì)應(yīng)qvT減泄漏損失q即得qv~P曲線。見圖3-12所示。注意：qv=0時(shí)P=△Pm+△Pv≠0，稱此工況為空載工況。b、qv~P性能曲線（實(shí)際流體、實(shí)際流量）

o

qv

流量與軸功率（qv~P）性能曲線

P△Pm△PV△PmqvT~PqvT~Phqv~P現(xiàn)以β2a∞＜900的后彎式葉片葉輪為例分析泵與風(fēng)機(jī)的效率等于有效功率與軸功率之比，即：當(dāng)qv=0時(shí)，η=0；當(dāng)H

=0時(shí)，η=0；qv~η是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)與橫坐標(biāo)軸相交于qv=qvmax的曲線。

只要流體通過泵與風(fēng)機(jī)時(shí)，必然有動(dòng)能，故H不可能為0；qv~η曲線的右側(cè)不可能與橫坐標(biāo)軸相交；實(shí)際的qv~η位于理論曲線的下方，ηmax即為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)ηd

。（3）流量與效率（qv~η）性能曲線理論分析結(jié)果實(shí)際ηmax理論實(shí)際OqVdqVmaxqVη圖3-13流量與效率（qv~η

）性能曲線

泵的基本性能曲線（或稱實(shí)驗(yàn)性能曲線），是制造廠通過試驗(yàn)得到的，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后，載入產(chǎn)品樣本，供用戶使用。●額定轉(zhuǎn)速；●標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：pamb=101325Pa；●熱力學(xué)溫度T=293K（20℃）；●液體密度ρ=1000kg/m3。2、泵的基本性能曲線

a、概述水泵標(biāo)態(tài)

以qv為橫坐標(biāo)，H、P、η、[HS]或[△h]為縱坐標(biāo)的同一直角坐標(biāo)系中繪制的qv~H、qv~P、qv~η及qv~[HS]或qv~[△h]曲線。葉片泵三種泵型的基本性能曲線見下圖所示。b、葉片泵的基本性能曲線H(m)6050403020100(%)

508sh-13n=2900r/min10HB-40n=1450r/min

350ZLB-125n=1450r/minP(kw)

20

30

40(%)8070605040[HS](m)

0

5

10qv~ηqv~Hqv~Pqv~[Hs]

020406080100

0100200300350

qvL/sm3/h

離心泵基本性能曲線H(m)P(kw)

30181512

9

6

30

0

10

20(%)9080706050[HS](m)

0

5

10

0306090120150

0200400600700

qvL/sm3/h

混流泵基本性能曲線P(kw)H(m)

25

8

7

6

5

4

32

10

15

208070605040[h](m)

0

5

10

0200400

050010001500

qvL/sm3/h

半固定軸流泵基本性能曲線qv~[Hs]qv~Pqv~Hqv~ηqv~[h]qv~Pqv~Hqv~η可調(diào)葉片軸流泵基本性能曲線234561.61.82.02.22.42.62.83.03.2900ZLB-100D2=850mmn=485r/minH(m)qV(m3/s)146KW124KW106KW85KW-60-40-20+20+400078%80%80%78%82%84%c、可調(diào)葉片安裝角軸流泵的性能曲線●qv~H曲線隨qv的增大總趨勢(shì)是下降的。β2a及結(jié)構(gòu)不同其形狀不同。●qv~P曲線隨qv的增大總趨勢(shì)是上升的。β2a及結(jié)構(gòu)不同其形狀不同?！駋v~η曲線隨qv的增大先上升至ηmax后又下降，其高效區(qū)較寬闊?！駋v~[HS]曲線隨qv的增大總趨勢(shì)是下降的。某個(gè)工況點(diǎn)：對(duì)應(yīng)某qv下的H或P、η、[HS]的一組參數(shù)。設(shè)計(jì)工況點(diǎn)：設(shè)計(jì)最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一組參數(shù)，用腳標(biāo)d標(biāo)注。最佳工況點(diǎn)：試驗(yàn)最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一組參數(shù)，近似設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。高效工作區(qū)：最佳工況點(diǎn)左右90%ηd以上區(qū)域，也稱經(jīng)濟(jì)工作區(qū)。銘牌參數(shù)：泵與風(fēng)機(jī)銘牌標(biāo)注參數(shù)為最佳工況點(diǎn)參數(shù)。d、離心式泵基本性能曲線分析性能曲線變化總趨勢(shì)（1）工況點(diǎn)不一定重合符號(hào)（2）空轉(zhuǎn)狀態(tài)“”閥門全關(guān)，qv=0、H=H0、P=P0

葉輪與流體摩擦，水溫迅速升高；空載功率P0主要消耗在機(jī)械損失上導(dǎo)致泵殼變形，軸彎曲，汽化；為防止汽化，一般不許空轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)行鍋爐給水泵、凝結(jié)水泵（飽和液體）低于規(guī)定最小流量，開啟旁路閥。d、離心式泵基本性能曲線分析●離心泵與風(fēng)機(jī)，空轉(zhuǎn)狀態(tài)軸功率最?。唬≒隨qv的增大而增大）。●閉閥啟動(dòng)，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再開大出口調(diào)節(jié)閥門，投入正常運(yùn)行；●意義：避免啟動(dòng)電流過大、原動(dòng)機(jī)過載及損壞電器設(shè)備?！窨傏厔?shì)：H隨qv的增大而減小。形狀與結(jié)構(gòu)及葉片安裝角有關(guān)。●陡降的曲線：25%-30%的斜度，qv變化小

H變化大,適應(yīng)H變化大，qv變化小的場(chǎng)合。如取水水位變化大的循環(huán)水泵?！衿骄彽那€：8%-12%的斜度，qv變化很大

H變化很小,適應(yīng)qv變大，H變化小的場(chǎng)合如汽包鍋爐給水泵。●有駝峰曲線：qv增加，H由小增加到最大值

HK后減小，K點(diǎn)左邊為不穩(wěn)定工作區(qū),只允許qv>