第二章泵與風(fēng)機的性能

第二章

泵與風(fēng)機的性能理解并掌握泵與風(fēng)機的各種功率、損失、效率及相互關(guān)系；理解泵與風(fēng)機的理論性能曲線與實際性能曲線，以及兩者之間的差異和差異產(chǎn)生的原因；熟悉并掌握葉片式泵與風(fēng)機實際性能曲線的特性。本章要求第一節(jié)功率、損失與效率單位時間內(nèi)所做的功有效功率Pe泵：風(fēng)機：

全壓功率

靜壓功率功率軸功率：原動機功率：原動機的輸出功率

功率ηtm：電動機直聯(lián)1.0，聯(lián)軸器直聯(lián)0.98，皮帶傳動0.95。功率配套電機功率：

安全系數(shù)K一般電廠中取1.15

功率內(nèi)功率：

Pi=Pe+P

（kW）

P

PiPe效率內(nèi)效率

（風(fēng)機--全壓內(nèi)效率）靜壓效率:靜壓內(nèi)效率:損失機械損失—與葉輪轉(zhuǎn)動有關(guān)但與流體量無直接關(guān)聯(lián)的損失容積損失/泄漏損失—與流量有關(guān)的損失流動損失—與流體粘性、管路結(jié)構(gòu)（與輸送流體直接相關(guān)）的損失損失一、機械損失軸封、軸承——機械摩擦損失△P

前、后蓋板與流體摩擦——圓盤摩擦損失△Pdf

機械摩擦損失△P（動靜部分之間）:與軸封、軸承的結(jié)構(gòu)形式、潤滑狀況、流體密度等有關(guān)。一般為軸功率的1～3%。圓盤摩擦△Pdf（葉輪與殼體之間流體內(nèi)耗）：圓盤與流體相對運動，以及葉輪兩側(cè)流體的渦流。一般為軸功率的2～10%?！鱌∝nD2損失一、機械損失即與葉輪外徑的五次方成正比，與葉輪轉(zhuǎn)速的三次方成正比，與流體密度成正比。圓盤摩擦系數(shù)K=f(Re、B/D2、粗糙度）（其中B為間隙），一般可取K=0.85。ΔPdf∝n3D25損失一、機械損失總損失：機械效率：損失一、機械損失——預(yù)防措施采用合理的葉輪，對高壓泵與風(fēng)機，采用多級葉輪，而非增大葉輪直徑來提高能頭。必要時提高轉(zhuǎn)速，減小葉輪直徑。提高比轉(zhuǎn)數(shù)保持接觸面光滑，減少摩擦。損失泵的比轉(zhuǎn)數(shù)

風(fēng)機的比轉(zhuǎn)數(shù)：效率與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系：隨著比轉(zhuǎn)數(shù)減少（葉輪直徑增加），機械損失增加，機械效率減小。損失二、容積損失/泄漏損失流體從高壓區(qū)側(cè)通過運動部件與靜止部件之間的間隙泄漏到低壓區(qū)，從而使流量有一定的損失q，使qv<qvT，

q叫容積損失。它只與流量有關(guān)，也叫流量損失。損失主要泄漏位置：1、葉輪入口與外殼密封環(huán)之間的間隙泄漏△PV1（A線）注意：多級泵前后級之間隔板、軸套間隙；圖中B線，此部分泄露又回到回路中，不影響流量。損失主要泄漏位置：2、平衡軸向力裝置泄漏△PV23、軸封泄露△PV3（相對較?。p失△PV=△PV1+△PV2+△PV3泄漏量容積效率與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系隨著比轉(zhuǎn)數(shù)減少（葉輪直徑增加），葉輪間隙兩側(cè)壓差增加，容積損失增加，容積效率減小損失二、容積損失/泄漏損失——預(yù)防措施維持動靜部件間的最佳間隙，隨著運行時間延長，間隙增大，效率會降低。增大間隙中的流阻增加密封的軸向長度，可增大間隙內(nèi)沿程阻力在間隙入口和出口采取節(jié)流措施，增大間隙內(nèi)流動的局部阻力采取不同形式的密封環(huán)損失三、流動損失流體與各部分流道壁面摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力損失邊界層分離、二次渦流所產(chǎn)生的漩渦損失流量改變，流動角不等于安裝角時，產(chǎn)生的沖擊損失摩擦損失渦流損失與流體輸送量有關(guān)損失三、流動損失沖擊損失

不僅與流體輸送量有關(guān)，還與該流量與設(shè)計流量的偏差有關(guān)沖角：相對速度方向與葉片進口切線方向間的夾角稱為沖角。當(dāng)qv<qvd時，1<1a，=1a-1>0為正沖角，損失較小。當(dāng)qv>qvd時，1

>1a，=1a-1<0為負沖角，損失較大。設(shè)計時，一般取正沖角=3~5損失三、流動損失全部流動損失hw，則：hw=hf+hj+hs存在流動損失最小工況。損失三、流動損失其中qvd——設(shè)計流量，n—轉(zhuǎn)速

損失三、流動損失——減小措施

合理設(shè)計葉片形式和過流部件的形狀；

降低流道表面的粗糙度；

選擇合理的葉片入口安裝角。效率結(jié)論：泵與風(fēng)機的總效率等于機械效率m、容積效率v、流動效率h三者的乘積。目前：離心泵：60%~90%離心風(fēng)機：70%~90%，高效可達90%以上軸流泵：70%~89%大型軸流風(fēng)機

：90%左右

課堂提問1、有一離心通風(fēng)機，全壓p=2000Pa，流量qv=47100m3/h，現(xiàn)用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，試計算風(fēng)機的有效功率、軸功率及應(yīng)選配多大的電動機。風(fēng)機總效率=70%，取電動機容量富裕系數(shù)K=1.15，傳動效率tm=98%。2、有一離心泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1450r/min時，qv=1.24m3/s，H=70m，此時軸功率P=1100kw，v=93%，m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？第二節(jié)性能曲線意義不同的泵和風(fēng)機性能不同性能如何反映？性能參數(shù)：

n、qv、H（p）、P、η、NPSH……性能曲線：

全面、直觀、形象定義在一定的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速條件下，泵和風(fēng)機的揚程（全壓）、軸功率、效率等參數(shù)，隨流量變化關(guān)系的曲線。獲得方法理論分析——不準(zhǔn)確實驗測繪qv-H(p)，qv-P，qv-η

一、離心式無限多葉片：幾何尺寸、轉(zhuǎn)速一定：其中A、B為與葉輪結(jié)構(gòu)/安裝角有關(guān)的常數(shù)。1.qv-H1.qv-H徑向式（b）后彎式（a）前彎式（c）β2a∞↑，B↓，a線變平緩，c線變陡峭隨β2a∞↑，理論揚程曲線由陡直下降變?yōu)槠交陆?，甚至平穩(wěn)增加，直至急劇增加實際揚程曲線（以后彎式為例）1.qv-HHT∞—qvT

HT—qvT

摩擦、渦流損失沖擊損失泄漏損失HqvH—qvTH—qv

有限葉片、摩擦損失、渦流損失、沖擊損失、泄漏損失實驗測得揚程曲線1.qv-H前彎后彎實驗測得揚程曲線1.qv-H●曲線a：陡降25%-30%的斜度，qv變化小，H變化大?！袂€b：平緩8%-12%的斜度，qv變化很大，H變化很小。●曲線c：有駝峰qv增加，H由小增加到最大值HK后減小，K點左邊為不穩(wěn)定工作區(qū),只允許qv>qvk區(qū)域工作。2.qv-P流動功率機械損失△Pm與qv無關(guān)2.qv-P前彎徑向后彎2.qv-P泄漏損失△qv，曲線左移實際曲線：2.qv-P前彎，隨流量增加，軸功率迅速增加，易過載后彎，隨流量增加，軸功率緩慢增加空載（qv=0）時，P0≠0，功率轉(zhuǎn)化為流體溫升。故：離心式泵與風(fēng)機應(yīng)將出口閥門全部關(guān)閉，空載啟動，以避免原動機過載。3.qv-η當(dāng)qv=0和H=0時，η=0，因此，理論上，效率曲線是一條過原點且與橫坐標(biāo)有兩個交點的拋物線。實際上，效率曲線不可能出現(xiàn)第二個零點。但存在一個最高效率點。3.qv-η后彎，效率高，高效區(qū)寬前彎，效率低，高效區(qū)窄最佳工況點：效率最高的工況點。高效區(qū)：最高效率的85%-90%的經(jīng)濟工作區(qū)故：泵幾乎不采用前向式葉輪；即使風(fēng)機，也趨于后向式葉輪。4.性能曲線圖4.性能曲線圖工況點、經(jīng)濟工作區(qū)小流量運行（旁路）空載啟動（防過載）后彎式葉輪（3形式）前彎式葉輪（喘振）二、軸流式1.qv-H

倒“s”形或“馬鞍”形原因：

d為設(shè)計工況點，

d-c流量減小，沖角增大，升力系數(shù)增加，能頭增加

c-b流量減小，附面層分離，升力系數(shù)降低，能頭降低

b-a流量繼續(xù)減小，流體二次回流，重新獲得能量，能頭增加。

d-e流量增大，沖角減小，升力系數(shù)降低，能頭降低2.qv-P空載功率：qv=0時功率，（螺旋槳）

qv=0時，p=max,空載功率最大隨著流量增加，軸功率下降啟動：軸流，隨著流量增加，軸功率下降，故：應(yīng)閥門全開時或小安裝角下啟動，避免電機過載。3.qv-η

qv=0，η=0安裝角不變下,高效區(qū)窄,流量偏離設(shè)計工況時，效率迅速下降。但葉片角度可調(diào)，流量變化較大時，調(diào)節(jié)葉片安裝角，性能曲線移動，仍可保持高效（P123）4.性能曲線圖特點：駝峰形狀，c點的左邊不穩(wěn)定工作區(qū)段閥門全開或小安裝角時啟動如采用可調(diào)葉片，則可在很大流量范圍內(nèi)保持高效率動葉片的安裝角度FAF30-13-1軸流風(fēng)機性能曲線(660MW送風(fēng)機)入口導(dǎo)流器的角度離心式與軸流式曲線對比性能曲線泵與風(fēng)機性能曲線理論性能曲線實驗性能曲線●泵與風(fēng)機內(nèi)部流動非常復(fù)雜，目前理論尚無法定量計算?！駨睦碚撋隙ㄐ苑治霰门c風(fēng)機性能參數(shù)的變化規(guī)律及其影響因素的曲線，稱理論性能曲線。有助于深入了解實驗性能曲線?！裢ㄟ^實驗獲得的性能曲線?！裨趯嶒灁?shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過某種換算得到的性能曲線。基本性能曲線：相對性能曲線：了解泵與風(fēng)機性能與構(gòu)造之間的關(guān)系使用。通用性能曲線：泵與風(fēng)機變速、變角（可動葉）工況調(diào)節(jié)使用。無因次性能曲線：風(fēng)機選型設(shè)計、系列之間進行比較使用。全面性能曲線：了解水泵“正?！迸c“反?！毙阅艿那€。泵綜合性能曲線：選擇水泵時使用。風(fēng)機性能選擇曲線：選擇風(fēng)機時使用。●泵與風(fēng)機產(chǎn)品樣本上所載的性能曲線；直觀反映總體性能?！褚詑v為橫坐標(biāo)、H(p).P.η.[HS]或[△h]為縱坐標(biāo)的一組曲線?！駥Ρ门c風(fēng)機選型、經(jīng)濟合理運行（工況調(diào)節(jié)）有重要作用。第三節(jié)測試方法

性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量性能參數(shù)測量課堂問答圓盤摩擦損失屬于()A.機械損失B.容積損失C.流動損失D.既屬于機械損失，又屬于流動損失風(fēng)機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速及喘振的主要原因是其性能曲線為駝峰型，上述的風(fēng)機的性能曲線是指()A.qv—p曲線B.qv—P曲線C.qv—η曲線D.包括qv—p、qv—P、qv—η曲線在內(nèi)某臺水泵在運行過程中，出現(xiàn)了軸承潤滑不良，軸承處的機械摩擦比較嚴重，轉(zhuǎn)速沒有明顯變化，這時相應(yīng)地會出現(xiàn)（）。

A.

流量減小、揚程降低、電動機功率增大；B.流量減小、揚程降低、電動機功率減?。籆.流量減小、揚程降低、電動機功率變化不明顯；D流量和揚程不變、電動機功率增大。某臺水泵在轉(zhuǎn)速不變時，當(dāng)輸送的水溫度增加時，其軸功率()A.增加B.降低C.不變D.先降低，后增加對β2a>90°的前彎式葉片，qvT－HT∞的關(guān)系曲線為()A.水平直線B.自左向右上升的直線C.自左向右下降的直線D.自左向右下降的曲線某水泵，轉(zhuǎn)速不變，當(dāng)輸送的水溫增加時，泵最高效率點的揚程值（）A．增加B．降低C．先增加后降低D．不變流動功率指軸功率減去（）A．B．C.D．三者之和駝峰型qv－H性能曲線的特點是：在曲線最高點K點（）A．為不穩(wěn)定工作點，其余均為穩(wěn)定工作區(qū)域B．右側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)域C．附近為不穩(wěn)定工作區(qū)域D．左側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)域

為什么電廠鍋爐給水泵的曲線應(yīng)是平坦型的？為什么前彎式葉片的風(fēng)機容易出現(xiàn)電動機超載？（前彎式葉片風(fēng)機在選擇原動機時應(yīng)注意什么問題？有效功率大小相同時，為什么前彎式葉片風(fēng)機要比后彎式葉片風(fēng)機選配更大容量的電動機？）軸流式泵與風(fēng)機的曲線與離心式的有何區(qū)別？由此說明這兩種類型的泵與風(fēng)機在啟動和調(diào)節(jié)方法上有何區(qū)別？某臺風(fēng)機在轉(zhuǎn)速不變時，當(dāng)輸送的空氣溫度增加時，其全壓()A.增加B.不變C.降低D.先增加后降低當(dāng)泵啟動運行正常后，根據(jù)裝在()的測量儀表的壓力讀數(shù)，可以計算出泵的揚程。

A.吸水池和壓水池的液面處

B.泵的入口處(唯一)C.泵的出口處(唯一)D.泵的入口和出口處泵與風(fēng)機的主要性能參數(shù)之一的功率是指（）A.泵或風(fēng)機的輸出功率 B.泵或風(fēng)機的輸入功率C.配套電動機的輸出功率 D.配套電動機的輸入功率離心式泵與風(fēng)機在定轉(zhuǎn)速下運行時，為了避免啟動電流過大，通常在()A.閥門稍稍開啟的情況下啟動B.閥門半開的情況下啟動

C.閥門全關(guān)的情況下啟動D.閥門全開的情況下啟動對動葉可調(diào)的軸流式風(fēng)機，為了避免啟動電流過大，應(yīng)()啟動。

A.關(guān)閉動葉片

B.全開動葉片

C.半開動葉片

D.將動葉片調(diào)到效率最高的角度時對一臺qv—H曲線無不穩(wěn)區(qū)的離心泵，通過在泵的出口端安裝閥門進行節(jié)流調(diào)節(jié)，當(dāng)將閥門的開度關(guān)小時，泵的流量qv和揚程H的變化為()

A.qv與H均減小B.qv與H均增大

C.qv減小，H升高D.qv增大，H降低泵與風(fēng)機的（）大