第二章 泵及風機性能

泵與風機的性能高明山東大學第二章

泵與風機的性能

功率、損失、效率

泵與風機性能曲線

一、功率、損失、效率功率：單位時間內(nèi)所做的功。有效功率：單位時間內(nèi)流體通過泵或風機實際獲得的能量。泵：風機：全壓功率靜壓功率軸功率(輸入功率)：原動機傳遞到泵或風機軸上的功率

原動機功率：原動機的輸出功率

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

安全系數(shù)K一般電廠中取1.15

損失、效率機械損失—與功率有關(guān)的損失容積損失（泄露損失）—與流量有關(guān)的損失流動損失—與揚程有關(guān)的損失經(jīng)驗方法，即用經(jīng)驗公式計算

流動損失△Ph機械損失△Pm

容積損失△Pv

P-△Pm

PP-△Pm-

△PvPe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。1、機械損失軸封、軸承的機械摩擦損失△P；葉輪前、后蓋板與流體摩擦產(chǎn)生的圓盤摩擦損失△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%。圖2-2圓盤摩擦損失大小（經(jīng)驗公式）：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采用合理的葉輪，對高壓泵與風機，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)，P57保持接觸面光滑，減少摩擦。主要預(yù)防措施：總損失：機械效率：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。2、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，使q<qT，q叫容積損失。它只與流量有關(guān)，也叫流量損失。

主要泄漏位置：葉輪入口與外殼密封環(huán)之間的間隙（A線）△PV1；平衡軸向力裝置泄漏△PV2；軸封泄露△PV3（相對較?。?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?！鱌V=△PV1+△PV2+△PV3主要預(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)（課本P60）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。P57圖2-33、流動損失是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。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沖擊損失

與流體輸送量有關(guān)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)流量、沖角與沖擊損失的關(guān)系沖角：相對速度方向與葉片進口切線方向間的夾角稱為沖角。流量、沖角與沖擊損失的關(guān)系：當qv<qvd時，1<1a，=1a-1>0為正沖角，損失較小。當qv=qvd時，1=1a，=1a-1=0為零沖角，損失為零。當qv>qvd時，1

>1a，=1a-1<0為負沖角，損失較大。流動效率：其中qv——設(shè)計流量，n—轉(zhuǎn)速

概念：泵與風機的總效率等于有效功率與軸功率之比。結(jié)論：泵與風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。目前泵與風機效率范圍：離心泵

約為60%~90%。離心風機

約為70%~90%，高效離心風機

可達90%以上。軸流泵

約為70%~89%，大型軸流風機

可達90%左右

。思考題：1、提高泵與風機的總效率應(yīng)從哪幾方面考慮？2、為什么通常大的（高ns）泵與風機的總效率比小的高？例題

1、有一離心通風機，全壓p=2000Pa，流量q.v.=47100m3/h，現(xiàn)用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，試計算風機的有效功率、軸功率及應(yīng)選配多大的電動機。風機總效率=70%，取電動機容量富裕系數(shù)K=1.15，傳動效率tm=98%。解：

2、有一離心泵，當轉(zhuǎn)速為1450r/min時，q.v.=1.24m3/s，H=70m，此時軸功率P=1100kw，v=93%，m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？解：

二、泵與風機的性能曲線

泵與風機的基本性能參數(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，稱這類曲線為泵與風機的性能曲線。泵與風機性能曲線理論性能曲線實驗性能曲線●泵與風機內(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：了解泵與風機性能與構(gòu)造之間的關(guān)系使用。通用性能曲線：泵與風機變速、變角（可動葉）工況調(diào)節(jié)使用。無因次性能曲線：風機選型設(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。風機性能選擇曲線：選擇風機時使用?！癖门c風機產(chǎn)品樣本上所載的性能曲線；直觀反映總體性能。●以qv為橫坐標、H(p).P.η.[HS]或[△h]為縱坐標的一組曲線?！駥Ρ门c風機選型、經(jīng)濟合理運行（工況調(diào)節(jié)）有重要作用。泵與風機性能曲線H(p)—qv，P—qv，η—qv的關(guān)系曲線。用于合理選擇泵與風機，使其工作在最高效率范圍內(nèi)。離心式泵與風機性能曲線軸流式泵與風機性能曲線1、流量與揚程（H—qv）曲線其中A、B為與葉輪結(jié)構(gòu)/安裝角有關(guān)的常數(shù)。無限多葉片，理想流體時HT∞—qvT曲線

徑向式葉輪H不隨流量改變qvT

A/B

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900后彎式葉輪H隨流量增加而線性減少；隨安裝角增加，B減小，H減少趨勢減緩。qvT

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900

A/B前彎式葉輪H隨流量增加而線性增大；隨安裝角增加，直線斜率增大，H增加趨勢加快。qvT

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900

A/B實際H—qv曲線葉片有限時，環(huán)流系數(shù)K<1，是結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，與葉片數(shù)、r1/r2有關(guān)，與流量無關(guān)。使曲線下移由于摩擦損失、沖擊損失，使H<HT，曲線繼續(xù)下移；由于泄漏損失，曲線向左移動。

qvT

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900

A/B隨安裝角增加，揚程由陡直下降變?yōu)槠交陆?，甚至平穩(wěn)增加，直至急劇增加HT∞—qvT

HT—qvT

摩擦、渦流損失沖擊損失泄漏損失后彎式為例HqvH—qvTH—qv

后彎式為例三種揚程H—流量qv的性能曲線●總趨勢：H隨q.v.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，q.v.變化小，H變化大,適應(yīng)H變化大，qv變化小的場合?！衿骄彽那€：8%-12%的斜度，qv變化很大，H變化很小,適應(yīng)q.v.變大，H變化小的場合?！裼旭劮迩€：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q.v.>qvk區(qū)域工作。2、流量與功率（P—qv）曲線由于：定義流動功率：根據(jù)前面分析：則：所以：因：△Pm與qvT無關(guān)，因此可先求流動功率Ph與qvT的關(guān)系徑向式葉輪

這是一條過原點的直線，隨流量增加，流動功率直線增加

理想工況下后彎式葉輪Ph曲線為一條過原點的拋物線，與qvT有兩個交點，一個是qvT＝0，另一個是前彎式葉輪Ph曲線為一條過原點的上升曲線，隨qvT增加而急劇增大實際狀況下（以后彎式為例）在qvT~Ph性能曲線上加一等值的△Pm

即得qvT~P曲線；從qvT~P曲線上對應(yīng)qvT減泄漏損失q即得qv~P曲線。在空載狀態(tài)（qvT＝0）下，軸功率由兩部分組成：

h導(dǎo)致溫度升高3、流量與效率（η—qv）曲線

當qv＝0和H＝0時，η＝0，因此，理論上，效率曲線是一條過原點的拋物線。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。希望效率高；高效范圍寬離心式葉輪性能曲線分析

一定流量下，對應(yīng)一個揚程，功率和效率，稱為一個工況點；最高效率對應(yīng)最佳工況點；最高效率左右（85～90％區(qū)域）稱為高效工作區(qū)；要求泵與風機在高效工作區(qū)工作。qvT＝0時（閥門全關(guān)），為空轉(zhuǎn)狀態(tài)，消耗功率，這部分功率轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，使水溫升高，可能產(chǎn)生汽化，因此，泵運行有一個最小流量要求；如系統(tǒng)要求流量小于最小流量，則應(yīng)開啟旁路。

啟動：從功率曲線看，離心式葉輪空轉(zhuǎn)時，軸功率最?。ㄔO(shè)計軸功率的30%左右），應(yīng)在空載狀態(tài)啟動；而軸流式葉輪空轉(zhuǎn)時，軸功率最大，應(yīng)打開閥門啟動。

后彎式葉片：一般泵葉輪，采用后彎式葉片，其揚程曲線總體上隨流量增加而下降；但其形狀與安裝角有關(guān)，隨安裝角增加，曲線由陡直下降趨于平坦，最后可能出現(xiàn)“駝峰”形式（圖2-17）。平坦的曲線適用于鍋爐給水泵，在流量大范圍波動時，揚程保持穩(wěn)定；陡直的曲線適用于循環(huán)水泵，在系統(tǒng)阻力波動（導(dǎo)致?lián)P程波動）時，流量變化較??；對“駝峰”形曲線，駝峰點（K）左側(cè)（即零流量到駝峰流量之間）為不穩(wěn)定區(qū)域，禁止在此范圍運行。

前彎式葉片：H—qv曲線一般為“駝峰”形曲線；軸功率增加很快，電機容易超載，應(yīng)取較大安全系數(shù)；而后彎式葉片功率曲線增加緩慢，且有一最大功率點，電機不易超載。前彎式葉輪風機效率遠低于后彎式。

電動泵性能曲線

前置泵性能曲線

汽動泵性能曲線

汽動泵調(diào)速性能曲線

軸流式泵與風機性能曲線

隨流量的變化帶有拐點，即隨流量的減少揚程首先增大，然后再降低，最后又上升到零流量(關(guān)死點)下的最大值。關(guān)死點揚程可達設(shè)計工況下?lián)P程的2倍左右，關(guān)死點功率也相應(yīng)最大。特點(1)qv—H(qv—p)性能曲線，在小流量區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)駝峰形狀，在c點的左邊為不穩(wěn)定工作區(qū)段，一般不允許泵與風機在此區(qū)域工作。(2)功率P在空轉(zhuǎn)狀態(tài)(qv＝0)時最