第二章泵与风机性能

Pe Pi
P
内效率
泵与风机的有效功率与内功率之比称为泵与风机的内
效率（风机称为全压内效率）。 用i 表示，即： P i e 100% Pi
静压效率:静压效率是指风机的静压有效功率和轴功率之比，用 st表示，即：
静压内效率 : 静压内效率等于静压有效功率与内功率之比，用 ist表示，即： Pest ist 100%



增加密封的轴向长度，可增大间隙内沿程阻力 在间隙入口和出口采取节流措施，增大间隙内流动 的局部阻力 采取不同形式的密封环
泄漏量： q A 2 g H 容积效率： v
P Pm Pv gqv HT q v P Pm gqvT HT qvT
与比转数的关系： v
P Pe
kW


P
26.16 34.42 0.76
1.15
kW
kW
Pg K
tm
34.42 1.15 35.13 40.39 0.98
2、有一离心泵，当转速为1450r/min时，q.v.=1.24m3/s，H=70m，此时轴 功率P=1100kw， v=93%， m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？
7 6
与比转数的关系：
随着比转数减少（叶轮直径增加），机械损失增加，机 械效率减小。
2、容积损失（泄漏损失）


流体从高压区侧通过运动部件与静止部件之间的间隙泄漏到低压 区，从而使流量有一定的损失，使qv<qvT，q叫容积损失。它只 与流量有关，也叫流量损失。 主要泄漏位置： 叶轮入口与外壳密封环之间的间隙（A线） △ PV1； 平衡轴向力装臵泄漏△ PV2； 轴封泄露△ PV3（相对较小）; 多级泵前后级之间隔板、轴套间隙；图中 B线，此部分泄露又回到回路中，不影响 流量。
前弯式叶轮
HT∞
2a 900
cot 2a 0
b
B<0
qvT
H随流量增加而线性增大； 随安装角增加，直线斜率增大，H增加趋势加快。
HT∞
c
β2 a∞=900
随安装角增加，扬程由陡直 下降变为平滑下降，甚至平 稳增加，直至急剧增加
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b
a
A/B
qvT
实际H—qv曲线 叶片有限时，环流系数K<1，是结构参数的函数，与 叶片数、r1/r2有关，与流量无关。使曲线下移 由于摩擦损失、冲击损失，使H<HT，曲线继续下移； 由于泄漏损失，曲线向左移动。
后弯式叶轮
HT∞
c β2 a∞=900
2a 900
cot 2a 0
A A/B
b
qvT
B>0
H随流量增加而线性减少； 随安装角增加，B减小，H减少趋势减缓。
a
HT
2 u2 cot 2 a u2 qvT g g D2b2
H T A BqvT
c β2 a∞=900 A A/B a
相对性能曲线：了解泵与风机性能与构造之间的关系使用。 通用性能曲线：泵与风机变速、变角（可动叶）工况调节使用。 无因次性能曲线：风机选型设计、系列之间进行比较使用。 全面性能曲线：了解水泵“正常”与“反常”性能的曲线。 泵综合性能曲线：选择水泵时使用。 风机性能选择曲线：选择风机时使用。
泵与风机性能曲线
理论性 能曲线
实验性 能曲线
●泵与风机内部流动非常复杂，目前理论尚无法定量计算。 ●从理论上定性分析泵与风机性能参数的变化规律及其影响因 素的曲线，称理论性能曲线。有助于深入了解实验性能曲线。 ●通过实验获得的性能曲线。 ●在实验数据基础上，通过某种换算得到的性能曲线。
泵与风机 性能曲线
●泵与风机产品样本上所载的性能曲线；直观反映总体性能。 基本性能曲线：●以qv为横坐标、H(p).P.η.[HS]或[△h]为纵坐标的一组曲线。 ●对泵与风机选型、经济合理运行（工况调节）有重要作用。
第二章泵与风机的性能
• 理解并掌握泵与风机的各种功率、损失、效率及 相互关系;
• 理解泵与风机的理论性能曲线与实际性能曲线，
以及两者之间的差异和差异产生的原因; • 熟悉并掌握叶片式泵与风机实际性能曲线的特性。
一、功率、损失、效率
功率：单位时间内所做的功。

有效功率：单位时间内流体通过泵或风机实际获 得的能量。
后弯式为例 H
HT∞—qvT
HT—qvT 摩擦、涡流损失
H—q vT H—qv
冲击损失 泄漏损失
qv
后弯式为例
0.42 3 qvd h 1 ，其中De (4 ~ 4.5) 10 2 (lg De 0.172) n
q h 1 0.0835lg 3 vd n
其中qvd——设计流量，n—转速
流动损失减小措施
合理设计叶片形式和过流部件的形状； 降低流道表面的粗糙度； 选择合理的叶片入口安装角。

泵：
Pe
gqv H
1000
, kW

风机：全压功率
qv p Pe , kW 1000
静压功率 Pe,st
qv pst , kW 1000
风机的静压 风机的全压减去风机出口截面处的动压pd2称为风 机的静压。用pst表示，即：
pst p pd2 p2 p1 1 2 v1 （Pa） 2
ηtm传动效率：电动机直联1.0，联轴器直联0.98，皮带传动0.95。

配套电机功率：
PM K
P
tm
安全系数K一般电厂中取1.15
内功率 实际消耗于流体的功率称为泵与风机的内功率，用 Pi表示。它等于有效功率加上除轴承、轴封外在泵与风机内损 失掉的功率。即：
Pi =Pe+P （kW）
Pe gqv H 1000 9.81 1.24 70 0.774 解： P 1000P 1000 1100 0.774 h 0.885 v m 0.93 0.94
二、泵与风机的性能曲线
泵与风机的基本性能参数之间都相互存在着一定的内在联系，若用曲线 形式表示其性能参数间的相互关系，称这类曲线为泵与风机的性能曲线。
实践证明：正冲角时，由于涡流发生在吸力边，能量损 失比负冲角（涡流发生在压力边）时为小。因此，设计时， 一般取正冲角=3~5。
若全部流动损失用 hw 表 示，则： hw= hf+ hj+ hs 存在流动损失最小工况。
流动损失曲线
流动效率：
P Pm Pv Ph Pe gqv H H h P Pm Pv P Pm Pv gqv H T H T
比
转 数
泵的比转数
3.65n qV ns 3/ 4 H
风机的比转数：
n qV ny 3/4 p20
20 p20 p
总损失： 机械效率：
Pm P Pdf
m
P Pm gqvT H T P P
m 1 0.07
1 ns 100
1 1 0.68n
2 3 s
随着比转数减少（叶轮 直径增加），叶轮间隙 两侧压差增加，容积损 失增加，容积效率减小。
3、流动损失

是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。 流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失 边界层分离、二次涡流所产生的漩涡损失 流量改变，流动角不等于安装角时，产生的冲击损失
风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差。 （
）

轴功率(输入功率)：原动机传递到泵或风机轴上的功率
gqv H P , kw 1000
Pe
qv p P , kw 1000
原动机功率：原动机的输出功率
Pg P
tm
gqv H 1000 tm
qv p Pg 1000 tm
△ PV=△ PV1+ △ PV2+ △ PV3
叶轮入口与外壳之间的间隙处q1(△ PV1)； 多级泵的级间间隙处q2； 平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间
隙处等q3。(平衡轴向力装置泄漏△ PV2；轴封泄露△ PV3）;
主要预防措施


维持动静部件间的最佳间隙，随着运行时间延长， 间隙增大，效率会降低。 增大间隙中的流阻
H T A BqvT
其中A、B为与叶轮结构/安装角有关的常数。
径向式叶轮
2a 900
HT∞
c
β2 a∞=900
cot 2a 0
2 u2 H T＝ g
b
A
A/B
a
qvT
H不随流量改变
HT
2 u2 cot 2 a u2 qvT g g D2b2
H T A BqvT
Pi
损失、效率


机械损失—与叶轮转动有关但与流体量无直接关联的损失 容积损失（泄漏损失）—与流量有关的损失 流动损失—与流体粘性、管路结构（与输送流体直接相关） 的损失
经验方法，即用经验公式计算
为尽量减 少损失提 需研究产生损失的 高效率η
原因 程度
功率 需讨论 损失 效率
及相互间关系。
P
Ph qVT HT
P qV HT
Pe qV H
Ph Pm
机械损失功率
PV
容积损失功率
流动损失功率
1、机械损失
轴封、轴承的机械摩擦损失△P 叶轮前、后盖板与流体摩擦产生的圆盘摩擦损失△Pdf 。
机械摩擦损失△P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润滑
状况、流体密度等有关。一般为轴功率的1~3%。 圆盘摩擦△Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动， 以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的2~10%。 圆盘摩擦损失大小（经验公式）：
Pdf Ku D 10 ΔPdf∝n3D25
3 2 2 2 －6
即与叶轮外径的五次方成正比，与叶轮转速的三次方成正比，与流体 密度成正比。圆盘摩擦系数K=f(Re、B/D2 、粗糙度）（其中B为间 隙），一般可取K=0.85。
主要预防措施：


采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采用多级 叶轮，而非增大叶轮直径来提高能头。必要时 提高转速，减小叶轮直径。 提高比转数 保持接触面光滑，减少摩擦。
概念：泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。
Pe Pe P Pm Pv P Pm hvm P P Pm Pv P Pm P
结论：泵与风机的总效率等于机械效率m 、容积效率 v 、流 动效率 h三者的乘积。 目前泵与风机效率范围：
摩擦损失
与流体输 送量有关
l v2 hf K1qv2 4R 2 g
2 h j K 2 qv 冲击损失 hs K 4 (qv qvd ) 2
涡流损失
不仅与流体输送量有关，还与该流量与 设计流量的偏差有关
流量、冲角与冲击损失的关系
冲角：相对速度方向与叶片
进口切线方向间的夹
角称为冲角。 流量、冲角 与冲击损失的关系： 当qv<qvd 时，1 < 1a， = 1a- 1 >0 为正冲角，损失较小。 当qv=qvd 时，1 = 1a， = 1a- 1 =0 为零冲角，损失为零。 当qv>qvd 时，1 > 1a， = 1a- 1 < 0 为负冲角，损失较大。

H(p) — q v， P — q v ， η — q v 的关系曲线。用于 合理选择泵与风机，使其工作在最高效率范围 内。
离心式泵与风机性能曲线 轴流式泵与风机性能曲线
1、流量与扬程（H—qv）曲线
无限多叶片，理想流体时HT∞—qvT曲线
H T
2 u 2 cot 2a u2 u2 1 u 2 v2u (u 2 v2m cot 2a ) qvT g g g gD2 b2
离心泵 约为60%~90%。 离心风机 约为70%~90%，高效离心风机 可达90%以上。 轴流泵 约为70%~89%，大型轴流风机 可达90%左右 。 1、提高泵与风机的总效率应从哪几方面考虑？ 2、为什么通常大的（高ns）泵与风机的总效率比小的高？
思考题：
例题
1、有一离心通风机，全压p=2000Pa，流量q.v.=47100m3/h，现用联轴器 直联传动，试计算风机的有效功率、轴功率及应选配多大的电动机。风机总 效率=70%，取电动机容量富裕系数K=1.15，传动效率tm=98%。 解：Pe pqv 2000 47100 3600 26.16 1000 1000