4 第四章 泵与风机的性能

扬程增大，但叶轮圆盘摩擦损失迅速增大 （2）降低叶轮圆盘的摩擦损失的措施？（P59） a)降低叶轮与壳体内侧表面的粗糙度 b)控制叶轮与壳体之间的间隙（尽量小）
2.容积损失与容积效率
在旋转与静止的部件之间不可避免地有间隙存在，高压区 的流体会通过间隙流入低压区。从高压区流入低压区的这 部分流体，虽然在叶轮中获得了能量，但却消耗在流动的 阻力上，这种能量损失称为容积损失。
4）注意离心风机的几个主要尺寸与形状。
4.风机的静压效率与内效率
离心风机在最佳工况点附近工作时，动压约占风机全压的10 ％－20％左右。如果风机出口的动压不加以利用，则损失更 大。 静压效率：静压有效功率与轴功率的比
qV pst Pest st P P
qV pst Pest 1000
Zp Z
下角标“P”表示实型泵或风机的参数
2.运动相似
模型和实型的泵或风机过流部分，相对应点上的速度三角形 相似。
v1 p
1 p v2 p u p Dp n p v1 1 v2 u D n
3. 动力相似
模型和实型的泵或风机的过流部分，相对应点流体微团上作用 的同名力比值相等，方向相同。 重力、压力、惯性力和粘性力等等 Re数相等
gqVT H T
1000
理论轴功率： PT
1 H T H T KH T 1 P
HT A BqVT
PT
gqVT ( KA KBqVT )
1000
P P Pm T
P ~ qVT再扣除容积损失得 ~ qV P
3.
qV 性能曲线的绘制

gqV H
u 2 p v2 p
Hp
Dp n p Dp n p D n u2 v2u ; u1 p v1 p D n u1v1u
静压力
内效率：风机的有效功率与内功率之比
Pe i Pi
Pi Pe Pi
Pi ——风机内部损失的功率（包括流动损失、轮盘摩 擦损失、泄漏损失的功率）
5.泵与风机的总效率
Pe Pe P Pm P P Pm hVm P P Pm P P Pm P V
（1）空转状态
(P67)
进口阀门关闭时的工况，称为空转状态。 效率＝0，机械能全部转变为流体内能，使流体温度升 高，发热。不能空转，而且不能小于某一最小流量。 （2）最高效率区（经济工作区） 效率～流量曲线上有一最高效率点，泵与风机在此工况下运 转，经济性最佳。选择泵与风机时，应考虑它们经常运行在 最高效率点及其附近的区域。一般规定工况点的效率应不小 于最高效率的0.92~0.95，据此所得的工作范围，称为经济 工作区，或最高效率区。
计算方法：
1）离心泵叶轮圆盘的摩擦损失功率
斯托道拉公式：
3 2 Pdf 4.9 104 u2 D2
2）离心风机叶轮圆盘的摩擦损失功率 斯托道拉公式：
3 2 Pdf 106 gu2 D2
—系数，根据斯托道拉推荐取0.81-0.88。
泵与风机的机械损失大小用机械效率来表示：
离心泵的流动效率一般在0.80～0.95； 离心风机的流动效率一般在0.70～0.85 流动损失比机械损失和容积损失大。
讨论：为提高泵与风机的流动效率，一般可采取什 么方法和措施？（P63）
1）合理设计叶片形状和流道、流体在过流部件各部位的速 度要确定合理，变化要平缓。 2）保证正确的制造尺寸，注意流道表面的粗糙度。 3）提高检修质量。
（2）叶轮圆盘的摩擦损失是主要的机械损失。
叶轮圆盘的摩擦损失
产生的原因：叶轮的两侧与泵壳（蜗壳）间充有泄漏的
液体，这些流体受到叶轮两侧的作用力后，产生从轴心向 壳体壁的回流运动，作回流运动的流体旋转角速度约为叶 轮旋转角速度的一半。作回流运动的流体要消耗叶轮给它 的能量，因为流体在回流时要产生摩擦、改变流动方向， 要损耗能量。
HT A BqVT
考虑转速 不变时
理想状况的性能曲线
实际状况的性能曲线
1.考虑叶片数有限数时的修正
H T H T 1 KH T 1 P
2.考虑粘性流体时的修正 流动损失：沿程阻力损失、局 部阻力损失、冲击损失等 3.考虑容积损失时的修正
qv
实际状况的性能曲线
2.
P qV 性能曲线的绘制
一、叶片进口安装角
二、叶片进口边的布置
三、叶轮出口宽度
四、离心叶轮与导叶的匹配
五、叶片出口安装角、叶片数和叶片包角
六、锉削叶片出口厚度
第四节 泵与风机的相似定律
由于粘性流体在泵与风机中的流动情况相当复杂，无法进 行精确计算。进行最佳设计时需要进行试验，如果以实型泵 进行试验，往往难以进行。利用相似原理可以将模型的试验 结果换算到实型泵或风机上，这样就经济可行了。
为了正确选择和使用泵或风机。
性能曲线：凡是将泵或风机主要参数间的相互关系用曲线 来表达，即称为泵或风机的性能曲线。所以性能曲线是在 一定的进口条件和转速时，泵或风机供给的扬程或全压、 所需轴功率、具有的效率与流量之间的关系曲线。 理论方法绘制性能曲线
试验方法绘制性能曲线
H qV、p qV、P qV、及－qV
1000 P
qV p 1000 P
二、实测绘制性能曲线
1.综合性实验：泵与风机综合性能测试
逐点变更泵或风机的流量（用改变调节阀的开度达到）， 则相应的扬程、全压、功率、效率亦发生变化，从而得到在 某一转速下扬程、全压、功率、效率与流量的关系。
风机性能曲线进气、排气实测系统
教材 P68
2.性能曲线的分析
泵与风机在工作时会产生机械损失、容积损失和流动损失， 这些损失的大小分别用机械效率、容积效率和流动效率来 衡量。
1.机械损失与机械效率
泵与风机的机械损失包括轴与轴承的摩擦损失、轴与轴端 密封的摩擦损失及叶轮圆盘的摩擦损失。
P （1）轴与轴承的摩擦损失、轴与轴端密封的摩擦损失与轴 承的型式、轴端密封的型式和结构有关，这项功率损失不 大，约占泵与风机轴功率P的1％－5％。
问：离心泵与风机的容积损失是由什么引起的？ 答： 泄漏
泄漏主要发生在：P62
（1）叶轮入口处的密封间隙
（2）平衡轴向力装置的间隙 （3）导叶隔板与轴（轴套）间隙（但不属于容积损失） （4）轴端密封间隙
泵与风机的容积损失大小用容积效率来表示：
未考虑流体粘 性的扬程
P Pm Pv gqv H T qv qv v P Pm g (qv qv ) H T qv qv qVT
（3）三种类型的性能曲线形状
Ⅰ：平坦形性能曲线
Ⅱ：陡降形性能曲线
Ⅲ：驼峰状性能曲线
Ⅰ：流量变化较大时，扬程、全压变化较小
锅炉给水泵
Ⅱ：流量变化较大时，扬程、全压变化较大 （水位波动较大情况下的循环水泵） Ⅲ：在上升段工作不稳定，上升段不出现或越窄越好。后弯式一般不出现，而前弯 式不可避免出现。
第三节 叶轮结构参数对离心泵与风机性能的影响
qV pst 离心风机静压有效功率： Pes功率 风机内功率是指风机转子实际传递给气体的功率
Pi Pe Pi
Pi ——风机内部损失的功率（包括流动损失、轮盘摩 擦损失、泄漏损失的功率）
3.轴功率
原动机传到泵或风机轴端上的功率，亦称泵与风机的输入 功率。一般说泵与风机的功率是指其轴功率。轴功率与有 效功率的关系为： P P e ——泵或风机的总效率
qVp D p n p Vp D n qV V
3
2.相似第二定律（扬程/全压相似定律）
u2v2u u1v1u 泵的扬程公式: H h g H p u2 p v2up u1 p v1up hp H u2v2u u1v1u h
对于泵与风机一般认为动力相似自动满足！！ （Re数很大）
二、相似定律
1.相似第一定律（流量相似定律）
qV D2b2v2m2V
qVp
排挤系数
容积效率
3
D2 p b2 p v2 mp 2 pVp D p n p Vp D n qV D2b2v2 m 2V V
第四章：泵与风机的性能
材料与能源学院能源工程系 黄金 2007年8月
第一节 功率与效率
在第一章中做过介绍
泵与风机的运行经济性往往用效率来评价。 国内火电厂的厂用电约占总发电量的5％－10％。目前国 内平均水平为7.5％。 火力发电厂中的锅炉给水泵、凝结水泵与循环水泵所耗 电量约占大容量机组全部厂用电的50％左右。
一、相似条件
物理现象相似：对于同类的物理现象，在相应的时刻与相 应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例。
在离心泵或风机中，如果它们满足几何相似、运动相似以 及动力相似，则它们必定是相似的。
1.几何相似
模型和实型泵或风机的过流部分，相对应的线性尺寸有同 一比值，对应的角度相等。
1gp 1g ; 2 gp 2 g ; 1 p 1 ; b1 p b1 b2 p b2 D2 p D2 Dp D
容积损失所 消耗的功率 泵与风机 的泄漏量
离心泵容积效率一般在0.90～0.95；
离心风机容积效率一般在0.85～0.92（要低些）。
课堂讨论：
为提高泵与风机的容积效率，一般可采取什么 方法减少泄漏量？（P61）
（1）减小泄漏面积 （2）增大密封间隙阻力
3.流动损失与流动效率
流体从泵或风机进口流至出口的过程中，会遇到许多流动阻 力，产生流动阻力损失。 沿程阻力损失 局部阻力损失
火力发电厂中的锅炉送、引风机消耗的电量约占厂用电 的25％左右。
结论：火电厂中，提高泵与风机的效率，尤其是提高给 水泵的效率，对节约能耗有着重要的作用。