第三章 离心式泵与风机的性能

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第三节 相似理论及相似理论在泵与 风机中的应用
• 应用主要是：①利用模型试验结果进行新 产品的设计和试制，以减小制造费用和试 验费用；②在现有效率高、性能良好、结 构简单的泵与风机中，选出合适的作为模 型，按照相似关系设计出新的泵与风机， 这种设计方法简单可靠；③运用相似理论 可以换算出不同转速、不同几何尺寸及不 同流体密度时的性能参数和曲线。
• 动力相似是指模型和原型各对应点的各相应的力方向相同， 大小成比例且比值相等。但是，对于泵与风机，由于其中 的流速较高，流动在阻力平方区，即进入了自模化区，自 动满足了动力相似的要求，这方面的知识可复习一下《工 程流体力学》的有关章节。
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相似定律及其特例
• 满足流动相似的工况（即已经满足几何相 似和运动相似）称之为相似工况。
• 对于风机，这些曲线主要有： q-p曲线、 q-p曲线、q-P曲 线、 q-η曲线和q-η曲线
• 曲线、曲线和曲线反映着泵与风机的工作效率和经济性； • 泵的汽蚀性能曲线反映着泵是否会发生汽蚀，是衡量泵运
行可靠性的一种性能曲线。 • 熟悉离心式泵与风机性能曲线的典型形状，这样才能在实
际工作中分析其运行特性。
• 前两部分可以归并成,即与流量的平方成正比，k3 与流道结构有关；最后一部分可以写成，其中为 无冲击工况流量，k4主要与叶片头部的形状有关。
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第二节 离心式泵与风机的性能曲线
• 泵与风机的性能曲线一般是指一定转速下（多为额定转速） 其它性能参数随流量变化的关系曲线。
• 对于泵，这些曲线主要有：q-H曲线、q-P曲线、q-η曲线 以及汽蚀性能参数与流量的关系曲线；
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离心式泵与风机性能曲线的分析
• 最佳工况点与经济工作区 • 离心泵在空载情况下防止汽化 • 空载条件下启动 • 后弯式叶轮流量与扬程性能曲线的三种基
本形状 • 前弯式叶轮的某些特点
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离心式风机的性能曲线分析
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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第一节 功率
• 泵与风机的功率分有效功率、轴功率、原动机功 率等，没有明确指明时，泵与风机的功率一般是 指泵与风机的轴功率。 注意：（1）在公式中流量的单位均为m3/s，风 机全压p的单位均为Pa，计算时应注意流量和风 机全压的单位。
（2）电动机的容量一般是指电动机的铭牌额定 输出功率，在工程实际中，进行计算后，应查阅 有关电动机产品系列，选用容量等级等于或略大 于16.8kW的电动机，对于本题可选用容量为18.5 kW的电动机。
第三章 离心式泵与风机的性 能
对泵与风机性能的掌握是至关重要 的，因为泵与风机性能的好坏直接 影响着它能否满足生产过程的需要， 以及生产过程的安全性、可靠性和 经济性。性能参数和性能曲线是泵 与风机性能的具体体现。本章讨论
的是离心式泵与风机的性能。
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第一节 功率、效率和损失
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第二节 损失和效率
• 泵与风机的损失按其性质可以分为机械损 失、容积损失和流动损失三种。
• 损失的大小可以用损失掉的功率和相应的 效率来衡量
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机械损失
• 包括两部分：
• （1）一部分是轴承和轴封处的机械摩擦损失 ΔPm，1，主要与轴承、轴封的结构形式以及流 体密度有关；
• 相似定律是指相似工况之间泵与风机主要 性能参数间的关系。
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无因次性能曲线及通用性能曲线
• 泵与风机主要性能参数的数值大小，不仅与泵与 风机的结构形状有关，而且与几何尺寸、转速和 流体密度等有关，这样就不便于比较不同型式泵 与风机的性能差别，为此，把性能参数中几何尺 寸、转速和流体密度的影响消去，就形成了无因 次性能参数，用无因次性能参数绘制出的曲线称 为无因次性能曲线，同一种结构形状（即同一种 型式、或同一系列）的泵与风机，仅用同一组无 因次性能曲线来表示，无因次性能曲线在风机中 得到广泛应用。
• （2）另一部分是叶轮的圆盘摩擦损失ΔPm，2， 其大小与叶轮直径的五次方、转速的三次方成正 比，与叶轮腔室的具体结构也有关系。
• 这两种损失都有一个共同的特点，就是它们的大 小与泵（或风机）的流量和扬程（或全压）无关。
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容积损失
• 由于泵与风机动静部件之间存在着一定的间隙， 从叶轮那里得到能量的流体会从间隙的高压侧流 向低压侧，并把部分能量消耗在克服流经间隙时 的摩擦阻力，从而导致的能量损失称为容积损失。
• 容积损失主要与泄漏流量有关，而泄漏流量主要 与间隙大小、长度等结构形式以及间隙两侧的压 差有关。
• 发生泄漏的主要部位是叶轮入口密封环处和轴向 推力平衡装置处
• 对于多级泵的级间泄漏，应注意分析泄漏流体的 流经线路，只有当泄漏流体流经叶轮内部时，这 股泄漏才属于容积损失，否则属于圆盘摩擦损失。
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相似条件
• 几何相似是指相似对象的双方（一个可称之为模型，另一 个可称之为原型）各对应点的几何尺寸成比例且比值相等， 各对应几何角、叶片数相等。几何相似容易理解和接受。
• 运动相似是指模型和原型各对应点的各相应的速度方向相 同，大小成比例且比值相等，对应流动角相等，可以简单 地理解为流道各对应点的速度三角形是相似三角形，且各 相似三角形的相似比相等。几何相似是运动相似的必要条 件，即运动相似必然几何相似。
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流动损失
• 包括三部分：①流体在流经泵与风机时，流体必 然与各部分流道的壁面发生摩擦，由此而产生的 流动摩擦损失；②由于泵与风机流道断面的变化 和转弯，使得流体速度分布不均匀，局部区域产 生漩涡和二次回流，由此而产生的扩散损失；③ 当流体在叶片入口处的流动角β1与叶片进口安装 角β1e不等时而产生的冲击损失