泵与风机第一章-离心式
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第一章_叶轮理论
v2u 0, cot 2 a
u2 v2 m
, 此时H T 0
②径向式叶片：β2a∞=900，cotβ2a∞=0，
w2 v2 2 v2m u2=v2u
HT
u g
2 2
2a=900
HT
1 u 2 v2 u g
v2u u2 v2m cot 2a
v2
经过dt时段 后进出质量
2
2
导出动量矩变化的引证图
2
2
w2 r2
m=ρqvT dt
1 1
2
u2
w1 v 1
1
流体密度 流量 qVT
1 1
r1
u1
•推 导 过 程：进口1-1、出口2-2，经过dt时刻后1122移至1 1 2 2 。 •单位时间内叶轮进口流体对轴的动量矩为：ρqvT v1∞r1cosα1∞ •单位时间内叶轮出口流体对轴的动量矩为：ρqvT v2∞r2cosα2∞ •单位时间内动量矩的变化为：ρqvT dtv2∞r2cosα2∞-ρqvT dtv1∞r1cosα1∞
简化：α1=900，v1u∞=0，
2 v2m v12m 0
•因为：
•所以：
Mω=ρg qVT HT∞
ρg qVT HT∞ =ρqVT（ u2 v2 u∞ - u1 v1u∞） u2v2 u∞- u1 v1 u∞ HT∞= m g pT∞=ρ（u2 v2 u∞ - u1 v1 u∞） Pa
v2
w2
•水泵的能量方程式： •风机的能量方程式：
v2m
2
w2∞
β2a∞min
w2∞
w2∞
β2a∞man
HT∞ =
《泵与风机》-1
过程机械
流体机械
宏观物体：气态、液态、固态 （三态）
流体机械
械。
(Fluid Machinery)
以流体为工作介质而进行能量转化的机械为流体机
本课程: 气体、液体、固体
工质
作功
理论基础
三大物态，演绎出很多物种、变化和创造
流体机械种类： 水力机械： 水轮机、水斗、水波轮等。 汽轮机械： 蒸汽轮机、废气轮机、燃气轮机 等。 化工机器： 压缩机、泵、制冷机 等。 通风机械： 通风机、鼓风机、风扇 等。 透平机械： 涡轮机、透平压缩机、飞机发动机 等。 液压机械： 液压泵、液压马达、液压缸 等。 液力机械： 液力变矩器、液力偶合器、液力制动器。
二、工作原理
（一）叶片式泵与风机 1、离心式泵与风机的工作原理
风机叶轮
离心泵剖面图
离心泵模型
二、工作原理
（一）叶片式泵与风机 2、轴流式泵与风机的工作原理 流体沿轴向流入叶片通道，当叶轮在原动机驱动下旋转 时，旋转着的叶片给绕流流体一个轴向的推力，此叶片的推力 对流体作功，使流体的能量增加并沿轴向排出。叶轮连续旋转 即形成轴流式泵与风机的连续工作。
1
一、分类
2、按泵与风机工作原理分类： 叶片式 离心式 轴流式 混流式 往复式 回转式 真空泵 射流泵 水击泵 风机 离心式 叶片式 轴流式 混流式 往复式 容积式 回转式
二、工作原理
（一）叶片式泵与风机 流体流动特点: 流体的出流方向不同 离心式：沿径向 轴流式：沿轴向 混流式：沿斜向 工作原理：工作叶轮旋 转时叶轮上的叶片将能量连 续地传给流体，从而将流体 输送到高压、高位处或远 处。
三大力学:
过程控制 电工电子学 数字控制 计算机等 固体力学 热力学 流体力学
泵与风机完整课件
混流式 往复式
容积式：回转式：叶 罗 罗氏 杆 茨风 风 风机 机 机
1.叶片式（动力式）
离心式 (小流量，高扬程)
7
轴流式 (大流量，低扬程)
混流式
(中流量，中扬程)
风机
轴流式静叶可调引风机
动叶
入口静叶 出口静叶
入口静叶调节机构
8
2、容积式
柱塞泵
9
（往复泵）
工作原理（活塞式）：活塞向左 移动→泵缸容积↑ →泵体压力 ↓，排出阀门关阀，吸入杆打开， 液体吸入； 活塞向右移动→泵缸容积↓ → 泵体压力↑ →排出阀门打开， 吸入杆关闭，液体排出。 特点：单动泵由于吸入阀和排出 阀均在活塞一侧，吸液时不能排 液，排液时不能吸液，所以泵排 液不连续，不均匀。优点是流量 小，压力高。
容积损失：由于泵的泄漏、液体 的倒流等所造成，使得部分获得 能量的高压液体返回去被重新作 功而使排出量减少浪费的能量。 容积损失用容积效率ηv表示。
h
24实 理际 论压 压头 头
100 %
He HT
100％
V
实际流量 理论流量
100 %
Qe QT
100％
24
1.机械损失和机械效率
• 机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面 与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。
•旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，约占轴功率的2
%~10%，是机械损失的主要部分。
25
Pm Pm1Pm2
m
P
Pm P
25
减小机械损失的一些措施 （1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。
（2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。
（3）试验表明，将铸铁壳腔内表面涂 漆后，效率可以提高2%～3%，叶轮盖板 和壳腔粗糙面用砂轮磨光后，效率可提高 2%～4% 。一般来说，风机的盖板和壳腔 较泵光滑，风机的效率要比水泵高。
第一章泵与风机的分类及工作原理
Dk
22u
sl
2
（曲1（（.类线二同12，））型类）成风流型系离为压量风数心类系系机式型数数必特通有性风共曲同机P线特PP的QQQQ4p。pQ性sulpDp类Q222。2Qu4Q44型42p反pDsDulu系、22映r2222r22pcuu4uu442数2同222uD42QDb4Db2类2和2222ucDucDc型2uup2类2222r222r2u2通uDuD、型Q23常222且2风3uu数曲22机常k数线共 同k 特性的
(二）几种常用轴流式通风机 1、2K60型通风机 （1）结构特点 （2）技术性能和性能曲线 （3）型号意义
2、2K56型轴流式通风机
三、矿用通风机的反风
（一）反风的意义及要求 1.意义 2.要求 《煤矿安全规程》规定：生产矿井主要通风机必须装 有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。 当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于 正常风量的40%。 反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次， 每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时， 也应进行1次反风演习。
形状 外壳的截面呈螺旋状。 3.集流器（进风口）
集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶 轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的
集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小， 对容积损失和流动损失有重要影响。4－72和G4－ 73模型机采用径向间隙
（二）几种常用离心式通风机
1.4－72－11型离心式通风机 （1）结构特点 （2）型号意义 □4—72—11—No.20 B 右90° □——一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通
（3）功率 单位kW。
①轴功率 N 原动机传给通风机轴上的功率。 ②有效功率 Na 单位时间内气体从通风机获得的能量。
第一章 泵与风机简介
课程名称热工与流体机械任课老师乔红编写日期授课日期授课班级基本课题泵与风机概述课程要求掌握泵与风机的分类、工作原理和主要性能参数，了解泵与风机在国民经济中，尤其是电厂的作用、发展趋势及新技术成就作业布置第一章泵与风机概述一、课程性质泵与风机是将原动机的机械能转换为被输送流体的压能和动能的一种动力设备。
输送液体的机械设备称为泵。
即：泵的主要作用是提高液体能量并输送液体。
输送气体的机械设备称为风机。
即：风机的主要作用是提高气体能量并输送气体。
二、泵与风机在国民经济建设和火电厂的地位给水泵：向锅炉输送水。
循环水泵：向汽轮机凝汽器输送冷却水。
凝结水泵：排送凝汽器中的凝结水。
疏水泵：排送热力系统中各处的疏水。
补给水泵：补充管路系统的汽水损失。
灰渣泵、冲灰水泵：排除锅炉燃烧后的灰渣等。
润滑油泵：供给汽轮机各轴承润滑油的泵。
炉膛燃烧需要空气和煤粉，设有排粉风机，送风机，排除锅炉燃烧后的烟气设有引风机。
三、电厂用泵与风机输送的介质泵输送的介质有给水、凝结水、冷却水、润滑油、水与灰渣的混合物等。
风机输送的介质有空气、烟气、煤粉和空气的混合物。
第二节泵与风机的分类及工作原理一、泵与风机的分类1、按工作原理来分类（1）泵分为：叶片式泵（依靠叶轮旋转，叶片对流体做功），容积式泵（工作室容积的周期性变化来输送流体），其他类型的泵叶片式泵又分为：离心泵（离心惯性力作用）轴流泵（叶轮对流体推力作用）混流泵容积式泵又分为：往复泵（工作部件往复间歇运动）齿轮泵（）螺杆泵其他类型的泵又分为：喷射泵、水击泵、真空泵（2）风机分为：叶片式风机 容积式风机叶片式风机又分为：离心风机、轴流风机、混流风机容积式风机又分为：往复风机、回转风机2、按产生的压强分类（1）泵： 低压泵 MP a 2p < 中压泵 MP a 6p MP a 2<< 高压泵 MP a 6p >（2）风机：通风机 KP a 15p < 鼓风机 kPa 340p kPa 15<< 压气机：MP a 6p > 通风机又可分为：离心通风机 轴流通风机离心通风机又可分为：低压离心通风机 KPa p 1<中压离心通风机 KPa 3p KPa 1<<高压离心通风机 KP a 15p KP a 3<<轴流通风机又可分为：低压轴流通风机 KPa p 5.0<高压轴流通风机 KPa 5p KPa 5.0<<3、按在生产中的用途分类给水泵 凝结水泵 循环水泵 疏水泵 灰渣泵 送风机 引风机 排粉风机等二、 泵与风机的工作原理（一） 叶片式泵与风机的工作原理叶片式泵与风机是依靠装在主轴上叶轮的旋转运动，通过叶轮的叶片对流体做功来提高流体能量，从而实现输送流体的。
【管理资料】泵与风机汇编
三、能量方程及其分析（续）
（二）欧拉方程
v 2
v 2r v 2u
v1
v 1u
v1r
u u r
Ò M u u r d d N t t C V r r v rd V C S r r v rv n d A
r r
rr
M zr vvnd A r vvnd A
A 2
A 1
M q V Tv 2 c o s2 r 2 v 1 c o s1 r 1 M q V Tu 2 v 2 u u 1 v 1 u
v2
v 2r
v 2u
rr r
vvuvr v2uu2v2rcot 2
v1uu1v1rcot1
w 1 2 v 1 2 u 1 2 2 v 1 u 1 c o s1 v 1 2 u 1 2 2 v 1 u u 1
w 2 2 v 2 2 u 2 2 2 v 2 u 2 c o s1 v 2 2 u 2 2 2 v 2 u u 2
第一节 离心式泵与风机的基本理论
三、能量方程及其分析
（一）连续方程
v 2
v 2r v 2u
v1
v 1u
v1r
理想叶轮 实际叶轮
q V T 2r 1 b 1 v 1 r 2r 2 b 2 v 2 r
q V T 21 r 1 b 1 v 1 r 22 r 2 b 2 v 2 r
第一节 离心式泵与风机的基本理论
叶片投影到与转轴垂直的平面（也称
为径向面，方程为z＝c）上而得。
轴面（子午面）：是指通过叶轮
轴线的平面。
轴面投影图：是将每一
点绕轴线旋转一定角度到同
一轴面而成。(圆柱投影法)
4
一、流体在离心叶轮中的运动
第一章__泵与风机的叶轮理论
《泵与风机》 泵与风机》
例题： 1.下列说法正确的是（ ） A.绝对流动角α是v和u反方向的夹角； B.相对速度w的方向为所在处的叶片切 线方向（指向叶轮出口）； C.叶片安装角βa为叶片的切线方向 （指向叶轮出口）与圆周速度u反方向的夹角； D.相对流动角β是相对速度w与圆周速度 u的夹角。
《泵与风机》 泵与风机》
《泵与风机》 泵与风机》
Mω=ρgqVTHT∞=ρqVT（v2u∞u2-v1u∞u1） 泵的扬程： 泵的扬程：HT∞= (v2u∞u2-v1u∞u1）/g m 风机的全压： 风机的全压：pT∞=ρ(v2u∞u2-v1u∞u1） Pa 以上两式称为泵与风机的能量方程式。 以上两式称为泵与风机的能量方程式。
离心泵常取β =20° 30° 离心式风机β =40° 60° 离心泵常取β2a =20°～30°，离心式风机β2a=40°～60°。
《泵与风机》 泵与风机》
径向式： 径向式： 流道较短，通畅，流动损失较小； 流道较短，通畅，流动损失较小；能量损失比后弯 式大，效率低于后弯式，噪声也较后弯式大， 式大，效率低于后弯式，噪声也较后弯式大，在相 同尺寸和转速下，产生的扬程（风压）较后弯式大。 同尺寸和转速下，产生的扬程（风压）较后弯式大。 制作工艺简单，不易积尘。 制作工艺简单，不易积尘。
《泵与风机》 泵与风机》
《泵与风机》 泵与风机》
1.β2a对理论扬程 T∞的影响 对理论扬程H （1）后弯式叶片 ） β2a<90°，cotβ2a>0，HT∞随β2a的减小而减小，当 的减小而减小， ° ， HT∞=0时，cotβ2a= u2/v2m∞。 时 2） （2）径向式叶片 cotβ2a=0， HT∞= u22 /g ， （3）前弯式叶片 ） 的增大而增大， β2a>90°, cotβ2a<0， HT∞随β2a的增大而增大，当 ° ， HT∞=2u22 /g时，cotβ2a= -u2/v2m∞。 时
离心式泵与风机的叶轮理论
单位时间内动量矩变化：
qVT v2 cos 2 r2 v1 cos 1 r1
r v v n ds
S
1.1 离心式泵与风机的叶轮理论 • 能量方程及其分析
该力矩MCS通过转轴对流体做功：
M CS qVT v2 cos 2 r2 v1 cos 1 r1 qVT u2 v2u u2v2u
断面过流面积 容积效率 排挤系数 排挤系数 --表示叶片厚度对过流断面面积减小的程度。 如：水泵进口1 = 0.75~0.88；水泵进口2 = 0.85~0.95。
vu
1.1 离心式泵与风机的叶轮理论 • 流体在叶轮中的运动及速度三角形
速度三角形的计算： (1)圆周速度u：
u
v
Dn
60
1.1 离心式泵与风机的叶轮理论
主要内容 • 离心式泵与风机的工作原理 • 流体在叶轮中的运动及速度三角形 • 能量方程及分析 • 离心式叶轮叶片型式的分析 • 有限叶片叶轮中流体的运动 • 滑移系数和环流系数
1.1 离心式泵与风机的叶轮理论 • 离心式泵与风机的工作原理
轴面投影
平面投影
1.1 离心式泵与风机的叶轮理论 • 离心式泵与风机的工作原理
主要内容 • 离心式泵与风机的工作原理 • 流体在叶轮中的运动及速度三角形 • 能量方程及分析 • 离心式叶轮叶片型式的分析 • 有限叶片叶轮中流体的运动 • 滑移系数和环流系数
第1章 泵与风机的叶轮理论
离心叶轮
轴流叶轮
问题1：离心叶轮叶片和轴流叶轮叶片各自流动特点是 什么？设计理论依据是什么？ 问题2：叶轮转动对流体做功，流体获得的能量大小如 何衡量？
1.1 离心式泵与风机的叶轮理论
泵与风机-第一章
∫
p2 p1
dp = ρω
2
∫
r2
r1
rdr =
ρ
2
(ω r − ω r ) =
2 2 2 2 2 1
ρ
2
2 ( u2 − u12 )
或者写为：
2 p2 − p1 u2 − u12 = 2g ρg
结果分析： 结果分析： 流体在封闭的叶轮内作旋转运动时，叶轮进出口压力差与叶 轮旋转角速度的平方成正比关系； 与进出口直径有关，内径越小，外径越大则压力差越大，但 进出口直径均受一定条件的限制； 与密度成正比关系变化，密度大的流体压力差也越大。
绝对速度应为相对速度和圆周速度的矢量和。
2、速度三角形 流动角：相对速度与 流动角 圆周速度反方向的夹 角
绝对速度角：绝对速 绝对速度角 度与圆周速度的夹角
β a 叶片安装角：叶片切线与圆周速度反方向之间的夹角，它 叶片安装角：叶片切线与圆周速度反方向之间的夹角，
是影响泵与风机性能的重要几何参数， 是影响泵与风机性能的重要几何参数，对于一台泵与风机固 定不变（动叶可调的轴流泵与风机除外）。 定不变（动叶可调的轴流泵与风机除外）。
（二） 叶片出口安装角β2a对反作用度τ的影响
H st∞ H T∞ − H d∞ H d∞ τ= = = 1− H T∞ H T∞ H T∞
由速度三角形可知：
v 2 2 ∞ = v 2 2 m ∞ + v 2 2 u∞
v 21∞ = v 21m∞ + v 21u∞
可得：
H d∞
v 2 2 m∞ − v 21m∞ v 2 2u∞ − v 21u∞ = + 2g 2g
第一章 泵与风机叶轮理论 §1-1 离心式泵与风机的叶轮理论 一、离心式泵与风机的工作原理
泵与风机第一章-1
HT
小，后向式叶轮 大，前向式叶轮
(二)叶片出口安装角队对静扬程及动扬程的影响 反作用度表示静扬程在总扬程中所占的比例，即
H st HT H d Hd 1 HT HT HT
推导后得：
2 v2u / 2 g v2u 1 1 u2v2u / g 2u2
1、β2a<90°（后弯式叶片）
HT 0
叶片出口安装角，对理论扬程的影响
当流体以 1 90 进入叶轮时，其理论扬程为 H T
H T
u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
cot 2a 0
u2v2u g
2 u2 g
2、β2a=90°（径向式叶片）
u2 1 u2
它们之间的相互关系可用公式表示见教材。只要知 道K或 便可按公式求得HT。但它们至今没有精确 的理论计算公式，一般均采用经验公式计算。
六、粘性流体对能量方程式的修正
七、流体进入叶轮前的预旋 预旋可分为强制预旋和自由预旋。 （一）强制预旋 强制预旋是由结构上的外界因素造成的。强制预旋 时，流量保持不变，即轴面速度保持不变。
叶片出口安装角的选用原则
（1）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心 式泵均采用后向式叶轮； （2）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上
对小型通风机也可采用前向式叶轮；
（3）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做 引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。
一些叶片形式和出口安装角的大致范围
第一章 泵与风机的叶轮理论
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理
微元质量 dm brd dr 离心力 dF dm r 2
泵与风机第一章-离心式
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-叶轮
叶轮的组成：前盘、后盘、叶片、轮毂
叶轮－叶轮前盘形式
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-叶轮
叶轮－叶片形状
（a)平板型
（b)圆弧型
（d)机翼型
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-集流器
集流器：装在叶轮进口，以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶 轮入口。
a
3、轴面速度 vm为：
qv vm A Av
qv ,T
A’
3、轴面速度 vm为：
qv vm A Av
排挤系数
实际过流断面 无叶片时的过流断面 Db z b zs = 1 Db D sin a
qv ,T
A’
qv qv vm A Av Dbv
寿命短 结构简单 不能自补偿 密封效果一般 中低压水泵用 摩擦耗功大
机械密封特点：
寿命长 结构复杂 能自补偿 密封效果好 高温高压泵用 摩擦耗功小
离心风机的主要部件
（1）叶轮 （2）机壳 （3）集流器与进气箱
离心式风机主要结构分解示意图 1-吸入口；2-叶轮前盘；3-叶片；4-后盘；5-机壳；6-出口；7截流板（风舌）；8-支架
离心风机——集流器
集流器装置在叶轮前，它应使气流能均匀地充满叶轮的
入口截面，并且气流通过它时的阻力损失应该最小。
圆筒形：叶轮进口处会形成涡流区，直接从大气进气时效果更 圆锥形：好于圆筒形，但它太短，效果不佳。 弧 形：好于前两种， 锥弧形：最佳，高效风机基本上都采用此种集流器。
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
深舌：大多用于低比转速通风机，
第一章 泵与风机的叶轮理论
(4) 。
2 2 2 2 2 2 v2 ∞ − v1∞ u 2 −u1 w2 ∞ − w1∞ H T∞ = + + 2g 2g 2g
四、离心式叶轮叶片型式的分析
(一)叶片出口安装角对理论扬程的影响
三种叶轮的转速、叶轮外径、流量、 三种叶轮的转速、叶轮外径、流量、入口条件相同
四、离心式叶轮叶片型式的分析
动量矩定理： 动量矩定理：在定常流 动中， 动中，单位时间内流体 质量的动量矩变化， 质量的动量矩变化，等 于作用在该流体上的外 力矩。 力矩。 简化： 简化：叶片数无限多且无限 理想的无粘性流体； 薄；理想的无粘性流体；流 转速等不随时间变化时， 量、转速等不随时间变化时， 叶轮前后的流动为定常流。 叶轮前后的流动为定常流。
二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
(二)速度三角形 (2)绝对速度圆周分速
由吸入条件决定，通常vu1 = 0 由此可确定相对速度w1的方向， 从而确定叶片的安装角β1a
(3)轴向速度
v1a
qv
π
2 2 ( D2 − d h )η vψ 4
v1a =
D2、d h：叶轮外径、轮毂直径，m;
ηv : 容积效率； [轴流泵： - 0.99]ψ：排挤系数； 0.96
∆vu v2u HT 环流系数K = = = 1− H T∞ v2u∞ v2u∞
滑移系数σ =
∆v u 2 − ∆vu = 1− u u2 v2u∞
K、σ：对H T∞的修正系数
v2u∞ u2 K = 1− 1−σ ) （ 、σ = 1 − (1 − K ) v2u∞ u2
(1)已知K , HT = KH T∞ (2)已知σ，HT =
正预旋：流体获得的理论扬程降低， 正预旋：流体获得的理论扬程降低，可以改 善流体在叶轮进口处的流动， 善流体在叶轮进口处的流动，并消除转轴背 面的旋涡区。提高泵的汽蚀性能，减小损失， 面的旋涡区。提高泵的汽蚀性能，减小损失， 提高效率。 提高效率。 负预旋：流体获得的理论扬程增加， 负预旋：流体获得的理论扬程增加，泵的抗 汽蚀性能下降，损失增加，效率降低。 汽蚀性能下降，损失增加，效率降低。
泵风答案 中国电力出版社
泵与风机（课后习题答案）第一章1-1有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下：1b =35mm, 2b =19mm, 1D =178mm,2D =381mm, 1a β=18°，2a β=20°。
设流体径向流入叶轮，如n=1450r/min ，试画出出口速度三角形，并计算理论流量,V T q 和在该流量时的无限多叶片的理论扬程T H ∞。
解：由题知：流体径向流入叶轮 ∴1α=90° 则：1u =1n60D π=317810145060π-⨯⨯⨯=13.51 （m/s ）1V =1m V =1u tg 1a β=13.51⨯tg 18°=4.39 （m/s ）∵1V q =π1D 1b 1m V =π⨯0.178⨯4.39⨯0.035=0.086 （3m /s ） ∴2m V =122V q D b π=0.0860.3810.019π⨯⨯=3.78 （m/s ） 2u =2D 60n π=338110145060π-⨯⨯⨯=28.91 （m/s ）2u V ∞=2u -2m V ctg 2a β=28.91-3.78⨯ctg20°=18.52 （m/s ）T H ∞=22u u V g ∞=28.9118.529.8⨯=54.63 （m ） 1-2有一离心式水泵，其叶轮外径2D =220mm,转速n=2980r/min ，叶片出口安装角2a β=45°，出口处的轴面速度2m v =3.6m/s 。
设流体径向流入叶轮，试按比例画出出口速度三角形，并计算无限多叶片叶轮的理论扬程T H ∞，又若环流系数K=0.8，流动效率h η=0.9时，泵的实际扬程H 是多少？ 解：2u =2D 60n π=0.22298060π⨯⨯=34.3 （m/s ）∵2m V =3.6 m/s 2a β=45°∴2w =22sin mav β=5.09 （m/s ） 画出出口速度三角形2u V ∞=2u -2m V ctg 2a β=34.31-3.6⨯ctg45°=30.71 （m/s ）∵1α=90°T H ∞=22u u V g ∞=34.3130.719.8⨯=107.5 (m) 实际扬程H=K T H =K h ηT H ∞=0.8⨯0.9⨯107.5=77.41 (m)1-3有一离心式水泵，叶轮外径2D =360mm ，出口过流断面面积2A =0.0232m ，叶片出口安装角2a β=30°，流体径向流入叶轮，求转速n=1480r/min ，流量,V T q =86.8L/s 时的理论扬程T H 。
2泵与风机_第一章_泵与风机的叶轮理论
对于轴流式叶轮：由于Hst中的第一项=0，说明在其它
条件相同的情况下，轴流式泵与风机的能头低于离心式。
25
四、离心式叶轮叶片型式的分析
(a) β2a<90º，后弯式叶片 (b) 前弯式叶片
26
当α1∞＝90º时，能量方程式为 u 2 v 2 u H T g 而 v u v cot
排出泵外，叶轮中心处形成低
压，从而吸入新的水流，构成 不断的水流输送作用。
• 另外，泵壳内的液体部分动能
离心式水泵
还转变成静压能。
2
离心泵工作过程
•开泵前，泵内灌满要输送的液体。 生离心力。液体从叶轮中心被抛向叶轮 外周，压力增高，高速流入泵壳。 体的流速减慢，使大部分动能转化为压 力能。最后液体以较高的静压从出口流 入排出管。 • 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形 成了真空，在液面压强与泵内压力的压
• 叶片出口处相对速度的方向，受到叶片的约束而与叶 片相切，即w2的方向为叶片无限多时叶片出口安装角 的方向（βa＝β∞）。
• 根据u2、v2m 的大小和方向和w2的方向，可作出口速度 三角形。
15
三、 离心泵与风机的能量方程式
• 由于流体在叶轮内的运动比较复杂，为此作如下假设：
• ①叶轮中叶片数为无限多且无限薄，即流体质点严格地沿叶片型
H T
2 2 2 u2 u12 12 2 c2 c12 2g 2g 2g
离心力的作用下叶轮旋 转所增加的静压头 叶片间通道面积逐渐加大
液体流经叶轮后所增 Hst（静压头）Hd(动压头) 加的动压头（在蜗壳 中其中一部分将转变 为静压能）
使液体的相对速度减少所
增加的静压头
线流动，也就是流体质点的运动轨迹与叶片的外形曲线相重合，
泵与风机第一章-1
u r
二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
（一）流体在叶轮中的运动及速度三角形 1、叶轮的轴面投影及平面投影
叶片出口宽度
叶片进口宽度
轴面投影图
叶片进口直径
叶片出口直径
平面投影图
轴面（子午面）：通过叶轮上的一点和叶轮轴线构 成平面或经过轴心线所作的平面（一个叶轮有无数个轴 面，但是每个轴面相同） 轴面投影：它是将叶片上每一点绕轴线旋转一定角 度投影到同一轴面上的投影，叫轴面投影。
叶片出口安装角对静扬程及动扬程的影响。
结论：
(1, 1/2), 后向式叶轮， 2y (2ymin,90) ① τ
1/2,
径向式叶轮， 2y =90
(1/2 ,0), 前向式叶轮，
2y(90,2ymax)
几种叶片形式的比较 （1）从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径 向叶片稍次，后向叶片最小。 （2）从效率观点看，后向叶片最高，径向叶片居 中，前向叶片最低。 （3）从结构尺寸看，在流量和转速一定时，达到 相同的压力前提下，前向叶轮直径最小，而径向 叶轮直径稍次，后向叶轮直径最大。 （4）从工艺观点看，直叶片制造最简单。 因此，大功率的泵与风机一般用后向叶片较多。如 果对泵与风机的压力要求较高，而转速或圆周速 度又受到一定限制时，则往往选用前向叶片。从 摩擦和积垢角度看，选用径向直叶片较为有利。
1、β2a<90°（后弯式叶片）
HT 0
叶片出口安装角，对理论扬程的影响
当流体以 1 90 进入叶轮时，其理论扬程为 H T
H T
u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
cot 2a 0
u2v2u g
2 u2 g
2、β2a=90°（径向式叶片）
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离心风机-进气箱
进气箱： 安装在大型或双吸的离心式风机上。减少因气流不均匀进
入叶轮产生的流动损失，另外可减少风机噪音。
离心风机——进气箱
集流器前的进气箱作用：改善气流的流动状况（由于结 构上的需要，如风机进风口前装接弯管——气流转弯流速 分布不均匀 ）
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-机壳
截流板（风舌）；8-支架
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-叶轮 叶轮的组成：前盘、后盘、叶片、轮毂 叶轮－叶轮前盘形式
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-叶轮 叶轮－叶片形状
（a)平板型 （b)圆弧型 （式
离心风机-集流器
集流器：装在叶轮进口，以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶 轮入口。
螺旋形压出室 （蜗壳）
环形压出室
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-导叶
导叶：汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下，引入 次级叶轮的进口或压出室，把部分动能转换为压力能。
1. 径向式导叶 2. 流道式导叶
离心泵-导叶
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-密封装置 1）密封环
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-吸入室
吸入室：离心泵吸水管法兰接头至叶轮进口的空间。以最小的阻力 损失，引导液体平稳进入叶轮，叶轮进口处液体流速均匀分布。
锥形 （锥度 7°~8°）
环形
半螺旋形
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-压出室
压出室：叶轮出口或导叶出口至压水管法兰接头之间的空间。收集 从叶轮流出的高速流体，以最小阻力损失引入压水管或次级叶轮进 口，将部分动能转变为压力能。
蜗壳出口扩压器: 因为气流从蜗壳流出时向叶轮旋转方向偏斜， 所以扩压器一般做成向叶轮一边扩大，其扩
散角θ通常为6°～8°。
离心通风机蜗壳出口附近有“舌状”结构，一般称作蜗 舌。蜗舌可以防止气体在机壳内循环流动。 蜗舌组成：尖舌、深舌、短舌、平舌
尖舌：风机虽然最高效率较高，但效率曲线较陡，且噪声大，风 机性能恶化，不能使用。 深舌：大多用于低比转速通风机， 短舌：大多用于高比转速通风机。 平舌：风机虽然效率较尖舌的低，但效率曲线较平坦，且噪声小。 蜗舌顶端与叶轮外径的间隙s，对噪声的影响较大。间隙s小，噪 声大；间隙s大，噪声减小。一般取s=(0.05～0.10)D2。 蜗舌顶端的圆弧r，对风机气动力性能无明显影响，但对噪声影 响较大。 圆弧半径r小，噪声会增大，一般取r=(0.03～0.06)D2。
第一章 泵与风机的叶轮理论
本章主要内容和要求
离心式泵与风机:
了解离心式泵与风机的叶轮理论； 理解并掌握流体在叶轮中的运动规律、速度三角形； 重点掌握能量方程式的分析、叶片出口安装角对理论 能头的影响，有限叶片叶轮中流体的运动；
轴流式泵与风机: 理解轴流式泵与风机的基本原理、基本形式。
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
密封效果好、使用寿命长，但 结构复杂、制造精度高。适用 于高温高压泵。
轴端密封装置 c. 迷宫式密封
原理：非接触型流体动力密封，利用流体流过转子与静子间的 微小间隙产生的节流降压效应来实现密封。
轴端密封装置
d. 浮动环密封
原理: 靠轴(或轴套)与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水 力阻力而实现密封的，是采用机械密封与迷宫式密封原理 结合起来的一种新型密封。
离心风机——集流器 集流器装置在叶轮前，它应使气流能均匀地充满叶轮的
入口截面，并且气流通过它时的阻力损失应该最小。
圆筒形：叶轮进口处会形成涡流区，直接从大气进气时效果更 圆锥形：好于圆筒形，但它太短，效果不佳。 弧 形：好于前两种， 锥弧形：最佳，高效风机基本上都采用此种集流器。
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
作用：防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸 入口，在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环。
平环式(图a) 角接式(图b) 迷宫式(图c)
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-密封装置
2）轴端密封
轴封是设置于轴 与壳之间的间隙 处，起到密封作 用的装置。若轴 封质量不过关， 水泵将发生漏水 和吸气的故障。
作用：汇集从叶轮流出的气体，将其引向风机出口，将 部分动能转换为压力能。
蜗舌：
防止部分气流在蜗壳内循环流动。
扩压器：
装于风机出口，通过降低出口流体流速， 使部分动压转变为静压。
离心风机——蜗壳
作用： 汇集叶轮流出的气流，然后引向出口，与此 同时将气流的一部分动能转变成压力能。
蜗壳的外形： 阿基米德螺旋线、对数螺旋线
叶轮：是实现能量转换的主要部件，将原动机的机械能传递给流体， 使流体获得压力能和动能。
前盖板
后盖板
后盖板
效率高
效率低
轮毂
叶片
轮毂
叶片
泵与风机Pump and Fan
单级单吸清水离心泵
IS——国际标准号 如：IS50—32—125
50——泵入口直径；32——泵出口直径；125——泵叶轮直径
填料密封特点：
寿命短 结构简单 不能自补偿 密封效果一般 中低压水泵用 摩擦耗功大
机械密封特点：
寿命长 结构复杂 能自补偿 密封效果好 高温高压泵用 摩擦耗功小
离心风机的主要部件
（1）叶轮 （2）机壳 （3）集流器与进气箱
离心式风机主要结构分解示意图 1-吸入口；2-叶轮前盘；3-叶片；4-后盘；5-机壳；6-出口；7-
下液面的水从吸入管路吸进叶轮， 在叶轮不断旋转下，下液面的水 就会不断地由吸入管路进入叶轮， 再由压力管路排出，从而起到输 送液体的作用。
A
B
C
D
( a)
(b) 离心泵工作原理
离心泵主要部件
（1）叶轮 （2）吸入室 （3）压出室 （4）导叶 （5）密封装置
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-叶轮
轴端密封装置
a. 填料密封
由填料箱4、水封环5、 填料3、压盖2和压紧 螺栓等组成，是目前 普通离心泵最常用的 一种轴封结构。
填料： 石墨油浸石棉绳
聚四氟乙烯
带水封环的填料密封结构
轴端密封装置
b. 机械密封
机械密封是无填料的密封装置。 它由动环5、静环7、弹簧2和密 封圈8等组成
动环在液体压力及弹簧力的作 用下与静环的端面保持紧密接 触，以达到密封的目的。
一、离心式泵与风机的工作原理
由流体力学可知：图同一水平面上的 A、B、C、D的压力值大小的关系是：
pA pB
pC pA pD pC
A
B
C
D
(a)
(b)
离心泵工作原理
离心泵的工作原理:
如在D点处接图所示的压力管路5，与此同时 在C点处接上吸入管路3，那么水就由压力管路 流出，与此同时，因 pc 的下降而产生真空可将
进气箱： 安装在大型或双吸的离心式风机上。减少因气流不均匀进
入叶轮产生的流动损失，另外可减少风机噪音。
离心风机——进气箱
集流器前的进气箱作用：改善气流的流动状况（由于结 构上的需要，如风机进风口前装接弯管——气流转弯流速 分布不均匀 ）
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-机壳
截流板（风舌）；8-支架
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-叶轮 叶轮的组成：前盘、后盘、叶片、轮毂 叶轮－叶轮前盘形式
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心风机-叶轮 叶轮－叶片形状
（a)平板型 （b)圆弧型 （式
离心风机-集流器
集流器：装在叶轮进口，以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶 轮入口。
螺旋形压出室 （蜗壳）
环形压出室
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-导叶
导叶：汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下，引入 次级叶轮的进口或压出室，把部分动能转换为压力能。
1. 径向式导叶 2. 流道式导叶
离心泵-导叶
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-密封装置 1）密封环
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-吸入室
吸入室：离心泵吸水管法兰接头至叶轮进口的空间。以最小的阻力 损失，引导液体平稳进入叶轮，叶轮进口处液体流速均匀分布。
锥形 （锥度 7°~8°）
环形
半螺旋形
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-压出室
压出室：叶轮出口或导叶出口至压水管法兰接头之间的空间。收集 从叶轮流出的高速流体，以最小阻力损失引入压水管或次级叶轮进 口，将部分动能转变为压力能。
蜗壳出口扩压器: 因为气流从蜗壳流出时向叶轮旋转方向偏斜， 所以扩压器一般做成向叶轮一边扩大，其扩
散角θ通常为6°～8°。
离心通风机蜗壳出口附近有“舌状”结构，一般称作蜗 舌。蜗舌可以防止气体在机壳内循环流动。 蜗舌组成：尖舌、深舌、短舌、平舌
尖舌：风机虽然最高效率较高，但效率曲线较陡，且噪声大，风 机性能恶化，不能使用。 深舌：大多用于低比转速通风机， 短舌：大多用于高比转速通风机。 平舌：风机虽然效率较尖舌的低，但效率曲线较平坦，且噪声小。 蜗舌顶端与叶轮外径的间隙s，对噪声的影响较大。间隙s小，噪 声大；间隙s大，噪声减小。一般取s=(0.05～0.10)D2。 蜗舌顶端的圆弧r，对风机气动力性能无明显影响，但对噪声影 响较大。 圆弧半径r小，噪声会增大，一般取r=(0.03～0.06)D2。
第一章 泵与风机的叶轮理论
本章主要内容和要求
离心式泵与风机:
了解离心式泵与风机的叶轮理论； 理解并掌握流体在叶轮中的运动规律、速度三角形； 重点掌握能量方程式的分析、叶片出口安装角对理论 能头的影响，有限叶片叶轮中流体的运动；
轴流式泵与风机: 理解轴流式泵与风机的基本原理、基本形式。
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
密封效果好、使用寿命长，但 结构复杂、制造精度高。适用 于高温高压泵。
轴端密封装置 c. 迷宫式密封
原理：非接触型流体动力密封，利用流体流过转子与静子间的 微小间隙产生的节流降压效应来实现密封。
轴端密封装置
d. 浮动环密封
原理: 靠轴(或轴套)与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水 力阻力而实现密封的，是采用机械密封与迷宫式密封原理 结合起来的一种新型密封。
离心风机——集流器 集流器装置在叶轮前，它应使气流能均匀地充满叶轮的
入口截面，并且气流通过它时的阻力损失应该最小。
圆筒形：叶轮进口处会形成涡流区，直接从大气进气时效果更 圆锥形：好于圆筒形，但它太短，效果不佳。 弧 形：好于前两种， 锥弧形：最佳，高效风机基本上都采用此种集流器。
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
作用：防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸 入口，在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环。
平环式(图a) 角接式(图b) 迷宫式(图c)
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-密封装置
2）轴端密封
轴封是设置于轴 与壳之间的间隙 处，起到密封作 用的装置。若轴 封质量不过关， 水泵将发生漏水 和吸气的故障。
作用：汇集从叶轮流出的气体，将其引向风机出口，将 部分动能转换为压力能。
蜗舌：
防止部分气流在蜗壳内循环流动。
扩压器：
装于风机出口，通过降低出口流体流速， 使部分动压转变为静压。
离心风机——蜗壳
作用： 汇集叶轮流出的气流，然后引向出口，与此 同时将气流的一部分动能转变成压力能。
蜗壳的外形： 阿基米德螺旋线、对数螺旋线
叶轮：是实现能量转换的主要部件，将原动机的机械能传递给流体， 使流体获得压力能和动能。
前盖板
后盖板
后盖板
效率高
效率低
轮毂
叶片
轮毂
叶片
泵与风机Pump and Fan
单级单吸清水离心泵
IS——国际标准号 如：IS50—32—125
50——泵入口直径；32——泵出口直径；125——泵叶轮直径
填料密封特点：
寿命短 结构简单 不能自补偿 密封效果一般 中低压水泵用 摩擦耗功大
机械密封特点：
寿命长 结构复杂 能自补偿 密封效果好 高温高压泵用 摩擦耗功小
离心风机的主要部件
（1）叶轮 （2）机壳 （3）集流器与进气箱
离心式风机主要结构分解示意图 1-吸入口；2-叶轮前盘；3-叶片；4-后盘；5-机壳；6-出口；7-
下液面的水从吸入管路吸进叶轮， 在叶轮不断旋转下，下液面的水 就会不断地由吸入管路进入叶轮， 再由压力管路排出，从而起到输 送液体的作用。
A
B
C
D
( a)
(b) 离心泵工作原理
离心泵主要部件
（1）叶轮 （2）吸入室 （3）压出室 （4）导叶 （5）密封装置
叶片式泵与风机的主要部件及结构形式
离心泵-叶轮
轴端密封装置
a. 填料密封
由填料箱4、水封环5、 填料3、压盖2和压紧 螺栓等组成，是目前 普通离心泵最常用的 一种轴封结构。
填料： 石墨油浸石棉绳
聚四氟乙烯
带水封环的填料密封结构
轴端密封装置
b. 机械密封
机械密封是无填料的密封装置。 它由动环5、静环7、弹簧2和密 封圈8等组成
动环在液体压力及弹簧力的作 用下与静环的端面保持紧密接 触，以达到密封的目的。
一、离心式泵与风机的工作原理
由流体力学可知：图同一水平面上的 A、B、C、D的压力值大小的关系是：
pA pB
pC pA pD pC
A
B
C
D
(a)
(b)
离心泵工作原理
离心泵的工作原理:
如在D点处接图所示的压力管路5，与此同时 在C点处接上吸入管路3，那么水就由压力管路 流出，与此同时，因 pc 的下降而产生真空可将