泵与风机的性能

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-泵与风机的性能曲线的测试

■泵与风机性能曲线测试方法
■内容简介
◆泵性能测试
◆风机性能测试 ◆泵汽蚀试验 ◆泵效率测试的热力学方法
◆自动化测试(计算机测试)
■泵性能测试
◆泵性能测试规范: GB3216-82 《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵的试验方法》图2-20 水泵封闭式试验装置 ◆泵性能测试仪表：流量计、真空表、压力表、功率表及转速表(或频闪测速仪) ◆泵性能测试步骤: (1)关阀7启动,并记录qV=0时的真空表、压力表、功率表及转速表的读数。 (2)不改变转速，逐渐开启阀门7，稳定后记录该工况下各种数据。（流量计、真空表、压力表、功率表读数。） (3)均匀取得10点以上数据,计算出该流量下对应的扬程H、功率P 和效率η,绘制性能曲线。
2p

, m3 / s
流量系数;
A0 孔板的内孔截面积 , m2 ;
流体密度, kg / m 3 ;
p 孔板喉部前后压差 (由水银压差计测量 ). 输送冷水时, qV 0.0014d 2 h d 孔板的内径, m m; h 水银压差计的读数 , m m Hg . 输送高温水时 , qV 0.1392d 2 h , m3 / h g
图2-21 孔板流量计图2-22 文丘里管流量计图2-23 喷嘴流量计图2-24 用压力表和真空表测量泵进出口压力 (详见《流体力学》)
K性能试验时全开
7必须装在8后,避免调节时干扰水流
汽蚀试验用性能试验时全开
汽蚀试验用
图2-20 水泵封闭式试验装置 (性能试验/汽蚀试验)
qV A0
图2-20 水泵封闭式试验装置抽真空或关小泵的进口截止阀
■汽蚀方程
pk pv ha hr g

泵与风机性能

第三章泵与风机的性能(1)泵与风机实际H-Q 特性曲线及其主要影响因素 ①叶轮叶片出口角β2∞变化时的影响。

②叶轮叶片出口外径 D 2 变化时的影响。

③叶轮叶片出口宽度 b 2 变化时的影响。

④叶轮转速n 变化时的影响。

⑤实际叶轮为有限叶片数(Z ≠∞)的影响。

⑥实际流体具有粘性而产生摩擦损失的影响。

⑦偏离额定工况而产生冲击损失的影响。

⑧实际流道的泄露而产生容积损失的影响。

⑨泵与风机的实际Ｈ－Ｑ特性曲线的形式。

首先，根据Euler 方程讨论泵与风机实际性能曲线的主要影响因素为提高理论扬程通常取叶片入口角α1=90°，则额定工况下，流体沿径向进入叶轮，即V 1u ∞=0，代入Euler 方程:又由出口速度三角形得到：式中：显然对于已给定参数的叶轮来说，理论扬程 H T ∞ 与理论流量 Q T 之间呈线性关系。

直线的斜率为：，直线的截距为：由上述Euler 方程，我们可以讨论各个因素的影响。

① 叶轮叶片出口角β2∞的影响根据前面所得到的结果可知：叶轮叶片出口角β2∞的变化只影响斜率，而不影响其截矩。

我们可对以下三种情况讨论：a) β2∞＜ 90°(后向))(11122V u V u H u u T g ∞∞∞-=β∞∞∞-=222,2ctgVu V m u FQ b D Q VTTm 2222==∞πb D u g ctg 2222πβ∞-g u 2202222<-∞bD u g ctgπβb) β2∞＝90°(径向)c) β2∞＞ 90°(前向)②叶轮外径D 2的影响∵斜率:∴斜率与叶轮外径D 2无关。

又∵截矩：∴截矩与叶轮外径D 2的平方成正比。

③叶轮出口宽度b 2的影响∵斜率:∴斜率的绝对值与叶轮出口宽度 b 2 的大小成反比。

又∵截矩：∴截矩与叶轮出口宽度 b 2 无关。

④转速 n 的影响 ∵斜率：∴斜率的绝对值与叶轮转速 n 的大小成正比。

泵与风机的结构性能与运行检修

泵的使用范围
离心泵的所占区域最大，流量在 5~20000m3/h，扬程8~2800m的范围内。
二、工作原理
（一）叶片式泵与风机流体的出流方向不同
吸入室叶轮
压出室离心泵示意图
泵壳
导叶
离心式：沿径向；
轴流式：沿轴向；
叶轮
叶轮
轴流泵示意图
混流式：沿斜向。
导叶混流泵示意图
1、离心式泵与风机的工作原理
闭式叶轮
闭式叶轮按入口数量分为：
单吸式双吸式
叶片一般为 6-12 片
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2.泵轴与轴套
轴--传递扭矩（机械能）,使叶轮旋转的部件等直径平轴阶梯式轴
阶梯轴—近代大型泵平轴—中小型泵材料：一般采用碳钢（35 号或45号），大功率高压泵用40铬钢或特种合金钢
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F zF1 F2 F3
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（二）轴向推力的平衡
轴向推力的危害：①使叶轮和泵壳动、静部件碰撞、摩擦和磨损②增加轴承载荷，导致机组振动、发热甚至损坏。
1.单级泵轴向推力的平衡：（1）平衡孔和平衡管平衡轴向推力；（2）采用双吸叶轮平衡轴向推力；（3）采用背叶片平衡轴向推力
1000
1000
传动装置传动效率：
d
泵与风机效率：
四、转速
原动机配套功率： Pgr=KPg，K为容量安全系数（额定条件下）。
泵与风机轴每分钟的转数，通常用n 表示，单位为r/min。
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压出室形状
环形压出室
流动状态：不等速流动优缺点:有冲击损失存在，效率较低，但加工方便

泵与风机的性能计算

泵与风机的性能1、某台IR125-100-315型热水离心泵的流量为240m3/h，扬程为120m，泵效率为77％，热水温度为80℃，密度为970kg/m3，试计算该泵有效功率和轴功率的大小。

解：（m3/s）该泵有效功率为：（kW）该泵轴功率为：（kW）2、某台离心通风机的额定参数为：流量44090 m3/h，全压105mmH2O，风机效率0.88。

采用联轴器直联传动，ηtm=0.98，取电动机容量富余系数k=1.15，问该风机应选用多大容量的电动机？解：（m3/s）（Pa）电动机的容量应为：（kW）说明：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，进行了上述计算后，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。

风机全压单位换算是1 mmH2O等于9.797Pa，工程计算时可取10Pa。

3、某电厂循环水泵的电动机输入功率为1720 kW，电动机效率为0.90，直联传动效率为0.98，泵的扬程为20m，循环水的密度为1000 kg/m3，问该循环水泵的流量为多少立方米/小时（取泵的效率为0.78）？解：由公式得：（m3/s）（m3/h）4、若水泵流量qV为25L／s，泵出口压力表读数p B为32×104Pa，入口处真空表读数p m为4×104Pa，吸入管直径d1为100cm，出水管直径d2为75cm，电动机功率表读数p g为12.6kW，电动机效率η1为0.9，传动效率η2为0.97。

试求泵的轴功率、有效功率及泵的总效率。

解：d1＝100cm＝1m，d2＝75cm＝0.75m泵入口的流速w1＝qV／A1＝4qV／πd21＝4×25×10－3(3.14×12)＝0.032(m／s)泵出口的流速w2＝qV／A2＝4qV／πd22＝4×25×10－3／(3.14×0.752)＝0.057(m／s)水获得的能量H＝(p B＋p m)／ρg＋(w22－w21)／2g＝(32×104＋4×104)／1000×9.81＋(0.0572－0.0322)／(2×9.81)＝36.69(m)所以泵的有效功率P e＝ρg qVH／1000＝1000×9.81×25×10－3×36.69／1000＝8.998(kW)所以泵的总效率η＝P e／(P gη1η2)×100%＝8.998／(12.6×0.9×0.97)×100%＝81.8%泵的轴功率P sh＝P e／η＝8.998／0.818＝11(kW)答：泵的轴功率为11kW，有效功率为8.998kW，泵的总效率为81.8%。

《泵与风机》第二章—泵与风机的性能

1）摩擦损失：沿程阻力损失； h f K q
2）涡流损失：摩擦损失+涡流损失：
2 h j K2qV
2 1 V
hf hj K q4 (qV qVd )
2
总流动损失：
hh h f h j hs
最小流动损失
无冲击损失 hh hf+hj hs
P
qV p PM K K tm g 1000 tm g P
K: 原动机的容量富裕系数
二. 损失和效率
机械损失ΔPm
与叶轮转动相关
容积损失ΔPV
经过叶轮与流体泄露量相关
流动损失ΔPh
经过叶轮与流体流量相关
Pe P Pm P Ph V
（一）机械损失ΔPm和机械效率ηm
qV p 对风机而言， P 1000
η: 泵和风机的总效率
kW
一. 功率
3)原动机功率Pg 对泵而言，
原动机的输出功率。
对风机而言,
ηtm: 传动效率
gqV H Pg 1000tm qV p Pg 1000tm
传动效率 1.00 0.98 0.95
kW
kW
传动方式电动机直连传动联轴器直连传动三角皮带传动（滚动轴承
( P Pm ) P V V ( P Pm ) qV g (qV q) H T qV q
q: 泄露流量，m3/s ≈4%～10%qVT
gqV H T
1) 叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露
泄漏量的计算
μ1－流量系数； △H1－间隙两侧的能头差，m； A1=πDwb－间隙的环形面积，m2；
'
u22 u2 cot 2 K( qV ,T ) g g D2b2

泵与风机性能

△ PV=△ PV1+ △ PV2+ △ 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

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（课本P60）
泄漏量： q A 2 g H 容积效率： v
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
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）

原因程度
功率需讨论损失效率
及相互间关系。
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%。图2-2 圆盘摩擦损失大小（经验公式）：
Pdf Ku D 10ΔPdf∝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，P57 保持接触面光滑，减少摩擦。

4--泵与风机的性能

引言
1、泵与风机的性能及性能曲线 H-qV 或 p-qV n=const. P-qV n=const. 主要的 -q 其次
V
[NPSH]-qV [H s]-qV
2、性能曲线的作用能直观地反映了泵与风机总体的性能，对其安全经济运行意义重大；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态——工况，运行工况，设计工况，最佳工况。 3、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定律）
二、机械损失和机械效率
1、什么是机械损失在机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失。机械损失与叶轮转动相关而与流体流量无直接关系 --直接损失功率。机械损失（用功率Pm表示）包括：轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率，一般分别用Pm1和Pm2表示。
二、机械损失和机械效率
2、机械损失的定性分析
冲击损失可用下式估算，即
hs K4 (qV qVd )2
四、流动损失和流动效率
2、流动损失的定性分析 2）冲击损失当流量小于设计流量时，1y>1，则 =1y1>0 ，称
工作面背面称吸力边
为正冲角；
w1d w1
正冲角及速度三角形
当流量大于设计流量时， 1y<1，则=1y1<0，称为负冲角。
给水泵的容积效率
60 0.835 0.920 70 0.86 0.94 80 0.875 0.950 90 0.890 0.955 100 0.90 0.96
An example: Blood Regurgitation through Mitral Valve
Healing Techniques
（三）容积效率
容积损失的大小用容积效率V 来衡量。容积效率为考虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比：

第5讲泵与风机性能

gqVHT g(qV q)HT
qV qV
q
V
PPmPv PPm
gqVHT g(qVq)HT
qV qVq
q q1 q2 q3
泵与风机旳泄漏量一般为其理论流量旳4%-10%
1. 功率、损失与效率
容积损失与容积效率
降低泄漏量旳方法：
（1）维持动、静部件间最佳旳间隙；
当径向间隙与叶轮直径旳比值从0.5%降低到0.05%时，可使泵与风机效率提升3%～4%；一般情况下间隙取值: (1/200～ 1/100)倍叶轮直径。
Pdf Ku23D22
u2→3次方 D2→5次方
1. 采用合理旳构造
方法1：提升能头，宜采用多级叶轮，而非增大叶轮直径；方法2：提升单级扬程，首先提升转速；方法3：产生相同旳全压，提升转速旳同步，叶轮外径能
够相应减小，损失可能不增长。
2. 保持叶轮及泵体内侧表面旳光洁
1. 功率、损失与效率
容积损失与容积效率
1. 功率、损失与效率
机械损失功率
叶轮圆盘摩擦损失：
Pdf Ku23D22
K-圆盘摩擦系数，试验求得，与雷诺数、相对侧壁间隙B/D2，圆盘外侧面机外壳内侧面粗糙度有关； D2-叶轮出口直径； u2-叶轮出口圆周速度； B-侧壁间隙；
1. 功率、损失与效率
机械损失功率
降低叶轮圆盘摩擦损失旳措施：
（2）增大间隙中旳流动阻力：
A）增长密封旳轴向长度，可增大间隙内旳沿程流动阻力； B）在间隙入口和出口采用节流措施，可增大流体间隙流动
旳局部阻力； C）采用不同形式旳密封环，可引起间隙流动阻力旳变化。
1. 功率、损失与效率
容积损失与容积效率
常用叶轮密封环型式：

泵与风机

五、混流泵的主要部件
其结构和性能介于离心泵与轴流泵之间。其结构和性能介于离心泵与轴流泵之间。
§1.3 泵与风机的主要性能参数
一、流量
单位时间内输送的流体数量。单位时间内输送的流体数量。
二、扬程和全压
流体通过泵或风机获得的能量，泵扬程，风机全压。流体通过泵或风机获得的能量，泵扬程，风机全压。
三、功率与效率
一、按压力分
泵：低压，<2MPa；中压，2-6MPa；低压，>6MPa。低压，<2MPa；中压， 6MPa；低压，>6MPa。风机：通风机，<15kPa，又分低中高压离心、风机：通风机，<15kPa，又分低中高压离心、轴流通风机；鼓风机，15-340kPa；压气机，风机；鼓风机，15-340kPa；压气机，>340kPa 。
二、按工作原理分
泵，1、叶片式：离心、轴流、混流；2、容积式：往叶片式：离心、轴流、混流；容积式：复式（活塞、柱塞、隔膜）、回转式（齿轮、螺杆、）、回转式复式（活塞、柱塞、隔膜）、回转式（齿轮、螺杆、滑片）；其它（真空、射流、水锤）。）；其它滑片）；其它（真空、射流、水锤）。风机，叶片式：离心、轴流、混流；容积式：风机，1、叶片式：离心、轴流、混流；容积式：往回转（叶式、罗茨；螺杆）。复、回转（叶式、罗茨；螺杆）。
三、能量方程
利用离心式的公式得式（13.8、利用离心式的公式得式（13.8、9）。
§2.2 轴流泵与风机的叶轮理论
四、翼型及叶栅的空气动力学特性
单翼型的空气动力学特性：指翼型升力和阻力特性，单翼型的空气动力学特性：指翼型升力和阻力特性，即升力和阻力与翼型的几何形状、气流参数的关系。即升力和阻力与翼型的几何形状、气流参数的关系。升力角：合力与升力之间的夹角，夹角越小，升力角：合力与升力之间的夹角，夹角越小，说明升力越大而阻力越小，翼型的空气动力特性越好。力越大而阻力越小，翼型的空气动力特性越好。失速现象：冲角较大时，后缘点前发生边界层分离，失速现象：冲角较大时，后缘点前发生边界层分离，在翼型后形成旋涡区使翼型凹凸面的压差减小，升力在翼型后形成旋涡区使翼型凹凸面的压差减小，系数和升力随之减小，系数和升力随之减小，升力系数和升力减小的点称失速点。冲角增大到失速点后，速点。冲角增大到失速点后，空气动力特性就大为恶这种现象称为失速现象。化，这种现象称为失速现象。