泵与风机-2_1性能曲线
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泵与风机课件(5)
华北电力大学 流体力学及泵与风机课程组
泵与风机 Pumps and Fans
二、相似三定律
2、能头相似定律
1 推得） (由 H = H ηh = [u υ2u −uυ1u]⋅ηh 及 p=ρgH 推得） T 2 1 g
H p st =con . 或 st = con . 2 2 2 2 D n ηh ρD n ηh 2 2
q2 15 0 800 V n =n 60 81(r /min ) =9 × =5 2 1 q1 26 00 10 V
按照现有电机的档次， 按照现有电机的档次，取n2=580r/min，则： ，
n 580 2 = 6864× p2 = p = 2505.5(Pa) 1 960 1 n
ρp n qV Dp P H p 2 = = = 3 sh , =1 =1 ⇒ = D H0 p0 P0 ρm n0 qV0 sh 2m
注意：上述等式为联等式；故n↑→ V↑→H ↑↑→ sh↑↑↑。 ↑→q ↑→P ↑↑↑。 注意：上述等式为联等式； ↑→
华北电力大学
流体力学及泵与风机课程组
泵与风机 Pumps and Fans
泵与风机
华北电力大学 流体力学及泵与风机课程组
泵与风机 Pumps and Fans
§1-8 叶片式泵与风机的相似 定律及其应用
掌握泵与风机的原理和性能。 目 的：掌握泵与风机的原理和性能。 理论角度 考虑相似理论对泵与风机应用的指导作用 角度： 泵与风机应用的指导作用。 理论角度：考虑相似理论对泵与风机应用的指导作用。
所以，电动机的功率为（安全系数取 所以，电动机的功率为（安全系数取K =1.15）： ）
P =K gr
P 20 sh
泵与风机 Pumps and Fans
二、相似三定律
2、能头相似定律
1 推得） (由 H = H ηh = [u υ2u −uυ1u]⋅ηh 及 p=ρgH 推得） T 2 1 g
H p st =con . 或 st = con . 2 2 2 2 D n ηh ρD n ηh 2 2
q2 15 0 800 V n =n 60 81(r /min ) =9 × =5 2 1 q1 26 00 10 V
按照现有电机的档次， 按照现有电机的档次，取n2=580r/min，则： ，
n 580 2 = 6864× p2 = p = 2505.5(Pa) 1 960 1 n
ρp n qV Dp P H p 2 = = = 3 sh , =1 =1 ⇒ = D H0 p0 P0 ρm n0 qV0 sh 2m
注意：上述等式为联等式；故n↑→ V↑→H ↑↑→ sh↑↑↑。 ↑→q ↑→P ↑↑↑。 注意：上述等式为联等式； ↑→
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泵与风机 Pumps and Fans
泵与风机
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泵与风机 Pumps and Fans
§1-8 叶片式泵与风机的相似 定律及其应用
掌握泵与风机的原理和性能。 目 的：掌握泵与风机的原理和性能。 理论角度 考虑相似理论对泵与风机应用的指导作用 角度： 泵与风机应用的指导作用。 理论角度：考虑相似理论对泵与风机应用的指导作用。
所以，电动机的功率为（安全系数取 所以，电动机的功率为（安全系数取K =1.15）： ）
P =K gr
P 20 sh
-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
■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》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
通风机的性能曲线与工况调节
7
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的联合运行
• 如果第一台风机的压出管作为第二台风机的吸入 管，气由第一台风机压入第二台风机，气以同一 流量依次通过各风机，称为风机的串联运行。 特点：各台设备流量相同，而总扬程或总压头等 于各台设备扬程或压头之和。 应用于以下场合： ① 用户需要的压头大，而大压头的泵或风机制造 困难或造价太高； ② 改建或扩建系统时，管路阻力加大，而需要增 大压头。
H Hst SQ2
式中 H——管路中对应某一流量下所需要的压头（或
称扬程），mH2O； Hst ——静压头（或称静扬程），表达式为
H st
(z2
p2
)
(
z1
p2 )
S——管路的阻抗，s2/m5；
Q——管网的流量，m3/s。
4
通风机的性能曲线与工况调节
管路特性曲线与工作点
风机管路特性曲线的函数关系式为：
8
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的工况调节
工况点是由泵或风机的性能曲线与管路特性曲线的交点决 定的，其中之一发生变化时，工况点就会改变。所以工况 调节的基本途径是： ① 改变管道系统特性 ② 改变风机压头性能曲线 ③节流调节 ④压出管上阀门节流
图 阀门调节的工况分析
9
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
1
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
图 离心式泵与风机的性能曲线
(a)前向叶轮；(b)后向叶轮
2
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
图 4-72No5型离心式风机的性能曲线
3
通风机的性能曲线与工况调节
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的联合运行
• 如果第一台风机的压出管作为第二台风机的吸入 管，气由第一台风机压入第二台风机，气以同一 流量依次通过各风机，称为风机的串联运行。 特点：各台设备流量相同，而总扬程或总压头等 于各台设备扬程或压头之和。 应用于以下场合： ① 用户需要的压头大，而大压头的泵或风机制造 困难或造价太高； ② 改建或扩建系统时，管路阻力加大，而需要增 大压头。
H Hst SQ2
式中 H——管路中对应某一流量下所需要的压头（或
称扬程），mH2O； Hst ——静压头（或称静扬程），表达式为
H st
(z2
p2
)
(
z1
p2 )
S——管路的阻抗，s2/m5；
Q——管网的流量，m3/s。
4
通风机的性能曲线与工况调节
管路特性曲线与工作点
风机管路特性曲线的函数关系式为：
8
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的工况调节
工况点是由泵或风机的性能曲线与管路特性曲线的交点决 定的，其中之一发生变化时，工况点就会改变。所以工况 调节的基本途径是： ① 改变管道系统特性 ② 改变风机压头性能曲线 ③节流调节 ④压出管上阀门节流
图 阀门调节的工况分析
9
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
1
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
图 离心式泵与风机的性能曲线
(a)前向叶轮；(b)后向叶轮
2
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
图 4-72No5型离心式风机的性能曲线
3
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的系统效应分析
泵与风机的系统效应分析在现代建筑工程中会使用一定数量的泵与风机，如消防排烟风机，平时送风排风风机，小区采暖，给水二次加压循环泵等。
由于建筑工程使用的都是大功率的泵与风机所以其价钱都不菲，在选型和采购过程中要尤其慎重，避免造成资源浪费。
泵与风机的选型是根据管网阻力来计算的。
而在计算管网阻力时大都忽视了系统效应的影响。
从而造成了选型的不当。
在使用过程中也忽视了系统效应的影响，从而影响了泵与风机的正常工作。
1973年首次将系统效应因素概念引入暖通领域。
在以往的系统效应的总结上大多是从风机与风管的连接方式上进行的，本文将从气流组织上对系统效应进行分析和总结。
1 系统效应的影响泵与风机一般装设在管路系统中，与管路共同作用。
泵与风机的工作点不但取决于泵与风机本身，而且也与管路的连接特性有关。
所谓系统效应即泵与风机进出口与管路连接方式对泵与风机的性能产生的影响。
系统降低泵与风机的性能是由于其与管道连接方式不同产生的，这种影响是由于生产厂在泵与风机性能测试时进出口接管方式形成的能量损失与实际应用时进出口不同接管方式形成能量损失的差别产生的。
下面就风机举例具体分析系统效应的影响。
1.1 进口的系统效应分析1.1.1进口气流收缩引起的系统效应进口气流收缩引起气流面积的减少继而迅速扩散又会产生损失，这种损失会增加系统阻力，可视为系统效应。
在风管或风机进口安装一个圆形集流器就会大大消除这种损失，如安装这种光滑的集流器不太可能，一个收敛的锥形接头也会显著减少能量损失，甚至在风管端部安装一个简单的扁平法兰也会是通过不带法兰的集流器的损失减少一半；离心式和轴流式风机的典型进口工况见图1-1。
a）表示带管路的进口条件；b）表示不带管路的条件；c）表示带喇叭状进风口的条件；d）表示进入边缘锐利的管路气流，e）为理想而光滑的风管进口；f）为喇叭口式进口产生进入风机的饱满气流。
图1-1 离心式和轴流式风机的典型进口工况a）进口均匀气流b）进口光滑的均匀气流c）进口收敛气流d）进口急收敛气流e）理想的光滑进口气流f）进口平缓收敛气流FIG.1-1 typical inlet work condition of centrifugal fan and axial fan a）inlet uniform air flow b）smooth inlet uniform air flow c）convergent inlet air flow d）abrupt convergent inlet air flow e）ideal smooth inlet air flow f）subdued convergent inlet air flow 圖1-2 系统效应影响风机性能示意图FIG.1-2 performance of the fan influenced by systematic effect1.1.2进口气流不均匀引起的系统效应流入进口的气流不均匀时影响风机性能不佳的最常见的原因之一。
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。
离心风机或泵的管路性能曲线及工作点(精)
H 2＝SQ
• 所以
2
管路流动特性： H＝H1＋H 2＝
p 2 p1
＋H Z＋SQ 2。
离心式风机与泵的管路性能曲线及工作点
• 一、管路特性曲线 管路流动特性： H＝H ＋H ＝ p 2 p1 ＋H ＋SQ 2。 1 2 Z • 具体地讲，
• S＝H2/Q2＝ H2`/Q`2，“`”表示设计值，如是算出S。
250
500 750 Q（m 3/h）
1000
离心式风机与泵的管路性能曲线及工作点
• 例题讨论： • 1、压力增加了50％，风量相应减少了(690－570)/690=17%。 说明压力急剧增加，风量的减少与压力的增加不成比例。也就是 说当管网计算压力与实际应耗压力有某些偏差时，对实际风量的 影响并不突出。 2、由于管路系统与风机联合运行，实际上的工作流量均不 能等于500 m3/h。 为了使风机供给的风量能够符合实际风量的要求，可采取以 下办法： p 1 ①减少或增加管网的阻力 2 如通过改变管径、阀门调节，使管网特 性改变，进而满足流量要求。图中，1→2， Q 表示管路阻力损失降低。
7 2 9 .7 8 08
(p2-p1)/γ +H Z
• 方法是：将两 • 条特性曲线绘在一 • 张图上，求出交点。
HZ p2
η 泵或风机 η －Q QA
A
2 , 0 8 7 .8 7 5 8
Q
离心式风机与泵的管路性能曲线及工作点
• 例题： • 当某管路系统风量为500m3/h时，系统阻力为300Pa，今预选 一个风机的特性曲线如图。①计算风机实际工作点；②当系统阻 力增加50％时的工作点；③当空气送入有正压 150Pa 的密封舱时 的工作点。 1000
几种泵的特性曲线
代化的液体输送机械；由于泵内的流动不受搅拌且无脉动， 因此可以安静平稳地运转，工作噪声低。
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
3．罗茨鼓风机 用途：在火 力发电厂中，常 用于气力输灰， 锅炉本体除尘， 烟气脱硫，煤粉 沸腾燃烧，离子 交换器逆洗等系 统中。
111111
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
3．罗茨鼓风机
安全运行：与其他容积式泵一样，必须在罗茨鼓风机排气 管路上配置安全阀、逆止阀和闸阀。安全阀应尽量靠近鼓风 机布置，逆止阀可以装得稍远一点，闸阀在鼓风机启动及工 作时应全开。 发展趋势：主要是进一步提高效率、降低噪声、增强可靠 性及扩大应用范围。
111111
111111
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
2．齿轮泵和螺杆泵
用途：用于输送流
量小、输出压强高的高 粘性流体。 在火力发电厂中， 润滑系统常采用齿轮泵， 而螺杆泵则常用作
输送润滑油及调节油，也可作为锅炉燃料油输送泵。
111111
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
3． -qV 性能曲线的比较
离心式泵与风机的-qV 曲线比较 平坦，且高效区宽；随着由离心式向 轴流式过渡， -qV 曲线越来越陡，高 效区越来越窄。
111111
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
1．活塞泵和柱塞泵
特点：①在理论上，这种泵可以达到任意大的扬程；② 通过改变转速调节流量，通过排出阀开启度调节扬程；③ 当需要产生很高压强时（10MPa以上），采用柱塞泵。
①．冲角增加，曲线上升；
泵的工作曲线
泵的工作曲线1、水泵的性能曲线主要有流量-扬程曲线(Q-H)，流量-功率曲线(Q-P)，流量-效率曲线(Q-η)。
2、首先看曲线是否平坦，有无驼峰。
泵曲线越平越好，当然驼峰是不允许的。
其次看它的效率哪个高。
然后比较他们的范围哪个更宽广，范围越广阔，调整、使用越好。
3、在生产实践中，必须参照泵的性能曲线来选择泵的运行工况点，这样才能使泵经常保持在率区间运行。
4、在性能曲线上，对于一个任意的流量点，都可以找出一组与其相对应的扬程、功率和效率值。
通常，把一组相对应的参数称为工况点称为最好工况点。
5、泵在最率点运行是最理想的。
但用户的要求是千差万别的，不一定和最率点下的性能相一致。
为此，规定了一个范围(效率下降5%~8%为界)，泵在此范围内运行，效率下降不算太大，这个范围就是泵的工作范围(也称范围)。
超出此范围时，效率低，不经济。
扩展资料：常见的性能曲线有三种：1、平坦的性能曲线这种性能曲线适用于流量调节范围较大，而压力变化较小的系统，也就是对扬程要求变化较小、流量变化要求相对较低的系统中。
大多数泵如IS单级离心泵、D型泵、双吸泵、IH化工离心泵等曲线的都是比较平坦的。
2、陡降的性能曲线这种性能曲线适用于对流量的要求较高而压力的要求不高的系统中。
一般像螺杆泵等都具有这种特性。
3、有驼峰的性能曲线有驼峰的性能曲线的泵在运行中可能会出现不稳定工况，泵出现噪音、震动等，一般是不允许出现的。
水泵的性能参数，标志着水泵的性能。
但各性能参数不是孤立的、静止的，而是相互联系和相互制约的。
对于特定的水泵，这种联系和制约具有一定的规律性。
充分了解水泵的性能，熟悉性能曲线的特点，掌握其变化规律，对合理选型配套、正确确定水泵的安装高度、调节水泵运行工况、加强泵站的科学管理等极为重要。
泵与风机-2_1性能曲线(课堂PPT)
1. qv—H曲线
1) qvT —HT曲线
HT
1 g
u2v2u
1 gu2(u2D qv2bT2cot2)ABvqT co2 t
在qvT — HT坐标上为一直线方程。
2>90时斜率为正， 2<90时斜率为负， 2 =90时斜率为0。
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能 H T ABvq T co2 t
(1)先去下标
H、HT、HT
qvT ～HT
qvT～ HT
A
A
qv、qvT
第二章 泵与风机的性能
Welcome
(2)去H的下标T
因为H=hHT，而h和h1、 h2及h3有关。 h1+ h2 qvT2，又因为是损失，在坐标上应为负值。
H、HT、HT
qvT ～HT qvT～ HT
A
A
第二节 泵与风机的性能曲线
曲线
H T
2
2 90
u
2 2
2 90
g
2
2 90
A
q vT
B cot 2
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线
1. qv— H曲线
2) qv—H曲线(实际)
从理论上分析曲线的大体形状。以2 <90为例，取
其中的一部分进行放大。
(1)先去下标 HT KHT
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
1.工况 有一qv,就有一组、H、P,这一组数就是一个工
况，应为一曲线，曲线上有无限多个点，就有无限多
1) qvT —HT曲线
HT
1 g
u2v2u
1 gu2(u2D qv2bT2cot2)ABvqT co2 t
在qvT — HT坐标上为一直线方程。
2>90时斜率为正， 2<90时斜率为负， 2 =90时斜率为0。
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能 H T ABvq T co2 t
(1)先去下标
H、HT、HT
qvT ～HT
qvT～ HT
A
A
qv、qvT
第二章 泵与风机的性能
Welcome
(2)去H的下标T
因为H=hHT，而h和h1、 h2及h3有关。 h1+ h2 qvT2，又因为是损失，在坐标上应为负值。
H、HT、HT
qvT ～HT qvT～ HT
A
A
第二节 泵与风机的性能曲线
曲线
H T
2
2 90
u
2 2
2 90
g
2
2 90
A
q vT
B cot 2
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线
1. qv— H曲线
2) qv—H曲线(实际)
从理论上分析曲线的大体形状。以2 <90为例，取
其中的一部分进行放大。
(1)先去下标 HT KHT
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
1.工况 有一qv,就有一组、H、P,这一组数就是一个工
况，应为一曲线，曲线上有无限多个点，就有无限多
7流体力学第六章之二
6-6
vu 2 u2 vr 2 cot 2
1 2 HT u2 u2vr 2 cot 2 g
又理论流量： QT
vr 2 F2
vr 2 QT / F2
1 2 u2 ∴ HT u2 QT cot 2 g F2
对一定的泵或风机，n不变时，u2、g、β2、 F2均为常数。 u u 令 A B g Fg 于是： HT A B cot 2QT 6-8 三种不同叶型的泵与风机理论上的QT－HT曲 线见图6-21。
6-33
功率系数N：
Nn Nm N N 3 5 3 5 3 5 n nn D2 n m nm D2 m n D2 N N 5 2 3 1.127 107 D2 n3 D2 u2 4 1000 N
6-34
QP 风机全效率可按下式求出： N
2
2
⒊功率关系 N n nQn H n mm 3 5 n l N m mQm H m mn 以上四式是相似泵或风机性能换算的公式， 可改写为下列形式：
Qn Qm Q Q 3 3 3 nn D2 n nm D2 m nD2 Hn Hm H 2 2 2 2 H 2 nn D2 n nm D2 m n D2 Pn Pm P P 2 2 2 2 2 2 n nn D2 n m nm D2 m n D2 Nn Nm N N 3 5 3 5 3 5 n nn D2 n m nm D2 m n D2
三、相似律的实际应用 当转速、流体密度变化、轮径不同时，可 用相似律求出新的性能参数，换算公式见 表6-3。
四、风机的无因次性能曲线
一系列相似的泵或风机，总能根据相似律找出其 共性，来代表某一“类”（系列）的特征。这就 是无因次性能参数及曲线。 流量系数Q： Qn 3 Qm3 Q 3 Q
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：
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(1)先去下标
HT KHT KA KBqvT cot 2
A BqvT cot 2
仍为一直线，只不过 A'<A,B'<B ，即截距和斜率
均减小。
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 1. qv—H曲线
2) qv—H曲线(实际) (1)先去下标
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 3. qv — 曲线 有了qv,在上述两条曲线上可得一H与P,从而可算 出，但理论qv —曲线为一典型的抛物线 qv=0时，Pe=0,=0；qv较大时也有=0。 实际的qv —曲线比理论值小，qv较大时无用。 （ P66图2-14） 通常，三条曲线绘在同一图上，=93%max的范 围为高效区，即最佳工作区。 （ P67图2-15,16）
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
由qv一P性能曲线(图2-12)可见,后弯式叶轮和前弯式 叶轮有着明显的差别:
后弯式叶轮的qv一P性能曲线,随流量的增加功率变化
缓慢. 前弯式叶轮随流量的增加,功率急剧上升,因此原动机 容易超载.所以,对前弯式叶轮的风机在选用原动机时, 容量富裕系数K值应取得大些.
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 2. qv—P曲线 再去掉qvT的下标，即减去泄漏损失，可的qv—P 曲线。 从图不难看出，无论有无流量，只要运转，均有 一定的轴功率。即qv=0时，P≠0,此即空转功率， 它由两部分组成，一部分是机械损失，一部分是 由泄漏引起。 在实际中，一般只用到曲线的上升段，故功率曲 线一般为上升的曲线（近似直线）。（ P67图215）
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
在最佳工况点左右的区域(一般不低于最高效率的 0.93)称为经济工作区或高效工作区,泵与风机在此区 域内工作最经济. 当阀门全关时,qv=0,H=H0,P=P0,该工况为空转状态.
这时,空载功率户.主要消耗在机械损失上,如旋转的叶 轮与流体的摩擦,使水温迅速升高,会导致泵壳变形,轴
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节
泵与风机 的 性能曲线
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
一、概述 泵与风机的主要参数有5个：qv、H(p)、P、、n。 它们之间存在一定的关系，如n和qv一定时，对某 一泵或风机，其H(p)、P和有一一对应的关系 而这些关系在以前是用式子表示的，但由于实际 中存在以上的损失，这些式子中有一些不能用理 论计算的系数 所以，实际的泵与风机的性能是不可能用精确的 解析式子来表示的，只能用曲线表示 而曲线可以通过对该泵或风机进行实测获得，这 些曲线就叫性能曲线。
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 2. qv—P曲线 Ph HT qvT
KqvT ( A BqvT cot 2 ) 2 A1qvT B1qvT cot 2
在qvT—Ph坐标上2 <90时为一有极值的抛物线。 轴功率应为P与机械损失Pm之和。 因为Pm为纯功率损失，无论有无流量， Pm总是 存在，故曲线向上平移可得qvT-P曲线。 P66图2-13
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
五、轴流式泵与风机的性能曲线 轴流式泵与风机性能曲线归结起来有以下特点: (1) qv—H性能曲线,在小流量区域内出现驼峰形状,在c点 的左边为不稳定工作区段,一般不允许泵与风机在此区域 工作. (2)轴功率P在空转状态(qv =0)时最大,随流量的增加而减 小,为避免原动机过载, 要在阀门全开状态下启动.如果叶 片安装角是可调的,在叶片安装角小时,轴功率也小,所以 对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动. (3)轴流式泵与风机高效区窄.但如果采用可调叶片,则可 使在很大的流量变化范围内保持高效率.这就是可调叶片 轴流式泵与风机较为突出的优点.
为避免启动电流过大,原动机过载,所以离心式的
泵与风机要在阀门全关的状态下启动
待运转正常后,再开大出口管路上的调节阀门,使泵与
风机投入正常的运行.
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
后弯式叶轮qV—H性能曲线的三种基本形状 可以分为三种基本类型: 陡降的曲线,如图2—17a所示,这种曲线有25%～30%的斜度,当 流量变动很小时,扬程变化很大,适用于扬程变化大而流量变化 小的情况,如电厂的取水水位变化较大的循环水泵 平坦的曲线,如图2—17b所示,这种曲线具有8%一12%的斜度; 当流量变化很大时,扬程变化很小,适用于流量变化大而要求扬 程变化小的情况,如电厂的汽包锅炉给水泵 有驼峰的曲线,如图2—17c所示,其扬程随流量的变化是先增加 后减小,曲线上k点对应扬程的最大值Hk和qVk,在k点左边为不稳 定工作段,在该区域工作,会影响泵与风机的稳定工作.因此,不 希望使用具有驼峰形曲线的泵与风机.
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 实际的性能曲线是用实验的方法绘制出来的，但 为了说明曲线的一些影响因素，我们先用理论的 方法绘制性能曲线。 1. qv—H曲线
1) qvT —HT曲线
H T
qvT 1 1 cot 2 ) u2v2u u2 (u2 g D2b2 g
前弯式叶轮效率远低于后弯式.为了提高风机效率,节
约能耗,目前大中型风机均采用效率较高的后弯式叶 片.
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
五、轴流式泵与风机的性能曲线 在一定的转速下,对叶片安装角固定的轴流式泵与 风机,试验所测得的典型性能曲线如图2—19所示, 和离心式泵与风机性能曲线相比有显著的区别：
qvd
qvT ～H
qv、qvT
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
(3)再去掉qvT的下标 qH1/2也为一抛物线，q应负值。
H、HT、HT
qvT ～HT qvT～ HT
冲击损失 阻力损失
A
qH1/2
A
容积损失
qvT ～ H
qvd
qv、qvT
第二章 泵与风机的性能
效率曲线与离心类似，只是高效区较窄 qv—H曲线:设计流量为qvd,随流量的减小,扬程(全压) 先是上升,当减小到qvc时,扬程(全压)开始下降,流量再 减小到qvb时,扬程(全压)又开始上升直到流量为零时的 最大值.此最大扬程(全压)约为设计工况下扬程(全压) 的 2倍 . qv—P曲线:设计流量为qvd,随流量的减小,轴功率最小， 随着流量的减小，轴功率逐渐增大，流量为0时，轴 功率最大，所以轴流式泵与风机应在阀门全开时启动
第二章 泵与风机的性能
Welcome
第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
因前弯式叶轮的qvT—HT∞理论性能曲线为一上升直线, 在其上扣除轴向涡流及损失扬程后,所得到的实际qv— H性能曲线是一具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线. 如果风机在不稳定工作段工作,将导致喘振.因此,不允 许在此区段工作.
2
2 u2 g
2 90
2 90
2
2 90
A B cot 2
qvT
第二章 泵与风机的性能
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第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 1. qv— H曲线
2) qv—H曲线(实际) 从理论上分析曲线的大体形状。以2 <90为例，取 其中的一部分进行放大。
qvT ～HT qvT～ HT
阻力损失
A
A
h1+ h2 =K1qvT2
qv、qvT
第二章 泵与风机的性能
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第二节 泵与风机的性能曲线
(2)去H的下标T h3=K2(qv-qvd)2也应为负值(损失)。
H、HT、HT
qvT ～HT
qvT～ HT
冲击损失 阻力损失
A
A
h3=K2(qv-qvd)2
第二章 泵与风机的性能
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第二节 泵与风机的性能曲线
五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响 2. 叶片进口边的布置 叶片进口边的布置主要影响泵的汽蚀性能，同时对泵的 扬程、功率也有一定的影响。 叶片进口边的布置有平行与延伸两类。 a
a为平行布置，b为延伸布置，全称为叶片
b 在进口边延伸布置，它一方面增加了叶片 的做功面积，另一方面由于圆周速度减小， 对泵的抗汽蚀性能有利。目前，大多泵与风机采用这种布置 方法。 叶片进口边的延伸布置时，qv—H性能曲线较陡，qv—曲线 向流量小的方向移动，最高效率有所提高；而在叶片平行布 置时，qv—H性能曲线容易出现驼峰。
弯曲以致汽化,特别是锅炉给水泵及凝结水泵,由于输 送的是饱和液体,因此,为防止汽化,一般不允许在空转 状态下运行(除特殊注明允许的外).如在运行中负荷降 低到所规定的最小流量时,则应开启泵的旁路管.
第二章 泵与风机的性能
WelcomeΒιβλιοθήκη 第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
离心式泵与风机,在空转状态时,轴功率(空载功率)最 小,一般为设计轴功率的30%左右
H、HT、HT
HT KHT KA KBqvT cot 2
A BqvT cot 2
仍为一直线，只不过 A'<A,B'<B ，即截距和斜率
均减小。
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二、用理论的方法绘制性能曲线 1. qv—H曲线
2) qv—H曲线(实际) (1)先去下标
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二、用理论的方法绘制性能曲线 3. qv — 曲线 有了qv,在上述两条曲线上可得一H与P,从而可算 出，但理论qv —曲线为一典型的抛物线 qv=0时，Pe=0,=0；qv较大时也有=0。 实际的qv —曲线比理论值小，qv较大时无用。 （ P66图2-14） 通常，三条曲线绘在同一图上，=93%max的范 围为高效区，即最佳工作区。 （ P67图2-15,16）
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四、离心式泵与风机性能曲线的分析
由qv一P性能曲线(图2-12)可见,后弯式叶轮和前弯式 叶轮有着明显的差别:
后弯式叶轮的qv一P性能曲线,随流量的增加功率变化
缓慢. 前弯式叶轮随流量的增加,功率急剧上升,因此原动机 容易超载.所以,对前弯式叶轮的风机在选用原动机时, 容量富裕系数K值应取得大些.
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二、用理论的方法绘制性能曲线 2. qv—P曲线 再去掉qvT的下标，即减去泄漏损失，可的qv—P 曲线。 从图不难看出，无论有无流量，只要运转，均有 一定的轴功率。即qv=0时，P≠0,此即空转功率， 它由两部分组成，一部分是机械损失，一部分是 由泄漏引起。 在实际中，一般只用到曲线的上升段，故功率曲 线一般为上升的曲线（近似直线）。（ P67图215）
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四、离心式泵与风机性能曲线的分析
在最佳工况点左右的区域(一般不低于最高效率的 0.93)称为经济工作区或高效工作区,泵与风机在此区 域内工作最经济. 当阀门全关时,qv=0,H=H0,P=P0,该工况为空转状态.
这时,空载功率户.主要消耗在机械损失上,如旋转的叶 轮与流体的摩擦,使水温迅速升高,会导致泵壳变形,轴
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泵与风机 的 性能曲线
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第二节 泵与风机的性能曲线
一、概述 泵与风机的主要参数有5个：qv、H(p)、P、、n。 它们之间存在一定的关系，如n和qv一定时，对某 一泵或风机，其H(p)、P和有一一对应的关系 而这些关系在以前是用式子表示的，但由于实际 中存在以上的损失，这些式子中有一些不能用理 论计算的系数 所以，实际的泵与风机的性能是不可能用精确的 解析式子来表示的，只能用曲线表示 而曲线可以通过对该泵或风机进行实测获得，这 些曲线就叫性能曲线。
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二、用理论的方法绘制性能曲线 2. qv—P曲线 Ph HT qvT
KqvT ( A BqvT cot 2 ) 2 A1qvT B1qvT cot 2
在qvT—Ph坐标上2 <90时为一有极值的抛物线。 轴功率应为P与机械损失Pm之和。 因为Pm为纯功率损失，无论有无流量， Pm总是 存在，故曲线向上平移可得qvT-P曲线。 P66图2-13
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五、轴流式泵与风机的性能曲线 轴流式泵与风机性能曲线归结起来有以下特点: (1) qv—H性能曲线,在小流量区域内出现驼峰形状,在c点 的左边为不稳定工作区段,一般不允许泵与风机在此区域 工作. (2)轴功率P在空转状态(qv =0)时最大,随流量的增加而减 小,为避免原动机过载, 要在阀门全开状态下启动.如果叶 片安装角是可调的,在叶片安装角小时,轴功率也小,所以 对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动. (3)轴流式泵与风机高效区窄.但如果采用可调叶片,则可 使在很大的流量变化范围内保持高效率.这就是可调叶片 轴流式泵与风机较为突出的优点.
为避免启动电流过大,原动机过载,所以离心式的
泵与风机要在阀门全关的状态下启动
待运转正常后,再开大出口管路上的调节阀门,使泵与
风机投入正常的运行.
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第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
后弯式叶轮qV—H性能曲线的三种基本形状 可以分为三种基本类型: 陡降的曲线,如图2—17a所示,这种曲线有25%～30%的斜度,当 流量变动很小时,扬程变化很大,适用于扬程变化大而流量变化 小的情况,如电厂的取水水位变化较大的循环水泵 平坦的曲线,如图2—17b所示,这种曲线具有8%一12%的斜度; 当流量变化很大时,扬程变化很小,适用于流量变化大而要求扬 程变化小的情况,如电厂的汽包锅炉给水泵 有驼峰的曲线,如图2—17c所示,其扬程随流量的变化是先增加 后减小,曲线上k点对应扬程的最大值Hk和qVk,在k点左边为不稳 定工作段,在该区域工作,会影响泵与风机的稳定工作.因此,不 希望使用具有驼峰形曲线的泵与风机.
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第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 实际的性能曲线是用实验的方法绘制出来的，但 为了说明曲线的一些影响因素，我们先用理论的 方法绘制性能曲线。 1. qv—H曲线
1) qvT —HT曲线
H T
qvT 1 1 cot 2 ) u2v2u u2 (u2 g D2b2 g
前弯式叶轮效率远低于后弯式.为了提高风机效率,节
约能耗,目前大中型风机均采用效率较高的后弯式叶 片.
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第二节 泵与风机的性能曲线
五、轴流式泵与风机的性能曲线 在一定的转速下,对叶片安装角固定的轴流式泵与 风机,试验所测得的典型性能曲线如图2—19所示, 和离心式泵与风机性能曲线相比有显著的区别：
qvd
qvT ～H
qv、qvT
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第二节 泵与风机的性能曲线
(3)再去掉qvT的下标 qH1/2也为一抛物线，q应负值。
H、HT、HT
qvT ～HT qvT～ HT
冲击损失 阻力损失
A
qH1/2
A
容积损失
qvT ～ H
qvd
qv、qvT
第二章 泵与风机的性能
效率曲线与离心类似，只是高效区较窄 qv—H曲线:设计流量为qvd,随流量的减小,扬程(全压) 先是上升,当减小到qvc时,扬程(全压)开始下降,流量再 减小到qvb时,扬程(全压)又开始上升直到流量为零时的 最大值.此最大扬程(全压)约为设计工况下扬程(全压) 的 2倍 . qv—P曲线:设计流量为qvd,随流量的减小,轴功率最小， 随着流量的减小，轴功率逐渐增大，流量为0时，轴 功率最大，所以轴流式泵与风机应在阀门全开时启动
第二章 泵与风机的性能
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第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
因前弯式叶轮的qvT—HT∞理论性能曲线为一上升直线, 在其上扣除轴向涡流及损失扬程后,所得到的实际qv— H性能曲线是一具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线. 如果风机在不稳定工作段工作,将导致喘振.因此,不允 许在此区段工作.
2
2 u2 g
2 90
2 90
2
2 90
A B cot 2
qvT
第二章 泵与风机的性能
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第二节 泵与风机的性能曲线
二、用理论的方法绘制性能曲线 1. qv— H曲线
2) qv—H曲线(实际) 从理论上分析曲线的大体形状。以2 <90为例，取 其中的一部分进行放大。
qvT ～HT qvT～ HT
阻力损失
A
A
h1+ h2 =K1qvT2
qv、qvT
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第二节 泵与风机的性能曲线
(2)去H的下标T h3=K2(qv-qvd)2也应为负值(损失)。
H、HT、HT
qvT ～HT
qvT～ HT
冲击损失 阻力损失
A
A
h3=K2(qv-qvd)2
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五、叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响 2. 叶片进口边的布置 叶片进口边的布置主要影响泵的汽蚀性能，同时对泵的 扬程、功率也有一定的影响。 叶片进口边的布置有平行与延伸两类。 a
a为平行布置，b为延伸布置，全称为叶片
b 在进口边延伸布置，它一方面增加了叶片 的做功面积，另一方面由于圆周速度减小， 对泵的抗汽蚀性能有利。目前，大多泵与风机采用这种布置 方法。 叶片进口边的延伸布置时，qv—H性能曲线较陡，qv—曲线 向流量小的方向移动，最高效率有所提高；而在叶片平行布 置时，qv—H性能曲线容易出现驼峰。
弯曲以致汽化,特别是锅炉给水泵及凝结水泵,由于输 送的是饱和液体,因此,为防止汽化,一般不允许在空转 状态下运行(除特殊注明允许的外).如在运行中负荷降 低到所规定的最小流量时,则应开启泵的旁路管.
第二章 泵与风机的性能
WelcomeΒιβλιοθήκη 第二节 泵与风机的性能曲线
四、离心式泵与风机性能曲线的分析
离心式泵与风机,在空转状态时,轴功率(空载功率)最 小,一般为设计轴功率的30%左右
H、HT、HT