工程流体力学第7章泵与风机讲解
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➢ 有些流体如压气机中的气体及高压泵中的液体，有更高的 压力能储备做功，有些液体被举到更高的位置（如水塔） 而转化为位能。有些情况，流体在经过泵或风机后，速度 也有变化，因而部分地转化为流体的动能。
泵与风机分类
➢ 依据：能量传递及转化的方式不同。 ➢ 类型：叶轮动力式与容积式（或静力式）。
第7章 泵与风机
第7章 泵与风机
7.1 离心式泵 7.2 离心式通风机 7.3轴流式风机
第7章 泵与风机
泵与风机都是输送流体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机械。
➢ 泵用于输送液体；风机用于输送气体。
从能量观点来看，泵与风机都是传递和转换能量的机 械。
➢ 从外部输入的机械能，在泵或风机中传递给流体，转化为 流体的压力能，以克服流体在流道中的阻力。
图7.1 离心式泵的构造略图 1-叶轮；2-叶片；3-吸入口；
4-机壳；5-出口
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
➢ 叶轮转动不停，外部液体源源不断地经过叶轮从机壳 出口排出或被送往需要的地方。
➢ 液体经过叶轮时，装在叶轮上的许多叶片将能量传递 给液体，使液体的压强与速度增加。液体在离开叶轮 进入蜗形机壳后，一部分动能转化为压力能。
7.1.2 泵的扬程
[解] 在泵的入口处，水的平均流速为
v1
Q
4
d
2 1
0.06 3.142 0.252
4
1.222 m/s
在泵的出口处，水的平均流速为
v2
Q
4
d
2 2
0.06 3.142 0.22
4
1.91 m/s
根据式(9.1)，求得泵的扬程为
H
z
pM
pv
v
2 2
v12
2g
0.3 39200 833000 1.912 1.222 2 89.41 m
风机的类型 ➢ 通风机：气体通过风机后，压力能增加不大，气体的密
度变化很小。在压气机中，应考虑气体的压缩性。
主要内容：离心式泵与风机的工作原理、性能等。
7.1 离心式泵
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
➢ 主要部件：固定在机座上的机壳 及与转轴连在一起并随轴转动的 叶轮。
➢ 工作原理：当泵工作时，外部动 力驱动转轴旋转，叶轮1随着旋转， 叶片2间原来充满着的液体在惯性 离心力的作用下，从叶轮外缘抛 出，在机壳4中汇集，从出口5排 走。当叶片间的液体被抛出时， 叶轮内缘入口3处压强降低，外部 的液体便被吸入填充。
9800
2 9.8
7.1.2 泵的扬程
再按图9.2，以O-O面为基准，列吸液池液面与1-1断面的能量方程：
p0
v02 2g
hs
p1
v12 2g
hls
（7.3）
则
e1
hs
p1
v12 2g
p0
v02 2g
hls
列2-2断面与排液池液面d-d的能量方程：
hs
z2
p2
v22 2g
hs
hd
在叶轮动力式机械中，某些机械部件与流体间发生动力 作用，其能量转换关系是由动能转化为压力能或由压力 能转化为动能。如离心式或轴流式的泵或风机、液力联 轴器、水轮机等，常称为涡轮机械。
容积式或静力式机械的特点是容积的变化或流体的位移。 由位移作用所提高的静压强大于由速度或动能的变化而 提高的静压强。如往复式泵、齿轮泵、回转式泵等。
7.1.2 泵的扬程
❖ 当Δz很小时可忽略不计，且若泵的进口断面积与出口断面
积相等或相差很小时，即v1≈v2，则总扬程
H pM pv m液柱
（7.2）
❖ 即从泵进口处的真空表读数与出口处的压力表读数之和， 就可以表示泵的扬程大小。所以在运转时，常根据真空表
与压力表的读数，看泵的扬程变化。
[例题7.1] 某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径 d1=250 mm，压出管直径 d2= 200mm，水泵出口的压力表与入口处真空 表的位置高差为0.3m。水泵正常运转时，真空表的读数Pv= 3.92 N/cm2，压力表的读数PM= 83.3N/cm2，测得其流量Q = 60 l/s。求 水泵的扬程H。
❖ 如果吸液池与排液池都与大气相通，则Pd = Pa = P0 ，故泵的扬程
➢ 若将几个叶轮按一定的距离装在同一根转轴上，来提 高液体的能量，这样的泵称为多级泵。
➢ 为了把液体送到较远或较高的地方，常采用多级离心 泵。
7.1.2 泵的扬程
一般离心式泵的装置如图7.2所示。
➢ 1-1断面为泵的进口，装有真空表3； 2-2断面为泵出口，装有压力表4。
➢ 单位重量液体在泵出口处的能量 e2 与 在泵入口处的能量 e1 之差，即单位重 量液体在泵中实际获得的能量，就是 泵的扬程或总扬程，也是泵的总水头 或称总输水高度，以 H 表示。
即 H = e2－ e1 ➢ 如图所示：以吸液池1的液面O－O为
基准，单位重量液体在1-1断面和2-2 断面处的能量分别为：
e1
hs
p1
v12 2g
图7.2 离心式泵装置简图
1-吸液池；2-排液池；3-真空表； 4-压力表；5-闸阀
7.1.2 泵的扬程
e2
hs
z2
p2
v22 2g
式中 γ ——液体的重度。
❖ 设大气的压强为Pa，真空表的读数为Pv，压力表的读数为PM，则
p1 pa pv zv
于是 即
p2 pa pM zM
H e2 e1
hs
z2
pa
pM
zm
hs
pa
pv
zv
v22 v12 2g
H
(z2
zm ) zv
pM
pv
v22 v12 2g
（7.1）
上式中，(z2+zm)－zv=Δz表示压力表与真空表位置的高度差。
pd
vd2 2g
hld
则
e2
hs
hd
pd
vd2 2g
hld
（7.4）
故
H e2 e1
hs
hd
pd
vd2 2g
hld
p0
v02 2g
hls
因为吸液池液面与排液池液面面积较大，vd≈ 0，v0≈ 0，故
7.1.2 泵的扬程
H
hs
hd
hls
hld
pd
p0
（7.5）
❖ 式中：(hs+hd)为排液池液面与吸液池液面的垂直距离，称为几何 扬程，以 HG 表示；(hls+hld)是吸入管路与压出管路的阻力损失， 称为损失扬程或损失水头，以 Hl 表示；Pd－P0为排液池液面的压 强Pd 与吸液池液面的压强P0 之差。所以泵的总扬程是用于将单位 重量液体举上几何高度hs+hd 、供给吸入管路与压出管路克服阻力 所消耗的能量hls+hld及克服排液池液面与吸液池液面的压强差(Pd －P0 )/γ。
泵与风机分类
➢ 依据：能量传递及转化的方式不同。 ➢ 类型：叶轮动力式与容积式（或静力式）。
第7章 泵与风机
第7章 泵与风机
7.1 离心式泵 7.2 离心式通风机 7.3轴流式风机
第7章 泵与风机
泵与风机都是输送流体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机械。
➢ 泵用于输送液体；风机用于输送气体。
从能量观点来看，泵与风机都是传递和转换能量的机 械。
➢ 从外部输入的机械能，在泵或风机中传递给流体，转化为 流体的压力能，以克服流体在流道中的阻力。
图7.1 离心式泵的构造略图 1-叶轮；2-叶片；3-吸入口；
4-机壳；5-出口
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
➢ 叶轮转动不停，外部液体源源不断地经过叶轮从机壳 出口排出或被送往需要的地方。
➢ 液体经过叶轮时，装在叶轮上的许多叶片将能量传递 给液体，使液体的压强与速度增加。液体在离开叶轮 进入蜗形机壳后，一部分动能转化为压力能。
7.1.2 泵的扬程
[解] 在泵的入口处，水的平均流速为
v1
Q
4
d
2 1
0.06 3.142 0.252
4
1.222 m/s
在泵的出口处，水的平均流速为
v2
Q
4
d
2 2
0.06 3.142 0.22
4
1.91 m/s
根据式(9.1)，求得泵的扬程为
H
z
pM
pv
v
2 2
v12
2g
0.3 39200 833000 1.912 1.222 2 89.41 m
风机的类型 ➢ 通风机：气体通过风机后，压力能增加不大，气体的密
度变化很小。在压气机中，应考虑气体的压缩性。
主要内容：离心式泵与风机的工作原理、性能等。
7.1 离心式泵
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
➢ 主要部件：固定在机座上的机壳 及与转轴连在一起并随轴转动的 叶轮。
➢ 工作原理：当泵工作时，外部动 力驱动转轴旋转，叶轮1随着旋转， 叶片2间原来充满着的液体在惯性 离心力的作用下，从叶轮外缘抛 出，在机壳4中汇集，从出口5排 走。当叶片间的液体被抛出时， 叶轮内缘入口3处压强降低，外部 的液体便被吸入填充。
9800
2 9.8
7.1.2 泵的扬程
再按图9.2，以O-O面为基准，列吸液池液面与1-1断面的能量方程：
p0
v02 2g
hs
p1
v12 2g
hls
（7.3）
则
e1
hs
p1
v12 2g
p0
v02 2g
hls
列2-2断面与排液池液面d-d的能量方程：
hs
z2
p2
v22 2g
hs
hd
在叶轮动力式机械中，某些机械部件与流体间发生动力 作用，其能量转换关系是由动能转化为压力能或由压力 能转化为动能。如离心式或轴流式的泵或风机、液力联 轴器、水轮机等，常称为涡轮机械。
容积式或静力式机械的特点是容积的变化或流体的位移。 由位移作用所提高的静压强大于由速度或动能的变化而 提高的静压强。如往复式泵、齿轮泵、回转式泵等。
7.1.2 泵的扬程
❖ 当Δz很小时可忽略不计，且若泵的进口断面积与出口断面
积相等或相差很小时，即v1≈v2，则总扬程
H pM pv m液柱
（7.2）
❖ 即从泵进口处的真空表读数与出口处的压力表读数之和， 就可以表示泵的扬程大小。所以在运转时，常根据真空表
与压力表的读数，看泵的扬程变化。
[例题7.1] 某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径 d1=250 mm，压出管直径 d2= 200mm，水泵出口的压力表与入口处真空 表的位置高差为0.3m。水泵正常运转时，真空表的读数Pv= 3.92 N/cm2，压力表的读数PM= 83.3N/cm2，测得其流量Q = 60 l/s。求 水泵的扬程H。
❖ 如果吸液池与排液池都与大气相通，则Pd = Pa = P0 ，故泵的扬程
➢ 若将几个叶轮按一定的距离装在同一根转轴上，来提 高液体的能量，这样的泵称为多级泵。
➢ 为了把液体送到较远或较高的地方，常采用多级离心 泵。
7.1.2 泵的扬程
一般离心式泵的装置如图7.2所示。
➢ 1-1断面为泵的进口，装有真空表3； 2-2断面为泵出口，装有压力表4。
➢ 单位重量液体在泵出口处的能量 e2 与 在泵入口处的能量 e1 之差，即单位重 量液体在泵中实际获得的能量，就是 泵的扬程或总扬程，也是泵的总水头 或称总输水高度，以 H 表示。
即 H = e2－ e1 ➢ 如图所示：以吸液池1的液面O－O为
基准，单位重量液体在1-1断面和2-2 断面处的能量分别为：
e1
hs
p1
v12 2g
图7.2 离心式泵装置简图
1-吸液池；2-排液池；3-真空表； 4-压力表；5-闸阀
7.1.2 泵的扬程
e2
hs
z2
p2
v22 2g
式中 γ ——液体的重度。
❖ 设大气的压强为Pa，真空表的读数为Pv，压力表的读数为PM，则
p1 pa pv zv
于是 即
p2 pa pM zM
H e2 e1
hs
z2
pa
pM
zm
hs
pa
pv
zv
v22 v12 2g
H
(z2
zm ) zv
pM
pv
v22 v12 2g
（7.1）
上式中，(z2+zm)－zv=Δz表示压力表与真空表位置的高度差。
pd
vd2 2g
hld
则
e2
hs
hd
pd
vd2 2g
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（7.4）
故
H e2 e1
hs
hd
pd
vd2 2g
hld
p0
v02 2g
hls
因为吸液池液面与排液池液面面积较大，vd≈ 0，v0≈ 0，故
7.1.2 泵的扬程
H
hs
hd
hls
hld
pd
p0
（7.5）
❖ 式中：(hs+hd)为排液池液面与吸液池液面的垂直距离，称为几何 扬程，以 HG 表示；(hls+hld)是吸入管路与压出管路的阻力损失， 称为损失扬程或损失水头，以 Hl 表示；Pd－P0为排液池液面的压 强Pd 与吸液池液面的压强P0 之差。所以泵的总扬程是用于将单位 重量液体举上几何高度hs+hd 、供给吸入管路与压出管路克服阻力 所消耗的能量hls+hld及克服排液池液面与吸液池液面的压强差(Pd －P0 )/γ。