泵与风机第二章

隙处等q3。
q≈q1+q3
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：
gqV H T qV qV P V Ph gqVT H T qVT qV q
容积效率V 与比转速有关，对给水泵，下表可供参考。
给水泵的容积效率
二、损失与效率
（一）机械损失和机械效率
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。
ΔPm1∝nD2，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工 艺以及流体的密度有关，约占轴功率P的1%～3%。 当叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内的流体与盖板之间存在的 摩擦阻力而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率，且 ΔPm2∝n3D25。
减小措施：
保证轴承润滑良好；
填料密封的压盖松紧合适；
增大转速，减小叶轮外径等。
P Pm Ph m P P
（二）、容积损失和容积效率
产生的原因：
密封环回流损失； 平衡装置回流损失； 级间回流损失；
轴封向外泄露损失等。
密封环泄漏与级间泄漏
泵的容积损失主要发生在以下几个部位：
叶轮入口与外壳之间的间隙处q1； 多级泵的级间间隙处q2； 平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间
关死点的能头
b
c
O 最高效率点所对应的能头
a
qV
H s0 H 0 Kp 100% H0
不同型式的性能曲线，其工程应用场合不同。应重点给 予关注。
（a）陡降型曲线（Kp=25%~30% ） 其特点是：当流量变化很小时能头 变化很大。例如火力发电厂自江河、水 库取水的循环水泵，就希望有这样的工 作性能。
前向式叶轮的效率较低，但在 额定流量附近，效率下降较慢；后 向式叶轮的效率较高，但高效区较 窄；而径向式叶轮的效率居中。
因此，为了提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮，而采 用后向式叶轮。即使对于风机，也趋向于采用效率较高的后
向式叶轮。
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 的扬程（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。
V
流量
qV＜90m3/h qV＞145m3/h
比转速
ns=50 0.80 0.90
60
70
80
90
100
0.835 0.920
0.86 0.94
0.875 0.950
0.890 0.955
0.90 0.96
容积损失减小措施：
容积效率： 减小措施：
P Pm Pv v P Pm
hf hj K q K q K q
2 1 V 2 2 V
2 3 V
2）冲击损失 当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出 口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲 击损失。 冲击损失可用下式估算，即 hs K 4 ( qV qVd ) 2 当流量小于设
计流量时，1a>1， 则 =1a1>0 ， 称 为正冲角；
（b）平坦型曲线（Kp=8%～12% ） 其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。如火力 发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。 （c）有驼峰的性能曲线（驼峰曲线不能用斜度表示） 其特点是：在峰值点k 左侧出现不稳定工作区，故设计 时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。
5、前向式叶轮的某些特点
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，一般不容许泵与风机在此区域工作。 （2）功率P在空转状态时最大，随流量的增加而减少，为避免原动 机过载，对轴流式泵与风机要在阀门全开状态下启动。 （3）轴流式泵与风机高效区窄,可调叶片改善工作区域
径向式
（二）流量与功率（ qv
）性能曲线 P
P Ph Pm，且Pm与流量无关 2 Ph gqVT H T /1000 gqVT K ( A BqVT ) /1000 AqVT BqVT
后向式
（三）流量与效率（ qv ）性能曲线

对β2a>90°的前弯式叶片，qvT－HT∞的关系曲线为 ( ) A.水平直线 B.自左向右上升的直线 C.自左向右下降的直线 D.自左向右下降的曲线

某水泵，转速不变，当输送的水温增加时，泵最高效率 点的扬程值（ ） A．增加 B．降低 C．先增加后降低 D．不变


流动功率指轴功率减去（ A． B． C．
减小密封处的回流量；
减小密封环间隙；保证检修质量； 采用密封效果好的装置。
（三）流动损失和流动效率
流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面 发生摩擦、流道几何形状改变使流速变化而产生旋涡、以及 偏离设计工况时产生的冲击等所造成的损失。
分类
摩擦损失和扩散损失 冲击损失
1）摩擦损失和扩散损失 当流动处于阻力平方区时，这 部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：
第二章泵与风机的性能
§2-1 功率、损失与效率
一、功率 功率就是指单位时间内做功的能力。 （1）有效功率 P e 有效功率是单位时间内通过泵或风机流体实际所得 到功率。
Pe
gqv H
1000
（2）轴功率P 轴功率是原动机传送给泵或风机轴上的功率。
qv p Pe 1000
(kW)
gqv H P 1000tm
（四）泵与风机的总效率
泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：
Pe Ph P Pe mV h P P Ph P
例题
有 一 输 送 冷 水 的 离 心 泵 ， 当 转 速 为 1450r/min 时 ， 流 量 为
qV=1.24m3/s，扬程H=70m，此时所需的轴功率P=1100kW， 容积效率 V=0.93 ， 机械效率 m=0.94，求流动效率为多少? （已知水的密度ρ=1000kg/m3）。
§2-2 泵与风机的性能曲线
三、离心泵与风机的性能曲线
（一）流量与扬程（ qv H）性能曲线
1）HT-qVT曲线
H T
由无限多叶片时的理论能头可得：
2 qVT u2 u 2 u 2 ctg 2a 1 u 2 2u (u 2 ctg 2a ) qVT A-BqVT g g D2b2Ψ g g D2b2Ψ
原动机效率： Pg.in K
传动装置
传动效率： tm
泵与风机 效率：
原动机配套功率：PM=KPg.in，K为容量安全系数（额定条件下）。
二、损失与效率
按照性质可分为： 机械损失 容积损失 流动损失
P
Ph qVT HT
P qV HT
Pe qV H
Ph
Pm
机械损失功率
PV
容积损失功率
流动损失功率
当流量大于设
吸力面
正冲角及速度三角形
计流量时， 1a<1， 则=1a1<0，称为 负冲角。
压力面
负冲角及速度三角形
实践证明：正冲角时，由于涡流发生在吸力边，能量损 失比负冲角（涡流发生在压力边）时为小。因此，设计时， 一般取正冲角=3~5。
若全部流动损失用hw 表 示，则： hw= hf+ hj+ hs 存在流动损失最小工况。

某台水泵在运行过程中，出现了轴承润滑不 良，轴承处的机械摩擦比较严重，转速没有 明显变化，这时相应地会出现（ ）。



流量减小、扬程降低、电动机功率增大； 流量减小、扬程降低、电动机功率减小； 流量减小、扬程降低、电动机功率变化不明 显； 流量和扬程不变、电动机功率增大。
某台水泵在转速不变时，当输送的水温度增加时，其 轴功率( ) A.增加 B.降低 C.不变 D.先降低，后增加



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。
四、轴流式泵与风机的性能曲线
在一定转速 下，对叶片安装角 不变的轴流式泵与 风机，试验所得的 典型性能曲线如右 图：
降低叶轮盖板外表面和壳腔内表面的粗糙度可以 降低ΔPm2，从而提高效率。一般来说，风机的盖 板和壳腔较泵光滑，所以，风机的效率要比水泵 高。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%。此外，适当选 取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失。
基本要求

功率、损失和效率 离心式和轴流式泵与风机的性能曲线的特点
圆盘摩擦损失属于( ) A.机械损失 B.容积损失 C.流动损失 D.既属于机械损失，又属于流动损失

风机产生旋转失速及喘振的主要原因是其性能曲线为驼峰 型，上述的风机的性能曲线是指( ) A.qv—p曲线 B.qv—P曲线 C.qv—η曲线 D.包括qv—p、qv—P、qv—η曲线在内
Fra Baidu bibliotek2、离心式泵在空载情况下防止汽化
空载时轴功率P0≈Pm，若现场的凝结水泵和给水泵闭 阀启动，则这部分功率将导致泵内水温有较大的温升，易 产生泵内汽蚀，故凝结泵和给水泵不允许空载运行。 在大流量区，→↓ 3、启动方式——空载下
4、后弯式叶轮qv
H性能曲线的三种基本形状
H
结构参数后向式叶轮的性能 曲线存在不同程度的差异。常见的 有陡降型、平坦型和驼峰型三种基 本类型。其性能曲线的形状是用斜 度来划分的，即：
流动损失曲线
流动损失减小措施
合理设计叶片形式和过流部件的形状； 降低流道表面的粗糙度； 选择合理的叶片入口安装角。
流动损失的大小用流动效率 h 来衡量。流动效率等于考
虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的 功率之比 ，即
Pe gqV H H 泵： h P gqV H T H T p 风机： h pT
Pe
qv p P 1000
(kW)
（3）原动机功率 Pg 原动机系原动机输出功率。
gqv H Pg tm 1000tm
P
qv P Pg 1000tm
P
Ph qVT HT
P qV HT
Pe qV H
Ph
Pm
机械损失功率
PV
容积损失功率
流动损失功率
轴功率：传到泵与风机 有效功率： 原动机输出功率： 轴上的功率 gqV H pqV （kW） （kW） P=P/ηtm P=Pe/η （kW） Pe 1000 1000 原动机
【解】 由已知，泵的有效功率为： Pe=gqV H/1000=1000×9.806×1.24×70/1000=851.161（kW） 所以， = Pe/P=851.161/1100 =0.774=77.4%
h=/(Vm)=0.774/(0.9302×0.94)=0.88519=88.52%
）
Pm
PV
Ph
D．三者之和
驼峰型qv－H性能曲线的特点是：在曲线最高点K点 （ ） A．为不稳定工作点，其余均为稳定工作区域 B．右侧为不稳定工作区域 C．附近为不稳定工作区域 D．左侧为不稳定工作区域



为什么电厂锅炉给水泵的曲线应是平坦型的？ 为什么前弯式叶片的风机容易出现电动机超 载？（前弯式叶片风机在选择原动机时应注 意什么问题？有效功率大小相同时，为什么 前弯式叶片风机要比后弯式叶片风机选配更 大容量的电动机？） 轴流式泵与风机的曲线与离心式的有何区别？ 由此说明这两种类型的泵与风机在启动和调 节方法上有何区别？
泵与风机的 -qV性能曲线由下式计算可得，即
Pe gHqV pqV P 1000 P 1000 P
右 图 为 与 300MW 、 600 MW机组配套用的锅炉给水 泵的性能曲线。
（四）离心式泵与风机性能曲线的分析
1、最佳工况点与经济工作区 在给定的流量下，均有一个与之对应的扬程H（或全压 p）、功率P及效率n值，这一组参数，称为一个工况点。 最高效率所对应的工况点，称最佳工况点。经济工作区 或高效区