关于泵与风机损失和功率的分析

关于泵与风机损失和功率的分析
摘要：泵与风机是将原动机的机械能转换成流体的压力能和动能从而实现流体定向输运的动力设备。

机械损失是指在机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失。

泵与风机的容积损失中，叶轮入口处的密封环损失占据主要份额。

泵与风机的容积损失中，叶轮入口处的密封环损失占据主要份额。

关键词：泵与风机机械损失机械效率容积损失
前言：泵与风机中由原动机输入的机械能因为存在各种损失，不可能全部传递给流体。

这些损失的大小可用相应的效率来衡量。

效率是体现泵与风机能量利用程度的一个重要指标。

为寻求提高效率的途径，需对泵与风机内部产生的各种能量损失进行分析，尽量能达到节能减排的效果。

泵与风机在运行过程中，存在多种机械能损失。

按照与叶轮及所输送的流体流量的关系的为机械损失。

经过叶轮而流体泄露量相关的为容积损失，经过叶轮与输送流体量直接相关的为流动损失，分别记为△P m、△P v和△P h。

轴功率减去这三部分损失所对应的功率即为有效功率。

正文：
泵与风机是将原动机的机械能转换成流体的压力能和动能从而实现流体定向输运的动力设备。

输送气体的为风机，液体和气体均属流体，姑泵与风机也称为流体机械。

泵与风机广泛地应用在国民经济的各个方面，如农田的灌溉和排涝，采矿工业中并下通风和坑道排水，水力采煤中德液体输送，冶金
工业中冶炼炉的鼓风及流体的输送，石油工业中的输油和注水，化学工业中德流体介质输送，诚实给排水以及舰艇、航空航天的动力系统等。

泵输送的介质除水外，还可输送油、酸液、酸碱及液固混合物，以及高温下的液态金属和超低温下的液态气体。

由此看出，凡需使流体流动的地方，都离不开泵与风机的工作。

泵与风机中由原动机输入的机械能因为存在各种损失，不可能全部传递给流体。

这些损失的大小可用相应的效率来衡量。

效率是体现泵与风机能量利用程度的一个重要指标。

为寻求提高效率的途径，需对泵与风机内部产生的各种能量损失进行分析，尽量能达到节能减排的效果。

泵与风机在运行过程中，存在多种机械能损失。

按照与叶轮及所输送的流体流量的关系的为机械损失。

经过叶轮而流体泄露量相关的为容积损失，经过叶轮与输送流体量直接相关的为流动损失，分别记为△P m、△P v和△P h。

轴功率减去这三部分损失所对应的功率即为有效功率。

（一）机械损失和机械效率
机械损失是指在机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失。

泵与风机的机械损失主要包括两部分，轴与轴承及轴端密封的摩擦损失△P，以及叶轮前后后盖板外表面与在泵或风机壳体内局部区域作循环流动的流体之间的摩擦损失△P df（常称为叶轮圆盘摩擦损失）。

在机械损失中，叶轮圆盘摩擦损失占主要部分，减少机械损失的要点是尽可能降低叶轮圆盘摩擦损失。

常采用的做饭有两种。

1. 采用合理的结构。

实质上圆盘摩擦损失是与转速的三次方、
叶轮外径的五次方成正比，即圆盘摩擦损失随转速和叶轮外径的增加而急剧增加。

因此，对于高压的泵与风机，一般采用多级叶轮的形式而不采用增大叶轮直径的方法来提高能量头。

如果提高单程扬程，采用加大叶轮外径的方法，则圆盘摩擦损失与叶轮外径成五次方关系增加，而采用提高转速的方法，则成三次方关系增加，即前者损失大于后者；反之，产生相同的扬程时，提高转速，叶轮外径可以相应减少，对应的圆盘摩擦损失的增加量较小，对应的圆盘摩擦损失的增加量较小，甚至不增加，从而可能提高叶轮机械效率吗，即采用高转速小叶
轮的结构圆盘损失较小，随比转速n s减小，圆盘摩擦损失急剧增加。

因此，轴流式泵与风机比离心式泵与风机具有较少的圆盘摩擦损失。

（二）容积损失和容积损失泵与风机的转动部件与静止部件之间存在间隙。

当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称为容积损失。

容积损失是由泄漏引起的。

泵与风机的泄漏方式有四种。

1.叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄漏。

泵与风机运行时，流体从叶轮获得能量，出口处的压力高于入口处的压力，这个压差驱使部分流体沿着叶轮入口与外壳密环之间的间隙由出口回流到入口，其从叶轮获得的能量消耗于克服流动阻力之上了，这部分容积损失又被称为进出口泄漏损失或密封环损失，它是泵与风机容积损失的主要部分。

2.平衡轴向力装置的间隙中泄漏高压泵的进、出口存在很大的压力差，为减少轴向推力，常用到带向径向间隙的轴向力平衡装置，
容许少量流体从出口高压端泄漏到低压端。

这部分泄漏的流体由叶轮所获得的能量消耗在克服其流动阻力上，从而造成机械能的损失。

3. 轴端密封间隙中的泄漏无论采用何种轴端，泄漏总是难免的。

正常情况下，轴封处的泄漏比前两项泄漏小很多，这部分泄漏伴随的机械能损失又称为轴封损失。

与前两项容积损失相比，轴封损失相对较小。

4.多级泵级间间隙中的泄漏多级离心泵都室友导叶隔板，液体经过导叶后，部分动能转换成压力能，使得压力升高，造成级间隔板前后出现压力能，使得压力升高，造成级间隔板前后压力差，驱使部分液体通过级间隔板与轴套间的间隙流向到前级叶轮的侧隙后，与叶轮流向的流体混合，经过级间泄漏。

这些级间泄漏的流体，流经叶轮与导叶间侧隙后，与叶轮流出的流体混合，经过导叶与反导叶，又经级间隙流回前级叶轮的侧隙，形成循环。

由于这部分流体不经过叶轮，也不影响泵的流量，所以这种级间泄漏所造成的机械能损失应属于圆盘摩擦损失。

泵与风机的容积损失中，叶轮入口处的密封环损失占据主要份额。

容积损失必然与流体的泄漏有关，为减少泄漏量，一般可采用两种方法。

（1）维持动、静部件间最佳的间隙。

泵在运行一段时间后，容积效率下降，其间隙增大是最主要的因素之一。

（2）增大间隙中的流动阻力。

其措施有三：一是增加轴向长度，可增大间隙的沿程流动阻力；二是在间隙入口和出口采取节流措施，可增大流体间隙流动的局部阻力；三是采用不同型式的密封环，也相应引起间隙流动阻力改变。

（三）流动损失和流动效率流动损失是指流体在泵与风机主流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。

流动损失主要分为三种：1 流体和各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失；2 流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生漩涡二次流和尾迹等而引起的涡流损失；3由于工况改变，流量偏离设计流量时，叶轮入口流动角与叶片安装角不一致所引起的功绩损失。

这三种流动损失中，摩擦阻力损失与涡流损失这几与流体的输送量相关，而冲击损失不仅与输送流体量有关，还与该流量与设计流量的偏差有关。

分别讨论如下：1.摩擦阻力损失和扩大损失。

2冲击损失
（四）泵与风机的总效率总效率是衡量泵与风机经济性的重要技术指标。

泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。

风机的总效率与内效率的最大值不一定在同一工况上，其最高效率区也不一定完全一致。

通常将风机的总效率用作风机的经济性指标，而将风机的内效率用作风机相似性设计和相似换算的依据。

节能减排是指在节约物质资源和能量资源，以减少废弃物和环境物排放。

为了减少资源的浪费与废弃物排放等问题。

就得泵与风机的容积损失中，叶轮入口处的密封环损失占据主要份额。

结语：泵与风机的节能减排是在大环境形成的。

在中国现在这种粗放型的发展方式，造成了资源浪费、环境破坏与污染。

这种方式不能长久的，必须采取太高效率、节能减排和与环境和谐发展的可持续发展，才能振兴中华。

泵与风机在社会与生活中都有广泛的应用，所以研究泵与风机的性能是很有必要的，特别是泵与风机的损失与效率
的研究更为重要。

参考文献：何川郭立君，泵与风机中国电力出版社2008.3。