2022/12/14流體輸配管網(wǎng)教程龔光彩主編2022/12/12流體輸配管網(wǎng)教程龔光彩主編1

課程概述

一、本課程的地位、作用和任務(wù)

本課程為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主干專業(yè)必修理論課之一，是溝通專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁。通過本課程的學(xué)習(xí)，目的是使學(xué)生進一步拓寬專業(yè)基礎(chǔ)口徑，掌握暖通空調(diào)工程、城市燃?xì)夤こ?、供熱工程、建筑給排水工程、建筑消防工程、工廠動力工程等各類工程中管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)

計分析、調(diào)試和調(diào)節(jié)的基本理論和方法，為學(xué)習(xí)有關(guān)后續(xù)課程打下必要的基礎(chǔ)，并具備初步的工程實踐能力。能夠正確應(yīng)用設(shè)計手冊和參考資料進行上述管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和調(diào)節(jié)，同時為從事其它大型、復(fù)雜管網(wǎng)工程的設(shè)計和運行管理打下初步基礎(chǔ)。

二、本課程對先修課的要求

先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，流體力學(xué)

課程概述

一、本課程的地位、作用和任務(wù)

本課2

課程概述

三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求

為適應(yīng)全國范圍內(nèi)的建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容改革，本課程是將原有本專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的《空調(diào)工程》、《燃?xì)廨斉洹?、《供熱工程》、《通風(fēng)工程》、《建筑給排水》、《鍋爐及鍋爐房設(shè)備》、《建筑消防工程》、《工廠動力工程》等課程中的管網(wǎng)系統(tǒng)原理部分抽出，經(jīng)提煉后與《流體力學(xué)泵與風(fēng)機》中的泵與風(fēng)機部分進行整合、充實而成的一門課程。上述各門專業(yè)課不再講授“管網(wǎng)系統(tǒng)”原理部分，但需要在教學(xué)中注意與本課程的聯(lián)系；《流體力學(xué)泵與風(fēng)機》不再講授“泵與風(fēng)機”部分，并更名為《流體力學(xué)》。

本課程在《流體力學(xué)》的“一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)”、“流動阻力和能量損失”、“孔口管嘴管路流動”“相似性原理”等理論基礎(chǔ)上進行教學(xué)，不再重復(fù)《流體力學(xué)》的這部分內(nèi)容，但要特別注意加強與這部分內(nèi)容的聯(lián)系與呼應(yīng)，尤其是在能量方程、沿程阻力和局部阻力、串聯(lián)并聯(lián)管路、枝狀環(huán)狀管網(wǎng)等方面的銜接與分工。本課程在構(gòu)建管網(wǎng)系統(tǒng)理論體系的同時，應(yīng)特別重視工程應(yīng)用方法和培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，要注意防止本課程偏離工程實踐，成為《流體力學(xué)Ⅱ》或《網(wǎng)絡(luò)理論》。

課程概述

三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求

為適應(yīng)3第1章流體輸配基礎(chǔ)

第1章流體輸配基礎(chǔ)4建筑流體輸配管網(wǎng)按照目的和用途來劃分，大致可分為下述4類：

1.滿足（建筑）環(huán)境控制（生產(chǎn)工藝或生活所需要的環(huán)境）目標(biāo)的管網(wǎng)系統(tǒng)；

2.滿足生產(chǎn)工藝及生活需要的用水，用氣管網(wǎng)系統(tǒng)；

3.安全消防；

4.其它，如制冷機組各元件（零部件）之間的連接管道、空壓管道等。

建筑流體輸配管網(wǎng)按照目的和用途來劃分，大致可分為下述5滿足（建筑）環(huán)境控制目標(biāo)的管網(wǎng)系統(tǒng)又可分為下述管道系統(tǒng)：

1、蒸汽供暖系統(tǒng)

2、民用建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

3、工業(yè)通風(fēng)及環(huán)境控制系統(tǒng)

4、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)

5、熱水采暖系統(tǒng)

6、城市集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)（又屬市政之一）

統(tǒng)稱暖通空調(diào)系統(tǒng)。

滿足（建筑）環(huán)境控制目標(biāo)的管網(wǎng)系統(tǒng)又可分為下述管道系6滿足生產(chǎn)工藝與生活需要的用水，用氣系統(tǒng)大致為：

1、建筑給水系統(tǒng)

2、建筑排水系統(tǒng)

3、室內(nèi)煤氣（燃?xì)猓┫到y(tǒng)

4、城市燃?xì)庀到y(tǒng)（也屬于市政工程專業(yè)的內(nèi)容之一）

而城市供、排水管網(wǎng)系統(tǒng)均屬市政工程（城市道路也可屬市政）。滿足生產(chǎn)工藝與生活需要的用水，用氣系統(tǒng)大致為：

7安全消防（可以理解為環(huán)境控制需要的一種延伸，即可以歸入一種“廣義的”可滿足環(huán)境控制目標(biāo)需要的管網(wǎng)系統(tǒng)）有：

1、消防給水系統(tǒng)（給排水）

2、防排煙系統(tǒng)（暖通空調(diào)）

其它，如制冷工質(zhì)在制冷機組各元件（零部件）之間的連接管道內(nèi)部的流動，空氣壓縮管道等。安全消防（可以理解為環(huán)境控制需要的一種延伸，即可以歸8按照流體力學(xué)特性，管道又可分為簡單管路、復(fù)雜管路。

復(fù)雜管路是簡單管路、串聯(lián)管路與并聯(lián)管路的組合，一般可分為枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)。

按照流體力學(xué)特性，管道又可分為簡單管路、復(fù)雜管路。

91.1有壓管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)1.1有壓管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)101.1.1枝狀管網(wǎng)與環(huán)狀管網(wǎng)

流體輸配管網(wǎng)基本任務(wù)：

一、流體（物質(zhì)）的轉(zhuǎn)運與分配

二、能量的轉(zhuǎn)運與分配

在流體（物質(zhì)）、能量的轉(zhuǎn)運與分配過程中，存在流體的機械能損失。

1.1.1枝狀管網(wǎng)與環(huán)狀管網(wǎng)

流體輸配管網(wǎng)基本111.1.1.1枝狀管網(wǎng)

枝狀管網(wǎng)是指輸送流體的管道通過串聯(lián)與并聯(lián)的組合呈樹枝狀排列的管道系統(tǒng)（管網(wǎng)）。

圖1-1枝狀管網(wǎng)1.1.1.1枝狀管網(wǎng)

枝狀管網(wǎng)是指輸送流體的管12

根據(jù)并、串聯(lián)管路的計算原則，可得到該風(fēng)機應(yīng)具有的壓頭為

（1-1）

風(fēng)機應(yīng)具有的風(fēng)量為

（1-2）

根據(jù)并、串聯(lián)管路的計算原則，可得到該風(fēng)機應(yīng)具13

圖1-2均勻泄流管路管段每單位長度上泄出的流量均相同即等于qV，這種管路稱為均勻泄流管路

圖1-2均勻泄流管路管段每單位長度上泄出的14

（1-3）

（1-3）15

（1-4）

近似寫作

（1-5）

引入計算流量qVc（1-6）

（1-7）

流量qVz=0

（1-8）

（1-4）近似寫作（1-5）引16

環(huán)狀管網(wǎng)遵循串聯(lián)和并聯(lián)管路的計算原則，

根據(jù)其特點，并存在下列兩個條件：

（1）任一節(jié)點（如點）流入和流出的流量相等。

（2）任一閉合環(huán)路中，如規(guī)定順時針方向流動的阻力損失為正，反之為負(fù)，則各管段阻力損失的代數(shù)和必等于零。

環(huán)狀管網(wǎng)遵循串聯(lián)和并聯(lián)管路的計算原則，

根據(jù)其特點17（1）哈迪·克羅斯（Hardy-Cross）方法

圖1-4環(huán)路劃分（1）哈迪·克羅斯（Hardy-Cross）方法圖1-418

1.1.1.2環(huán)狀管網(wǎng)

1、Hardy-Cross方法

環(huán)狀管網(wǎng)是指管道通過串聯(lián)與并聯(lián)的組合存在一個以上閉合環(huán)路的管道系統(tǒng)（管網(wǎng)）。

圖1-3

1.1.1.2環(huán)狀管網(wǎng)

1、Hardy-Cross19

計算程序如下：

①將管網(wǎng)分成若干環(huán)路如圖1-4上分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個閉合環(huán)路。按節(jié)點流量平衡確定流量，選取限定流速，定出管徑D。

②按照上面規(guī)定的流量與損失在環(huán)路中的正負(fù)值，求出每一環(huán)路的總損失。

③根據(jù)上面給定的流量，若計算出來的不為零，則每段管路應(yīng)加校正流量，而與此相適應(yīng)的阻力損失修正值為。

④用同樣的程序，計算出第二次校正后的流量，第三次校正后的流量……，直至滿足工程精度要求為止。

計算程序如下：

①將管網(wǎng)分成若干環(huán)路如圖1-420

圖1-5 環(huán)網(wǎng)計算圖

圖1-5 環(huán)網(wǎng)計算圖21

（2）燃?xì)猸h(huán)狀管網(wǎng)水力計算方法

手工表格法步驟：

①布置管網(wǎng)，繪制管網(wǎng)平面示意圖。

②計算管網(wǎng)各管段的途泄流量。

③假定各管段的氣流方向并選擇零速點。

④求管網(wǎng)各管段的計算流量。

⑤選擇管徑。

⑥進行初步計算。

⑦進行校正計算，即水力平差計算。

（2）燃?xì)猸h(huán)狀管網(wǎng)水力計算方法

手工表格法步驟：

①布22[例1-2]有一低壓環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)中管段的長度及環(huán)內(nèi)建筑用地面積均如圖1-6所示，人口密度每公頃為500人，每人每小時的平均用氣量為0.08m3，在2、6、9節(jié)點處有三個集中用戶，用氣量如圖所示。現(xiàn)供應(yīng)該管網(wǎng)的是城市焦?fàn)t燃?xì)?，燃?xì)鈱諝庀鄬γ芏葹?00Pa，求管網(wǎng)中各段的管徑。[例1-2]有一低壓環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)中管段的長度及環(huán)內(nèi)建筑用地面23圖1-6燃?xì)猸h(huán)網(wǎng)計算圖圖1-6燃?xì)猸h(huán)網(wǎng)計算圖241.1.2小密度差管流流動圖1-7熱水采暖示意圖1.1.2小密度差管流流動圖1-7熱水采暖示意圖25

對1-1，2-2兩個截面，其伯努利方程

（1-20）

式（1-20）考慮的是浮力（密度差）對流動過程的影響，稱之為小密度差管流能量方程。

熱水自然循環(huán)

（1-21）

對1-1，2-2兩個截面，其伯努利方程

26

在工程中的許多場合，我們往往可以認(rèn)為管道

中流體的密度變化是集中在某處或某個斷面發(fā)生的，例如熱水采暖系統(tǒng)中高溫?zé)崴ㄟ^散熱器時流體密度突然發(fā)生了變化，這種變化所產(chǎn)生的附加壓頭可由前述之自然循環(huán)系統(tǒng)的作用力計算公式得到。

還有一類典型的流動亦可歸結(jié)為小密度差管流流動，即管內(nèi)流體與管外流體存在的密度差所導(dǎo)致的流動，這一類也存在兩種場合：一是密度與空氣不同的其它氣體流動，如燃?xì)饬鲃樱涿芏却蠖噍p于空氣；另一個場合是高溫?zé)煔饬鲃?，煙氣密度一般也低于?dāng)?shù)乜諝獾拿芏取?/p>

在工程中的許多場合，我們往往可以認(rèn)為管道

中流體的27對于恒定氣流流動，其能量方程可表示為：

（1-23）

是斷面1、2的相對壓強，專業(yè)上習(xí)慣稱為靜

壓。

習(xí)慣稱為動壓。

是容重差與高程差的乘積，稱為位壓，表

示管內(nèi)外流體密度差的作用

對于恒定氣流流動，其能量方程可表示為：

28當(dāng)氣流方向（向上或向下）與實際作用力（重力或浮力）方向相同時，位壓為正。當(dāng)二者方向相反時，位壓為負(fù)。應(yīng)當(dāng)注意，氣流在有效浮力作用下，位置升高，位壓減小；位置降低，位壓增大。這與氣流在有效重力作用下，位置升高，位壓增大；位置降低，位壓減小正好相反。當(dāng)氣流方向（向上或向下）與實際作用力（重力或浮力）29

是1，2兩斷面間的壓強損失。

靜壓和位壓相加，稱為勢壓，以表示。

勢壓與管中水流的測壓管水頭相對應(yīng)。

靜壓和動壓之和，稱為全壓，以表示。

靜壓，動壓和位壓三項之和以表示，稱

為總壓，與管中水流的總水頭線相對應(yīng)。

是1，2兩斷面間的壓強損失。30

存在位壓時，總壓等于位壓加全壓。位壓

為零時，總壓就等于全壓。

位壓（）（）實際上就表示了管內(nèi)

外流體存在密度差時所具有的附加壓頭。

存在位壓時，總壓等于位壓加全壓。位壓

31

煙氣流動

圖1-9

煙氣流32對1-1斷面處煙囪內(nèi)外之流體可分別寫出

其靜力學(xué)基本方程：

（1-25）

（1-26）

若

在1-1斷面處煙囪內(nèi)外兩側(cè)壓差大小為：

（1-27）

對1-1斷面處煙囪內(nèi)外之流體可分別寫出

其靜力331.2無壓流動基礎(chǔ)—明渠均勻流1.2無壓流動基礎(chǔ)—明渠均勻流341.2.1概述

明渠是一種具有自由表面水流的渠道。

可分為

天然明渠，如天然河道。

人工明渠，如人工渠道（輸水渠、排水

渠等）、運河及未充滿水流

的管道等。

明渠水流與有壓管流不同，它具有自由表面，表面上各點受大氣壓強作用，其相對壓強為零，故又稱為無壓流動或重力流動。1.2.1概述

明渠是一種具有自由表面水流的渠道351.2.1.1明渠的分類

由于過水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸與底坡的變化對明渠水流運動有重要影響，故明渠一般分為以下類型：

1.棱柱形渠道與非棱柱形渠道:

凡是斷面形狀及尺寸沿程不變的長直渠道，稱為棱柱形渠道，否則為非棱柱形渠道。

1.2.1.1明渠的分類

由于過水?dāng)嗝嫘螤?、?6圖1-10常見渠道斷面形狀圖1-10常見渠道斷面形狀372.順坡、平坡和逆坡渠道:

明渠底一般是個斜面，在縱剖面上，渠底便成一條斜直線，這一斜線就是渠道底線的坡度便是渠道底坡，它單位流程上渠底高程降低值。

一般規(guī)定：

渠底沿程降低的底坡為稱為順坡；渠底水平時，稱為平坡；渠底沿程升高時，稱為逆坡。2.順坡、平坡和逆坡渠道:

明渠底一般是個斜面，38圖1-11渠道底坡類型圖1-11渠道底坡類型391.2.1.2明渠均勻流的條件與特征均勻流是一種漸變流的極限情況，即流線是絕對平行無彎曲的流動。明渠均勻流的水流具有如下特征：斷面平均流速沿程不變；水深也沿程不變；而且總能線即總水頭線，水面及渠底相互平行，也就是說，其總水頭線坡度（水力坡度），測管水頭線坡度（水面坡度）和渠道底坡彼此相等（圖1-13），亦即

1.2.1.2明渠均勻流的條件與特征40圖1-13明渠均勻流圖1-13明渠均勻流41

1.2.2明渠均勻流的計算公式

明渠水流一般屬于紊流阻力平方區(qū)即第二自模區(qū)。明渠均勻流水力計算中的流速公式，長期以來一般表示為如下形式：

（1-31）

1.2.2明渠均勻流的計算公式

明渠421.謝才公式

1769年，法國工程師謝才（AntoineChezy）提出了明渠均勻流的計算公式即謝才公式

（1-32）

2.流量模數(shù)與正常水深

根據(jù)謝才公式可得流量計算式

(1-34)1.謝才公式

1769年，法國工程師433.曼寧公式與巴甫洛夫斯基公式

愛爾蘭工程師曼寧（RobertManning）1889年亦提出了一個明渠均勻流公式。

（1-37）

將謝才公式與曼寧公式相比較，便得

（1-38）

此式表明了謝才系數(shù)與曼寧粗糙系數(shù)之間的重要關(guān)系，稱之為曼寧公式。3.曼寧公式與巴甫洛夫斯基公式

44

4.粗糙系數(shù)n

粗糙系數(shù)值的大小綜合反映渠道壁面（包括渠底）對水流阻力的作用，它不僅與渠道表面材料有關(guān)，同時和水位高低（即流量大小）以及運行管理的好壞有關(guān)。

因此，正確地選擇渠道壁面的粗糙系數(shù)對于渠道水力計算成果和工程造價的影響頗大。

4.粗糙系數(shù)n

粗糙系數(shù)值的大小綜合反映渠道壁451.2.3明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速

1.水力最優(yōu)斷面

明渠均勻流輸水能力的大小取決于渠道底坡、粗糙系數(shù)以及過水?dāng)嗝娴男螤詈统叽纭Ｔ谠O(shè)計渠道時，底坡一般隨地形條件而定，粗糙系數(shù)取決于渠壁的材料，于是，渠道輸水能力只取決于斷面大小和形狀。

當(dāng)i、n及A大小一定，使渠道所通過的流量最大的那種斷面形狀稱為水力最優(yōu)斷面。

1.2.3明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速

1.水46梯形斷面的水力最優(yōu)條件

設(shè)明渠梯形過水?dāng)嗝妫▓D1-10a）的底為b，水深為h，邊坡系數(shù)為m，水力最優(yōu)條件為

梯形斷面的水力最優(yōu)條件

設(shè)明渠梯形472.渠道的允許流速

式中

是免遭沖刷的最大允許流速，簡稱不沖允許流速；

是免受淤積的最小允許流速，簡稱不淤允許流速。2.渠道的允許流速

式中

481.2.4明渠均勻流水力計算的基本問題

明渠均勻流的水力計算，主要有以下三種基本問題，現(xiàn)以最常用的梯形斷面渠道為例分述如下：

1.驗算渠道的輸水能力

這類問題主要是對已成渠道進行校核性的水力計算，特別是驗算其輸水能力問題。

1.2.4明渠均勻流水力計算的基本問題

明渠均492.決定渠道底坡

設(shè)計渠道底坡時，一般已知土壤或護面材料、設(shè)計流量以及斷面的幾何尺寸，即已知n、qV和m、b、h0各量，求所需要的底坡i。

3.決定渠道斷面尺寸

在設(shè)計一條新渠道時，一般已知流量qV、渠道底坡i、邊坡系數(shù)m及粗糙系數(shù)n，求渠道斷面尺寸b和h。2.決定渠道底坡

設(shè)計渠道底坡時，一般已知501.2.5無壓圓管均勻流的水力計算

1.2.5.1.無壓圓管均勻流的水力特征

1、水力特征

（1）明渠均勻流動，對于比較長的無壓圓管來說，直徑不變的順直段，其水流狀態(tài)與明渠均勻流相同，它的水力坡度、水面坡度以及底坡彼此相等。

（2）無壓圓管道均勻流之流速和流量分別在水流為滿流之前，達到其最大值。

水流在無壓圓管中的充滿程度可用水深對直徑的比值即充滿度來表示。其輸水性能最優(yōu)時的水流充滿度可根據(jù)水力最優(yōu)條件導(dǎo)出。1.2.5無壓圓管均勻流的水力計算

1.2.5.1.512、無壓圓管均勻流過水?dāng)嗝嫠σ亍?、無壓圓管均勻流過水?dāng)嗝嫠σ亍?21.2.5.2無壓圓管的計算問題

無壓管道水力計算的基本問題分為下述三類。

（1）檢驗過水能力，即已知管徑、充滿度、管壁粗糙系數(shù)及底坡，求流量。

（2）已知通過流量及管徑、充滿度和管壁粗糙系數(shù)，要求設(shè)計管底的坡度。

（3）已知通過流量及充滿度、管壁粗糙系數(shù)和底坡，要求決定管徑。1.2.5.2無壓圓管的計算問題

無壓管道水力53第2章泵與風(fēng)機的理論基礎(chǔ)第2章泵與風(fēng)機的理論基礎(chǔ)542.1泵與風(fēng)機的分類及性能參數(shù)2.1泵與風(fēng)機的分類及性能參數(shù)552.1.1常用泵與風(fēng)機的分類

泵與風(fēng)機是利用外加能量輸送流體的流體機械。

2.1.1.1容積式

容積式泵與風(fēng)機在運轉(zhuǎn)時，機械內(nèi)部的工作容積（體積）不斷發(fā)生變化，從而吸入或排出流體。

2.1.1常用泵與風(fēng)機的分類

泵與風(fēng)機是56又可分為:

1.往復(fù)式

這種機械借活塞在汽缸內(nèi)的往復(fù)作用使缸內(nèi)容積反復(fù)變化，以吸入和排出流體，如蒸汽活塞泵等；

2.回轉(zhuǎn)式

機殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)動部件旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子與機殼之間的工作容積發(fā)生變化，借以吸入和排出流體，如齒輪泵、羅茨鼓風(fēng)機、滑板泵等。又可分為:

1.往復(fù)式

這種機572.1.1.2葉片式

葉片式泵與風(fēng)機的主要結(jié)構(gòu)是可旋轉(zhuǎn)的、帶葉片的葉輪和固定的機殼。通過葉輪的旋轉(zhuǎn)對流體做功，從而使流體獲得能量。

2.1.1.2葉片式

葉片式泵與風(fēng)機的主要結(jié)構(gòu)58根據(jù)流體的流動情況，可將它們再分為下列數(shù)種：

1.離心式泵與風(fēng)機；

2.軸流式泵與風(fēng)機；

3.混流式泵與風(fēng)機；

4.貫流式風(fēng)機。

2.1.1.3其它類型的泵與風(fēng)機

如引射器、旋渦泵、真空泵等。根據(jù)流體的流動情況，可將它們再分為下列數(shù)種：

59圖2-1離心式風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)分解示意圖1－吸入口；2－葉輪前盤；3－葉片；4－后盤；5－機殼；6－出口；7－截流板，即風(fēng)舌；8－支架圖2-1離心式風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)分解示意圖60工作原理

當(dāng)葉輪隨軸旋轉(zhuǎn)時，葉片間的氣體也隨葉輪旋轉(zhuǎn)而獲得離心力，并使氣體從葉片之間的出口處甩出。被甩出的氣體擠入機殼，于是機殼內(nèi)的氣體壓強增高，最后被導(dǎo)向出口排出。氣體被甩出后，葉輪中心部分的壓強降低；外界氣體即能從風(fēng)機的吸入口通過葉輪前盤中央的孔口吸人，源源不斷地輸送氣體。工作原理

當(dāng)葉輪隨軸旋轉(zhuǎn)時，葉片間61作為向流體提供能量的設(shè)備，描述其性能的常用參數(shù)有

揚程、流量、功率、效率及轉(zhuǎn)速等。作為向流體提供能量的設(shè)備，描述其性能的常用參數(shù)622.1.2.1泵的揚程與風(fēng)機的全壓和靜壓

1.泵的揚程：泵所輸送的單位重量流量的流體從進口至出口的能量增值即為揚程；也即單位重量流量的流體通過泵所獲得的有效能量，單位是m。

2.風(fēng)機的壓頭(全壓)與靜壓

（1）風(fēng)機的壓頭(全壓)：單位體積氣體通過風(fēng)機所獲得的能量增量即全壓，單位為Pa。

（2）風(fēng)機的靜壓：風(fēng)機全壓減去風(fēng)機出口動壓即風(fēng)機靜壓.

3.流量：單位時間內(nèi)泵或風(fēng)機所輸送的流體量稱為流量。常用體積流量表示，單位為“m3/s”或“m3/h”。

2.1.2.1泵的揚程與風(fēng)機的全壓和靜壓

1.泵632.1.2.2功率及效率

1.有效功率:在單位時間內(nèi)通過泵的流體（總流）所獲得的總能量叫有效功率，以符號Pe表示

對水泵，有

對風(fēng)機，有

2.全效率（效率）：表示輸入的軸功率P被流體所利用的程度，用泵或風(fēng)機的全效率（簡稱效率）來計量。

3轉(zhuǎn)速n

它指泵或風(fēng)機葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)即“r/min”。

2.1.2.2功率及效率

1.有效功率:在單位642.2離心式泵與風(fēng)機的基本方程——歐拉方程2.2離心式泵與風(fēng)機的基本方程——歐拉方程65圖2-2泵或風(fēng)機工作時能量的轉(zhuǎn)換與遷移過程示意圖圖2-2泵或風(fēng)機工作時能量的轉(zhuǎn)換與遷移過程示意圖662.2.2理想葉輪速度三角形

2.2.2.1理想葉輪

1.假設(shè)流體通過葉輪的流動是恒定的，且可看成是無數(shù)層垂直于轉(zhuǎn)動軸線的流面之總和，在層與層的流面之間其流動互不干擾。

2.假設(shè)葉輪具有無限多的葉片，葉片厚度無限薄，流體流過時無慣性沖擊。即流體在葉片間流道作相對流動時，其流線與葉片形狀一致，且當(dāng)流體進、出葉片流道時，與葉片進、出口的幾何安裝角、一致，即流體“進入和流出時無沖擊”。

3.假設(shè)流經(jīng)葉輪的流體是理想不可壓縮流體，即在流動過程中，不計能量損失。

2.2.2理想葉輪速度三角形

2.2.2.1理想葉輪67圖2-3流體在葉輪流道中的流動(a)風(fēng)機的葉輪；(b)流體在葉輪中的速度1－葉輪前盤；2－葉片；3－后盤；4－軸；5－機殼圖2-3流體在葉輪流道中的流動682.2.2.2速度三角形

圖2-4葉片進口和出口處流體速度圖圖2-5流體在葉輪中運動的速度三角形1－進口；2－出口；u－圓周速度；w－相對速度；v－絕對速度2.2.2.2速度三角形

圖2-4葉片進口和出口處流體速692.2.3理想葉輪流量計算

從理論力學(xué)可知，流體的圓周速度為：

2.2.3理想葉輪流量計算

從理論力學(xué)可知，流體的圓周速度702.2.3理想葉輪歐拉方程

2.2.3理想葉輪歐拉方程

71

特點：

1.用動量矩定理推導(dǎo)基本能量方程時，并未分析流體在葉輪流道內(nèi)的運動過程，于是，流體所獲得的理論揚程，僅與流體在葉片進、出口處的運動速度有關(guān)，而與流動過程無關(guān)；

2.流體所獲得的理論揚程，與被輸送流體的種類無關(guān)。也就是說無論被輸送的流體是水或是空氣，乃至其它密度不同的流體；只要葉片進、出口處的速度三角形相同，都可以得到相同的流體柱（液柱或氣柱）高度（揚程）。

特點：

1.用動量矩定理推導(dǎo)基本能量方程722.2.4實際葉輪歐拉方程

2.2.4實際葉輪歐拉方程

73實際葉輪的理論揚程方程式或?qū)嶋H葉輪歐拉方程

實際葉輪的理論揚程方程式或?qū)嶋H葉輪歐拉方程742.2.5理論揚程HT之組成

2.2.5理論揚程HT之組成75總揚程系由以下三部分組成：

1.式第三項是單位重量流體的動能增量，也叫動壓水頭增量，

2.式的第一項是單位重量流體在葉輪旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力所作的功W，使流體自進口(r1處)到出口(r2處)產(chǎn)生一個向外的壓能(靜壓水頭)增量。

3.式的第二項是由于葉片間流道展寬，以致相對速度有所降低而獲得的靜壓水頭增量，它代表著流體經(jīng)過葉輪時動能轉(zhuǎn)化為壓能的份量。

總揚程系由以下三部分組成：

1.式第三項是單位重762.3

實際葉輪的理論性能曲線

2.3

實際葉輪的理論性能曲線

772.3.1葉型及其對性能的影響

圖2-7葉輪葉型與出口安裝角后向葉型，；(b)徑向葉型，；(c)前向葉型2.3.1葉型及其對性能的影響圖2-7葉輪葉型與出口安78實踐證明,動壓水頭成分大，流體在蝸殼及擴壓器中的流速大，從而動靜壓轉(zhuǎn)換損失必然較大。

其它條件相同時，盡管前向葉型的泵和風(fēng)機的總的揚程較大，但能量損失也大，效率較低。實踐證明,動壓水頭成分大，流體在蝸殼及擴壓器中的流速79離心式泵全都采用后向葉輪。在大型風(fēng)機中，為了增加效率或降低噪聲水平，也幾乎都采用后向葉型。

葉輪是前向葉型的風(fēng)機，在相同的壓頭下，輪徑和外形可以做得較小,中小型風(fēng)機效率不是主要考慮因素,采用前向葉型。

在微型風(fēng)機中，大都采用前向葉型的多葉葉輪。離心式泵全都采用后向葉輪。在大型風(fēng)機中，為了增加效率802.3.2實際葉輪的理論流量－壓頭曲線與流量－功率曲線

泵和風(fēng)機的揚程、流量以及所需的功率等性能是互相影響的，通常用以下三種形式來表示這些性能之間的關(guān)系：

1.泵或風(fēng)機所提供的流量和揚程之間的關(guān)系，用來表示；

2.泵或風(fēng)機所提供的流量和所需外加軸功率之間的關(guān)系，用來表示；

3.泵或風(fēng)機所提供的流量與設(shè)備本身效率之間的關(guān)系，用來表示。

2.3.2實際葉輪的理論流量－壓頭曲線與流量－功率曲線

81上述三種關(guān)系常以曲線形式繪在以流量qV為橫坐標(biāo)的圖上。這些曲線叫做性能曲線。上述三種關(guān)系常以曲線形式繪在以流量qV為橫坐標(biāo)的圖上82從曲線可以看出，前向葉型的風(fēng)機所需的軸功率隨流量的增加而增長得很快。因此，這種風(fēng)機在運行中增加流量時，原動機超載的可能性要比徑向葉型風(fēng)機的大得多，而后向葉型的風(fēng)機幾乎不會發(fā)生原動機超載的現(xiàn)象。

從曲線可以看出，前向葉型的風(fēng)機所需的軸功率隨流量的增83離心泵離心泵84離心泵裝置簡圖離心泵裝置簡圖85吸上原理與氣縛現(xiàn)象

如果離心泵在啟動前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動后葉輪中心氣體被拋時不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。吸上原理與氣縛現(xiàn)象如果離心泵在啟動前殼內(nèi)充滿的是氣體86主要部件（1）葉輪—葉片（+蓋板）6～12個葉片（前彎、后彎，徑向）液體通道。閉式葉輪：前蓋板、后蓋板半開式：后蓋板開式：無蓋板主要部件（1）葉輪—葉片（+蓋板）6～12個葉片液體通87平衡孔：消除軸向推力平衡孔：消除軸向推力88截面積逐漸擴大的蝸牛殼形通道液體入口—中心（2）泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪出口—切線作用：①匯集液體，并導(dǎo)出液體；②能量轉(zhuǎn)換裝置截面積逐漸擴大的蝸牛殼形通道（2）泵殼：泵體的外殼，包圍葉89（3）泵軸：垂直葉輪面，穿過葉輪中心軸封：旋轉(zhuǎn)的泵軸與固定的泵殼之間的密封。作用：防止高壓液體沿軸漏出或外界空氣漏入。機械密封填料密封（3）泵軸：垂直葉輪面，穿過葉輪中心軸封：旋轉(zhuǎn)的泵軸與固定90填料密封1－填料套；2－填料環(huán)；3－填料；4－填料壓蓋；5－長扣雙頭螺栓；6－螺母填料：采用浸油或涂石墨的石棉繩。結(jié)構(gòu)簡單，但功率消耗大，且有一定程度的泄漏。填料密封填料：采用浸油或涂石墨的石棉繩。91（4）導(dǎo)輪的作用—減少能量損失（4）導(dǎo)輪的作用—減少能量損失922.4泵與風(fēng)機的實際性能曲線2.4泵與風(fēng)機的實際性能曲線93

94

2.4.1水力損失機內(nèi)阻力損失發(fā)生于下述幾個部分。一，進口損失△H1..二，撞擊損失△H2.三，葉輪中的水力損失△H3。它包括：葉輪中的摩擦損失和流道中流體速度大小、方向變化及離開葉片出口等局部阻力損失.四，動壓轉(zhuǎn)換和機殼出口損失△H4。

2.4.195圖2-11撞擊損失、其它水力損失與流量的關(guān)系圖2-12機內(nèi)流體泄漏回流圖圖2-11撞擊損失、其它水力損失與流量的關(guān)系圖2-12機962.4.2容積損失

通過間隙的泄漏流量可由下式估算：

q=

2.4.2容積損失

通過間隙的泄漏流量可由下式估算：97減少回流量可以采取以下兩方面的措施。

一是盡可能增加密封裝置的阻力，例如將密封環(huán)的間隙做得較小，且可做成曲折形狀.

二是密封環(huán)的直徑盡可能縮小，從而降低其周長使流通面積減少。

減少回流量可以采取以下兩方面的982.4.3機械損失

泵的圓盤摩擦損失的功率△P2可表示為：

△P2還可用下式近似計算

2.4.3機械損失

泵的圓盤摩擦損失的功率△P2可表992.4.4泵與風(fēng)機的全效率

泵和風(fēng)機的全效率等于容積效率，水力效率及機械效率的乘積。2.4.4泵與風(fēng)機的全效率

泵和風(fēng)機的全效率等于100

qV－H、qV—N和qV一P三條曲線是泵或風(fēng)機在一定轉(zhuǎn)速下的基本性能曲線。

其中最重要的是qV—H曲線，因為它揭示了泵或風(fēng)機的兩個最重要、最有實用意義的性能參數(shù)之間的關(guān)系。qV－H、qV—N和qV一P三條曲線是泵或風(fēng)1012.4.5泵與風(fēng)機的性能曲線2.4.5泵與風(fēng)機的性能曲線102通常按照qV—H曲線的大致傾向可將其分為下列三種：(1)平坦型，(2)陡降型，(3)駝峰型。

圖2-14三種不同的qV－H曲線1－平坦型；2－陡降型；3－駝峰型通常按照qV—H曲線的大致傾向可將其分為下列103特性曲線的變換液體粘度的影響

液體粘度改變，H—V、N—V、—V曲線都將隨之而變。液體密度的影響

離心泵的理論流量和理論壓頭與液體密度無關(guān)，H—V曲線不隨液體密度而變，η—V曲線也不隨液體密度而變。軸功率則隨液體密度的增加而增加。離心泵啟動時一定應(yīng)在泵體和吸入管路內(nèi)充滿液體，否則將發(fā)生“氣縛”現(xiàn)象。特性曲線是制造廠用20℃清水在一定轉(zhuǎn)速下實驗測定的。若輸送液體性質(zhì)與此相差較大，泵特性曲線將發(fā)生變化，應(yīng)加以修正，使之變換為符合輸送液體性質(zhì)的新特性曲線。特性曲線的變換液體粘度的影響液體密度的影響特性曲線是1042.5相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)2.5相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)1052.5.1泵與風(fēng)機的相似律

2.5.1.1相似條件

泵或風(fēng)機的相似同樣須滿足幾何、運動及動力相似三個條件,

相似工況：當(dāng)原型性能曲線上某一工況點A與模型性能曲線上工況點A所對應(yīng)的流體運動相似，也就是相應(yīng)的速度三角形相似，則A與A兩個工況為相似工況,

2.5.1泵與風(fēng)機的相似律

2.5.1.1相1062.5.1.1相似律

1．流量關(guān)系：

2．揚程關(guān)系：

3．功率關(guān)系：

2.5.1.1相似律

1．流量關(guān)系：

2107流體輸配管網(wǎng)教程龔光彩主編課件1082.5.2風(fēng)機的無因次性能曲線圖2-174-72-11型風(fēng)機的無因次性能曲線2.5.2風(fēng)機的無因次性能曲線圖2-174-72-11型1092.5.3比轉(zhuǎn)數(shù)

同一“系列”的諸多相似機既然可用一條無因次性能曲線來表述，那么，視在此曲線上所取的工況點之不同，就會有許多組值。

如果我們指定效率最高點（即最佳工況點）的一組值，作為這個“系列”的代表值，這樣，就把表征“系列”的手段由一條無因次曲線簡化成兩個參數(shù)值，作為這個系列的代表值。從而找到了非相似泵或風(fēng)機即不同系列機器的比較基礎(chǔ)——比轉(zhuǎn)數(shù)。2.5.3比轉(zhuǎn)數(shù)

同一“系列”的諸多相似110實際上的比轉(zhuǎn)數(shù)定義為：

比轉(zhuǎn)數(shù)的實用意義如下：

（一）比轉(zhuǎn)數(shù)反映了某系列泵或風(fēng)機性能上的特點。

（二）比轉(zhuǎn)數(shù)可以反映該系列泵或風(fēng)機在結(jié)構(gòu)上的特點。

（三）比轉(zhuǎn)數(shù)可以反映性能曲線變化的趨勢。

實際上的比轉(zhuǎn)數(shù)定義為：

比111圖2-18風(fēng)機比轉(zhuǎn)數(shù)，葉輪形狀圖2-19泵的比轉(zhuǎn)數(shù)、葉輪形狀和性能曲線形狀圖2-18風(fēng)機比轉(zhuǎn)數(shù)，葉輪形狀圖2-19泵的比轉(zhuǎn)數(shù)、112圖2-20比轉(zhuǎn)數(shù)對性能曲線變化趨勢影響(a)比轉(zhuǎn)數(shù)較低的機器；(b)比轉(zhuǎn)數(shù)較高的機器圖2-20比轉(zhuǎn)數(shù)對性能曲線變化趨勢影響113前面所講的大多是設(shè)計效率，到目前而言存在的問題：1.性能曲線是一條連續(xù)的曲線，其上有無窮多個點，泵與風(fēng)機到底在哪一點上工作，工作時的qv如何定。2.設(shè)計效率在0.6～0.95之間，為什么運行效率會低于50%？3.某一臺泵的運行效率為75%，設(shè)計效率為80%，換一臺新泵的設(shè)計效率為90%，額定的H、qv都比舊泵大。實測發(fā)現(xiàn)，安裝后，新泵的運行效率卻降低，為什么？4.有時閥門全開時，運行效率比較低(如60%)，但稍關(guān)閥門之后，運行效率反倒有所提高。但關(guān)閥門等于增加阻力，增加了消耗，效率應(yīng)下降才對。這些問題都可通過運行的工作點的確定來解決前面所講的大多是設(shè)計效率，到目前而言存在的問題：114管道特性曲線，也稱作裝置特性能曲線或系統(tǒng)特性曲線管道特性曲線是指流體在管道中流動時，流量與維持該流量所需的能量之間的關(guān)系。管路特性曲線及工作點泵從吸入容器水面A—A處抽水，經(jīng)泵輸送至壓力容器B—B，其中經(jīng)過吸水管路和壓水管路.管道特性曲線，也稱作裝置特性能曲線或系統(tǒng)特性曲線管路1151、管路特性曲線斷面A—A與1—1的伯努利方程為1、管路特性曲線斷面A—A與1—1的伯努利方程為116管路特性曲線斷面B—B與2—2的伯努利方程為：則：上式左邊為泵的揚程，右邊為系統(tǒng)阻力，即管路系統(tǒng)為輸送液體所需要的總揚程，稱為裝置揚程Hc。穩(wěn)定運行時，揚程與阻力平衡。管路特性曲線斷面B—B與2—2的伯努利方程為：則：上式左邊為117管路特性曲線對于風(fēng)機：與流量無關(guān)，稱為靜揚程Hst管路特性曲線對于風(fēng)機：與流量無關(guān)，稱為靜揚程Hst118離心泵的工作點

當(dāng)泵安裝在一定管路系統(tǒng)中的離心泵工作時，泵輸出的流量即為管路流量、泵提供的壓頭即為管路所要求的壓頭。泵的特性曲線與管路特性曲線有一交點a點，該交點稱為離心泵的工作點。離心泵的工作點當(dāng)泵安裝在一定管路系統(tǒng)中的離心泵工作時1192.6.1軸流式風(fēng)機

軸流式泵與風(fēng)機能滿足大流量和低壓頭要求。

軸流機原理：按流體力學(xué)關(guān)于“繞流阻力和升力”的相關(guān)原理，繞流物體——這里指葉片，在垂直于流動方向存在著升力L，平行于流動方向產(chǎn)生阻力D。根據(jù)作用力和反作用力關(guān)系原理，葉片對流體和升力和阻力的合理利用，就是葉片形狀設(shè)計的目的。

2.6.1軸流式風(fēng)機

軸流式泵與風(fēng)機能滿120圖2-22氣流質(zhì)點通過葉柵的運動情況圖2-22氣流質(zhì)點通過葉柵的運動情況121

軸流式風(fēng)機與離心式風(fēng)機具有同樣的理論壓頭方程式：

軸流式風(fēng)機與離心式風(fēng)機具有同樣的理論壓頭方程式：

122圖2-2330E-11No.36型軸流風(fēng)機性能曲線

圖2-2330E-11No.36型軸流風(fēng)機性能曲線

123軸流風(fēng)機在性能曲線方面的特點可以歸納為如下三點：

（一）qV—H曲線大都屬于陡降型曲線。

（二）qV—P曲線在流量為零時N最大，當(dāng)流量增大時，H下降很快，軸功率也有所降低，這樣往往使軸流式風(fēng)機在零流量下啟動的軸功率為最大。

（三）qV－曲線在最高效率點附近迅速下降，由于流量不在設(shè)計工況下氣流情況迅速變壞，以致效率下降很快。所以軸流式風(fēng)機的最佳工作范圍較窄。

軸流風(fēng)機在性能曲線方面的特點可以歸納為如下三124

圖2-24貫流式風(fēng)機示意圖（1－葉片；2－封閉端面）(a)貫流式風(fēng)機葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；(b)貫流式風(fēng)機中的氣流圖2-24貫流式風(fēng)機示意圖（1－葉片；2－封閉端面1252.6.2貫流式風(fēng)機貫流式風(fēng)機的主要特點

1.葉輪一般是多葉式前向葉型，但兩個端面是封閉的。

2.葉輪的寬度b沒有限制，當(dāng)寬度加大時，流量也增加。

3.貫流式風(fēng)機不像離心式風(fēng)機是在機殼側(cè)板上開口使氣流軸向進入風(fēng)機，而是將機殼部分地敞開使氣流直接徑向進入風(fēng)機。

4.在性能上，貫流式風(fēng)機的全壓系數(shù)較大，曲線是駝峰型的，效率較低，一般約為30％～50％。

5.進風(fēng)口與出風(fēng)口都是矩形的，易與建筑物相配合。

2.6.2貫流式風(fēng)機貫流式風(fēng)機的主要特點

126圖2-25貫流式風(fēng)機的無因次性曲線圖2-25貫流式風(fēng)機的無因次性曲線1272.6.3往復(fù)泵與真空泵

2.6.3.1往復(fù)式泵

往復(fù)式泵屬于容積泵，主要結(jié)構(gòu)包括泵缸、活塞或柱塞、連桿、吸水閥和壓水閥等單作用往復(fù)泵的理論流量可按下式計算：

qVT＝Asn

2.6.3往復(fù)泵與真空泵

2.6.3.1往復(fù)式1282.6.3.2真空泵

水環(huán)式真空泵實際上是一種壓氣機，它抽取容器中的氣體將其加壓到高于大氣壓，從而能夠克服排氣阻力將氣體排入大氣。

真空泵在工作時應(yīng)不斷補充水，用來保證形成水環(huán)和帶走摩擦引起的熱量。

2.6.3.2真空泵

水環(huán)式真空泵實際上1292.6.4深井泵與旋渦泵

2.6.4.1深井泵

由以下幾個主要部分組成：

(一)裝于上殼7、中殼9和下殼8中的泵本體，它的葉輪18是混流式多級葉輪；

(二)揚水管5和傳動軸6；

(三)裝在地面的電動機1和泵座2；

(四)濾水網(wǎng)11與吸水管10。

2.6.4深井泵與旋渦泵

2.6.4.1深井泵130圖2-26SD型深井泵的結(jié)構(gòu)圖(a)整機外形；(b)泵體結(jié)構(gòu)1-電動機；2-泵座；3-基礎(chǔ)；4-井管；5－揚水管；6－傳動軸；7－上殼；8－下殼；9－中殼；10－吸水管；11－濾水網(wǎng)；12－軸承體；13－螺紋聯(lián)軸器；14－止回閥；15－截止閥；16－軸承襯套；17－錐形套；18－葉輪圖2-26SD型深井泵的結(jié)1312.6.5常用壓縮機

2.6.5.1活塞式壓縮機

1．壓縮機的理論排氣量確定：

對于單作用式壓縮機

對于雙作用式壓縮機

壓縮機實際排氣量由下式確定：

2.6.5常用壓縮機

2.6.5.1活塞式壓縮1322．壓縮級數(shù)的確定：

所謂多級壓縮就是將氣體依次在若干級中進行壓縮，并在各級之間將氣體引入中間冷卻器進行冷卻。多級壓縮除了能降低排氣溫度，提高容積系數(shù)之外，還能節(jié)省功率的消耗和降低活塞上的氣體作用力。

多級壓縮時，級數(shù)越多，越接近等溫過程，越節(jié)省功率的消耗。但是結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，造價也越高，發(fā)生故障的可能性也就越大。

2．壓縮級數(shù)的確定：

所謂多級壓縮就是將氣1333．活塞式壓縮機的變工況工作與流量調(diào)節(jié)：

(1)變工況對壓縮機性能的影響

1）吸氣壓力改變

2）排氣壓力改變

3）壓縮介質(zhì)改變

3．活塞式壓縮機的變工況工作與流量調(diào)節(jié)：

(1)變工況對壓134（2）活塞式壓縮機排氣量的調(diào)節(jié)

1）停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)

2）改變轉(zhuǎn)數(shù)的調(diào)節(jié)

3）停止吸入的調(diào)節(jié)

4）旁路調(diào)節(jié)

5）打開吸氣閥的調(diào)節(jié)

6）連接補助容積的調(diào)節(jié)

（2）活塞式壓縮機排氣量的調(diào)節(jié)

1）停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)

2）改變轉(zhuǎn)1352.6.5.2回轉(zhuǎn)式壓縮機

1．滑片式氣體壓縮機

滑片式氣體壓縮機是由氣缸部件、殼體和冷卻器等主要部分組成。

滑片式壓縮機的理論排氣量可用下式確定：

2.6.5.2回轉(zhuǎn)式壓縮機

1．滑片式氣體壓縮機

1362．羅茨式回轉(zhuǎn)壓縮機

羅茨式回轉(zhuǎn)壓縮機，一般習(xí)慣稱為羅茨式鼓風(fēng)機。它是利用－對相反旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來輸送氣體的設(shè)備，其工作情況如圖所示。

圖2-27羅茨式回轉(zhuǎn)壓縮機1－機殼；2－轉(zhuǎn)子；3－壓縮室2．羅茨式回轉(zhuǎn)壓縮機

羅茨式回轉(zhuǎn)壓縮機，一1373．螺桿式氣體壓縮機

螺桿式氣體壓縮機的氣缸成8字形，內(nèi)裝兩個轉(zhuǎn)子―陽轉(zhuǎn)子(或稱陽螺桿)和陰轉(zhuǎn)子(或稱陰螺桿)。

目前轉(zhuǎn)子采用對稱型線和非對稱型線兩種，國內(nèi)多用鈍齒雙邊對稱圓弧型線為轉(zhuǎn)子的端面型線，如圖2-28所示

3．螺桿式氣體壓縮機

螺桿式氣體壓縮機的氣138圖2-28轉(zhuǎn)子端面型線

1－陽轉(zhuǎn)子；2－陰轉(zhuǎn)子

圖2-28轉(zhuǎn)子端面型線

1－陽轉(zhuǎn)子；2－陰轉(zhuǎn)子1392.6.5.3離心式壓縮機

離心式壓縮機的葉輪基本構(gòu)造與離心風(fēng)機或泵相同。

壓縮機的主軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時，氣體自軸向進入并以很高的速度被離心力甩出葉輪，進入擴壓器中。在擴壓器中由于有寬的通道，氣體的部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，速度降低而壓力提高。接著通過彎道和回流器又被第二級吸入，通過第二級進一步提高壓力。依此逐級壓縮，一直達到額定壓力。

2.6.5.3離心式壓縮機

離心式壓縮機1402.6.5.4壓縮機的排氣溫度及功率計算

1．壓縮機的排氣溫度

容積式(活塞式和回轉(zhuǎn)式)壓縮機的排氣溫度可按絕熱壓縮公式計算

2.6.5.4壓縮機的排氣溫度及功率計算

1．壓縮機的排1412．壓縮機的功率

容積式壓縮機的功率根據(jù)絕熱壓縮功公式，通過單位換算，對于有中間冷卻器的多級壓縮容積式壓縮機，各級入口溫度相同，各級壓縮比相同時，其理論功可按下式計算

2．壓縮機的功率

容積式壓縮機的功率根據(jù)絕熱壓縮1422.7相似律的實際應(yīng)用2.7相似律的實際應(yīng)用1432.7.1當(dāng)被輸送流體的密度改變時性能參數(shù)的換算

2.7.1當(dāng)被輸送流體的密度改變時性能參數(shù)的換算

1442.7.2當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時性能參數(shù)的換算

2.7.2當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時性能參數(shù)的換算

1452.7.3泵葉輪切削——僅時輪直徑D改變的換算

此時，根據(jù)(2-41)，(2-42)及(2-44)式，可將相似律簡化為：

2.7.3泵葉輪切削——僅時輪直徑D改變的換算

1462.7.4當(dāng)葉輪直徑和轉(zhuǎn)數(shù)都改變性能曲線的換算

圖2-29相似泵qV－H曲線的換算2.7.4當(dāng)葉輪直徑和轉(zhuǎn)數(shù)都改變性能曲線的換算

圖2-147例：某一單吸單級泵，流量Q=45m3/s，揚程H=33.5m，轉(zhuǎn)速n=2900r/min,試求其比轉(zhuǎn)數(shù)為多少？如該泵為雙吸式，應(yīng)以Q/2作為比轉(zhuǎn)數(shù)中的流量計算，則其比轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)為多少，當(dāng)該泵設(shè)計成八級泵，應(yīng)以H/8作為比轉(zhuǎn)數(shù)中的揚程計算值，則比轉(zhuǎn)數(shù)為多少？例：某一單吸單級泵，流量Q=45m3/s，148第3章冷、熱水循環(huán)管路第3章冷、熱水循環(huán)管路1493.1水的自然循環(huán)3.1水的自然循環(huán)1503.1.1自然（重力）管流水力特征

圖3-1自然循環(huán)管路系統(tǒng)示意圖

3.1.1自然（重力）管流水力特征圖3-1自然循環(huán)管路系統(tǒng)151自然（重力）循環(huán)管路系統(tǒng)中流體的流動動力取決于豎管段內(nèi)的密度差和豎管段的垂直高度。

自然（重力）循環(huán)管路系統(tǒng)中流體的流動動力取決1523.1.2自然（重力）循環(huán)熱水系統(tǒng)的工作原理

圖3-2自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)工作原理圖1－散熱器；2－熱水鍋爐；3－供水管路；4－回水管路；5－膨脹水箱3.1.2自然（重力）循環(huán)熱水系統(tǒng)的工作原理

圖3-2自然153由式可以看出，自然循環(huán)作用的大小與供、回水的密度差和散熱中心和鍋爐中心的垂直距離有關(guān)。

如供水溫度為95℃，回水溫度70℃，則每米高差可產(chǎn)生的作用壓力為，自然循環(huán)的作用壓力不大，系統(tǒng)中若積有空氣，會形成氣塞，阻礙循環(huán)，因此管路排氣是非常重要的

由式可以看出，自然循環(huán)作用的大小與供、回水的154

3.1.3自然循環(huán)熱水系統(tǒng)的形式和特點

圖3-3自然循環(huán)單管上供下回式系統(tǒng)

1－總立管；2－供水干管；3－供水立管；4－供水支管；

5－回水支管；6－回水立管；7－回水干管；8－連接管；

9－充水管；10－泄水管；11－止回閥

3.1.3自然循環(huán)熱水系統(tǒng)的形式和特點

155自然循環(huán)熱水系統(tǒng)采用上供下回系統(tǒng)方式有雙管和單管兩種系統(tǒng)形式。如圖3-3中（a）（b）所示，（a）為雙管上供下回式系統(tǒng)；（b）為單管上供下回式（順流式）系統(tǒng)。

自然循環(huán)熱水系統(tǒng)采用上供下回系統(tǒng)方式1563.1.4自然循環(huán)熱水系統(tǒng)的作用壓力

3.1.4.1雙管上供下回式系統(tǒng)的作用壓力

3.1.4自然循環(huán)熱水系統(tǒng)的作用壓力

3.1.4.1雙管157作用壓力分別為

作用壓力分別為1583.1.4.2單管上供下回式系統(tǒng)的作用壓力

3.1.4.2單管上供下回式系統(tǒng)的作用壓力

159當(dāng)循環(huán)環(huán)路中有N組串聯(lián)的冷卻中心（散熱器）時，其自然循環(huán)作用壓力可用下述通式表示其循環(huán)作用壓力值為當(dāng)循環(huán)環(huán)路中有N組串聯(lián)的冷卻中心（散熱器）時，其自然循160從上面作用壓力的計算公式可見，單管熱水供暖系統(tǒng)的作用壓力，與水溫變化，加熱中心與冷卻中心的高差，以及冷卻中心的個數(shù)等因素有關(guān)。

每一根立管只有一個自然循環(huán)作用壓力，而且即使最低層的散熱器低于鍋爐中心（為負(fù)值），也可使循環(huán)水流動。

從上面作用壓力的計算公式可見，單管熱水供暖系161為了計算單管系統(tǒng)自然循環(huán)的作用壓力，需要求出各個冷卻中心之間管路中水的密度，為此，就首先要確定各冷卻中心之間管路的水溫。

在單管系統(tǒng)運行期間，由于立管的供水溫度或流量不符合設(shè)計要求，也會出現(xiàn)垂直失調(diào)現(xiàn)象。但在單管系統(tǒng)中，影響垂直失調(diào)的原因，不是由于各層作用壓力的不同，而是由于各層散熱器的傳熱熱系數(shù)為了計算單管系統(tǒng)自然循環(huán)的作用162【例3-1】如圖3-6所示為三層樓房自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)，明裝立管不保溫，總立管距散熱器立管之間的距離為15m，，，散熱器的熱負(fù)荷分別為700w，600w，800w。供水溫度95℃，回水溫度70℃。

求：1.雙管系統(tǒng)自然循環(huán)的綜合作用壓力。

2.單管系統(tǒng)各層之間立管的水溫。

3.單管系統(tǒng)自然循環(huán)的綜合作用壓力。【例3-1】如圖3-6所示為三層樓房自然循環(huán)熱水供暖系163圖3-6例3-1附圖圖3-6例3-1附圖1643.2水的機械循環(huán)3.2水的機械循環(huán)1653.2.1機械循環(huán)水力特征

機械循環(huán)流動的能量方程與自然循環(huán)流動的能量方程的區(qū)別在于循環(huán)作用壓力增加了水泵揚程，即3.2.1機械循環(huán)水力特征

機械循環(huán)流動的1663.2.2機械循環(huán)水系統(tǒng)的工作原理

如圖3-7，以機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)說明機械循環(huán)水系統(tǒng)工作原理。機械循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置了循環(huán)水泵、膨脹水箱、集氣罐和散熱器等設(shè)備，與自然循環(huán)系統(tǒng)主要區(qū)別

一是循環(huán)動力不同；

二是膨脹水箱的連接點和作用不同；

(膨脹水箱的連接點位于水泵入口或回水干管上.)

三是排氣方式不同。3.2.2機械循環(huán)水系統(tǒng)的工作原理

如167圖3-7機械循環(huán)熱水系統(tǒng)

1－循環(huán)水泵；2－熱水鍋爐；3－集氣罐；

4－膨脹水箱圖3-7機械循環(huán)熱水系統(tǒng)

1－循環(huán)水1683.2.3機械循環(huán)水系統(tǒng)型式

機械循環(huán)水系統(tǒng)按工作介質(zhì)溫度可分為熱水循環(huán)系統(tǒng)和冷水循環(huán)系統(tǒng)；

按工作介質(zhì)是否與空氣接觸可分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)；

按系統(tǒng)中的各并聯(lián)環(huán)路中水的流程可分為同程系統(tǒng)和異程系統(tǒng)。

按系統(tǒng)中循環(huán)水量的特性可分為定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)；

按系統(tǒng)中冷熱水管道的布置方式是可分為雙管制系統(tǒng)和四管制系統(tǒng).

3.2.3機械循環(huán)水系統(tǒng)型式

機械循環(huán)水系1693.2.3.1室內(nèi)機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

室內(nèi)機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的形式相當(dāng)多，按管道敷設(shè)方式的不同，分為垂直式系統(tǒng)和水平式系統(tǒng)。3.2.3.1室內(nèi)機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

室1701．垂直式系統(tǒng)

（1）上供下回式系統(tǒng)圖3-8機械循環(huán)上供下回式熱水系統(tǒng)1－熱水鍋爐；2－循環(huán)水泵；3－集氣罐；4－膨脹水箱1．垂直式系統(tǒng)

（1）上供下回式系統(tǒng)圖3-8機械循環(huán)上供下171（2）雙管下供下回式系統(tǒng)圖3-9機械循環(huán)下供下回式熱水供暖系統(tǒng)1－熱水鍋爐；2－循環(huán)水泵；3－集氣罐；4－膨脹水箱；5－空氣管；6－放氣閥（2）雙管下供下回式系統(tǒng)圖3-9機械循環(huán)下供下回式熱水供暖172（3）中供式系統(tǒng)（3）中供式系統(tǒng)173（4）下供上回（倒流）式系統(tǒng)圖3-11機械循環(huán)下供上回（倒流）式熱水系統(tǒng)1－熱水鍋爐；2－循環(huán)水泵；3－膨脹水箱（4）下供上回（倒流）式系統(tǒng)圖3-11機械循環(huán)下供上回（倒1742.水平式系統(tǒng)2.水平式系統(tǒng)1753.2.3.2室外機械循環(huán)熱水供熱管網(wǎng)

機械循環(huán)室外熱水供熱管網(wǎng)由熱源、熱網(wǎng)和熱用戶三部分組成。

供熱管網(wǎng)的供熱管道常用雙管制系統(tǒng)。

3.2.3.2室外機械循環(huán)熱水供熱管網(wǎng)

機1761.熱水管網(wǎng)與熱用戶的連接方式圖3-14雙管熱水供熱管網(wǎng)與熱用戶連接示意圖（a）無混合裝置的直接連接；（b）裝水噴射器的直接連接；（c）裝混合水泵的直接連接；（d）熱用戶與熱網(wǎng)間接連接1－熱源的加熱裝置；2－循環(huán)水泵；3－補給水泵；4－補給水壓力調(diào)節(jié)器；5－散熱器；6－水噴射器；7－混合水泵；8－換熱器；9－熱用戶系統(tǒng)的循環(huán)水泵；10－膨脹水箱1.熱水管網(wǎng)與熱用戶的連接方式圖3-14雙管熱水供1772.室外熱水供熱管網(wǎng)的型式

圖3-15熱水支狀管網(wǎng)

1－熱源；2－主干線；3－支干線；4－用戶直線；

5－熱用戶的用戶引入口2.室外熱水供熱管網(wǎng)的型式

圖3-11783.2.3.3機械循環(huán)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)

一個完整的中央空調(diào)系統(tǒng)有三大部分組成，即冷熱源、供熱與供冷管網(wǎng)、空調(diào)用戶系統(tǒng)。

冷凍水系統(tǒng)是把冷熱源產(chǎn)生的冷或熱量通過管網(wǎng)輸送到空調(diào)用戶的系統(tǒng)，循環(huán)管路由總管、干管和支管組成，各支管與各空調(diào)末端裝置相連，構(gòu)成一個個并聯(lián)回路。

3.2.3.3機械循環(huán)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)

一個1791.雙管制與四管制系統(tǒng)

圖3-16兩管制與四管制

（a）兩管制系統(tǒng)；（b）四管制系統(tǒng)

1.雙管制與四管制系統(tǒng)

1802.開式和閉式系統(tǒng)

圖3-17開式與閉式系統(tǒng)

（a）開式系統(tǒng)；（b）閉式系統(tǒng)

2.開式和閉式系統(tǒng)

圖3-17開式與1813.定流量和變流量系統(tǒng)

圖3-18單級泵定流量雙管閉式系統(tǒng)

1—冷水機組；2—循環(huán)泵；3—空調(diào)機組或盤管；4—三通閥；5—分水器；6—集水器

3.定流量和變流量系統(tǒng)

圖3-18單級182圖3-19變流量系統(tǒng)之一

1—冷水機組；2—循環(huán)泵；3—空調(diào)機組或盤管；

4—二通閥；5—分水器；6—集水器；7—旁通調(diào)節(jié)閥

圖3-19變流量系統(tǒng)之一

1—冷水機組；2—循環(huán)泵；3—空183

4.一次泵和二次泵系統(tǒng)

圖3-20二次泵水系統(tǒng)之一

1一次泵；2—冷水機組；3—二次泵；

4—風(fēng)及盤管；5—旁通管；6—二通閥

4.一次泵和二次泵系統(tǒng)

圖3-20184圖3-21二次泵水系統(tǒng)之二

1—冷水機組一次泵；2—一次泵；

3—二次泵；4—壓差調(diào)節(jié)器

圖3-21二次泵水系統(tǒng)之二

1—冷水機組一次泵；2—一次泵1853.2.3.4機械循環(huán)同程式和異程式系統(tǒng)

1.異程式系統(tǒng)

圖3-22異程式熱水系統(tǒng)1-鍋爐；2循環(huán)水泵；3集氣罐4膨脹水箱圖3-23異程式冷凍水系統(tǒng)3.2.3.4機械循環(huán)同程式和異程式系統(tǒng)

1.異程式系統(tǒng)186

2.同程式系統(tǒng)

圖3-24熱水同程式系統(tǒng)1-熱水鍋爐；2-循環(huán)水泵；3-集氣罐；4-膨脹水箱圖3-25同程系統(tǒng)的幾種形式（a）水平管路同程；（b）垂直管路同程；（c）水平與垂直管路均同程

2.同程式系統(tǒng)

圖3-24熱水同程式系統(tǒng)圖3-251873.2.3.5機械循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

圖3-26共用供回水干管的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)（a）下水箱式冷卻水系統(tǒng)；（b）上水箱式冷卻水系統(tǒng)3.2.3.5機械循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖3-26共用供回水干1883.2.4.1高層建筑水系統(tǒng)承壓分析

圖3-27高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)示意圖1－冷水機組；2－空氣處理設(shè)備；3－循環(huán)水泵；4－膨脹水箱；5－調(diào)節(jié)閥3.2.4.1高層建筑水系統(tǒng)承壓分析圖3-27高層建筑空189

圖3-27的系統(tǒng)運行時，B、C和D點的壓力為：設(shè)計中，確定各種設(shè)備承壓能力時，要考慮系統(tǒng)停止運行、啟動瞬間和正常運行三種情況下的承壓能力，以最大者來選擇設(shè)備和管路附件。

圖3-27的系統(tǒng)運行時，B、C和D點的壓力為：設(shè)計1903.2.4.2高層建筑水系統(tǒng)形式

（1）分層式系統(tǒng)

圖3-28分層式熱水供暖系統(tǒng)3.2.4.2高層建筑水系統(tǒng)形式

（1）分層式系統(tǒng)圖3-191圖3-29雙水箱分層式熱水供暖系統(tǒng)

1－加壓水泵；2－回水箱；3－進水箱；

4－進水箱溢流管；5－信號管；6－回水箱溢流

（2）雙水箱分層式系統(tǒng)

圖3-29雙水箱分層式熱水供暖系統(tǒng)

1－加1923.3水循環(huán)系統(tǒng)管路水力計算

3.3水循環(huán)系統(tǒng)管路水力計算1933.3.1循環(huán)管路水力計算的原理

3.3.1.1水流動壓力損失

1.沿程壓力損失

流體在管道內(nèi)流動時，由于流體與管壁間的摩擦，產(chǎn)生能量損失，稱為沿程損失，可用沿程水頭損失和沿程壓力損失表示。

3.3.1循環(huán)管路水力計算的原理

3.3.1.1水194系統(tǒng)的最不利環(huán)路平均比摩阻對整個管網(wǎng)經(jīng)濟性起決定作用。這就需要確定一個經(jīng)濟的比摩阻，使得在規(guī)定的計算年限內(nèi)總費用為最小，因此推薦經(jīng)濟平均比摩阻。

沿程阻力系數(shù)與流體的流態(tài)和管壁的粗糙度有關(guān)，即系統(tǒng)的最不利環(huán)路平均比摩阻對整個管網(wǎng)經(jīng)濟性起195圖3-32水管路比摩阻計算圖（1mmH2O＝9.807Pa）圖3-32水管路比摩阻計算圖1962.局部壓力損失

當(dāng)流體通過管道的一些附件如閥門、彎頭、三通、散熱器、盤管等時，由于流體速度的大小或方向改變，發(fā)生局部旋渦和撞擊，產(chǎn)生能量損失，稱為局部損失。

2.局部壓力損失

當(dāng)流體通過管道的一些附件如1973.總壓力損失

任何一個冷熱水循環(huán)系統(tǒng)都是由很多串聯(lián)、并聯(lián)的管段組成，通常將流量和管徑不變的一段管路稱為一個計算管段。

各個計算管段的總壓力損失應(yīng)等于該管段沿程壓力損失與該管段局部壓力損失之和，即

3.總壓力損失

任何一個冷熱水循環(huán)系統(tǒng)都是由1983.3.1.2當(dāng)量局部阻力法

當(dāng)量局部阻力法是實際工程中為了簡化計算，將管段的沿程損失折算成相當(dāng)?shù)木植繐p失的一種方法。

3.3.1.2當(dāng)量局部阻力法

當(dāng)量局部阻力法1993.3.1.3當(dāng)量長度法

當(dāng)量長度法是將局部壓力損失折算成沿程壓力損失的一種簡化計算方法。

3.3.1.3當(dāng)量長度法

當(dāng)量長度法是將局部2003.3.2室內(nèi)熱水循環(huán)管路水力計算的任務(wù)和方法

室內(nèi)熱水供暖循環(huán)系統(tǒng)管路水力計算的主要任務(wù)

①已知各管段的流量和系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力，確定各管段的管徑。這是實際工程設(shè)計的主要內(nèi)容。

②已知各管段的流量和各管段的管徑，確定系統(tǒng)所必需的循環(huán)作用壓力。常用于校核計算，校核循環(huán)水泵揚程是否滿足要求。

③已知各管段的管徑和該管段的允許壓降，確定通過該管段的水流量。用于校核已有的熱水供暖系統(tǒng)各管段的流量是否滿足需要。

供暖系統(tǒng)水力計算的方法有等溫降法和不等溫降法兩種。

3.3.2室內(nèi)熱水循環(huán)管路水力計算的任務(wù)和方法

2013.3.2.1等溫降法

等溫降法是采用相同的設(shè)計溫降進行水力計算的一種方法。

例如雙管熱水供暖系統(tǒng)每組散熱器的溫度降相同，都是95℃－70℃＝25℃；單管熱水供暖系統(tǒng)每根立管的供回水溫降相同，都是95℃－70℃＝25℃。在這個前提下計算各管段流量，進而確定各管段管徑。

3.3.2.1等溫降法

等溫降法是采用相同2023.3.2.2不等溫降法

不等溫降法就是在垂直單管系統(tǒng)中，各立管采用不同的溫降進行水力計算。

不等溫降法先選定立管溫降和管徑，根據(jù)壓力損失平衡的要求，計算各立管流量，再根據(jù)流量計算立管的實際溫降，確定所需散熱器的數(shù)量，最后再用當(dāng)量阻力法確定立管的總壓力損失。

3.3.2.2不等溫降法

不等溫降法就是在2033.3.3自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的水力計算

以自然循環(huán)雙管熱水管路系統(tǒng)為例，說明自然循環(huán)熱水管路的水力計算具體步驟。

【例題3-2】圖3-33為自然循環(huán)雙管熱水供暖系統(tǒng)兩大并聯(lián)環(huán)路的右側(cè)環(huán)路，熱媒參數(shù)：供水溫度90℃，回水溫度70℃；鍋爐中心距底層散熱器中心距離為3m，層高為3m；每組散熱器的供水支管上有一截止閥；確定此環(huán)路的管徑。

3.3.3自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的水力計算

204圖3-33重力循環(huán)雙管熱水供暖系統(tǒng)管路計算圖圖3-33重力循環(huán)雙管熱水供暖系統(tǒng)管路計算圖2053.3.4機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的水力計算

（1）如果室內(nèi)系統(tǒng)入口處循環(huán)作用壓力已經(jīng)確定，可根據(jù)入口處的作用壓力求出各循環(huán)環(huán)路的平均比摩阻，進而確定各管段管徑。

（2）如果室內(nèi)系統(tǒng)入口處循環(huán)作用壓力較高，必然要求環(huán)路的總壓力損失也較高，這會使系統(tǒng)的比摩阻、管道流速相應(yīng)提高。對于異程式系統(tǒng)，如果最不利環(huán)路各管段比摩阻的過大，其他并聯(lián)環(huán)路的壓力損失難以平衡，而且設(shè)計中還需考慮管路和散熱器的承壓能力問題。

對于入口處作用壓力過大的系統(tǒng)可先采用經(jīng)濟比摩阻60～120Pa/m選取管徑，然后再確定系統(tǒng)所需的循環(huán)作用壓力，過剩的入口壓力可用調(diào)壓裝置節(jié)流消除。

（3）在機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)中，循環(huán)壓力主要是由水泵提供，同時也存在著自然循環(huán)作用壓力。進行機械循環(huán)系統(tǒng)水力計算時，只需考慮水在散熱器內(nèi)冷卻產(chǎn)生的作用壓力，水在管路中冷卻產(chǎn)生的附加壓力較小，可以忽略不計。

3.3.4機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的水力計算

（2063.3.4.1機械循環(huán)異程式熱水供暖系統(tǒng)的水力計算

【例3-3】：圖3-34是機械循環(huán)單管順流異程式熱水供暖系統(tǒng)兩大并聯(lián)環(huán)路中右測環(huán)路。熱媒參數(shù)：供水溫度95℃，回水溫度70℃；系統(tǒng)與外網(wǎng)連接，在引入口處外網(wǎng)的供回水壓差為30kPa；樓層高為3m；確定管路的管徑。圖中已標(biāo)出立管號，各組散熱