1、泵 與 風 機,授課計劃： 共32學時（每周4學時） 其中4學時實驗，2學時課內(nèi)考試 考核方式 閉卷（卷庫） 平時、 實驗、 期末 20% 10% 70%,緒 論,第 一 節(jié) 泵與風機在國民經(jīng)濟中的應用,一、定義： 將原動機的機械能轉化為被輸送流體能量 （壓能、動能），并實現(xiàn)流體定向輸送的一種 動力設備。 一般，輸送液體：泵； 輸送氣體：風機,二、應用 廣泛 農(nóng)業(yè)：灌溉 采礦工業(yè)：排水、通風 機械工業(yè)：潤滑（泵）、冷卻（泵、風機） 建筑工業(yè)：給排水、通風、空調(diào)、供暖 醫(yī)學：人工心臟,特別 電力工業(yè)： 火電： 煤粉、天然氣燃燒需要空氣； 燃燒后產(chǎn)生煙氣，燃氣 工質(zhì) 水， 潤滑冷卻 水、油 核電：

2、 工質(zhì)水，潤滑冷卻 書，圖0-1,三、重要性 全國 泵與風機耗電量約占全國發(fā)電量的1/3。 安全、高效運行具有重要意義 電力行業(yè) 鍋爐給水泵，心臟 送引風機，呼吸系統(tǒng) 消耗大部分的廠用電,第 二 節(jié) 泵與風機的分類,分類 一、按產(chǎn)生能頭大小,低壓泵（6MPa),通風機（340KPa),二、按工作原理分類 葉片式 容積式 其它 葉片對流體做功 工作室容積周期改變,1、葉片式 根據(jù)力的作用方式不同： 離心、混流、軸流,軸流,斜流,旋渦,離心,葉輪,離心,斜流,軸流,旋渦,2、容積式 工作元件運動方式： 回轉、 往復,回轉 往復,回轉式（齒輪泵）,回轉式 （ 螺桿泵）,單螺桿、雙螺桿、三螺桿,往復式

3、 （活塞泵）,3、其它,噴射泵,高速氣流或水流 形成真空 抽吸,三、按軸與基準的相對位置 臥式 立式 平行 垂直,四、按用途 給水泵、循環(huán)水泵、冷卻水泵 送風機、引風機、增壓風機,第三節(jié) 泵與風機的主要部件,一、離心式泵與風機的主要部件,(一)離心式泵的主要部件 葉輪、 軸、 吸入室、 壓出室、 導葉、 密封裝置 等,1、葉輪,作用：做功元件 分類：封閉葉輪 半開葉輪 全開葉輪 （前后蓋板、輪轂、葉片） （吸入口個數(shù)：單吸、雙吸） 特點：效率高 效率低 適用場合：輸送清水 輸送含雜質(zhì)流體,離心泵，根據(jù)軸上葉輪個數(shù)分為： 單級泵、多級泵,2、軸,作用：傳遞扭矩 分類： 水平、 階梯,軸套；保護軸

4、,3、吸入室,定義：泵入口法蘭到葉輪入口的流動空間。 作用：以最小阻力損失，將流體 平穩(wěn)引入葉輪,錐形：結構簡單，流動損失??；小型單級懸臂支承泵。 環(huán)形：結構簡單，軸向尺寸??；流動損失較大； 分段多級泵。 半螺旋形：有預旋，能頭降低，流動損失??； 大型單級、多級泵。 彎管：流動損失小，軸向尺寸大，大型單級、多級泵。,錐形 環(huán)形 半螺旋形 彎管,4、壓水室 定義：葉輪出口到泵出口法蘭之間的流動空間。 作用：在最小阻力損失下，將流體從葉輪收集 起來并引出。 類型： 環(huán)形：結構簡單，軸向尺寸?。涣鲃訐p失大。 節(jié)段多級泵。 螺旋形：流動損失小。 單級、多級泵。,5、導葉（導向葉輪） 多級泵必須有導葉

5、作用： 匯集葉輪出口流體，在最小損失下，將流體引入下級葉輪或壓出室；同時并將部分動能變?yōu)閴耗堋?分為： 徑向式 軸向尺寸大，加工簡單 流道式 損失小，結構復雜,6、密封裝置 類型： 密封環(huán) 葉輪與泵殼間間隙 軸向密封裝置（軸封） 軸端與泵殼間間隙,密封環(huán),平環(huán) 角環(huán) 迷宮式,軸封 (1)填料密封（填料箱，壓蓋） 結構簡單、成本低、效果差； (2)機械密封 （動環(huán)，靜環(huán)） 結構復雜、安裝運行要求高、效果最好； (3)浮動環(huán) （浮動環(huán)，浮動套） 結構簡單，效果好，軸向尺寸大 (4)迷宮 迷宮形式不同，效果不同,小型泵 高溫高壓高轉速泵,（二）離心風機主要部件,主要部件： 葉輪、軸、集流器、蝸殼、進

6、氣箱 （相當于離心泵：吸入室， 壓出室）,(1)葉輪:葉片，前盤，后盤，輪轂 葉片：直板，彎板，翼型（中空） (2)軸 (3)集流器： 葉輪前，最小損失引導流體進入葉輪 圓筒形、圓錐形、錐弧形 (4)進氣箱： 由于結構、布置上的需要，為改善進氣條件、減小進氣損失。 （若有，在集流器前）,二、軸流式泵與風機主要部件,主要部件： 葉輪、軸、吸入室（集流器）、擴壓筒、導葉 導葉：改變流體流動方向、減小損失、部分動能轉變?yōu)閴耗?第四節(jié) 泵與風機主要性能參數(shù),主要參數(shù)： 流量、揚程（全壓）、功率、效率,一、流量 流量：單位時間內(nèi)泵與風機輸送的流體數(shù)量。,二、揚程（全壓） 揚程：單位重量的流體通過泵后獲得

7、的能量。 H m 全壓：單位體積的氣體通過風機后獲得的能量。 p Pa,三、功率 有效功率：流體通過泵與風機獲得的功率 （單位時間獲得的能量） Pe w,kw 軸功率：原動機傳到泵與風機軸上的功率。 P 四、效率 有效功率 是輸出功率 軸功率 輸入功率,五、轉速 軸每分鐘的轉數(shù) n r/min 六、汽蝕余量,第五節(jié) 泵與風機發(fā)展趨勢,一、大容量，高參數(shù) 二、高轉速 三、高效率 四、高可靠性 五、低噪音,第一章 泵與風機的葉輪理論,第一節(jié) 離心式泵與風機的葉輪理論,原動機帶動葉輪旋轉葉片對流體做功 流體能量增加離心力作用下流體流出葉輪 葉輪中心形成真空 外部流體流入葉輪葉輪連續(xù)旋轉流體連續(xù)吸入排

8、出。,一、離心式泵與風機的 工作原理,二、流體在葉輪中的運動及 速度三角形 （一）運動 復雜 1、流體隨葉輪旋轉運動 圓周運動或牽連運動, u 2、流體相對于旋轉的葉輪從葉輪入口到出口 相對運動, w,實際運動： 周運動 u 與相對運動 w 的合運動,u,w,v,（二）速度三角形分析 為便于分析，假設： 1、理想葉輪（葉片無限多、無限?。?流體沿葉片型線流動，相對運動速度w方向為葉片的切線方向。 2、理想流體（無粘性） 不考慮損失,為便于分析，總結7個元素： u， w， v ， vm （絕對速度徑向分速度） vu （絕對速度圓周分速度） : 絕對速度角（絕對速度與圓周速度方向夾角） ：相對速度

9、角或流動角（相對速度與圓周速度反方向夾角） 附：a ：安裝角（葉片切線方向與圓周速度反方向夾角）， 理想葉輪，流動角=安裝角,（三）任意點速度三角形繪制 7個元素u w v vm vu ,中任意3個，唯一決定速度三角形 常用公式：,排擠系數(shù)，反映由于葉片厚度對通流面積的影響。,例題： 有一離心泵，葉輪外徑D2=0.6m，出口寬度b2=0.1m，葉片出口安裝角2a =22，轉速n=1200r/min，流量qv=0.5m3/s，畫出口速度三角形。,2 =2a =22 ,u2,2 =22 ,三、能量方程及其分析,葉片式泵與風機： 葉片對流體作用力，力做功，流體能量增加。與力矩有關。 動量矩定理： 單

10、位時間內(nèi)流出的動量矩-流入動量矩=作用在流體上的外力矩,泵 風機,動揚程 靜揚程 動能 壓能,能量方程式分析： 參考教材p23 根據(jù)余弦定理，能量方程可化為,四、離心式葉輪葉片型式分析,后彎 徑向 前彎 2a 90,為便于分析，假設: （1）葉輪外徑相同,流量相同, 轉速相同 v2m相同,u2相同 出口速度三角形等底等高,（2）流體徑向進入葉輪 1=90, V1u=0,(一)理論揚程 HT= HT =(u2V2u -u1V1u )/g =(u2V2u )/g HT后彎 HT徑向彎 HT前彎,(二)靜揚程所占的比例（反作用度 ）,后彎 徑向 前彎 V2u 0u2 u2 u22u2 2a 0arc

11、tan(v2m/u2) 90 90arctan(v2m/2u2) 1 1/2 1/2 1/2 0 后彎 徑向 前彎,(三)效率 后彎:流道長,變化平緩,出口絕對速度小,損失小,效率高,噪音低. 前彎:流道短,變化劇烈,出口絕對速度大,損失大,效率低,噪音高. 徑向:性能介于兩者間,出口徑向,不易積灰工藝簡單.,葉型的選擇： 各有特點，如何選擇？ 一般， 離心泵， 流動的為液體，功率大，為提高效率，降低軸功率，一般采用后彎。 離心風機， 三種葉型都有。 要求高效低噪，采用后彎；要求總風壓高，前彎；要求不易積灰，徑向，如排粉機。,例題： 有一離心風機，葉輪內(nèi)徑D1=0.3m，外徑D2=0.8m，轉

12、速n=800n/r，若氣體以v1=10m/s的速度徑向進入葉輪，出口相對速度也為徑向。(1)畫葉輪進出口處速度三角形;(2)不計葉片厚度，求理論全壓為多少？ 解：1、氣體徑向進入葉輪 1=90o v1=v1m u1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1,2、出口速度三角形 u2=D2n/60=33.5m/s 出口相對速度為徑向 2= 90o v2m=w v2u=u2 qv1=qv2 D1 b1v1m= D2 b2v2m v2m = 3.75m/s 由2 v2m u2,pT= (u2V2u-u1V1u)= (u2V2u)= u22=1347Pa,理論能頭，前提，對理想流體、理想葉輪

13、與實際不符 修正 五、實際葉輪中運動 實際葉輪，葉片有限個，流道有寬度 軸向渦流 實際葉輪中，相對于旋轉葉輪，流體在流道中等角速度反方向旋轉。 影響： 流體出口相對速度角減小，流動角小于安裝角，理論揚程下降。,不是損失 六、實際流體流動 實際流體，損失 修正： 流動效率,修正：滑移系數(shù) 或 環(huán)流系數(shù) K 半經(jīng)驗公式計算,七、預旋 預旋：流體進入葉輪前的預先旋轉。 無預旋,預旋的產(chǎn)生 自由預旋、強制預旋 自由預旋 流量改變引起 流量變小 正預旋 能頭降低 流量增加 負預旋 能頭增加 強制預旋 結構原因 如半螺旋吸入室,正預旋（與葉輪旋轉方向相同） 10 能頭降低 負預旋（與葉輪旋轉方向相反） 1

14、90， v1u0, 能頭增加 正預旋 負預旋,習題,第二節(jié) 軸流式泵與風機葉輪理論,一、概述,原理： 原動機帶動葉輪旋轉葉片對流體做功 流體能量增加 升力（軸向推力）作用下流體流出葉輪,特點： （1）結構簡單、體積小、重量輕 （2）流量大，能頭低 （3）葉片角度可調(diào)，變工況調(diào)節(jié)性能好 （4）葉片可調(diào)，轉子結構較復雜 （5）噪音大,二、流體在葉輪中運動及速度三角形,運動復雜： 圓周運動、相對運動 實際運動,三、速度三角形分析 為便于分析，假設： （離心，假設：理想葉輪，理想流體） 圓柱層無關（流體沿圓柱面分層流動） 在軸向不發(fā)散，流動半徑不變。 進出口u1=u2=u 理想流體 不考慮損失 分析：

15、 速度三角形與離心式相似，但,速度三角形特點 (1)由于圓柱面分層流動，流動半徑不變，對于任意點,u1=u2=u u不變，進、出口速度三角形畫在一起，共用u。,(2)對于任意點， 絕對速度的軸向分速度Vm(即 Va）不變 。 (分層流動,u不變，流量不變) Vm：周面速度， 對于離心， Vm徑向分速度 也可寫為Vr 對于軸流， Vm軸向分速度 也可寫為Va 軸向進入葉輪， v1u=0,v1=vm,氣流折轉角 = 2-1 軸流 葉輪入口斷面積小于出口斷面積 葉片圓頭尖尾， w1w2,提高能頭 四、能量方程,（3）12 （w1w2,提高能頭）,分析 u1=u2，理論能頭少一項，,理論能頭比離心式低

16、 12 ，w1w2，能頭提高,繞流升力理論 見P49 五、軸流式泵與風機基本類型 （1）單個葉輪 速度三角形,出口速度有圓周分速度 ，即出口旋轉 ，有能量損失 （2）單個葉輪，后置導葉 （3）單個葉輪，前置導葉 （4）單個葉輪，前后置導葉,例題,有一軸流泵，在葉輪半徑300mm處，水以10m/s速度沿軸向流入，若出口絕對速度為15m/s，葉輪轉速1000r/min，求理論揚程。 （軸流， 等環(huán)量或能量設計， 對于任意點，計算半徑不同，但最終獲得能量均相同）,解： 軸向流入， V1u=0 V=V1m u1=u2 = u=2rn/60=31.4m/s 根據(jù)軸流速度三角形特點 V2m =V1m=10

17、m/s,習題,例題：某離心通風機，葉輪外徑 D2=500mm ，葉片出口寬度 b2=80mm ，葉片出口安裝角2a=30o ，當轉速 n=1000r/min ，流量qv=0.628m3/s，若空氣的密度=1.2kg/m3 ，空氣沿徑向流入葉輪，設滑移系數(shù)為 0.88 ，求風機的理論全壓 。,空氣沿徑向流入葉輪 V1u=0 出口速度三角形 u2=D2n/60=26.1m/s 2a=30o,V2u=u2-v2mcot30=17.5m/s,軸流泵葉輪轉速1200r/min，水在d=0.4m直徑處以絕對速度v=7m/s軸向流入葉輪，若出口相對速度比入口相對速度偏轉35，求該泵理論揚程為多少？,u=Dn

18、/60=25.12m/s 流體軸向流入葉輪 V1=V1m=7m/s， 1=90,出口相對速度比入口相對速度偏轉35 2= 1 +35o,1 =arctan(7/25.12)=15.6o 2= 1 +35o= 50.6o,V2u=u2-v2mcot50.6=19.37m/s,第二章 泵與風機的性能,第一節(jié) 功率、損失與效率,一、功率 1、軸功率 原動機傳到泵與機軸上的功率 P w,kw 輸入 2、有效功率 流體通過泵與風機得到的功率 Pe w,kw 輸出,3、原動機功率 原動機輸出功率 Pg Pg=P/tm tm傳動效率 4、原動機輸入功率 Pg,in Pg,in=Pg/g 5、選擇原動機功率

19、選擇原動機時必須考慮的功率 PM PM = Pg,in K K安全富裕系數(shù),例 一風機設計參數(shù)為：流量60000m3/h ，全壓1200 Pa，效率85%，若將該風機與一電機直聯(lián)傳動，電動機銘牌功率24000w，效率98%，問風機能否正常工作？,電動機銘牌功率為輸入功率, 不能正常工作,二、損失與效率 機械損失、容積損失、流動損失 1、機械損失P m、機械效率m 機械損失: （直接消耗、損失掉軸功率） 軸與軸承、軸與軸封 葉輪圓盤摩擦 占機械主要部分，可達2%10% P,Pdf=Ku23D22 與轉速3次方成正比，外徑5次方成正比 (提高轉速) 機械效率 m=(P- P m)/ P,2、容積損

20、失P v、和容積效率v 泄露 （損失流量） 葉輪、泵殼間； 主要部分 某些軸封處； 軸向推力平衡裝置處） 容積效率 v=(P- P m- P v)/ (P- P m),3、流動損失P v、和流動效率v 流動損失: （與流量有關，損失能頭） 摩擦、擴散 （kqv2） 沖擊 k(qv-qvd)2 流量變小，減小，沖角（ a- ）為正，沖擊在非工作面上， 能量損失較小 流量變大，增大，沖角（ a- ）為負，沖擊在工作面上， 能量損失較大 流動效率 h=(P- P m- P v - P h )/ (P- P m - P v ),4、總效率,例 某泵，入口真空表讀數(shù)20kPa,出口壓力表讀數(shù)100Kpa

21、，流量0.1m3/s，若軸功率14kw，(1)求總效率.(2)若機械效率97%，流動效率98%，求容積效率。 解： 能頭 p=（100+20）=120kPa=12.2m,第二節(jié)泵與風機的性能曲線,不同的泵，風機性能不同 性能如何反映？ 性能參數(shù) 全面、直觀、形象 性能曲線,性能曲線 在一定的轉速下（若軸流式，也要在一定安裝角下），揚程（全壓）、軸功率、效率等參數(shù)，隨流量變化關系的曲線。 （橫坐標為流量） 獲得方法 （1）理論分析 不準確 （2）試驗測得,一、離心式泵與風機的性能曲線,包括qv-H,qv-P, qv-等 （一）流量-揚程曲線 (1)理論方法 找到揚程與流量的關系式,即可 泵與風機

22、能量方程 理想葉輪、 理想流體 、 流體徑向進入,修正 以后彎為例 對理想葉輪修正 環(huán)流系數(shù)，基本與流量無關，揚程降低下移 對摩擦、渦流損失進行修正 與流量平方成正比 對沖擊損失進行修正 設計流量下，為零。 對容積損失進行修正 左移,理論得到的曲線與實際誤差較大， 一般以實驗為準 （2）實驗方法 改變流量，測量壓力，功率 計算 繪圖,大駝峰型 平坦、陡降、駝峰三種 （具有駝峰的，會出現(xiàn)不穩(wěn)定工作狀況） 不穩(wěn)定工作區(qū)大,試驗曲線 前彎 后彎,（二）流量-軸功率曲線,前彎， 隨流量增加，軸功率迅速增加，易過載 后彎， 隨流量增加，軸功率緩慢增加,（二）流量-軸功率曲線,空載工況： 流量為零的工況

23、（1）空載功率不為零， 有機械損失和容積損失 （2）啟動： 離心式，隨流量增加，軸功率增加，閥門全關，可避免原動機過載。 空載啟動,（三）流量-效率曲線,最佳工況點：效率最高的工況點。 高效區(qū)：最高效率的85%-90%的經(jīng)濟工作區(qū),后彎，高效區(qū)寬 前彎，高效區(qū)窄,二、軸流式泵與風機的性能曲線,倒“s”形或“馬鞍”形 原因： d 為設計工況點， d-c, 流量減小，沖角增大，升力系數(shù)增加，能頭增加 c-b,流量減小,附面層分離，升力系數(shù)降低，能頭降低 b-a,流量繼續(xù)減小，流體二次回流，重新獲得能量，能頭增加。 d-e,流量增大，沖角減小，升力系數(shù)降低，能頭降低,（1）qv-H曲線:,空載功率：

24、qv=0時功率， qv=0時，p=max,空載功率最大 隨著流量增加，軸功率下降 啟動： 軸流，隨著流量增加，軸功率下降，閥門全開啟動或小安裝角下啟動，避免電機過載。,（2）qv-P曲線,qv=0，=0 安裝角不變下,高效區(qū)窄,流量偏離設計工況時，效率迅速下降。 但葉片角度可調(diào)，流量變化較大時，調(diào)節(jié)葉片安裝角，性能曲線移動，仍可保持高效 （123頁）,（3）qv-曲線,補充（不考） 容積式泵與風機性能曲線 容積式， 小流量，高能頭 流量一般不變，若變化流量，一般通過轉速改變 改變排出閥開啟度，改變能頭，性能曲線橫坐標為能頭,齒輪泵和螺桿泵 用途：用于輸送流量小、輸出壓強高的高粘性流體。,活塞泵

25、和柱塞泵 特點：在理論上，這種泵可以達到任意大的揚程； 通過改變轉速調(diào)節(jié)流量，通過排出閥開啟度調(diào)節(jié)揚程； 當需要產(chǎn)生很高壓強時（10MPa以上），采用柱塞泵。,第三節(jié) 性能曲線的測試方法,第三章 相似理論在泵與風機中的應用,泵與風機相似理論 相似設計 相似換算,第一節(jié) 相似條件,一、幾何相似 二、運動相似 三、動力相似,前提 結果 保證,在泵與風機的流動中，流體的動力相似可自動滿足。 （相似準則，雷諾數(shù)，平方阻力區(qū)，與雷諾數(shù)無關，自動?；?第二節(jié) 相似定律,相似的泵或相似的風機，在相似的工況下，性能參數(shù)間的關系。 一、流量相似關系 m 模型 p 原型,二、揚程、全壓相似定律,三、功率相似定律

26、,若模型、原型轉速相差不大（一般2倍以內(nèi)），機械、容積、流動效率近似相等。 因此，相似定律簡化為：,例題：有一離心風機，葉輪外徑D2=1.2m，轉速n=1000r/min，輸送密度為=1.2kg/m3的氣體，流量q=10m3/s,全壓3600Pa，若與之同一系列，但葉輪外徑1.5m的風機，在轉速1200r/min，輸送密度為=0.8kg/m3的氣體時，流量、全壓分別為多少？ 由題意知，滿足相似定律,第三節(jié) 相似定律的特例,相似定律 只改變轉速比例定律 只改變尺寸 只改變密度,第四節(jié) 比轉速,設計、選型 一般給定流量、揚程、轉速等性能參數(shù) 尋找一個包含qv、H、n 的特征數(shù),一、泵的比轉速 根據(jù)

27、相似定律,去掉葉輪外徑,（1）2/（2）3,開四次方,泵的比轉速,同理，風機的比轉速,比轉速計算： 1、不同工況，其數(shù)值不同。不作說明，代設計工況點參數(shù) 2、雙吸，qv-qv/2 3、多級 H-H/i （i級數(shù)） 4、相似的泵與風機在相似工況下，比轉速相同； 5、比轉速相同，不一定相似,四、比轉速應用 設計、選型時，可以對泵與風機進行分類,隨著ns升高，相同的轉速、流量下，揚程減小 葉片由狹長變?yōu)槎虒?，由離心泵變?yōu)榛炝鞅?、變?yōu)檩S流泵,五、型式數(shù) 泵的比轉速,有單位，作為相似特征數(shù)，應無單位 如雷諾數(shù)、歐拉數(shù)等 無因次相似特征數(shù) 型式數(shù),例：有一5級雙吸水泵，轉速n=1000r/min,流量qv

28、=120m3/h,揚程H=200m,求其比轉速。,低比轉速泵,第五節(jié) 無因次性能曲線,相似的泵與風機，在相似的工況下，性能參數(shù)間有一定的比例關系 (相似定律) 相似的泵與風機，在相似的工況下，性能曲線有一定的關系， 形狀相同,性能參數(shù)有一定關系，去掉單位，用無單位的系數(shù)表示 即；無因次性能參數(shù) 相似的泵與風機，在相似的工況下，無因次性能參數(shù)相同。 無因次性能參數(shù)，根據(jù)相似定律換算 相似的泵與風機，在相似的工況下，無因次性能曲線相同,如何換算 相似的泵與風機在相似的工況下,流量系數(shù),同理,壓力系數(shù),功率系數(shù),相似的泵與風機，具有相同的無因次性能曲線 根據(jù)不同型號，可以進行相應的參數(shù)換算,例：某風

29、機葉輪外徑0.8m,轉速1200r/min，流量qv=0.02m3/s，全壓p=1300Pa,效率85%，求該工況下的流量系數(shù)，全壓系數(shù)和功率系數(shù),第六節(jié) 通用性能曲線,同一臺泵、風機，不同轉速下，性能曲線不同 但有一定的關系,不同轉速下性能曲線繪制在同一張圖上，并同時繪制出等效率曲線。 通用性能曲線,第四章 泵的汽蝕,第一節(jié) 汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響,一、汽蝕現(xiàn)象,液體，溫度升高、壓力降低，汽化，汽泡, 高壓區(qū)，凝聚、破裂，液體補充空穴 、 沖擊力： 溫度升高，氧化腐蝕 機械剝蝕 汽蝕： 由于液體汽化，汽泡形成、發(fā)展，進入高壓區(qū)，凝聚、破裂，引發(fā)液體高頻碰撞，對材料造成破壞的全部過程。 ,

30、二、汽蝕對泵工作的影響,有液體流過的地方均有可能汽蝕 汽蝕，泵運行中主要問題 危害： 1、材料破壞 2、振動、噪音 3、性能下降,低比轉數(shù)的泵，流道狹長，汽泡易阻塞流道，造成流量、揚程、效率下降。 高比轉數(shù)的泵，流道短寬，汽泡不易阻塞流道，一般不出現(xiàn)明顯性能下降。 潛伏汽蝕：未影響泵性能的汽蝕 斷裂工況:發(fā)生汽蝕時，流量、揚程、效率 急劇下降的工況。 軸流泵一般沒有明顯的斷裂工況，但仍要防止?jié)摲g。,離心泵 軸流泵 軸流泵一般沒有明顯的斷裂工況,第二節(jié) 吸上真空高度,1、吸上真空高度 Hs 用液體柱高表示的泵吸入口真空值。 pv=pa-p Hs=pv/g (泵吸入口壓力越低、真空越高，進入泵

31、后，越容易汽蝕。) 2、最大吸上真空高度 Hs,max 泵發(fā)生斷裂工況的吸上真空高度。,3、允許吸上真空高度 Hs 保證泵不汽蝕的吸上真空高度。,0.3 m 安全裕量 液體是否汽化與所處溫度、壓力有關 當?shù)販囟?、壓力影響允許吸上真空高度.,4、當?shù)卦试S吸上真空高度Hs 當?shù)胤菢藴薁顩r，修正 壓力越高，越不易汽蝕，允許吸上真空高度變大，修正， 加（Hamb-10.33） 溫度越高，越易汽蝕，允許吸上真空高度變小，修正 減 (Hv-0.24),5、允許幾何安裝高度Hg 保證泵不汽蝕的最高幾何安裝高度。 幾何安裝高度Hg 由管路入口和泵入口能量方程,知,若Z1=0， 則Z2=Hg,汽蝕判別： HsH

32、s 汽蝕 或 HgHg 汽蝕,例題：有臺水泵，從敞口水池吸水，水泵Hs=5.5m，安裝在液面上4m，管內(nèi)流速2m/s ，若吸入管阻力1m，問水泵是否汽蝕？,不汽蝕,例題：有臺水泵，從敞口水池吸水，水泵Hs=5.5m，安裝在液面上4m，管內(nèi)流速2m/s ，若吸入管阻力1m，問是否汽蝕？,不汽蝕,例：有臺離心泵，從敞口水池吸水，Hs=5.5m，泵安裝在液面上4m，管內(nèi)流速2m/s ，若吸入管阻力1m，當?shù)卮髿鈮簽?5Kpa，水溫30度，問是否汽蝕？,汽蝕,第三節(jié) 汽蝕余量,吸上真空高度Hs，反映泵汽蝕性能的參數(shù) 但入口非真空，也可汽蝕，此時Hs不適用 汽蝕余量：(凈正吸上水頭NPSH） 汽蝕與泵入

33、口總能量、泵入口與葉輪入口間能量損失有關 一、有效汽蝕余量ha 在泵的吸入口，單位重量的液體具有的超過汽化壓力的富裕能頭。,以泵吸入口為基準 Zs=0 吸入口能量,超過汽化壓力的富裕能頭,二、必需汽蝕余量hr,泵內(nèi)壓力最低點壓力高于汽化壓力，泵不汽蝕 泵內(nèi)壓力最低點,不是泵的入口 位于葉輪入口邊稍后處（k）,必需汽蝕余量hr 在泵吸入口，單位重量的液體，對泵內(nèi)壓力最低點的靜壓的能頭降落。,1、2與泵結構有關， V0、w0、葉片進口邊前的絕對和相對速度 其它條件不變，流量增大，hr增加,泵內(nèi)最低點壓力pk大于汽化壓力pv， 泵不汽蝕 即 ha hr不汽蝕 ha hr汽蝕,三、ha、 hr 關系,

34、ha隨流量增加而減小 hr隨流量增加而增加 ha= hr，臨界點c， hc 臨界汽蝕余量 ha= hr= hc剛好發(fā)生汽蝕,k一般取0.3m,為保證不汽蝕， 將hc放大 允許汽蝕余量h,判別： ha h 不汽蝕 ha h 汽蝕,例題,有臺泵h =3m，從敞口水池吸水送入敞口水箱，泵安裝在液面上5m，管內(nèi)流速2m/s ，吸入管阻力1m，問是否汽蝕？,不汽蝕,第四節(jié) 汽蝕相似定律及汽蝕比轉速,評價泵的性能的參數(shù)， 流量、揚程、功率、效率 抗汽蝕性能， 抗汽蝕性能參數(shù) 必需汽蝕余量 必需汽蝕余量，反映泵性能的參數(shù) 設計選型 汽蝕相似定律，汽蝕比轉速,一、汽蝕相似定律 相似定律： 相似的泵在相似的工況

35、下，流量、揚程、功率等性能參數(shù)滿足一定的規(guī)律。 相似的泵在相似的工況下，必需汽蝕余量hr間，也應存在一定關系。,若原型、模型（或兩臺泵）入口幾何相似、工況相似 根據(jù),二、汽蝕比轉速 必需汽蝕余量hr可以反映某工況下泵的汽蝕性能好壞； 但不能全面反映泵的汽蝕性能好壞； 必需汽蝕余量的大小隨流量、轉速等性能參數(shù)變化。 尋找一個包含其他工況參數(shù)的特征數(shù),同一臺泵，流量變化，汽蝕性能可能發(fā)生變化，可能由不汽蝕變?yōu)槠g；轉速變化，汽蝕性能可能發(fā)生變化，可能由不汽蝕變?yōu)槠g； 尋找一個包含流量、轉速等工況參數(shù)的特征數(shù)，來全面綜合反映泵抗汽蝕性能,（1）2/（2）3，開四次方,由相似定律,吸入比轉速,1、不

36、作特殊說明下， C 代設計工況點參數(shù)計算 (即最佳工況點) 2、入口幾何相似、工況相似，C相等。 出口不相似， C可相等。 3、雙吸，qv-qv/2,我國慣用的汽蝕比轉速,C大，相同的流量、轉速下，必需汽蝕余量小，抗汽蝕性能好 c=12001600 C小，相同的流量、轉速下，必需汽蝕余量大，抗汽蝕性能差 c=600 800,汽蝕比轉速C可反映抗汽蝕性能好壞,三、托馬汽蝕系數(shù),托馬汽蝕系數(shù),托馬汽蝕系數(shù) 優(yōu)點：表達式簡單 缺點：將汽蝕與出口聯(lián)系起來（揚程與出口有關）， 實際汽蝕與出口無關,例：有一離心泵允許汽蝕余量h=2.2m，從水池輸送20清水，葉輪吸入口直徑600mm，流量qv=0.3m3/

37、s，求允許吸上真空高度Hs,例 有一安裝在2m處離心泵，從水池輸送20度清水，流量qv=0.15m3/s， H=47m n=970r/min, c=900,問是否汽蝕？,不汽蝕,第五節(jié) 提高泵抗汽蝕性能的措施,ha hr 不汽蝕 ha hr 汽蝕 提高ha 降低hr,一、降低必需汽蝕余量,降低葉輪入口流速 （增加葉輪入口直徑、增加葉輪入口寬度） 雙吸葉輪 增加前蓋板轉彎處曲率半徑； 進口邊適當加長；,二、提高有效汽蝕余量,減小吸入管阻力； （適當增大吸入管直徑，減少管道附件，盡量縮短管長） 合理安排安裝高度； 前置泵； 誘導輪； 雙重翼葉輪,三、其他措施,采用抗汽蝕性能好的材料； 超汽蝕泵 （

38、主葉輪前，超汽蝕葉輪，類似軸流式，但翼型薄而尖，誘發(fā)汽泡，汽泡覆蓋翼型，保護葉片）,習 題,1 有臺水泵，從敞口水池吸水，水泵Hs=5.5m，安裝在液面上3m，管內(nèi)流速2m/s ，若吸入管阻力1.2m，問是否汽蝕？若使用時的海拔高度提高，實際安裝高度，將如何變化？ 2 有臺泵允許汽蝕余量NPSH =3.5m，從敞口水池吸水,水溫是20C,泵安裝在液面上4m，吸入管阻力1m，問是否汽蝕？若水溫提高，汽蝕的可能性將如何變化？,第五章 泵與風機的運行,泵與風機運行， 與管路連接起來工作 工作特性與管路特性有關,一、管路特性曲線 管路特性曲線： 管路中通過的流量與所需能量之間的關系曲線。 管路輸送流體

39、為何需要能量？ 克服管路阻力，滿足壓能、位能的變化 裝置揚程，Hc， 管路輸送流體所需的揚程。 由泵或風機提供,對于管路特性曲線 橫坐標流量， 縱坐標裝置揚程 如何確定裝置揚程？ 工作時根據(jù)裝置揚程=揚程,工作時，裝置揚程=揚程,靜揚程，Hst,與流量無關,二、工作點 工況點： 性能曲線上的任一點，對應于一組性能參數(shù)。 工作點： 管路特性曲線與泵與風機性能曲線的交點。,工作點分為： 穩(wěn)定工作點和不穩(wěn)定工作點 穩(wěn)定工作點：在干擾下，能夠自動回復到原位置的工作點。 不穩(wěn)定工作點：在干擾下，不能夠自動回復到原位置的工作點。,判別 畫圖分析 交點在下降段，穩(wěn)定 交點在上升段，非穩(wěn)定 具有駝峰性能曲線，

40、有不穩(wěn)定工作區(qū),管路陡，不合理。 不會出現(xiàn),例題：水泵的性能曲線繪于圖中，,（qv:L/s）。確定該泵工作時的流量。 解： 描點，畫管路特性曲線 根據(jù)管路特性曲線方程與性能曲線的交點。,管路特性曲線方程為,描點，作管路特性曲線,交點A，為工作點,例題：水泵的性能曲線繪于圖中，,（qv:L/s）.若該泵可以變速，確定該泵在1200r/min工作時的流量。 解： 畫1200r/min性能曲線， 畫管路特性曲線 交點,管路特性曲線方程為,1、在轉速n=1450r/min的性能曲線上任意找若干點。A、B、C、D、E 2、在轉速n=1200r/min下，一定有對應的點A、B、C、D、E與之相似 且,3、

41、確定A點，同理 4、 連接A、B、C、D、E,1、在轉速n=1450r/min的性能曲線上任意找若干點。A、B、C、D、E,2、在轉速n=1200r/min下，一定有對應的點A、B、C、D、E與之相似 且,第二節(jié) 泵與風機的聯(lián)合工作,一臺不能滿足要求 聯(lián)合工作 串聯(lián)、并聯(lián),一、泵與風機并聯(lián)工作 兩臺或兩臺以上的泵或風機同時向同一管路輸送流體。 特點？ （一）性能相同兩臺泵并聯(lián) 畫圖 揚程相同，總流量等于各臺泵流量相加 ,特點 （與并前單臺泵比較） 流量增加，但并沒成倍增加 揚程也增加了 管路性能曲線越平坦，效果越好 泵性能曲線越陡，效果越好,適用場合 1、機組擴容 （在保留原有設備基礎上，并聯(lián)

42、，增加流量）； 2、安全 （一臺故障時，另外一臺仍可以保證系統(tǒng)運行） 3、調(diào)節(jié) 增減并聯(lián)運行的臺數(shù)，改變系統(tǒng)流量,（二）性能不同兩臺泵并聯(lián) 畫圖 注意 避免性能差別過大的泵并聯(lián),二、泵與風機串聯(lián)工作 前臺泵或風機的出口向后臺泵或風機的入口輸送流體 特點？ （一）性能相同兩臺泵串聯(lián) 流量相同，總揚程等于各臺泵揚程相加 畫圖,串聯(lián)特點 （與串前單臺泵比較） 揚程增加，但并沒成倍增加 流量也增加了 泵性能曲線越平坦，效果越好 管路性能曲線越陡，效果越好,適用場合 1、沒有單臺能滿足揚程需求時 若干臺串聯(lián)運行 2、管路改造阻力增大 （在保留原有設備基礎上，串聯(lián)，增加揚程、流量）；,（二）性能不同兩臺泵

43、串聯(lián) 畫圖 注意 避免性能差別過大的泵串聯(lián),三、聯(lián)合工作方式的選擇 如增加流量，應并聯(lián)還是串聯(lián)？ 并聯(lián)可以、串聯(lián)也可以 如何選擇？ 畫圖比較,管路特性曲線平坦，并聯(lián) 管路特性曲線陡，串聯(lián)。 即是串還是并，由管路決定。,日常和現(xiàn)場中：增加流量并聯(lián)，增加揚程串聯(lián)？說法錯誤？ 現(xiàn)場中要增加流量，一般指流量不足,但揚程基本滿足要求，管路特性曲線一定，相對，泵與風機性能曲線陡，并聯(lián) 現(xiàn)場中要增加揚程，一般指流量基本滿足要求，但揚程不足，管路特性曲線一定，相對泵與風機性能曲線平坦，串聯(lián) 注意與理論上說法的區(qū)別,理論上 泵與風機一定，管路不定 理論上： 不論增加流量還是揚程，管路特性曲線平坦，均應并聯(lián) 不論

44、增加流量還是揚程，管路特性曲線陡，均應串聯(lián),第三節(jié) 運行工況調(diào)節(jié),工況調(diào)節(jié) 為了滿足外界負荷變化，人為地改變工作點。 辦法（原理） 改變管路特性曲線 改變泵、風機性能曲線 同時改變,一、節(jié)流調(diào)節(jié) 改變管路上節(jié)流元件的開度來調(diào)節(jié)流量。 （一）出口節(jié)流 改變出口管路上節(jié)流元件的開度，來調(diào)節(jié)流量。 原理： 改變管路特性曲線,節(jié)流，關小閥門， 阻力變大，管路特性曲線變陡 流量減小,優(yōu)點： 簡單、可靠 缺點： 損失大（節(jié)流損失H）， 單側調(diào)節(jié)（流量一般只能調(diào)小）,（二）入口節(jié)流 改變?nèi)肟诠苈飞瞎?jié)流元件的開度，來調(diào)節(jié)流量。 原理： 改變管路特性曲線，同時改變風機性能曲線 （入口節(jié)流，損失較大，會引起泵的汽

45、蝕，泵一般不采用）,畫圖分析入口節(jié)流 入口節(jié)流，改變風機性能曲線,同時 改變管路特性曲線,優(yōu)點： 簡單、可靠 缺點： 損失較大（H） 單側調(diào)節(jié)（流量一般只能調(diào)?。?畫圖分析入口節(jié)流比出口節(jié)流經(jīng)濟,H1 出口節(jié)流損失 H2 入口節(jié)流損失,二、入口導流器調(diào)節(jié) 改變離心風機入口導流器的開度，來調(diào)節(jié)流量。 原理： 改變風機性能曲線,畫圖分析入口導流器調(diào)節(jié) 入口導流器調(diào)節(jié),改變風機性能曲線, 管路特性不變,優(yōu)點： 簡單、可靠 缺點： 調(diào)節(jié)損失較大 （不是節(jié)流損失，要結合流量-功率曲線分析調(diào)節(jié)損失）,畫圖分析入口導流器調(diào)節(jié)比出口節(jié)流經(jīng)濟,A 入口導流器調(diào)節(jié)工作點 B 出口節(jié)流調(diào)節(jié)工作點,三、汽蝕調(diào)節(jié) 離心

46、泵汽蝕，性能下降，可以用來調(diào)節(jié)流量。 原理： 改變離心泵性能曲線,畫圖分析汽蝕調(diào)節(jié) 汽蝕，泵性能曲線改變，管路特性曲線不變,優(yōu)點： 自動 缺點： 汽蝕，通流部件損壞,凝結水泵上應用： 汽輪機負荷降低、 凝汽器熱水井水位下降， 倒灌高度下降，凝結水泵入口能量降低、 有效汽蝕余量減小、凝結水泵汽蝕、 泵性能下降、凝結水泵流量減小、 熱水井水位上升 動態(tài)，自動達到平衡，不需人為操作,四、變速、變頻調(diào)節(jié) 改變泵與風機的轉速，來調(diào)節(jié)流量。 原理： 改變泵、風機性能曲線,畫圖分析變速調(diào)節(jié) 改變泵與風機的轉速，改變性能曲線,優(yōu)點： 節(jié)能、高效（調(diào)節(jié)效率高） 缺點： 初投資高,畫圖分析變速節(jié)流比出口節(jié)流經(jīng)濟,

47、四、變角調(diào)節(jié) 改變軸流泵與風機的葉片（動葉或靜葉）安裝角，來調(diào)節(jié)流量。 原理： 改變軸流泵、風機性能曲線,畫圖分析 改變安裝角，改變性能曲線,優(yōu)點： 節(jié)能、高效 缺點： 調(diào)節(jié)機構較復雜 大型軸流泵與風機一般都采用,不同調(diào)節(jié)方式性能比較 若管路特性曲線改變，可直接從qv-H(p)曲線上比較。 如：比較出口節(jié)流與入口節(jié)流 比較出口節(jié)流與變速 若管路特性曲線沒改變，則需借助qv-P,或qv-曲線討論經(jīng)濟性 如：比較變速調(diào)節(jié)與變角調(diào)節(jié),離心泵的調(diào)節(jié)方式 出口節(jié)流，汽蝕、變速。 離心風機的調(diào)節(jié)方式 出口節(jié)流，入口節(jié)流、入口導流器、變速。 軸流泵的調(diào)節(jié)方式 出口節(jié)流、變速、變角 軸流風機的調(diào)節(jié)方式 出口節(jié)

48、流、入口節(jié)流、變速、變角,例題：水泵在1450r/min的性能曲線繪于圖中，,（qv:L/s）.若要將泵流量調(diào)節(jié)為20L/s, 泵工作時的轉速應變?yōu)槎嗌伲?管路特性曲線方程為,原工作點在A,不滿足要求。 現(xiàn)在需要泵流量變?yōu)?0L/s, 根據(jù)管路特性曲線方程,此時揚程H=30m,設該點為B,根據(jù)相似定律， 相似的泵與風機，在相似的工況點下,同一臺泵與風機，在相似的工況下,（同一臺泵與風機，變轉速，相似點參數(shù)間的關系：比例定律）,同一臺泵與風機，在相似的工況點,同一臺泵與風機，在相似的工況點都滿足,H=kqv2 相似曲線 同一臺泵與風機，相似的點都在相似曲線上,與B相似的工況點 均在過B點的一條H

49、=kqv2相似曲線上,過B點的相似曲線為,畫相似曲線H=0.075qv2,描點,相似曲線H=0.075qv2與1450r/min性能曲線交于C， B、C相似 C 轉速1450， B 轉速n,為所求,變速調(diào)節(jié)（求轉速）解題步驟 （1）根據(jù)管路特性曲線，確定變速后工作點B （2）根據(jù)B點，求出k (k=HB/qvB2 ）,描點，畫出與B點相似的相似曲線H=kqv2 （ （3）相似曲線與原轉速下性能曲線交于C，B、C相似 （4）運用比例定律，求出轉速,變速調(diào)節(jié)（求流量）解題步驟 （1）在原轉速下的性能曲線上任取點ABCDE，讀出參數(shù)（流量、揚程） （2）運用相似（比例）定律，求解，確定變速后，與AB

50、CDE相似的相似點ABCDE (3)描點，連接ABCDE，得變速后的性能曲線， （4）變速后性能曲線與管路特性曲線交點，讀出流量,變速調(diào)節(jié)特例 風機管路特性曲線方程 H=kqv2 相似曲線方程 H=kqv2 實際上是同一條曲線 變速前后，兩個工作點是相似的 直接運用相似定律,例題：風機在750r/min的性能曲線繪于圖中，,（qv:L/s）.若要將流量調(diào)節(jié)為2L/s, 工作時的轉速應變?yōu)槎嗌伲?管路特性曲線方程為,變速后工作點為B, 根據(jù)管路特性曲線 B:qvB=2L/s,HB=320pa 過B畫相似曲線H=kqv2, 即管路特性曲線H=80qv2,與性能曲線交于A （原工作點） qvA=2.9L/s, AB相似,第