1、授课计划：授课计划：共共3232学时（每周学时（每周4 4学时）学时）其中其中4 4学时实验，学时实验，2 2学时课内考试学时课内考试考核方式考核方式 闭卷（卷库）闭卷（卷库）平时、平时、实验、实验、期末期末 20%10%70%20%10%70%绪绪 论论第第 一一 节节 泵与风机在国民经济泵与风机在国民经济中的应用中的应用一、定义一、定义：将原动机的机械能转化为被输送流体能量将原动机的机械能转化为被输送流体能量（压能、动能），并实现流体定向输送的一种（压能、动能），并实现流体定向输送的一种动力设备。动力设备。一般，输送液体：泵；一般，输送液体：泵；输送气体：风机输送气体：风机二、应用二、应用
2、 广泛广泛 农业：灌溉农业：灌溉 采矿工业：排水、通风采矿工业：排水、通风 机械工业：润滑（泵）、冷却（泵、风机）机械工业：润滑（泵）、冷却（泵、风机）建筑工业：给排水、通风、空调、供暖建筑工业：给排水、通风、空调、供暖 医学：人工心脏医学：人工心脏特别特别 电力工业：电力工业：火电：火电：煤粉、天然气燃烧需要空气；煤粉、天然气燃烧需要空气；燃烧后产生烟气，燃气燃烧后产生烟气，燃气 工质工质 水，水，润滑冷却润滑冷却 水、油水、油核电核电：工质水，润滑冷却工质水，润滑冷却 书，图书，图0-10-1三、重要性三、重要性全国全国 泵与风机耗电量约占全国发电量的泵与风机耗电量约占全国发电量的1/31
3、/3。安全、高效运行具有重要意义安全、高效运行具有重要意义 电力行业电力行业 锅炉给水泵，心脏锅炉给水泵，心脏 送引风机，呼吸系统送引风机，呼吸系统 消耗大部分的厂用电消耗大部分的厂用电第第 二二 节节 泵与风机的分类泵与风机的分类分类分类一、按产生能头大小一、按产生能头大小低压泵（低压泵（2MPa6MPa)(6MPa)通风机（通风机（15KPa340KPa)(340KPa)二、按工作原理分类二、按工作原理分类 叶片式叶片式 容积式容积式 其它其它叶片对流体做功叶片对流体做功 工作室容积周期改变工作室容积周期改变1 1、叶片式、叶片式 根据力的作用方式不同：根据力的作用方式不同：离心、混流、轴
4、流离心、混流、轴流轴流斜流旋涡离心叶轮叶轮离心斜流轴流旋涡2 2、容积式、容积式 工作元件运动方式：工作元件运动方式：回转、回转、往复往复回转 往复回转式（齿轮泵）回转式（齿轮泵）回转式回转式 （螺杆泵）螺杆泵）单螺杆、双螺杆、三螺杆单螺杆、双螺杆、三螺杆往复式往复式（活塞泵）（活塞泵）3、其它、其它喷射泵喷射泵高速气流或水流高速气流或水流形成真空形成真空抽吸抽吸三、按轴与基准的相对位置三、按轴与基准的相对位置 卧式卧式 立式立式 平行平行 垂直垂直四、按用途四、按用途 给水泵、循环水泵、冷却水泵给水泵、循环水泵、冷却水泵 送风机、引风机、增压风机送风机、引风机、增压风机第三节第三节 泵与风机
5、的主要部件泵与风机的主要部件一、离心式泵与风机的主要部件一、离心式泵与风机的主要部件(一一)离心式泵的主要部件离心式泵的主要部件 叶轮、叶轮、轴、轴、吸入室、吸入室、压出室、压出室、导叶、导叶、密封装置密封装置 等等 1 1、叶轮、叶轮作用：做功元件作用：做功元件分类：封闭叶轮分类：封闭叶轮 半开叶轮半开叶轮 全开叶轮全开叶轮 （前后盖板、轮毂、叶片）（前后盖板、轮毂、叶片）（吸入口个数：单吸、双吸）（吸入口个数：单吸、双吸）特点：效率高特点：效率高 效率低效率低适用场合：输送清水适用场合：输送清水 输送含杂质流体输送含杂质流体离心泵，根据轴上离心泵，根据轴上叶轮个数叶轮个数分为：分为：单级泵
6、、多级泵单级泵、多级泵2 2、轴、轴作用：传递扭矩作用：传递扭矩分类：分类：水平、水平、阶梯阶梯轴套；保护轴轴套；保护轴3 3、吸入室、吸入室定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。作用：以最小阻力损失，将流体作用：以最小阻力损失，将流体 平稳引入叶轮平稳引入叶轮锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失较大；环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失较大；分段多级泵。分段多级泵。半螺旋形：有预旋，能头降低，流动损失小；半螺旋形：有预旋，能头降低，流动损失小；大型单级、多级泵
7、。大型单级、多级泵。弯管：流动损失小，轴向尺寸大，大型单级、多级泵。弯管：流动损失小，轴向尺寸大，大型单级、多级泵。锥形 环形 半螺旋形 弯管4 4、压水室、压水室定义：叶轮出口到泵出口法兰之间的流动空间。定义：叶轮出口到泵出口法兰之间的流动空间。作用：在最小阻力损失下，将流体从叶轮收集作用：在最小阻力损失下，将流体从叶轮收集 起来并引出。起来并引出。类型：类型：环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失大。环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失大。节段多级泵。节段多级泵。螺旋形：流动损失小。螺旋形：流动损失小。单级、多级泵。单级、多级泵。5 5、导叶（导向叶轮）、导叶（导向叶轮）多级泵必须有导叶多级
8、泵必须有导叶作用作用：汇集叶轮出口流体，在最小损失下，汇集叶轮出口流体，在最小损失下，将流体引入下级叶轮或压出室；同时并将将流体引入下级叶轮或压出室；同时并将部分动能变为压能。部分动能变为压能。分为：分为：径向式径向式 轴向尺寸大，加工简单轴向尺寸大，加工简单 流道式流道式 损失小，结构复杂损失小，结构复杂6 6、密封装置、密封装置 类型：类型：密封环密封环 叶轮与泵壳间间隙叶轮与泵壳间间隙 轴向密封装置（轴封）轴向密封装置（轴封）轴端与泵壳间间隙轴端与泵壳间间隙密封环密封环平环平环角环角环迷宫式迷宫式轴封轴封(1)填料密封（填料箱，压盖）填料密封（填料箱，压盖）结构简单、成本低、效果差；结构
9、简单、成本低、效果差；(2)机械密封机械密封 （动环，静环）（动环，静环）结构复杂、安装运行要求高、效果最好；结构复杂、安装运行要求高、效果最好；(3)浮动环浮动环 （浮动环，浮动套）（浮动环，浮动套）结构简单，效果好，轴向尺寸大结构简单，效果好，轴向尺寸大(4)迷宫迷宫 迷宫形式不同，效果不同迷宫形式不同，效果不同小型泵小型泵高温高压高温高压高转速泵高转速泵（二）离心风机主要部件二）离心风机主要部件主要部件：主要部件：叶轮、轴、叶轮、轴、集流器集流器、蜗壳蜗壳、进气箱、进气箱 （相当于离心泵：吸入室，（相当于离心泵：吸入室，压出室）压出室）(1)叶轮:叶片，前盘，后盘，轮毂 叶片：直板，弯板
10、，翼型（中空）(2)轴(3)(3)集流器：集流器：叶轮前，最小损失引导流体进入叶轮叶轮前，最小损失引导流体进入叶轮 圆筒形、圆锥形、锥弧形圆筒形、圆锥形、锥弧形(4)(4)进气箱：进气箱：由于结构、布置上的需要，为改善进气条件、由于结构、布置上的需要，为改善进气条件、减小进气损失减小进气损失。（若有，在集流器前）二、轴流式泵与风机主要部件二、轴流式泵与风机主要部件主要部件：主要部件：叶轮、轴、吸入室（集流器）、扩压筒、叶轮、轴、吸入室（集流器）、扩压筒、导叶导叶 导叶：改变流体流动方向、减小损失、部导叶：改变流体流动方向、减小损失、部分动能转变为压能分动能转变为压能第四节第四节 泵与风机主要性
11、能参数泵与风机主要性能参数主要参数：主要参数：流量、扬程（全压）、功率、效率流量、扬程（全压）、功率、效率一、流量一、流量 流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量。vmmvqqskgqsmq/3二、扬程（全压）二、扬程（全压）扬程扬程：单位：单位重量重量的流体通过泵后的流体通过泵后获得获得的的能量能量。H mH m 全压全压：单位：单位体积体积的气体通过风机后的气体通过风机后获得获得的的能量能量。p Pap Pa三、功率三、功率有效功率有效功率：流体通过泵与风机获得的功率：流体通过泵与风机获得的功率 （单位时间获得的能量）（单位时间获得的能量）Pe w,k
12、wPe w,kw轴功率：轴功率：原动机传到泵与风机轴上的功率。原动机传到泵与风机轴上的功率。P P四、效率四、效率 有效功率有效功率 是输出功率是输出功率 轴功率轴功率 输入功率输入功率%100PPe五、转速五、转速 轴每分钟的转数轴每分钟的转数 n r/minn r/min六、汽蚀余量六、汽蚀余量第五节第五节 泵与风机发展趋势泵与风机发展趋势一、大容量，高参数一、大容量，高参数二、高转速二、高转速三、高效率三、高效率四、高可靠性四、高可靠性五、低噪音五、低噪音第一章第一章 泵与风机的叶轮理论泵与风机的叶轮理论第一节第一节 离心式泵与风机的叶离心式泵与风机的叶轮理论轮理论 原动机带动叶轮旋转原
13、动机带动叶轮旋转叶片对流体叶片对流体做功做功 流体能量增加流体能量增加离心力作用离心力作用下流体流出叶轮下流体流出叶轮 叶轮中心形成真空叶轮中心形成真空外部流体流入叶轮外部流体流入叶轮叶轮连续旋叶轮连续旋转转流体连续吸入排出。流体连续吸入排出。一、离心式泵与风机的一、离心式泵与风机的 工作原理工作原理二、流体在叶轮中的运动及二、流体在叶轮中的运动及 速度三角形速度三角形（一）运动（一）运动 复杂复杂1 1、流体随叶轮旋转运动、流体随叶轮旋转运动 圆周运动或牵连运动圆周运动或牵连运动,u,u2 2、流体相对于旋转的叶轮从叶轮入口到出口、流体相对于旋转的叶轮从叶轮入口到出口 相对运动相对运动,w,
14、w实际运动：实际运动：周运动周运动 u u 与相对运动与相对运动 w w 的合运动的合运动 wuvuwv（二）速度三角形分析 为便于分析，假设：为便于分析，假设：1 1、理想叶轮（叶片无限多、无限薄）、理想叶轮（叶片无限多、无限薄）流体沿叶片型线流动，相对运动速度流体沿叶片型线流动，相对运动速度w w方向为叶片的切线方向。方向为叶片的切线方向。2 2、理想流体（无粘性）、理想流体（无粘性）不考虑损失不考虑损失wuv为便于分析，总结为便于分析，总结7个元素个元素：u，w，v，vm （绝对速度径向分速度）绝对速度径向分速度）vu（绝对速度圆周分速度）（绝对速度圆周分速度）:绝对速度角（绝对速度与圆
15、周速度方向夹角）绝对速度角（绝对速度与圆周速度方向夹角）：相对速度角或流动角：相对速度角或流动角（相对速度与圆周速度反方向夹角）（相对速度与圆周速度反方向夹角）附：附：a：安装角（叶片切线方向与圆周速度反方向夹角），：安装角（叶片切线方向与圆周速度反方向夹角），理想叶轮，流动角理想叶轮，流动角=安装角安装角（三）任意点速度（三）任意点速度三角形绘制三角形绘制 7 7个元素个元素u w v vm v vu u ,中任意中任意3 3个，唯个，唯一决定速度三角形一决定速度三角形 常用公式：常用公式：60DnuDbqbzDbqAqAqvvvvvvvvTm)(排挤系数，反映由于叶片厚度对通流面积的影响。
16、排挤系数，反映由于叶片厚度对通流面积的影响。cotcosmuvuvv例题：例题：有一离心泵，叶轮外径有一离心泵，叶轮外径D D2 2=0.6m=0.6m，出，出口宽度口宽度b b2 2=0.1m=0.1m，叶片出口安装角，叶片出口安装角2 2a=22a=22，转速转速n=1200r/minn=1200r/min，流量，流量qv=0.5mqv=0.5m3 3/s/s，画出口，画出口速度三角形。速度三角形。smnDu/68.376022smbDqAqvvvm/65.22222=2a=22 u22=22 三、能量方程及其分析三、能量方程及其分析叶片式泵与风机：叶片式泵与风机：叶片对流体作用力，力做功
17、，流体能量叶片对流体作用力，力做功，流体能量增加。与力矩有关。增加。与力矩有关。动量矩定理：动量矩定理：单位时间内流出的动量单位时间内流出的动量矩矩-流入动量矩流入动量矩=作用在流体上的外力矩作用在流体上的外力矩泵泵风机风机gwwguugvvHT222222121222122动扬程动扬程 静扬程静扬程 动能动能 压能压能能量方程式分析：能量方程式分析：参考教材参考教材p23p23 根据余弦定理，能量方程可化为根据余弦定理，能量方程可化为四、离心式叶轮叶片型式分析四、离心式叶轮叶片型式分析后弯后弯 径向径向 前弯前弯2a 90为便于分析，假设为便于分析，假设:（1 1）叶轮外径相同）叶轮外径相同
18、,流量相同流量相同,转速相同转速相同 v v2m2m相同相同,u,u2 2相同相同 出口速度三角形等底等高出口速度三角形等底等高（2 2）流体径向进入叶轮）流体径向进入叶轮 1 1=90,V=90,V1u1u=0=0(一一)理论扬程理论扬程 H HT T=H=HT T =(u=(u2 2V V2u 2u -u-u1 1V V1u 1u )/g)/g =(u =(u2 2V V2u 2u )/g)/g H HT T 后弯后弯 H HT T 径向弯径向弯 H 径向径向 前弯前弯(三三)效率效率后弯后弯:流道长流道长,变化平缓变化平缓,出口绝对速度小出口绝对速度小,损失小损失小,效效率高率高,噪音低
19、噪音低.前弯前弯:流道短流道短,变化剧烈变化剧烈,出口绝对速度大出口绝对速度大,损失大损失大,效效率低率低,噪音高噪音高.径向径向:性能介于两者间性能介于两者间,出口径向出口径向,不易积灰工艺简单不易积灰工艺简单.叶型的选择叶型的选择：各有特点，如何选择？各有特点，如何选择？一般，一般，离心泵离心泵，流动的为液体，功率大，为提高效率，降低流动的为液体，功率大，为提高效率，降低轴功率，一般采用后弯。轴功率，一般采用后弯。离心风机离心风机，三种叶型都有。三种叶型都有。要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。前弯；要求不易积灰，
20、径向，如排粉机。例题例题：有一离心风机，叶轮内径有一离心风机，叶轮内径D D1 1=0.3m=0.3m，外径，外径D D2 2=0.8m=0.8m，转速，转速n=800n/rn=800n/r，若气体以，若气体以v v1 1=10m/s=10m/s的的速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。(1)(1)画叶轮进出口处速度三角形画叶轮进出口处速度三角形;(2);(2)不计叶片厚不计叶片厚度，求理论全压为多少度，求理论全压为多少？解：解：1 1、气体径向进入叶轮、气体径向进入叶轮 1=90o v1=v1m u1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1
21、2、出口速度三角形、出口速度三角形 u2=D2n/60=33.5m/s 出口相对速度为径向出口相对速度为径向 2=90o v2m=w v2u=u2 qv1=qv2 D1 b1v1m=D2 b2v2m v2m =3.75m/s 由由2 v2m u2pT=(u2V2u-u1V1u)=(u2V2u)=u22=1347Pa 理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮 与实际不符与实际不符 修正修正五、实际叶轮中运动五、实际叶轮中运动 实际叶轮，叶片有限个，流道有宽度实际叶轮，叶片有限个，流道有宽度 轴向涡流轴向涡流 实际叶轮中，相对于旋转叶轮，流体在流道中等实际叶轮中，相
22、对于旋转叶轮，流体在流道中等角速度反方向旋转。角速度反方向旋转。影响：影响：流体出口相对速度角减小，流动角小于流体出口相对速度角减小，流动角小于安装角，理论扬程下降。安装角，理论扬程下降。不是损失不是损失六、实际流体流动六、实际流体流动 实际流体，损失实际流体，损失 修正：修正：流动效率流动效率 hThThHkHHTTkHH 修正：修正：滑移系数滑移系数 或或 环流系数环流系数 K K 半经验公式计算半经验公式计算 七、预旋七、预旋 预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。无预旋无预旋预旋的产生预旋的产生 自由预旋、强制预旋自由预旋、强制预旋自由预旋自由预旋 流量改变引
23、起流量改变引起 流量变小流量变小 正预旋正预旋 能头降低能头降低 流量增加流量增加 负预旋负预旋 能头增加能头增加强制预旋强制预旋 结构原因结构原因 如半螺旋吸入室如半螺旋吸入室正预旋（与叶轮旋转方向相同）正预旋（与叶轮旋转方向相同）1 1900 0 能头降低能头降低 负预旋（与叶轮旋转方向相反）负预旋（与叶轮旋转方向相反）1 19090，v v1u1u0,w2,w1w2,提高能头提高能头四、能量方程四、能量方程 )()()(1)(1121122121122uuuuTuuuuTvvuvuvupvvugvuvugH（3）12 （w1w2,提高能头）提高能头）分析分析u1=u2u1=u2，理论能头
24、少一项，理论能头少一项，gwwgvvHT2222212122理论能头比离心式低理论能头比离心式低 112 2，w1w2w1w2，能头提高，能头提高绕流升力理论绕流升力理论 见见P49P49五、轴流式泵与风机基本类型五、轴流式泵与风机基本类型（1 1）单个叶轮）单个叶轮 速度三角形速度三角形 出口速度有圆周分速度出口速度有圆周分速度，即出口旋转，即出口旋转，有能量损失，有能量损失（2 2）单个叶轮，后置导叶）单个叶轮，后置导叶（3 3）单个叶轮，前置导叶）单个叶轮，前置导叶（4 4）单个叶轮，前后置导叶）单个叶轮，前后置导叶例题例题 有一轴流泵，在叶轮半径有一轴流泵，在叶轮半径300mm300m
25、m处，水以处，水以10m/s10m/s速速度沿轴向流入，若出口绝对速度为度沿轴向流入，若出口绝对速度为15m/s15m/s，叶轮转速，叶轮转速1000r/min1000r/min，求理论扬程。，求理论扬程。（轴流，轴流，等环量或能量设计，等环量或能量设计，对于任意点，计算半径不同，但最终获得能量均相对于任意点，计算半径不同，但最终获得能量均相同）同）解：解：轴向流入，轴向流入，V V1u1u=0 V=V=0 V=V1m1m u1=u1=u u2 2=u=2rn/60=31.4m/s =u=2rn/60=31.4m/s 根据轴流速度三角形特点根据轴流速度三角形特点 V V2m2m=V=V1m1m
26、=10m/s=10m/s )()(212222222vvvvvmumuvgvuvugHuuuT7.641)(121122习题习题 例题：某离心通风机，叶轮外径例题：某离心通风机，叶轮外径 D D2 2=500mm=500mm，叶叶片出口宽度片出口宽度 b b2 2=80mm=80mm，叶片出口安装角叶片出口安装角2a2a=30=30o o ，当，当转速转速 n=1000r/min n=1000r/min，流量流量qv=0.628mqv=0.628m3 3/s/s，若空气的，若空气的密度密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3 ，空气沿径向流入叶轮，设滑移系空气沿径向流入叶轮，设滑移系数为数为
27、 0.88 0.88，求风机的理论全压，求风机的理论全压 。m/s508.05.014.3628.02222bDqAqvvvm空气沿径向流入叶轮空气沿径向流入叶轮 V1u=0 V1u=0出口速度三角形出口速度三角形 u u2 2=D=D2 2n/60=26.1m/sn/60=26.1m/s 2a2a=30=30o o V V2u2u=u=u2 2-v-v2m2mcot30=17.5m/scot30=17.5m/sPa546)(221122uuuTvuvuvupPa5.480TTpp 轴流泵叶轮转速轴流泵叶轮转速12001200r/minr/min，水在水在d=0.4md=0.4m直径处以绝对速
28、度直径处以绝对速度v=7m/sv=7m/s轴向流入轴向流入叶轮，若出口相对速度比入口相对速度偏叶轮，若出口相对速度比入口相对速度偏转转3535，求该泵理论扬程为多少？，求该泵理论扬程为多少？u=Dn/60=25.12m/su=Dn/60=25.12m/s流体轴向流入叶轮流体轴向流入叶轮V1=V1=V1m=7m/sV1m=7m/s，1=901=90出口相对速度比入口相对速度偏转出口相对速度比入口相对速度偏转35352 2=1 1+35+35o o 1 1=arctan(7/25.12)=15.6=arctan(7/25.12)=15.6o o2 2=1 1+35+35o=o=50.650.6o
29、o V V2u2u=u=u2 2-v-v2m2mcot50.6=19.37m/scot50.6=19.37m/sm65.491)(121122uuuTuvgvuvugH第二章第二章 泵与风机的性能泵与风机的性能第一节第一节 功率、损失与效率功率、损失与效率一、功率一、功率1 1、轴功率、轴功率 原动机传到泵与机轴上的功率原动机传到泵与机轴上的功率 P w,kw P w,kw 输入输入2 2、有效功率、有效功率 流体通过泵与风机得到的功率流体通过泵与风机得到的功率 Pe w,kw Pe w,kw 输出输出 PPpqPgHqPeveve3 3、原动机功率、原动机功率 原动机输出功率原动机输出功率
30、Pg P Pg g=P/=P/tmtm tmtm传动效率传动效率4 4、原动机输入功率、原动机输入功率 P Pg,ing,in P Pg,ing,in=P=Pg g/g g5 5、选择原动机功率、选择原动机功率 选择原动机时必须考虑的功率选择原动机时必须考虑的功率 P PM M P PM M=P=Pg,ing,in K KK K安全富裕系数安全富裕系数etmgingPP,例例 一风机设计参数为：流量一风机设计参数为：流量60000m60000m3 3/h/h，全压，全压1200 1200 PaPa，效率，效率85%85%，若将该风机与一电机直联传动，电动，若将该风机与一电机直联传动，电动机铭牌
31、功率机铭牌功率24000w24000w，效率效率98%，问风机能否正常工作？问风机能否正常工作？wpqPve200003600600001200wPPe2352985.020000wpPtmg23529wPPgging24010,电动机铭牌功率为输入功率电动机铭牌功率为输入功率,不能正常工作不能正常工作二、损失与效率二、损失与效率 机械损失、容积损失、流动损失机械损失、容积损失、流动损失1 1、机械损失、机械损失P P m m、机械效率、机械效率m m 机械损失机械损失:（直接消耗、损失掉轴功率）（直接消耗、损失掉轴功率）轴与轴承、轴与轴封轴与轴承、轴与轴封 叶轮圆盘摩擦叶轮圆盘摩擦 占机械主
32、要部分，可达占机械主要部分，可达2%10%2%10%P P P Pdfdf=Ku=Ku2 23 3D D2 22 2 与转速与转速3 3次方成正比，外径次方成正比，外径5 5次方成正比次方成正比 (提高转速提高转速)机械效率机械效率 m m=(P-P=(P-P m m)/P)/P2 2、容积损失、容积损失P P v v、和容积效率、和容积效率v v 泄露泄露 （损失流量）（损失流量）叶轮、泵壳间；叶轮、泵壳间；主要部分主要部分 某些轴封处；某些轴封处；轴向推力平衡装置处）轴向推力平衡装置处）容积效率容积效率 v v=(P-P=(P-P m m-P-P v v)/(P-P)/(P-P m m)3
33、、流动损失、流动损失P v、和流动效率、和流动效率v 流动损失流动损失:（与流量有关，损失能头）（与流量有关，损失能头）摩擦、扩散摩擦、扩散 （kqv2）冲击冲击 k(qv-qvd)2 流量变小，流量变小，减小，冲角（减小，冲角（a-）为正，冲击）为正，冲击在非工作面上，在非工作面上，能量损失较小能量损失较小 流量变大，流量变大，增大，冲角（增大，冲角（a-）为负，冲击）为负，冲击在工作面上，在工作面上，能量损失较大能量损失较大 流动效率流动效率 h=(P-P m-P v-P h)/(P-P m-P v)4 4、总效率、总效率 pPPPPPPhvmePPPPPPPPPPPPPPPmmvmvmh
34、vmmvh例例 某泵，入口真空表读数某泵，入口真空表读数20kPa,20kPa,出口压力表读出口压力表读数数100Kpa100Kpa，流量，流量0.1m0.1m3 3/s/s，若轴功率，若轴功率14kw14kw，(1)(1)求总效求总效率率.(2).(2)若机械效率若机械效率97%97%，流动效率，流动效率98%98%，求容积效率。，求容积效率。解：解：能头能头 p=p=（100+20100+20）=120kPa=12.2m=120kPa=12.2mwpqgHqPvve12000%7.85PPe%9097.098.0857.0hmv第二节第二节泵与风机的性能曲线泵与风机的性能曲线不同的泵，风机
35、性能不同不同的泵，风机性能不同性能如何反映？性能如何反映？性能参数性能参数全面、直观、形象全面、直观、形象 性能曲线性能曲线性能曲线性能曲线 在在一定的转速一定的转速下（若轴流式，也要在一下（若轴流式，也要在一定安装角下），扬程（全压）、轴功率、效率定安装角下），扬程（全压）、轴功率、效率等参数，等参数，随流量随流量变化关系的曲线。变化关系的曲线。（横坐标为流量）（横坐标为流量）获得方法获得方法 （1 1）理论分析）理论分析 不准确不准确 （2 2）试验测得）试验测得一、离心式泵与风机的性能曲线一、离心式泵与风机的性能曲线 包括包括qv-H,qv-P,qv-H,qv-P,qv-等等（一）流量（
36、一）流量-扬程曲线扬程曲线 (1)(1)理论方法理论方法 找到扬程与流量的关系式找到扬程与流量的关系式,即可即可 泵与风机能量方程泵与风机能量方程 理想叶轮、理想叶轮、理想流体理想流体 、流体径向进入流体径向进入 uuuTvugvuvugH2211221)(1）（a2222cotv-1mTuugH）（a222vT22cotDq-1buugHT）（a222vT22cotDq-1buugHT）a2vTcotq-ABHT 修正修正 以后弯为例以后弯为例 对理想叶轮修正对理想叶轮修正 环流系数，基本与流量无关，扬程降低下移环流系数，基本与流量无关，扬程降低下移 对摩擦、涡流损失进行修正对摩擦、涡流损失
37、进行修正 与流量平方成正比与流量平方成正比 对冲击损失进行修正对冲击损失进行修正 设计流量下，为零。设计流量下，为零。对容积损失进行修正对容积损失进行修正 左移左移理论得到的曲线与实际误差较大，理论得到的曲线与实际误差较大，一般以实验为准一般以实验为准（2）实验方法）实验方法 改变流量，测量压力，功率改变流量，测量压力，功率 计算计算 绘图绘图大驼峰型大驼峰型 平坦、陡降、驼峰三种平坦、陡降、驼峰三种 （具有驼峰的，会出现不稳定工作状况）（具有驼峰的，会出现不稳定工作状况）不稳定工作区大不稳定工作区大试验曲线试验曲线 前弯前弯 后弯后弯（二）流量（二）流量-轴功率曲线轴功率曲线前弯，前弯，随流
38、量增加，随流量增加，轴功率迅速增加，轴功率迅速增加，易过载易过载后弯，后弯，随流量增加，随流量增加，轴功率缓慢增加轴功率缓慢增加（二）流量（二）流量-轴功率曲线轴功率曲线空载工况：空载工况：流量为零的工况流量为零的工况 （1 1）空载功率不为零，）空载功率不为零，有机械损失和容积损失有机械损失和容积损失 （2 2）启动：）启动：离心式，随流量增加，离心式，随流量增加，轴功率增加，阀门全关，可避轴功率增加，阀门全关，可避免原动机过载。免原动机过载。空载启动空载启动（三）流量（三）流量-效率曲线效率曲线最佳工况点：最佳工况点：效率最高的工况点。效率最高的工况点。高效区：高效区：最高效率的最高效率的
39、85%-90%的经济工作区的经济工作区后弯，高效区宽后弯，高效区宽前弯，高效区窄前弯，高效区窄二、轴流式泵与风机的性能曲线二、轴流式泵与风机的性能曲线 倒倒“s s”形或形或“马鞍马鞍”形形原因：原因：d d 为设计工况点，为设计工况点，d-c,d-c,流量减小，冲角增大，升力系数增加，能头增加流量减小，冲角增大，升力系数增加，能头增加 c-b,c-b,流量减小流量减小,附面层分离，升力系数降低，能头降低附面层分离，升力系数降低，能头降低 b-a,b-a,流量继续减小，流体二次回流，重新获得能量，能流量继续减小，流体二次回流，重新获得能量，能头增加。头增加。d-e,d-e,流量增大，冲角减小，
40、升力系数降低，能头降低流量增大，冲角减小，升力系数降低，能头降低（1）qv-H曲线曲线:空载功率：空载功率：q qv v=0=0时功率，时功率，qv=0qv=0时，时，p=max,p=max,空载功率最大空载功率最大 随着流量增加，轴功率下降随着流量增加，轴功率下降启动：启动：轴流，随着流量增加，轴功率下降，阀门轴流，随着流量增加，轴功率下降，阀门全开启动或小安装角下启动，避免电机过载。全开启动或小安装角下启动，避免电机过载。（2）qv-P曲线曲线 q qv v=0=0，=0=0安装角不变下安装角不变下,高效区高效区窄窄,流量偏离设计工况流量偏离设计工况时，效率迅速下降。时，效率迅速下降。但叶
41、片角度可调，但叶片角度可调，流量变化较大时，调流量变化较大时，调节叶片安装角，性能节叶片安装角，性能曲线移动，仍可保持曲线移动，仍可保持高效高效 （123123页）页）（3）qv-曲线曲线补充（不考）补充（不考）容积式泵与风机性能曲线容积式泵与风机性能曲线容积式，容积式，小流量，高能头小流量，高能头 流量一般不变，若变化流量，一般流量一般不变，若变化流量，一般通过转速改变通过转速改变 改变排出阀开启度，改变能头，性能头，性能曲线横坐标为能头能曲线横坐标为能头齿轮泵和螺杆泵 用途：用于输送流量小、输出压强高的高粘性流体。活塞泵和柱塞泵特点：在理论上，这种泵可以达到任意大的扬程；通过改变转速调节流
42、量，通过排出阀开启度调节扬程；当需要产生很高压强时（10MPa以上），采用柱塞泵。第三节第三节性能曲线的测试方法性能曲线的测试方法第三章第三章 相似理论在泵与风机相似理论在泵与风机中的应用中的应用泵与风机相似理论泵与风机相似理论 相似设计相似设计 相似换算相似换算第一节第一节 相似条件相似条件一、几何相似一、几何相似二、运动相似二、运动相似三、动力相似三、动力相似前提前提结果结果保证保证 在泵与风机的流动中，流体的动力相似可在泵与风机的流动中，流体的动力相似可自自动动满足。满足。（相似准则，雷诺数，平方阻力区，与雷诺（相似准则，雷诺数，平方阻力区，与雷诺数无关，自动模化）数无关，自动模化）第二
43、节第二节 相似定律相似定律 相似的泵或相似的风机，在相似的工况相似的泵或相似的风机，在相似的工况下，性能参数间的关系。下，性能参数间的关系。一、流量相似关系一、流量相似关系 m 模型模型 p 原型原型vmvpmpmpvmvpmpmpvmvpnnDDuuDDqq32222222)(mvTvbDq222v222mvvbDq二、扬程、全压相似定律二、扬程、全压相似定律hmhpmpmpmpnnDDHH2222)(hmhpmpmpmpmpnnDDpp2222)()(11122uuTvuvugH)(p1122uuTvuvu三、功率相似定律三、功率相似定律hvmvgHqPmpmmmpmpmpmpnnDDPP
44、3522)(若模型、原型转速相差不大（一般若模型、原型转速相差不大（一般2 2倍以倍以内），机械、容积、流动效率近似相等。内），机械、容积、流动效率近似相等。因此，因此，相似定律简化为：相似定律简化为：mpmpvmvpnnDDqq3222222)(mpmpmpnnDDHH2222)(mpmpmpmpnnDDpp3522)(mpmpmpmpnnDDPP例题：有一离心风机，叶轮外径例题：有一离心风机，叶轮外径D D2 2=1.2m=1.2m，转速，转速n=1000r/minn=1000r/min，输送密度为，输送密度为=1.2kg/m1.2kg/m3 3的气体，流量的气体，流量q=10mq=10m
45、3 3/s,/s,全压全压3600Pa3600Pa，若与之同一系列，但叶轮外径，若与之同一系列，但叶轮外径1.5m1.5m的风机，在转速的风机，在转速1200r/min1200r/min，输送密度为，输送密度为=0.8kg/m=0.8kg/m3 3的气体时，流量、全压分别为多少？的气体时，流量、全压分别为多少？由题意知，满足相似定律由题意知，满足相似定律100012002.15.13322nnDDqqvvsmqv/4.2332222)(nnDDppPap5400第三节第三节 相似定律的特例相似定律的特例mpmpvmvpnnDDqq3222222)(mpmpmpnnDDHH2222)(mpmpm
46、pmpnnDDpp3522)(mpmpmpmpnnDDPP相似定律相似定律 只改变转速只改变转速比例定律比例定律 只改变尺寸只改变尺寸 只改变密度只改变密度第四节第四节 比转速比转速设计、选型设计、选型 一般给定流量、扬程、转速等性能参数一般给定流量、扬程、转速等性能参数 寻找一个包含寻找一个包含qv、H、n 的特征数的特征数 mpmpvmvpnnDDqq3222222)(mpmpmpnnDDHH)1(3232mmvmppvpnDqnDq)2(222222mmmpppnDHnDH一、泵的比转速一、泵的比转速 根据相似定律根据相似定律去掉叶轮外径去掉叶轮外径43Hqnnvs4365.3Hqnnv
47、s（1）2/（2）3cnHqnHqmvpv)()(432432开四次方开四次方泵的比转速泵的比转速4365.3Hqnnvs同理，风机的比转速同理，风机的比转速4320pqnnvy比转速计算比转速计算：1、不同工况，其数值不同。不作说明，代设计工况点参数、不同工况，其数值不同。不作说明，代设计工况点参数2、双吸，、双吸，qv-qv/23、多级、多级 H-H/i （i级数）级数）4、相似的泵与风机在相似工况下，比转速相同；、相似的泵与风机在相似工况下，比转速相同；5、比转速相同，不一定相似、比转速相同，不一定相似四、比转速应用四、比转速应用 设计、选型时，可以对泵与风机进行分类设计、选型时，可以对
48、泵与风机进行分类 随着随着ns升高，相同的转速、流量下，扬程减小升高，相同的转速、流量下，扬程减小叶片由狭长变为短宽，由离心泵变为混流泵、变为轴叶片由狭长变为短宽，由离心泵变为混流泵、变为轴流泵流泵4365.3Hqnnvs五、型式数五、型式数 泵的比转速泵的比转速4365.3Hqnnvs 有单位，作为相似特征数，应无单位有单位，作为相似特征数，应无单位 如雷诺数、欧拉数等如雷诺数、欧拉数等无因次相似特征数无因次相似特征数 型式数型式数43)(65.3602gHqnkvkns2.193例：有一例：有一5级双吸水泵，转速级双吸水泵，转速n=1000r/min,流量流量qv=120m3/h,扬程扬程
49、H=200m,求其比转速。求其比转速。4365.3Hqnnvs43)5800(23600120100065.3sn43)(2/65.3iHqnnvs5.74sn低比转速泵低比转速泵 第五节第五节无因次性能曲线无因次性能曲线 相似的泵与风机，在相似的工况下，相似的泵与风机，在相似的工况下，性能参数间有一定的比例关系性能参数间有一定的比例关系 (相似定律相似定律)相似的泵与风机，在相似的工况下，相似的泵与风机，在相似的工况下，性能曲线有一定的关系，性能曲线有一定的关系，形状相同形状相同 性能参数有一定关系，去掉单位，用无性能参数有一定关系，去掉单位，用无单位的系数表示单位的系数表示 即；即；无因次
50、性能参数无因次性能参数 相似的泵与风机，在相似的工况下，无相似的泵与风机，在相似的工况下，无因次性能参数相同。因次性能参数相同。无因次性能参数，根据相似定律换算无因次性能参数，根据相似定律换算 相似的泵与风机，在相似的工况下，相似的泵与风机，在相似的工况下，无无因次性能曲线相同因次性能曲线相同mpmpvmvpnnDDqq322knDqnDqmmvmppvp3232vvmmvmppvpqAuquDquDq222222244如何换算如何换算 相似的泵与风机在相似的工况下相似的泵与风机在相似的工况下流量系数流量系数pup22同理同理压力系数压力系数PAuP32功率系数功率系数相似的泵与风机，具有相似
