第二章離心式泵與風機的基本理論

1、流體在通過泵與風機時，只在葉輪中得到能量，葉輪是實現(xiàn)機械能轉換成流體能量的場所，是泵與風機最主要的工作部件。泵與風機的基本理論也稱泵與風機的葉輪理論，它是研究流體在葉輪中的運動規(guī)律、流體在葉輪中如何得到能量、流體得到能量的大小與性質以及主要影響因素。速度分析法是研究離心式泵與風機葉輪中流體運動規(guī)律的主要方法，它的基本點是速度三角形。泵與風機的基本方程式是反映流體在葉輪中得到的能量與葉輪進出口流體速度的關系，它是本章的核心。本章還討論了泵揚程、風機全壓的計算方法，分析了不同葉片型式的特點。重點與難點提示1重點 （1）速度三角形 （2）基本方程式 （3）泵揚程的計算 （4）風機全壓的計算 （5）不

2、同葉片型式的特點與應用2難點 （1）基本方程式計算 （2）泵與風機揚程和全壓的計算 （3）不同葉片型式的特點分析重點第一節(jié) 離心式泵與風機的工作原理 離心式泵與風機的工作原理可簡述為：原動機帶動葉輪旋轉，流過泵與風機的流體在葉輪中葉片的作用下也產生旋轉，流體獲得的能量主要是來自旋轉時產生的離心力的作用。流體是軸向流入葉輪，徑向流出葉輪。 離心力能使葉輪內流體的能頭提高 guu22122第二節(jié) 流體在葉輪中的運動 在離心式葉輪中，流體絕對運動是圓周運動和相對運動的合成，是一種復合運動。 描述圓周運動的速度稱為圓周速度， 符號為 ， 其大小為 ，方向為所在圓周的切線方向（指向旋轉方）； 描述絕對運

3、動的速度稱為絕對速度，符號為，其大小、方向是由圓周速度和相對速度的大小、方向共同決定。 描述流體在葉輪中的運動使用速度三角形 u60Dn 描述相對運動的速度稱為相對速度. 符號為 其大小與葉輪流量和流道形狀有關 方向為所在處葉片切線方向（指向葉輪出口），（假設：1葉輪中有無限多葉片且葉片為無限薄;流體為無粘性流體)與葉輪流量和流道形狀有關；w 描述絕對運動的速度稱為絕對速度. 符號為 其大小、方向是由圓周速度和相對速度的大小、方向共同決定。 描述流體在葉輪中的運動使用速度三角形v 葉輪流道內任意點速度的計算（一般有三個參數(shù)來確定） 圓周速度:符號為 ，其大小為 方向為所在圓周的切線方向（指向旋

4、轉方） 軸面速度（絕對速度的徑向分速） 流動角（相對速度的方向） 注意：在計算軸面速度時引出排擠系數(shù)概念，排擠系數(shù)是反映葉片厚度對葉輪流道斷面面積的排擠程度。如果是顧名思義，就會得出：“越大，葉片厚度對葉輪流道斷面面積的排擠程度越大，葉輪流道有效斷面面積越小”的結論，而正確結論正好相反，從教材中的定義式可以看出這一點。u60Dn第三節(jié)泵與風機的基本方程式 泵與風機基本方程式是反映流體在葉輪中泵與風機基本方程式是反映流體在葉輪中得到的能量與葉輪進出口流體速度的關系得到的能量與葉輪進出口流體速度的關系式式 它根據(jù)動量矩定理推導得到（歐拉方程），它根據(jù)動量矩定理推導得到（歐拉方程），其推導過程可以不

5、掌握。其推導過程可以不掌握。它主要有兩種等價的表示形式： 對于泵： uuTvuvugH11221guvgwwguuHT222212222212122 對于風機： uuTvuvup1122222212222212122uvwwuupT 對基本方程式有如下說明： （）（）它是在五個假設條件下推導得到的，如果實際條件與之不符，計算結果有一定誤差。 (2)當流體徑向流入葉輪，葉輪揚程（或全壓）只與出口流速有關，其形式為： 對于泵： 對于風機： gvuHuT22 uTvup22（）葉輪理論揚程（或理論全壓）由三項組成，其中第一項表示離心力的作用結果，一般來說是三項中的最大的一項。第一項與第二項之和表示流

6、體在葉輪中壓力能提高的程度，稱為靜能頭，用 （或 ）表示；第三項表示流體在葉輪中動能的提高程度，稱為動能頭，用 （或 ）表示。（）流體主要是靠靜壓差進行輸送，所以一般希望葉輪的靜能頭高；葉輪的動能頭高表示葉輪出口的流速較高，則流體在泵殼或風機機殼中的流動阻力較大，泵與風機的效率較低，所以一般不希望動能頭過大。stHstpdHdp（）從基本方程式可以看出：泵葉輪的揚程與流體密度無關，風機葉輪的全壓與流體密度成正比。（）一般在設計工況下，流體徑向流入，所以，此時葉輪揚程（或全壓）主要與葉輪出口速度有關。從公式可以看出，增大出口圓周速度或絕對速度圓周分速都可以提高葉輪揚程（或全壓）。增大的方法是增加

7、轉速或增大葉輪直徑，一般來說增加轉速更為有利；在流量一定的情況下，增大的方法主要是減小葉輪出口寬度、增大葉片出口安裝角。關于葉片出口安裝角對葉輪揚程（或全壓）的影響，后面會專門講述。 （）有些人在計算風機時先用公式計算出揚程，再將乘以密度，雖然結果正確，但在概念上有一定錯誤，因為揚程H只是泵的參數(shù)。 對五種假設條件的修正 五個假設條件：葉片為無限多，且無限??；為理想的無粘五個假設條件：葉片為無限多，且無限?。粸槔硐氲臒o粘性流體；葉輪前后的流動為定常流；流體在葉輪中的流動性流體；葉輪前后的流動為定常流；流體在葉輪中的流動是軸對稱流動是軸對稱流動 ；流體不可壓縮流體不可壓縮 后三個假設條件與實際情

8、況比較接近，修正主要是對前兩后三個假設條件與實際情況比較接近，修正主要是對前兩個假設的修正個假設的修正 對葉片為無限多，且無限薄的修正就提出了滑移系數(shù)對葉片為無限多，且無限薄的修正就提出了滑移系數(shù)K的的概念概念 對為理想的無粘性流體的修正就提出了效率的概念對為理想的無粘性流體的修正就提出了效率的概念 對基本方程式進行上述兩種修正的關系式為：對基本方程式進行上述兩種修正的關系式為：.參考資料參考資料第二章第二章.doc對基本方程式進行上述兩種修正的關系式為： 對于泵： 對于風機： TTKHHhTHHTTKpphTpp第四節(jié) 泵與風機實際揚程和全壓的計算 在分析泵與風機的運行特性、了解其工作狀況以

9、及選用泵與風機時，一般都要涉及到泵與風機揚程或全壓的計算 （1）泵揚程的計算 泵揚程的定義是單位重量液體在流經泵時所得到的能量。 單位重量液體所具有的能量稱為液體的能頭，液體的能頭包括壓頭、位置頭和速度頭。 1）如果不考慮液體在泵進、出口處的密度差 2）如果泵進、出口處管道中心線高度相同，或高度差較小忽略不計 3）如果泵進、出口處流速相等，或流速差較小忽略不計 4）對于工程中的許多泵，上述三種條件都能基本成立例題 .參考資料第二章.doc 【例題21】 （1）下列說法正確的是（ ）： 絕對流動角是與反方向的夾角； 相對速度的方向為所在處的葉片切線方向（指向葉輪出口）； 葉片安裝角為葉片的切線方

10、向（指向葉輪出口）與圓周速度反方向的夾角； 相對流動角是與的夾角。 【例題22】有一離心泵轉速為1450r/min，其葉輪的進口尺寸為：寬度 ，直徑 ，安裝角 。假設有無限多葉片且葉片為無限薄，不考慮葉片厚度對流道斷面的影響。 設液體徑向流入葉輪，計算葉輪的理論流量。 轉速不變，理論流量增大20，設進口相對流動角仍等于安裝角，計算絕對速度的圓周分速度 ，并說明它的方向是否與圓周速度方向一致。 【例題23】某離心泵轉速為1450r/min，其葉輪尺寸為： ， ， ， ， 。假設有無限多葉片且葉片為無限薄，不考慮葉片厚度對流道斷面的影響，液體徑向流入葉輪。 （1）計算葉輪的 ； （2）計算公式（2

11、2a）三項中各項的大小以及各占 的百分數(shù)。cmb5 . 31cmb9 . 12cmD8 .171cmD1 .382181e202eTHTH 【例題24】某離心式通風機，葉輪半徑為150mm，轉速為2980r/min，進口空氣密度為1.2kg/m3，設葉輪進口處空氣徑向流入，出口處相對速度的方向為徑向，試計算無限多葉片葉輪的理論全壓 ，如果滑移系數(shù)K為0.85，流動效率 為90，試計算葉輪的實際全壓p。Tph 【例題25】單項選擇題在下列四個備選的答案中選擇一個正確答案填入（ ）內 （1）對葉輪中軸向旋渦運動描述正確的是（ ）。 A.軸向旋渦運動屬于圓周運動，它會引起葉片非工作面的圓周速度增大，

12、工作面的圓周速度減??； B.軸向旋渦運動屬于圓周運動，它會引起葉片非工作面的相對速度增大，工作面的相對速度減?。?C.軸向旋渦運動屬于相對運動，它會引起葉片非工作面的相對速度增大，工作面的相對速度減??； D.軸向旋渦運動屬于相對運動，它會引起葉片非工作面的相對速度減小，工作面的相對速度增大。 【例題26】某水泵把溫度為50的水提高到Hz=30 m的地方，吸水面壓力為大氣壓pa，出水面的表壓力為499000Pa，水的密度為998kg/m3，管路的全部流動損失為hw=5m，試計算泵的揚程。 【例題27】某鍋爐給水泵進口壓力表讀數(shù)為0.7MPa，該壓力表的安裝高度為1m；出口壓力表讀數(shù)為17.7MP

13、a，該壓力表的安裝高度為9m，給水的密度取950kg/m3。試計算給水泵的揚程。 【例題28】某水泵在吸水池上方將水提升到一水塔中，吸水高度為H1=3m，水泵出口到水塔水面的高度為H2=30m，吸水池和水塔的水面均為大氣壓。吸水管道的直徑為d1=300mm，長度為L1=8m，吸水管路的局部阻力系數(shù)之和為 ；排水管道的直徑為d2=250mm，長度為L2=60m，排水管路的局部阻力系數(shù)之和為 ；吸水管道和排水管道的沿程阻力系數(shù)均取 ，水的密度取1000 kg/m3。已知泵進口處的真空表讀數(shù)為pv=65kPa（該表中心高度與泵進口管中心高度相同），試計算此時泵的揚程。0 . 91162035. 0 【例題29】有一裝有進風管道和出風管道的送風機，用U形管在風機進口處測得空氣靜壓p1b和動壓pd1分別為-37.5mmH2O和6.5 mmH2O；風機出口處的靜壓p2b和動壓pd2分別為19mmH2O和12.5 mmH2O，試計算風機的全壓為多少？ 【例題210】已知某離心風機的轉速n=1450r/min，理論流量，空氣徑向流入葉輪，空氣密度為1.2kg/m3。葉輪的出口尺寸為：D2=500mm、b2=127mm、 =30。在滿足相同的和