第二章泵及風機性能

第二章泵與風機的性能理解并掌握泵與風機的各種功率、損失、效率及相互關系;理解泵與風機的理論性能曲線與實際性能曲線，以及兩者之間的差異和差異產(chǎn)生的原因;熟悉并掌握葉片式泵與風機實際性能曲線的特性。最合理的結構形式，找出提高經(jīng)濟性的措施一、功率、損失、效率功率：單位時間內所做的功。有效功率：單位時間內流體通過泵或風機實際獲得的能量。泵：風機：全壓功率靜壓功率風機的靜壓風機的全壓減去風機出口截面處的動壓pd2稱為風機的靜壓。用pst表示，即：（Pa）風機的靜壓就是風機葉輪出口靜壓與進口靜壓之差。（）

軸功率(輸入功率)：原動機傳遞到泵或風機軸上的功率

原動機功率：原動機的輸出功率

ηtm傳動效率：電動機直聯(lián)1.0，聯(lián)軸器直聯(lián)0.98，皮帶傳動0.95。配套電機功率：

安全系數(shù)K一般電廠中取1.15

內功率實際消耗于流體的功率稱為泵與風機的內功率，用Pi表示。它等于有效功率加上除軸承、軸封外在泵與風機內損失掉的功率。即：Pi=Pe+P

（kW）

Pi

Pe

P內效率泵與風機的有效功率與內功率之比稱為泵與風機的內效率（風機稱為全壓內效率）。用i

表示，即：靜壓效率:靜壓效率是指風機的靜壓有效功率和軸功率之比，用st表示，即：靜壓內效率:靜壓內效率等于靜壓有效功率與內功率之比，用ist表示，即：損失、效率機械損失—與葉輪轉動有關但與流體量無直接關聯(lián)的損失容積損失（泄漏損失）—與流量有關的損失流動損失—與流體粘性、管路結構（與輸送流體直接相關）的損失經(jīng)驗方法，即用經(jīng)驗公式計算

為盡量減少損失提高效率η

功率損失效率

需研究產(chǎn)生損失的原因程度需討論

及相互間關系。PhqVTHTPqVHTPeqVHP

Pm機械損失功率PV容積損失功率Ph流動損失功率1、機械損失軸封、軸承的機械摩擦損失△P

葉輪前、后蓋板與流體摩擦產(chǎn)生的圓盤摩擦損失△Pdf

。機械摩擦損失△P（動靜部分之間）：與軸封、軸承的結構形式、潤滑狀況、流體密度等有關。一般為軸功率的1~3%。圓盤摩擦△Pdf（葉輪與殼體之間流體內耗）：圓盤與流體相對運動，以及葉輪兩側流體的渦流。一般為軸功率的2~10%。

機械摩擦損失△P（動靜部分之間）：與軸封、軸承的結構形式、潤滑狀況、流體密度等有關。一般為軸功率的1~3%。圓盤摩擦△Pdf（葉輪與殼體之間流體內耗）：圓盤與流體相對運動，以及葉輪兩側流體的渦流。一般為軸功率的2~10%。

圓盤摩擦損失大小（經(jīng)驗公式）：即與葉輪外徑的五次方成正比，與葉輪轉速的三次方成正比，與流體密度成正比。圓盤摩擦系數(shù)K=f(Re、B/D2、粗糙度）（其中B為間隙），一般可取K=0.85。ΔPdf∝n3D25ΔPdf∝n3D25采用合理的葉輪，對高壓泵與風機，采用多級葉輪，而非增大葉輪直徑來提高能頭。必要時提高轉速，減小葉輪直徑。提高比轉數(shù)保持接觸面光滑，減少摩擦。主要預防措施：比轉數(shù)泵的比轉數(shù)

風機的比轉數(shù)：總損失：機械效率：與比轉數(shù)的關系：隨著比轉數(shù)減少（葉輪直徑增加），機械損失增加，機械效率減小。2、容積損失（泄漏損失）流體從高壓區(qū)側通過運動部件與靜止部件之間的間隙泄漏到低壓區(qū)，從而使流量有一定的損失，使qv<qvT，q叫容積損失。它只與流量有關，也叫流量損失。

主要泄漏位置：葉輪入口與外殼密封環(huán)之間的間隙（A線）△PV1；平衡軸向力裝置泄漏△PV2；軸封泄露△PV3（相對較?。?多級泵前后級之間隔板、軸套間隙；圖中B線，此部分泄露又回到回路中，不影響流量?！鱌V=△PV1+△PV2+△PV3

葉輪入口與外殼之間的間隙處q1(△PV1)；

多級泵的級間間隙處q2；

平衡軸向力裝置與外殼之間的間隙處以及軸封間隙處等q3。(平衡軸向力裝置泄漏△PV2；軸封泄露△PV3）;主要預防措施維持動靜部件間的最佳間隙，隨著運行時間延長，間隙增大，效率會降低。增大間隙中的流阻增加密封的軸向長度，可增大間隙內沿程阻力在間隙入口和出口采取節(jié)流措施，增大間隙內流動的局部阻力采取不同形式的密封環(huán)泄漏量：容積效率：與比轉數(shù)的關系：隨著比轉數(shù)減少（葉輪直徑增加），葉輪間隙兩側壓差增加，容積損失增加，容積效率減小。3、流動損失是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。流體與各部分流道壁面摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力損失邊界層分離、二次渦流所產(chǎn)生的漩渦損失流量改變，流動角不等于安裝角時，產(chǎn)生的沖擊損失摩擦損失渦流損失沖擊損失

與流體輸送量有關不僅與流體輸送量有關，還與該流量與設計流量的偏差有關流量、沖角與沖擊損失的關系沖角：相對速度方向與葉片進口切線方向間的夾角稱為沖角。流量、沖角與沖擊損失的關系：當qv<qvd時，1<1a，=1a-1>0為正沖角，損失較小。當qv=qvd時，1=1a，=1a-1=0為零沖角，損失為零。當qv>qvd時，1

>1a，=1a-1<0為負沖角，損失較大。實踐證明：正沖角時，由于渦流發(fā)生在吸力邊，能量損失比負沖角（渦流發(fā)生在壓力邊）時為小。因此，設計時，一般取正沖角=3~5。

若全部流動損失用hw表示，則：hw=hf+hj+hs

存在流動損失最小工況。流動損失曲線流動效率：其中qvd——設計流量，n—轉速

合理設計葉片形式和過流部件的形狀；

降低流道表面的粗糙度；

選擇合理的葉片入口安裝角。流動損失減小措施

概念：泵與風機的總效率等于有效功率與軸功率之比。結論：泵與風機的總效率等于機械效率m、容積效率v、流動效率h三者的乘積。目前泵與風機效率范圍：離心泵

約為60%~90%。離心風機

約為70%~90%，高效離心風機

可達90%以上。軸流泵

約為70%~89%，大型軸流風機

可達90%左右

。思考題：1、提高泵與風機的總效率應從哪幾方面考慮？2、為什么通常大的（高ns）泵與風機的總效率比小的高？例題

1、有一離心通風機，全壓p=2000Pa，流量q.v.=47100m3/h，現(xiàn)用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，試計算風機的有效功率、軸功率及應選配多大的電動機。風機總效率=70%，取電動機容量富裕系數(shù)K=1.15，傳動效率tm=98%。解：

2、有一離心泵，當轉速為1450r/min時，q.v.=1.24m3/s，H=70m，此時軸功率P=1100kw，v=93%，m=94%，水的密度=1000kg/m3，求h？解：

二、泵與風機的性能曲線

泵與風機的基本性能參數(shù)之間都相互存在著一定的內在聯(lián)系，若用曲線形式表示其性能參數(shù)間的相互關系，稱這類曲線為泵與風機的性能曲線。泵與風機性能曲線理論性能曲線實驗性能曲線●泵與風機內部流動非常復雜，目前理論尚無法定量計算?！駨睦碚撋隙ㄐ苑治霰门c風機性能參數(shù)的變化規(guī)律及其影響因素的曲線，稱理論性能曲線。有助于深入了解實驗性能曲線?！裢ㄟ^實驗獲得的性能曲線?！裨趯嶒灁?shù)據(jù)基礎上，通過某種換算得到的性能曲線?；拘阅芮€：相對性能曲線：了解泵與風機性能與構造之間的關系使用。通用性能曲線：泵與風機變速、變角（可動葉）工況調節(jié)使用。無因次性能曲線：風機選型設計、系列之間進行比較使用。全面性能曲線：了解水泵“正?！迸c“反?！毙阅艿那€。泵綜合性能曲線：選擇水泵時使用。風機性能選擇曲線：選擇風機時使用?！癖门c風機產(chǎn)品樣本上所載的性能曲線；直觀反映總體性能。●以qv為橫坐標、H(p).P.η.[HS]或[△h]為縱坐標的一組曲線?！駥Ρ门c風機選型、經(jīng)濟合理運行（工況調節(jié)）有重要作用。泵與風機性能曲線H(p)—qv，P—qv，η—qv的關系曲線。用于合理選擇泵與風機，使其工作在最高效率范圍內。離心式泵與風機性能曲線軸流式泵與風機性能曲線1、流量與揚程（H—qv）曲線其中A、B為與葉輪結構/安裝角有關的常數(shù)。無限多葉片，理想流體時HT∞—qvT曲線

徑向式葉輪H不隨流量改變qvT

AbHT∞β2a∞=900后彎式葉輪H隨流量增加而線性減少；隨安裝角增加，B減小，H減少趨勢減緩。

前彎式葉輪H隨流量增加而線性增大；隨安裝角增加，直線斜率增大，H增加趨勢加快。

qvT

Aab

cHT∞β2a∞＞900β2a∞=900β2a∞＜900

A/B隨安裝角增加，揚程由陡直下降變?yōu)槠交陆?，甚至平穩(wěn)增加，直至急劇增加流動損失是指流體在流道中流動時，由于流動阻力而產(chǎn)生的機械能損失。流體與各部分流道壁面摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力損失邊界層分離、二次渦流所產(chǎn)生的漩渦損失流量改變，流動角不等于安裝角時，產(chǎn)生的沖擊損失摩擦損失渦流損失沖擊損失

與流體輸送量有關不僅與流體輸送量有關，還與該流量與設計流量的偏差有關HT∞—qvT

HT—qvT

摩擦、渦流損失沖擊損失泄漏損失以后彎式為例HqvH—qvTH—qv

實際H—qv曲線葉片有限時，環(huán)流系數(shù)K<1，是結構參數(shù)的函數(shù)，與葉片數(shù)、r1/r2有關，與流量無關。使曲線下移由于摩擦損失、沖擊損失，使H<HT，曲線繼續(xù)下移；由于泄漏損失，曲線向左移動。

三種揚程H—流量qv的性能曲線●陡降的曲線a：25%-30%的斜度，q.v.變化小，H變化大（如電廠循環(huán)水泵，水位H變化大而qv變化小的場合)?！衿骄彽那€b：8%-12%的斜度，qv變化很大，H變化很小（如電廠給水泵，qv變化大而揚程H變化小的場合)?！裼旭劮迩€c：qv增加，H由小增加到最大值HK后減小，K點左邊為不穩(wěn)定工作區(qū),只允許q.v.>qvk區(qū)域工作。總趨勢：H隨q.v.的增大而減小。形狀與結構及葉片安裝角有關。由于：定義流動功率：根據(jù)前面分析：則：所以：因：△Pm與qvT無關，因此可先求流動功率Ph與qvT的關系2、流量與功率

（P—qv）曲線徑向式葉輪

這是一條過原點的直線，隨流量增加，流動功率直線增加

理想工況下后彎式葉輪Ph曲線為一條過原點的拋物線，與qvT有兩個交點，一個是qvT＝0，另一個是前彎式葉輪Ph曲線為一條過原點的上升曲線，隨qvT增加而急劇增大實際狀況下（以后彎式為例）在qvT~Ph性能曲線上加一等值的△Pm

即得qvT~P曲線；從qvT~P曲線上對應qvT減泄漏損失△qv即得qv~P曲線。在空載狀態(tài)（qvT＝0）下，軸功率由兩部分組成：

h導致溫度升高3、流量與效率（η—qv）曲線

當qv＝0和H＝0時，η＝0，因此，理論上，效率曲線是一條過原點的拋物線。實際上，效率曲線不可能出現(xiàn)第二個零點。但存在一個最高效率點。希望效率高；高效范圍寬前向式葉輪的某些特點

前向式葉輪的效率較低，但在額定流量附近，效率下降較慢；后向式葉輪的效率較高，但高效區(qū)較窄；而徑向式葉輪的效率居中。

因此，為了提高效率，泵幾乎不采用前向式葉輪，而采用后向式葉輪。即使對于風機，也趨向于采用效率較高的后向式葉輪。離心式葉輪性能曲線分析

一定流量下，對應一個揚程，功率和效率，稱為一個工況點；最高效率對應最佳工況點；最高效率左右（85～90％區(qū)域）稱為高效工作區(qū)；要求泵與風機在高效工作區(qū)工作。

qvT＝0時（閥門全關），為空轉狀態(tài)，消耗功率，這部分功率轉化為水的內能，使水溫升高，可能產(chǎn)生汽化，因此，泵運行有一個最小流量要求；如系統(tǒng)要求流量小于最小流量，則應開啟旁路。

啟動：從功率曲線看，離心式葉輪空轉時，軸功率最小（設計軸功率的30%左右），應在空載狀態(tài)啟動；后彎式葉片：一般泵葉輪，采用后彎式葉片，其揚程曲線總體上隨流量增加而下降；但其形狀與安裝角有關，隨安裝角增加，曲線由陡直下降趨于平坦，最后可能出現(xiàn)“駝峰”形式。前彎式葉片：H—qv曲線一般為“駝峰”形曲線；軸功率增加很快，電機容易超載，應取較大安全系數(shù)；而后彎式葉片功率曲線增加緩慢，且有一最大功率點，電機不易超載。前彎式葉輪風機效率遠低于后彎式。

電動泵性能曲線

前置泵性能曲線

汽動泵性能曲線

汽動泵調速性能曲線

軸流式泵與風機性能曲線

離心泵性能曲線

在一定轉速下，對葉片安裝角不變的軸流式泵與風機，試驗所得的典型性能曲線如右圖：離心式葉輪高效的范圍寬軸流式葉輪高效的范圍窄特點(1)qv—H(qv—p)性能曲線，在小流量區(qū)域內出現(xiàn)駝峰形狀，在c點的左邊為不穩(wěn)定工作區(qū)段。(2)功率P在空轉狀態(tài)(qv＝0)時最大，隨流量的增加而減小，為避免原動機過載，對軸流式泵與風機要在閥門全開狀態(tài)下啟動。如果葉片安裝角是可調的，在葉片安裝角小時軸功率也小，所以對可調葉片的軸流式泵與風機可在小安裝角時啟動。

軸流式泵與風機高效區(qū)窄，但如果采用可調葉片，則可使之在很大的流量變化范圍內保持高效率，這就是可調葉片軸流式泵與風機較為突出的優(yōu)點。FAF30-13-1軸流風機性能曲線(660MW送風機)動葉片的安裝角度離心引風機性能曲線

入口導流器的角度離心式與軸流式曲線對比課堂練習圓盤摩擦損失屬于()A.機械損失B.容積損失C.流動損失D.既屬于機械損失，又屬于流動損失風機產(chǎn)生旋轉失速及喘振的主要原因是其性能曲線為駝峰型，上述的風機的性能曲線是指()A.qv—p曲線B.qv—P曲線C.qv—η曲線D.包括qv—p、qv—P、qv—η曲線在內某臺水泵在運行過程中，出現(xiàn)了軸承潤滑不良，軸承處的機械摩擦比較嚴重，轉速沒有明顯變化，這時相應地會出現(xiàn)（）。

流量減小、揚程降低、電動機功率增大；流量減小、揚程降低、電動機功率減??；流量減小、揚程降低、電動機功率變化不明顯；流量和揚程不變、電動機功率增大。某臺水泵在轉速不變時，當輸送的水溫度增加時，其軸功率()A.增加B.降低C.不變D.先降低，后增加對β2a>90°的前彎式葉片，qvT－HT∞的關系曲線為()A.水平直線B.自左向右上升的直線C.自左向右下降的直線D.自左向右下降的曲線某水泵，轉速不變，當輸送的水溫增加時，泵最高效率點的揚程值（）A．增加B．降低C．先增加后降低D．不變流動功率指軸功率減去（）A．B．CD．三者之和．駝峰型qv－H性能曲線的特點是：在曲線最高點K點（）A．為不穩(wěn)定工作點，其余均為穩(wěn)定工作區(qū)域B．右側為不穩(wěn)定工作區(qū)域C．附近為不穩(wěn)定工作區(qū)域D．左側為不穩(wěn)定工作區(qū)域

為什么電廠鍋爐給水泵的曲線應是平坦型的？為什么前彎式葉片的風機容易出現(xiàn)電動機超載？（前彎式葉片風機在選擇原動機時應注意什么問題？有效功率大小相同時，為什么前彎式葉片風機要比后彎式葉片風機選配更大容量的電動機？）軸流式泵與風機的曲線與離心式的有何區(qū)別？由此說明這兩種類型的泵與風機在啟動和調節(jié)方法上有何區(qū)別？某臺風機在轉速不變時，當輸送的空氣溫度增加時，其全壓()A.增加B.不變C.降低D.先增加后降低當泵啟動運行正常后，根據(jù)裝在()的測量儀表的壓力讀數(shù)，可以計算出泵的揚程。

A.吸水池和壓水池的液面處

B.泵的入口處(唯一)C.泵的出口處(唯一)D.泵的入口和出口處泵與風機的主要性能參數(shù)之一的功率是指（）A.泵或風機的輸出功率 B.泵或風機的輸入功率C.配套電動機的輸出功率 D.配套電動機的輸入功率離心式泵與風機在定轉速下運行時，為了避免啟動電流過大，通常在()

A.閥門稍稍開啟的情況下啟動B.閥門半開的情況下啟動

C.閥門全關的情況下啟動D.閥門全開的情況下啟動

對動葉可調的軸流式風機，為了避免啟動電流過大，應()啟動。

A.關閉動葉片

B.全開動葉片

C.半開動葉片

D.將動葉片調到效率最高的角度時對一臺qv—H曲線無不穩(wěn)區(qū)的離心泵，通過在泵的出口端安裝閥門進行節(jié)流調節(jié)，當將閥門的開度關小時，泵的流量qv和揚程H的變化為()

A.qv與H均減小B.qv與H均增大

C.qv減小，H升高