第12章泵與風(fēng)機1-4節(jié)

第12章泵與風(fēng)機1-4節(jié)第一頁，共64頁。第四章泵與風(fēng)機的運行一、管路性能曲線第一節(jié)管路性能曲線和工作點管路特性方程，它反映在特定的管路中，流體所需壓頭(H)與流量(qv)的關(guān)系。這種關(guān)系只與管路的布置條件有關(guān)，而與泵的性能無關(guān)。流體流動時所需的能量：

H=Hz+(P2-P1)/ρg+Hw位能壓力能阻力損失H=H1+SQ2(p=SQ2)前者為靜揚程，與流量無關(guān)后者為動揚程，與流量有關(guān)泵提供的能量：z2-z1hwhw風(fēng)管水管HQ2第二頁，共64頁。3二.泵與風(fēng)機的工作點兩條相互獨立的性能曲線（泵與風(fēng)機性能曲線&管路性能曲線）的交點A即為工作點。工作點應(yīng)該選擇在既能滿足工程要求，而又處在泵或風(fēng)機的高效率范圍內(nèi)。交點A左側(cè)泵揚程>管路所需揚程流體能量有富裕流體增速，流量增加交點A右側(cè)泵揚程<管路所需揚程流體能量不足流體減速，流量減小ABqVBqVAqVDH0qVCDEHAHBHCΔHCDΔHBCη3第三頁，共64頁。4三.泵與風(fēng)機的穩(wěn)定工作條件稍有干擾，K點就會向右或向左移動，再也不能回復(fù)原來的位置，故為不穩(wěn)定工作點。只有下降段的交點A才是穩(wěn)定的。駝峰性能曲線的整個上升段是不穩(wěn)定的，運行時應(yīng)避免。在駝峰性能曲線的左側(cè)上升段的交點K為不穩(wěn)定工作點。稍有干擾（如電路電壓波動、頻率變化造成轉(zhuǎn)速變化、水位波動、設(shè)備振動等）：向右→供給能量>需要能量→繼續(xù)向右→穩(wěn)定在A點；向左→供給能量<需要能量→繼續(xù)向左→流量為零、倒流。AH0qVKMqVM4第四頁，共64頁。5直至水池液面降低到II曲線以下，如I曲線所示，此時泵所能提供的揚程比管路所需的要大，泵重新開始送水，流量突升為qVB

。當(dāng)風(fēng)機向壓力容器（或密閉的房間）或容量很大的管道送風(fēng)時，也可能發(fā)生此種不穩(wěn)定的運行。泵或風(fēng)機的駝峰形性能曲線是產(chǎn)生不穩(wěn)定運行的內(nèi)在因素，但是否發(fā)生還要看管路性能曲線的外在影響。當(dāng)管路性能曲線因水池水面上升等原因從II上升到III時，泵流量為qVM。如qVM仍大于用水量，管路性能曲線繼續(xù)升高，脫離了泵的性能曲線，此時泵的流量立刻從qVM突變?yōu)榱?。水池水面開始下降，但即使管道性能曲線與泵的性能曲線相交于兩點，此時泵的流量仍為零，泵的工況停留在最左端。H0qVKMIIIIIIqVMBA5第五頁，共64頁。6風(fēng)機的不穩(wěn)定工作不僅表現(xiàn)在風(fēng)機的流量為零，而且可能出現(xiàn)負(fù)值（倒流），稱為喘振。軸流風(fēng)機性能曲線的左半部具有一個馬鞍形的區(qū)域，在此區(qū)段運行有時會出現(xiàn)風(fēng)機的流量、壓頭、和功率的大幅度脈動等不正常工況，一般稱為“喘振”，這一不穩(wěn)定工況區(qū)稱為喘振區(qū)。6第六頁，共64頁。7第二節(jié)泵與風(fēng)機的聯(lián)合運行總流量必低于原單泵流量兩倍：Q并<2Q，并聯(lián)的臺數(shù)越多，流量增加的比例越少。總揚程比每臺泵單獨運行時的揚程提高了。因為管路流量增加，阻力增加，所需要的揚程必然增加。單臺并聯(lián)功率比單獨運行的時候減小，因為功率隨著流量上升而增加。泵（管路）性能曲線越平坦，并聯(lián)后的總流量增加得越多。一.并聯(lián)運行：總性能曲線=各自曲線在同一揚程下疊加而成。相同性能泵并聯(lián)運行，則兩泵的流量和壓頭必各自相同，流量等于單臺泵的兩倍。Q并=2Q單。ABQ單H0qVCH并HQQ并7第七頁，共64頁。不同性能泵并聯(lián)運行QIH0qVH并HQQ并IIICE’EGAA1A2I+IIη1d1d2D1D2η2并聯(lián)后合成性能曲線只有在G點右側(cè)才能正常工作，G左側(cè)，只有II工作，流量無法增加，甚至還能通過I倒流，I起并聯(lián)分流作用。并聯(lián)運行的經(jīng)濟性，需要根據(jù)各機的效率曲線而定，如圖CE改成CE’，對機II效率提高有利，而不利于I機。具有駝峰曲線的泵和一臺穩(wěn)定的泵并聯(lián)后，合成曲線也不穩(wěn)定.所以，不同性能的泵并聯(lián)運行，它們的性能曲線差異不要太大，否則并聯(lián)后泵輸送的流量差別太大。QII8第八頁，共64頁。9二.串聯(lián)運行

相同型號泵或風(fēng)機串聯(lián)，則每臺泵的壓頭和流量各自相同。因此同一流量下，兩臺串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍，H串=2H單。

總性能曲線由兩臺泵的性能曲線在同一流量下疊加而成。流量平衡：總流量和串聯(lián)后單臺泵的流量相同。揚程疊加：總揚程等于串聯(lián)后單臺泵的揚程之和。和串聯(lián)前比：總流量和揚程都增加，每臺泵的揚程比單獨運行時低。串聯(lián)臺數(shù)越多，揚程下降越多。管路配合：管路性能越陡峭，揚程增加越明顯。揚程逐級提高：要求末級泵的強度高，以免受損。9第九頁，共64頁。102.不同性能的泵串聯(lián)運行有效工作范圍縮?。涸谶_到一定流量的情況下，低揚程的泵已經(jīng)不產(chǎn)生揚程，反而成為串聯(lián)的其它泵的阻力。此時風(fēng)量也有所減少，而功率消耗卻增加。如果布置在前，還會使其它泵產(chǎn)生汽蝕。因此，盡量避免性能差別太大的泵串聯(lián)運行。Q單=Q串H0qVHB1IIICE’EAA1A2I+IID1D2HB2D華工盧志民博士

10第十頁，共64頁。11串聯(lián)并聯(lián)比較對于低阻輸送管路a，并聯(lián)組合泵流量的增大幅度大于串聯(lián)組合泵；對于高阻輸送管路b，串聯(lián)組合泵的流量增大幅度大于并聯(lián)組合泵。低阻輸送管路（平坦）----并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路（陡峭）----串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。應(yīng)用：兩臺50％給水泵、送、引風(fēng)機并聯(lián)使用前置泵、給水泵串聯(lián)；長距離渣漿管線沖水泵串聯(lián)11第十一頁，共64頁。串聯(lián)運行時應(yīng)注意的問題

2

安全性：經(jīng)常串聯(lián)運行的泵,應(yīng)由qVmaxHg(或Hd)防止汽蝕；應(yīng)按Pshmax

Pgr驅(qū)動電機不致過載。

1

宜適場合：管路性能曲線較陡，泵性能曲線較平坦。

4

啟動程序（離心泵）：啟動時，首先必須把兩臺泵的出口閥門都關(guān)閉，啟動第一臺，然后開啟第一臺泵的出口閥門；在第二臺泵出口閥門關(guān)閉的情況下再啟動第二臺。由于后一臺泵需要承受前一臺泵的升壓,故選擇泵時，應(yīng)考慮到兩臺泵結(jié)構(gòu)強度的不同。

3

經(jīng)濟性：對經(jīng)常串聯(lián)運行的泵，應(yīng)使各泵最佳工況點的流量相等或接近。

5

串聯(lián)臺數(shù)：串聯(lián)運行要比單機運行的效果差，由于運行調(diào)節(jié)復(fù)雜,一般泵限兩臺串聯(lián)運行；由于風(fēng)機串聯(lián)運行的操作可靠性差，故一般不采用串聯(lián)運行方式。12第十二頁，共64頁。并聯(lián)運行時應(yīng)注意的問題

1

宜適場合：管路性能曲線較平坦，泵性能曲線較陡。

2

安全性：并聯(lián)運行的泵,流量比單獨運行的時候要小，汽蝕情況變好；要注意從Pshmax

Pgr驅(qū)動電機不致過載。

3

經(jīng)濟性：對經(jīng)常并聯(lián)運行的泵，為保證并聯(lián)泵運行時都在高效區(qū)工作，應(yīng)使各泵最佳工況點的流量相等或接近。

4并聯(lián)臺數(shù)：從并聯(lián)數(shù)量來看，臺數(shù)愈多并聯(lián)后所能增加的流量越少，即每臺泵輸送的流量減少，故并聯(lián)臺數(shù)過多并不經(jīng)濟。

13第十三頁，共64頁。14第三節(jié)泵與風(fēng)機的工況調(diào)節(jié)一.改變管路性能曲線1.節(jié)流調(diào)節(jié)出口端節(jié)流調(diào)節(jié)增加管路阻力，管路曲線變陡，工作點流量減小。泵與風(fēng)機的輸送功率不變，多余的損失發(fā)生在調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失上。--損失大，簡單，軸流式不用該方式Q1h0qVHQCE’Eη1E’’Q2入口端節(jié)流調(diào)節(jié)減少了進入風(fēng)機的流量，改變風(fēng)機的性能曲線，能減少節(jié)流損失。但是入口端節(jié)流使得當(dāng)?shù)貕簭娊档停萌菀桩a(chǎn)生氣蝕，因此，水泵不能使用入口節(jié)流調(diào)節(jié)。華工盧志民博士

14第十四頁，共64頁。2.旁通調(diào)節(jié)將泵或風(fēng)機出口的部分流量旁通回泵或風(fēng)機的入口。容積式泵與風(fēng)機所提供的壓頭完全取決于管路情況（正位移特性），在泵出口安裝調(diào)節(jié)閥不能調(diào)節(jié)流量，壓頭且隨閥門開啟度減小而增大。若出口閥完全關(guān)閉則會使泵的壓頭劇增，一旦超過泵的機械強度或發(fā)動機的功率限制，設(shè)備將受到損壞。必須采用旁通調(diào)節(jié)。經(jīng)濟性比節(jié)流調(diào)節(jié)還差，而且會干擾泵與風(fēng)機入口的流體流動，影響效率。但鍋爐給水泵為了防止在小流量區(qū)可能發(fā)生汽蝕而設(shè)置再循環(huán)管，進行旁通調(diào)節(jié)。15第十五頁，共64頁。打開旁通閥并調(diào)節(jié)其開度，實際改變了管路特性曲線。打開旁通閥，管路阻力減小，管路特性曲線變平，工作點由M→M’點，泵流量增大，主管流量變小，旁通管有液流。特點：操作簡便、經(jīng)濟性很差，減小主管的流量反而使泵的流量和軸功率增加。HQR1旁通閥全關(guān)時管路特性R旁通閥全開時管路特性Q1Q’Q2Q’Q1Q2MM’旁通管流量0～Q2主管流量Q～Q1QQ～Q’泵出口流量｝R’2新增旁通管路的特性（全開）16第十六頁，共64頁。171.變速調(diào)節(jié)二.改變泵和風(fēng)機的性能曲線水泵節(jié)能（有一定初始阻力）：風(fēng)機節(jié)能：流量、全壓、功率分別與轉(zhuǎn)速的一、二、三次方成正比。Q2/Q1＝n2/n1

H2/H1＝(n2/n1)2

N2/N1＝(n2/n1)3

流量減少一半，軸功率可以減少87.5％！而采用節(jié)流調(diào)節(jié)，即使閥門全關(guān)，軸功率也大約只能減少到全開時的45％～65％。17第十七頁，共64頁。M-qVHc-qVH-qVHBHAHqVO【例】試定性比較泵出口節(jié)流調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性。【解】變速后的運行工況點為A；節(jié)流后的運行工況點為B點；

變速調(diào)節(jié)時的軸功率為則節(jié)能效果為BACqVMC則，節(jié)流調(diào)節(jié)時的軸功率為

過A點的相似拋物線OAC交泵的性能曲線于C(A∽C)。BqVA18第十八頁，共64頁。192.入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)前導(dǎo)葉調(diào)節(jié)離心式：入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)軸（混）流式：入口靜葉調(diào)節(jié)常用導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)：（a）軸向?qū)Я髌鳎╞）簡易導(dǎo)流器（c）斜葉式導(dǎo)流器1）離心式風(fēng)機的入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)

19第十九頁，共64頁。20導(dǎo)流器的作用：正預(yù)旋→1u和2u→pT

節(jié)流→風(fēng)機內(nèi)部局部阻力損失和沖擊損失工作原理：pT=（u22u-u11u）

經(jīng)濟性：和出口節(jié)流相比，分析計算表明：4-73型鍋爐送、引風(fēng)機,當(dāng)調(diào)節(jié)流量在60%~90%qVmax時,功率節(jié)約：軸向?qū)Я髌骷s15%~24%；簡易導(dǎo)流器約8%~13%。優(yōu)點：構(gòu)造簡單、裝置尺寸小、運行可靠和維護管理簡便、初投資低。20第二十頁，共64頁。

目前，離心式風(fēng)機普遍采用這種調(diào)節(jié)方式。對于大型機組離心式送、引風(fēng)機，由于調(diào)節(jié)范圍大，可采用入口導(dǎo)葉和雙速電機的聯(lián)合調(diào)節(jié)方式，以使得在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)都具有較高的調(diào)節(jié)經(jīng)濟性。適用場合：2、軸流式和混流式風(fēng)機的入口靜葉調(diào)節(jié)入口靜葉結(jié)構(gòu)：入口靜葉動葉出口靜葉入口靜葉調(diào)節(jié)機構(gòu)21第二十一頁，共64頁。2）軸流式和混流式風(fēng)機的入口靜葉調(diào)節(jié)工作原理：與離心式風(fēng)機軸向?qū)Я髌飨嗨啤Ｕ{(diào)節(jié)特性：

2

MCR點選在max點，TB點選擇在max點的大流量側(cè)。

正預(yù)旋→減小流量。

1雙向：100%機組額定負(fù)荷流量工況點安全流量的最大流量點負(fù)預(yù)旋調(diào)節(jié)22第二十二頁，共64頁。2）軸流式和混流式風(fēng)機的入口靜葉調(diào)節(jié)比只能作正預(yù)旋調(diào)節(jié)的離心風(fēng)機入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)具有更高的運行經(jīng)濟性。故國內(nèi)火力發(fā)電廠的鍋爐引風(fēng)機有不少均采用了入口靜葉調(diào)節(jié)的子午加速軸流式風(fēng)機。

經(jīng)濟性及其適用場合：23第二十三頁，共64頁。3、離心泵的葉輪切割切割定律：根據(jù)比轉(zhuǎn)速的不同，分成高、低比轉(zhuǎn)速的切割定律QHPηΔhrRD2D’2PBPAP’H’Q’D2b2=D’2b’2b2=b’224第二十四頁，共64頁。切割定律的應(yīng)用

【例】某輸送常溫水的單級單吸離心泵在轉(zhuǎn)速n=2900r/min時的性能參數(shù)如下表。管路性能曲線方程為：Hc=20+78000qV2，m；式中qV的單位為m3/s。泵的葉輪外徑D2=162mm，水的密度=1000㎏/m3。求：（1）此泵系統(tǒng)的最大流量及相應(yīng)的軸功率；（2）當(dāng)若擬通過切割葉輪方式達到實際所需的最大流量qV=6×10-3m3/s，問切割后葉輪直徑D2為多少？（3）設(shè)切割后對應(yīng)工況泵效率不變，采用切割葉輪方式比采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)能節(jié)約多少軸功率？【解】在坐標(biāo)圖上，作出泵性能曲線H-qV和管路性能曲線Hc-qV，其交點M即為運行工況點（如圖所示），其流量即為泵系統(tǒng)最大流量qVmax，即25第二十五頁，共64頁。M(qV,H,)=(7.910-3m3/s,24.8m,64.5%)則相應(yīng)的軸功率為

求泵系統(tǒng)最大流量為610-3m3/s時的葉輪直徑D2。切割葉輪后管路性能曲線不變,故其運行工況點必在管路性能曲線上，即在流量為qV=610-3m3/s這一點M上。從圖中可以讀出：M(qV,H)=(610-3m3/s，22.8m),但點M與M點不是切割前、后的對應(yīng)點，故需求出在H-qV上（即D2=162mm時的性能曲線上）與M點的對應(yīng)工況點。該離心泵的比轉(zhuǎn)速ns為26第二十六頁，共64頁。屬于中、高比轉(zhuǎn)速離心泵，對應(yīng)工況點均在切割拋物線上，過M點的切割拋物線為

在圖上作切割拋物線與泵性能曲線交于A點，則M點與A點為切割前、后的對應(yīng)點。從圖可讀出：A（qV,H,）=（6.710-3m3/s，28m，65%），由切割定律可得（mm）或（mm）其誤差由圖解法作圖和讀數(shù)誤差產(chǎn)生，現(xiàn)取D2=146mm。

現(xiàn)比較切割葉輪法和出口節(jié)流調(diào)節(jié)法使qV=610-3m3/s時各自的軸功率。27第二十七頁，共64頁。

M的效率應(yīng)與對應(yīng)點A相同（假設(shè)切割后效率不變），故=A=65%，則

節(jié)流調(diào)節(jié)時泵的性能曲線不變，故運行工況點為M點，可讀得M（qV,H,）=（610-3m3/s，29.8m，64.5%），則節(jié)流調(diào)節(jié)時的軸功率為：

故得切割葉輪法比出口節(jié)流調(diào)節(jié)法節(jié)約軸功率為：若考慮到D/D2=(162-146)/162=9.8%時效率下降1%，即=64%，則

28第二十八頁，共64頁。294.動葉調(diào)節(jié)（軸流式和混流式泵與風(fēng)機）工作原理：pT=

uuy=+

y、速度三角形

u、2HT、pT、qV軸流式泵與風(fēng)機的性能曲線葉片安裝角沖角幾何平均相對速度角29第二十九頁，共64頁。

初投資較高，維護量大。宜適用于容量大、調(diào)節(jié)范圍寬的場合。目前火力發(fā)電廠越來越多的大型機組的送、引風(fēng)機和循環(huán)水泵均采用了該調(diào)節(jié)方式。調(diào)節(jié)特性：1雙向。2MCR點選在max點，TB點選擇在max點的大流量側(cè)。4H-qV陡，管路阻力變化時，流量變化很小。5有利于大型泵與風(fēng)機的啟停。3等效線∥管路性能曲線，調(diào)節(jié)時高效范圍相當(dāng)寬。在相當(dāng)大的范圍內(nèi)經(jīng)濟性及其適用場合：30第三十頁，共64頁。改變泵進口的液柱高度，使泵在穩(wěn)定氣蝕狀況下工作（A點）。汽輪機負(fù)荷減小→凝結(jié)水量小于泵排量→凝水水位降低，即泵的吸水水位減小，有效氣蝕余量減小，斷裂工況線向小流量方向移動，工況點變化方向為A1→A2→A3。HQ特點：很方便的實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，經(jīng)濟性好（降低水泵耗電約30％～40％）。工況變化會短時間通過不穩(wěn)定氣蝕區(qū)，需采用抗蝕性好的材料制作葉輪。實踐證明，采用汽蝕調(diào)節(jié)對泵的通流部件損壞并不嚴(yán)重，故在中小型發(fā)電廠的凝結(jié)水泵上已被廣泛采用。RA1A2Z液位高度減小冷凝器凝結(jié)水泵要求兩條性能曲線都比較平坦長期低負(fù)荷運行，為減小汽蝕的影響，需要結(jié)合旁通調(diào)節(jié)。三、液位調(diào)節(jié)（汽蝕調(diào)節(jié)）A331第三十一頁，共64頁。第四節(jié)運行中的主要問題第一節(jié)軸向力及其平衡

由于葉輪兩側(cè)壓力不等，高壓水泵會產(chǎn)生很大的壓差作用力F1，加上反沖力F2和立式泵重力F3，總軸向力為F=F1-F2+F3將使葉輪和轉(zhuǎn)軸一起向葉輪進口方向串動，造成動靜部件的碰撞和磨損F2與F1相比數(shù)值很小，可以忽略不計，但是在啟動初期，泵的正常壓力還沒有建立，所以反沖力的作用很明顯，造成啟動時臥式泵轉(zhuǎn)子后竄或立式泵轉(zhuǎn)子上竄。大型高壓水泵軸向力非常巨大，例如DG500240型給水泵，有七級葉輪，其軸向力達2×105N。32第三十二頁，共64頁。33

平衡軸向力裝置平衡孔雙吸式葉輪對稱排列的葉輪背葉片平衡軸向力原理用平衡盤平衡軸向力平衡鼓、平衡盤和彈簧雙向止推軸承的平衡裝置33第三十三頁，共64頁。第二節(jié)振動問題泵與風(fēng)機的振動現(xiàn)象是運行中常見的故障，嚴(yán)重時將危及其安全運行，甚至?xí)绊懙秸麄€機組的正常運行。隨著機組容量的日趨大型化，其振動問題亦變得尤為突出。鑒于引起泵與風(fēng)機振動原因的復(fù)雜性及易于察覺的特點，通常將泵與風(fēng)機的振動分為流體流動引起的振動、機械原因引起的振動以及由原動機引起的振動三類。其中，流體流動引起的振動包括：水力振動、旋轉(zhuǎn)脫流引起的振動和喘振，是泵與風(fēng)機中比較有特點的一類振動，以下加以分析：34第三十四頁，共64頁。一.水力振動水力振動主要是由于泵內(nèi)或管路系統(tǒng)中流體流動不正常而引起的，它即與泵及管路系統(tǒng)的設(shè)計、制造優(yōu)劣有關(guān)，也與運行工況有關(guān)，且主要因水力沖擊和泵內(nèi)汽蝕引起。水力沖擊（以給水泵為例）

產(chǎn)生機理：由于給水泵葉片的渦流脫離的尾跡要持續(xù)一段很長的距離，在動靜部分產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，當(dāng)給水由葉輪葉片外端經(jīng)過導(dǎo)葉和蝸舌時，就要產(chǎn)生水力沖擊，形成有一定頻率的周期性壓強脈動，它傳給泵體、管路和基礎(chǔ)，引起振動和噪音。

后果影響：若各級動葉和導(dǎo)葉組裝位置均在同一方向，則各級葉輪葉片通過導(dǎo)葉頭部時的水力沖擊將疊加起來，引起振動。如果這個頻率與泵本身或管路的固有頻率相重合，將產(chǎn)生共振。

35第三十五頁，共64頁。二.旋轉(zhuǎn)脫流引起振動軸流風(fēng)機葉片前后的壓差，在其它都不變的情況下，其壓差的大小決定于動葉沖角的大小，在臨界沖角值以內(nèi)，上下葉面壓差大致與葉片的沖角成比例，不同的葉片葉型有不同的臨界沖角值。翼型的沖角超過臨界值，氣流會離開葉片凸面發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，產(chǎn)生大面積的渦流，此時風(fēng)機的全壓下降，這種情況稱為“失速現(xiàn)象”

正常工況脫流工況36第三十六頁，共64頁。旋轉(zhuǎn)脫流（旋轉(zhuǎn)失速）假設(shè)葉道2首先脫流而出現(xiàn)氣流阻塞現(xiàn)象，流量減少，在該葉道前形成低速停滯區(qū)，于是原來進入葉道2的氣流分流進入葉道1和3。分流氣流又與原來進入葉道1和3的氣流匯合，從而改變了原來的氣流方向，使流入葉道1的氣流沖角減小，而流入葉道3的沖角增大。由此可知，分流的結(jié)果將使葉道1內(nèi)的繞流情況有所改善，脫流的可能性減小，甚至消失。而葉道3內(nèi)部卻因沖角增大而促使發(fā)生脫流，葉道3內(nèi)發(fā)生脫流后又形成堵塞，使葉道3前的氣流發(fā)生分流，其結(jié)果又促使葉道4內(nèi)發(fā)生脫流和堵塞，這種現(xiàn)象繼續(xù)下去，使脫流現(xiàn)象所造成的堵塞區(qū)沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)相反的方向移動。華工盧志民博士

37第三十七頁，共64頁。38軸流風(fēng)機Q－p性能曲線中，全壓的峰值點左側(cè)為不穩(wěn)定區(qū)，是旋轉(zhuǎn)脫流區(qū)。從峰值點開始向小流量方向移動，旋轉(zhuǎn)脫流從此開始，到流量等于零的整個區(qū)間，始終存在著脫流。旋轉(zhuǎn)脫流對風(fēng)機性能的影響不一定很顯著，雖然脫流區(qū)的氣流是不穩(wěn)定的，但風(fēng)機中流過的流量基本穩(wěn)定，壓力和功率亦基本穩(wěn)定，風(fēng)機在發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫流的情況下尚可維持運行，因此，風(fēng)機的工作點如落在脫流區(qū)內(nèi)，運行人員較難進行判斷。動葉角度增大理論失速線禁止運行區(qū)38第三十八頁，共64頁。39因為旋轉(zhuǎn)脫流不易被操作人員覺察，同時風(fēng)機進入脫流區(qū)工作對風(fēng)機的安全終究是個威脅，所以一般大容量軸流風(fēng)機都裝有失速探頭。如圖所示：失速探頭由兩根相隔約3mm的測壓管所組成，將它置于葉輪葉片的進口前。測壓管中間用厚3mm高（突出機殼的距離）3mm鎘片分開，39第三十九頁，共64頁。40風(fēng)機在正常工作區(qū)域內(nèi)運行時，葉輪進口的氣流較均勻地從進氣室沿軸向流入，那么失速探頭之間的壓力差幾乎等于零或略大于零，如圖示中的AB曲線。圖中△P為兩測壓管的壓力差。

失速探頭壓差軸流風(fēng)機性能曲線當(dāng)風(fēng)機的工作點落在旋轉(zhuǎn)脫流區(qū)，葉輪前的氣流除了軸向流動之外，還有脫流區(qū)流道阻塞成氣流所形成的圓周方向分量。于是，葉輪旋轉(zhuǎn)時先遇到的測壓孔，即鎘片前的測壓孔壓力高，而鎘片后的測壓孔的氣流壓力低，產(chǎn)生了壓力差，一般失速探頭產(chǎn)生的壓力差達245～392Pa，即報警，風(fēng)機的流量越小，失速探頭的壓差越大，如圖中的BCD。失速探頭裝好以后，應(yīng)予以標(biāo)定，調(diào)整探頭中心線的角度，使測壓管在風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)的差壓為最小。40第四十頁，共64頁。三.喘振

喘振現(xiàn)象：若具有駝峰形性能曲線的泵與風(fēng)機在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)運行，而管路系統(tǒng)中的容量又很大時，則泵與風(fēng)機的流量、能頭和軸功率會在瞬間內(nèi)發(fā)生很大的周期性的波動，引起劇烈的振動和噪聲。這種現(xiàn)象稱為“喘振”或“飛動”現(xiàn)象。

當(dāng)用戶所需要的流量小于qVK時,風(fēng)機的運行工況點將由E點滑向K點,并將周而復(fù)始地按EKCDE各點重復(fù)循環(huán)，形成運行工況的周期性波動。F壓縮效應(yīng)流體慣性膨脹效應(yīng)流體慣性p逆向壓差

原因分析（以風(fēng)機為例）：41第四十一頁，共64頁。42旋轉(zhuǎn)脫流與喘振的發(fā)生都是在Q－H性能曲線左側(cè)的不穩(wěn)定區(qū)域，所以它們是密切相關(guān)的，但是旋轉(zhuǎn)脫流與喘振有著本質(zhì)的區(qū)別。旋轉(zhuǎn)脫流發(fā)生在Q－H性能曲線峰值以左的整個不穩(wěn)定區(qū)域；而喘振只發(fā)生在向右上方傾斜部分。旋轉(zhuǎn)脫流的發(fā)生只決定葉輪本身葉片結(jié)構(gòu)性能、氣流情況等因素，與風(fēng)道系統(tǒng)的容量、形狀等無關(guān)。旋轉(zhuǎn)對風(fēng)機的正常運轉(zhuǎn)影響不如喘振這樣嚴(yán)重。喘振是軸流風(fēng)機運行中的特殊現(xiàn)象。風(fēng)機喘振的原因是出口壓力與風(fēng)機風(fēng)量失去對應(yīng)。出口壓力很高而風(fēng)量很小使得風(fēng)機葉片部分或全部進入失速區(qū)。造成風(fēng)機喘振最常見的因素是擋板誤動、控制系統(tǒng)故障、運行人員誤操作。風(fēng)機喘振主要表現(xiàn)為：風(fēng)量、出口風(fēng)壓、電機電流出現(xiàn)大幅度波動，劇裂振動和異常噪音。喘振會造成風(fēng)機葉片斷裂或機械部件損壞，嚴(yán)禁風(fēng)機在喘振工況下運行。42第四十二頁，共64頁。43喘振報警裝置軸流風(fēng)機在葉輪進口處裝置喘振報警裝置，如圖所示的90°皮托管，開口迎著氣流方向，從U形管（壓力表）可以讀出氣流的動能（動壓）與靜壓之和（全壓）。在正常情況下，皮托管所測到的氣流壓力為負(fù)值，因為它測到的是葉輪前的壓力。但是當(dāng)風(fēng)機進入喘振區(qū)工作時，由于氣流壓力產(chǎn)生大幅度波動，所以皮托管測到的壓力亦是一個波動的值。為了使皮托管發(fā)送的脈沖壓力能通過壓力開關(guān)，利用電接觸器發(fā)出報警信號，所以皮托管的報警值是這樣規(guī)定的：當(dāng)動葉片處于最小角度位置（－30°）用一U形管測得風(fēng)機葉輪前的壓力再加上2000Pa壓力，作為喘振報警裝置的報警整定值。當(dāng)運行工況超過喘振極限時，通過皮托管與差壓開關(guān)，發(fā)出報警信號，要求運行人員及時處理，使風(fēng)機返回正常工況運行。43第四十三頁，共64頁。44防止和消除喘振的措施使泵或風(fēng)機的流量恒大于QK：設(shè)計運行時避開不穩(wěn)定區(qū)or設(shè)置再循環(huán)或放氣閥，加大風(fēng)機流量，避免不穩(wěn)定區(qū)運行。設(shè)計管路時避免容積過大的管段，減小彈性。動葉可調(diào)的軸流風(fēng)機，能擴大穩(wěn)定區(qū)：葉安裝角減小時，風(fēng)機不穩(wěn)定區(qū)越來越小，這對風(fēng)機的穩(wěn)定運行是非常有利的。風(fēng)機前的節(jié)流閥要少。分流器(KSE)裝置，通過環(huán)形導(dǎo)流葉輪和環(huán)槽形旁路通道，疏導(dǎo)旋轉(zhuǎn)脫流。

44第四十四頁，共64頁。45四.并聯(lián)工作的“搶風(fēng)”現(xiàn)象措施：風(fēng)機參數(shù)選擇適當(dāng)，使并聯(lián)運行時風(fēng)道性能曲線與風(fēng)機并聯(lián)性能曲線交于∞字形區(qū)域外，低負(fù)荷時單臺運行；動葉調(diào)節(jié)；開旁路門制止搶風(fēng)現(xiàn)象發(fā)展。根據(jù)并聯(lián)工況的特點，在同一全壓下流量相加的原則，馬鞍形性能曲線的風(fēng)機疊加成為曲線∞字形區(qū)域。風(fēng)機如果在∞字形區(qū)域內(nèi)運行，便會出現(xiàn)一臺軸流風(fēng)機的流量很大，而另一臺軸流風(fēng)機的流量很小的情況。此時，若開大輸送流量小的軸流風(fēng)機的調(diào)節(jié)裝置或關(guān)小輸送大流量軸流風(fēng)機的調(diào)節(jié)裝置，則原來輸送大流量的軸流風(fēng)機會突然跳到小流量工作點運行，而原來輸送小流量的軸流風(fēng)機又突然跳到大流量工作點運行。這樣兩臺軸流風(fēng)機不能穩(wěn)定地并聯(lián)運行，出現(xiàn)了所謂的“搶風(fēng)”現(xiàn)象。45第四十五頁，共64頁。第三節(jié)泵的汽蝕（一）汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響汽化發(fā)生后，大量的蒸汽及溶解在水中的氣體逸出，形成大量蒸汽、氣體混合物的小汽泡。氣泡隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，在高壓作用下迅速凝結(jié)或破裂，瞬間產(chǎn)生局部空穴，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，形成沖擊。來不及瞬間全部溶解和凝結(jié)的氣體和蒸汽在沖擊力的作用下又分成更小的汽泡，反復(fù)被高壓水壓縮、凝結(jié)。46第四十六頁，共64頁。47（一）汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響如果汽泡破裂發(fā)生在流道附近，就會在流道表面形成某種強度的高頻沖蝕，水擊壓力可高達幾百甚至上千MPa，沖擊頻率可高達每秒幾萬次之多。由于沖擊作用使泵體震動并產(chǎn)生噪音，且葉輪局部處在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，使材料表面疲勞，從開始點蝕到嚴(yán)重的蜂窩狀空洞，最后甚至把材料壁面蝕穿。通常把這種現(xiàn)象稱為“剝蝕”。另外，由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助汽泡凝結(jié)時放出的熱量，也會對金屬起化學(xué)腐蝕作用。這種汽泡的形成發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過程，稱為汽蝕現(xiàn)象。47第四十七頁，共64頁。481、形成：機械侵蝕化學(xué)腐蝕內(nèi)向爆炸性冷凝沖擊，微細(xì)射流→疲勞破壞汽泡潰滅→活性氣體→凝結(jié)熱→腐蝕性破壞電廠循環(huán)水泵葉輪汽蝕，工人正使用高分子鈦合金涂料做葉輪涂層機械侵蝕化學(xué)腐蝕→點蝕蜂窩狀汽蝕。48第四十八頁，共64頁。492.泵內(nèi)汽蝕的發(fā)生和發(fā)展1、初生：水在低壓區(qū)剛開始汽化，只有少量汽泡，葉輪流道堵塞不嚴(yán)重，對泵的正常工作沒有明顯影響，泵的外部性能也沒有明顯變化。這種尚未影響到泵外部性能時的汽蝕稱為潛伏汽蝕。2、發(fā)展：當(dāng)汽化發(fā)展到一定程度時，汽泡大量聚集，葉輪流道被汽泡嚴(yán)重堵塞，致使汽蝕進一步發(fā)展，影響到泵的外部特性，導(dǎo)致泵難以維持正常運行。3、斷裂：揚程急劇下降，泵的工作曲線發(fā)生斷裂，不能工作。隨著泵內(nèi)壓力（NPSH）的下降，A點開始汽蝕，然后泵揚程略有下降。B點為斷裂工況的開始點，C點是完全斷裂工況，揚程直線下降。斷裂工況臨界點由無汽蝕揚程下降(2+K/2)H%來確定。49第四十九頁，共64頁。503.汽蝕的危害(3種)1、材料破壞，縮短泵的使用壽命。粗糙多孔→顯微裂紋→蜂窩狀或海綿狀侵蝕→呈空洞。

3、影響泵的運行性能。液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴(yán)重時會輸不出液體（斷裂工況，汽泡堵塞流道）；潛伏性汽蝕（易被忽視）。2、產(chǎn)生噪聲和振動。若振動→汽蝕→振動→互相激勵→汽蝕共振。50第五十頁，共64頁。514.汽蝕性能曲線低比轉(zhuǎn)數(shù)泵，流道較窄而長，一旦發(fā)生汽蝕，氣泡易于充滿整個流道，使性能曲線突然下降。ns=70的離心式泵汽蝕性能曲線中有明顯的斷裂點。同一轉(zhuǎn)速，泵幾何安裝高度提高，斷裂工況往小流量方向移動，即容易發(fā)生汽蝕。比轉(zhuǎn)數(shù)增加，流道寬而短，氣泡發(fā)展至充滿整個流道需要一定過程，泵性能曲線其斷裂工況比較緩和，沒有明顯的斷裂點。高比轉(zhuǎn)數(shù)的軸流泵，由于葉片數(shù)少且基本上相互不重疊，具有相當(dāng)寬的流道，汽泡發(fā)生后，不可能布滿流道，從而不會造成斷流，所以在性能曲線上，當(dāng)流量增加時，就不會出現(xiàn)斷裂工況點。盡管如此，但仍有潛伏汽蝕的存在，仍需防止。ns=70ns=150軸流泵51第五十一頁，共64頁。52*（二）吸上真空高度由伯努利方程,得令Hs=(P0-Ps)/g：稱為離心泵的吸上真空度即吸上高度Hg為：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓52第五十二頁，共64頁。53*允許幾何安裝高度

泵的允許幾何安裝高度[Hg]應(yīng)低于泵樣本中所給出的允許吸上真空高度[Hs]。一般情況下[Hs]隨流量qV的增加而降低，[Hg]的確定應(yīng)該按樣本中最大流量所對應(yīng)的[Hs]來計算?！试S幾何安裝高度當(dāng)qV=C時，Hg(Hs)存在HsmaxpsminpkpV時，泵內(nèi)開始發(fā)生汽蝕。Hsmax值由制造廠用試驗方法確定。為保證泵不發(fā)生汽蝕，把Hsmax減去一個安全量K，作為允許吸上真空高度而載入泵的產(chǎn)品樣本中，并用[Hs]表示。53第五十三頁，共64頁。54（三）汽蝕余量△h一、有效汽蝕余量△ha或[NPSH]a

泵在運行中是否發(fā)生汽蝕和泵的吸入裝置條件有關(guān)。按照吸入裝置條件所確定的汽蝕余量稱為有效汽蝕余量或稱裝置汽蝕余量，用△ha表示。由上式可知，有效汽蝕余量△ha就是吸入液面上的壓力水頭在克服吸水管路裝置中的流動損失并把水提高到Hg的高度后，所剩余的超過汽化壓頭的能量。（倒灌時Hg為“+”）泵內(nèi)流體汽蝕現(xiàn)象理論：液體汽化壓強（pV）為初生汽蝕的臨界壓強。當(dāng)泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時，必有：ps>pV。54第五十四頁，共64頁。55△ha

=f（吸水管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，流量），而與泵的結(jié)構(gòu)無關(guān)，故又稱為裝置汽蝕余量；△ha越大，表明該泵防汽蝕的性能越好。（1）在p0/ρg、Hg和液體溫度（pv）保持不變的情況下，當(dāng)流量增加時，由于吸入管路中的流動損失hw與流量的平方成正比增加，使△ha隨流量增加而減小。當(dāng)流量增加時，發(fā)生汽蝕的可能性增加。（2）在非飽和容器中，泵所輸送的液體溫度越高，對應(yīng)的汽化壓力越大，△ha越小，發(fā)生汽蝕的可能性就越大。當(dāng)吸入容器中液面壓力為汽化壓力時（如凝結(jié)水泵和給水泵），pe＝pv，則必須倒灌55第五十五頁，共64頁。56二、必需汽蝕余量△hr

必需汽蝕余量△hr,是液體從泵吸入口流至葉輪葉片進口壓力最低處K點的壓力降.必需汽蝕余量△hr越大,則表示壓力降越大,泵抗汽蝕性能就越差,反之亦然。

△hr=f(泵吸入室和葉輪進口結(jié)構(gòu)參數(shù),流速),即△hr只與泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與吸入管路無關(guān)，故又稱之為泵的汽蝕余量?！鱤r越小，表明該泵防汽蝕的性能越好，由泵制造廠通過試驗測出。

56第五十六頁，共64頁。57有效汽蝕余量△ha隨流量增加而下降，流量增加會導(dǎo)致葉片進口前的流速v0、w0增大，從而致使必需汽蝕余量△hr將隨流量增加。如圖，兩曲線交于一點，交點c為臨界汽蝕狀態(tài)點，此時的汽蝕余量為臨界汽蝕余量△hc。當(dāng)qV≥qVC時，即△hr≥△ha，泵內(nèi)將產(chǎn)生汽蝕。水溫

tpVNPSHa但流量不能