1、下 篇 泵与风机,根据工作原理，分类如下 ：1、容积式泵与风机: 运转时，机械内部的工作容积不断发生变化，从而吸入或排出流体。如蒸汽活塞泵、罗茨鼓风机、齿轮泵等,利用外加能量输送流体的流体机械。,2、叶片式泵与风机: 主要结构是可旋转的,有带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮的旋转对流体作功，从而使流体获得能量。如离心式泵与风机等。,第一节 工作原理及性能参数,一、结构与工作原理,第六章 离心式泵与风机的理论基础,结构：主要结构部件是叶轮和机壳。,工作原理： 当叶轮随轴旋转时，叶片间的气体也随叶轮旋转而获得离心力，并使气体从叶片之间的出口处甩出。被甩出的气体挤入机壳，于是机壳内的气体压强增高，最
2、后被导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部分的压强降低。外界气体就能从风机的吸入口通过叶轮前盘的孔口吸入源源不断地输送气体。,二、性能参数,1、泵的扬程H与风机的压头p泵的扬程H (m) ： 单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量。风机的压头（全压）p (Pa)： 单位体积气体通过风机所获得的能量增量。如分别取泵或风机的入口与出口为计算断面，列出它们的表达式可得：,泵：,同理风机：,风机的压头（全压）p (Pa)： 单位体积气体通过风机所获得的能量增量。如分别取泵或风机的入口与出口为计算断面，列出它们的表达式可得：,其中，下标“1”、“2”分别为泵与风机的进口和出口截面。,2、流量Q单位时间
3、内泵或风机所输送的流体量称为流量。常用体积流量表示，单位为“m3s”或“m3h”。 3、转速n指泵或风机叶轮每分钟的转数即“rmin”。,4、功率及效率有效功率：单位时间内通过泵的流体所获得的总能量 以符号Ne表示：NeQH /1000（kW） 就风机而言，其Ne为： NeQp （kW）效率：输入泵或风机的轴功率N被流体的利用程度。 =NeN轴功率的计算式： N=Ne/=QH/ 或者：N =Qp/,一、流体在叶轮中的运动及速度三角形,当叶轮旋转时，流体一方面随叶轮旋转作圆周牵连运动，其圆周速度为 u；另一方面又沿叶片方向作相对流动，其相对速度为w。因此，流体的绝对速度v应为 u 与 w 两者之
4、矢量和。,第二节 离心式泵与风机的基本方程式 欧拉方程(叶轮理论),1、2下标分别为叶片进、出口；叶片的工作角：速度v和u之间的夹角。 安装角：指叶片的切线与圆周速度u的反方向线之间的夹角。,经常用到的速度表示径向分速： vr=v sin=QT /F= QT / 2rb叶片排挤系数，表示叶片厚度对流道过流面积的遮挡程度。周向分速： vu = vcos = u - vr ctg 圆周速度 u: u=r=dn/60,二、欧拉方程,1“理想叶轮”的假定 1）假设流体通过叶轮的流动是恒定的,在层与层的流面之间其流动互不干扰。 2）假设叶轮具有无限多的叶片，叶片厚度无限薄。因此流体在叶片间流道流动时，其
5、流线与叶片形状一致。 3）假设流经叶轮的流体是理想不可压缩流体，即在流动过程中，不计能量损失。动量矩定理：质点系对某一转轴的动量矩(m v r)对时间的变化率，等于作用于该质点系的外力对该轴的力矩M。,2推导过程 (动量矩=m v r )进口处的动量矩 ： QTv1Tcos1r1=QTvu1Tr1；(角标T表示理想状态,表示叶片无限多)同理：出口处的动量矩： QTvu2T r2 故动量矩的变化率应为： QT(vu2Tr2- vu1Tr1) = M由于功率 N=M； 而 理想状态下N=Ne=QTHT得,QTHT=NM QT(vu2Tr2- vu1Tr1) 因为：u=r 所以： QTHT =QT(
6、u2T vu2T - u 1T vu1T),3.说明1) 对于水泵而言，取单位重量流体的获得的能量增量，即扬程， HT=(u2Tvu2T- u 1Tvu1T)/g （m)2)而对于风机，通常取单位体积流体所获得的能量增量，即全压， pT=(u2Tvu2T- u 1Tvu1T) (Pa),可以得到理想条件下单位重量流体的能量增量与流体在叶轮中运动的关系，即欧拉方程： HT=(u2Tvu2T- u 1Tvu1T)/g,三、叶片片数有限对欧拉方程之修正,实际中，由于叶片有限，不能很好地控制流动，产生了相对涡流，从而使理论扬程有所降低。即叶片无限多的扬程HT降低到叶片有限多的HT。用小于1的涡流修正系
7、数k来修正 H T=kHT=k(u2Tvu2T- u 1Tvu1T)/g对离心机来说，k一般在0.780.85之间 或 H T =(u2Tvu2T- u 1Tvu1T)/g简明起见，将表示理想条件的各运动量因素的下角“T”取消，可得： HT=(u2vu2- u 1vu1)/g=( u2v2 cos2 - u 1v1 cos1)/g此式表达了实际叶轮工作时，流体从外加能量所获得的理论扬程值。该式也叫做理论扬程方程式。,四、理论扬程H T之组成 HT=(u2vu2- u 1vu1)/g=( u2v2 cos2 - u 1v1 cos1)/g,将进、出口两个速度三角形按三角形的余弦定理展开,将u 1
8、v1 cos1 ，u2v2 cos2 代入,则得：,流体所获得的总扬程,动能增量（动压水头增量）,压力势能的增量 (静压水头增量）,则：,五、增大理论扬程H T之措施,1、使进口工作角190o流体按径向进入叶片间的流道，理论扬程方程式就简化为： H T =(u2vu2)/g =u2v2 cos2/g2、增大u2，即增大D2或n， 因为 u2=D2n/603、增大v2，即增大出口安装角 2,H T =(u2vu2- u 1vu1)/g =( u2v2 cos2 - u 1v1 cos1)/g,六、不同的叶轮形式及其对性能的影响,(a),(b),(c),后向叶型，290o,叶片出口方向和叶轮旋转方
9、向相反,叶片出口方向和叶轮旋转方向相同,叶片出口按径向装设,扬程H T最小；,能量损失小，效率较高；适用于大型风机,能量损失大，效率较低适用于中小型风机,扬程H T最大,第三节 离心式泵与风机的性能曲线 性能曲线： 指在一定的转速下压头H、功率N、效率和流量Q的关系,1、流量和扬程之间的关系：HT=f1（QT） (最重要的曲线）2、流量和所需外加轴功率的关系：NT=f2（QT）3、流量与设备本身效率的关系： =f3（QT）,1、流量和扬程之间的关系：HT=f1（QT）,说明在固定转速下，不论叶型如何，泵或风机理论上的流量与扬程关系是线性的。,而 QTD2b2vr2,一、泵与风机的理论性能曲线,
10、2、功率流量曲线：NT=f1（QT）,在无损失流动条件下，理论上的有效功率就是轴功率 即：NeNT=QTHT,前向叶型： 290ctg2 0 功率曲线为一条下凹的曲线,径向叶型：2=90ctg2= 0功率曲线为一直线,因此，前向叶型风机在运行中增加流量时，原动机超载的可能性要比径向叶型风机的大得多，而后向叶型的风机几乎不会发生原动机超载的现象。,二、泵与风机的实际性能曲线,1、泵与风机的机内损失（1）水力损失 流体流经泵或风机时的进口损失、撞击损失、局部阻力损失、沿程阻力损失、动压转换损失等。 水力效率 h=(HT-h)/HT =H/HT 式中，h为水力损失总和，HHT-h为泵或风机的实际扬程
11、。 (2) 容积损失 由于压差而产生的流体泄漏而带来的损失。 容积效率 v =(QT-q)/QT =Q/QT 式中，q表示泄漏量，Q=QT q 为泵与风机的实际流量。,（3）机械损失泵和风机内部的机械部件之间的摩擦损失。 机械效率 m=(N-Nm)/N=NT /N式中，Nm为机械损失的总的功率，N为供给泵或风机的轴功率， NT为理论上泵或风机所得的功率。 2、泵与风机的全效率,N为供给泵或风机的轴功率，Ne是泵或风机实际所得的有效功率 N=QTHT/m Ne=QH,以上曲线是在标准情况下，某一特定转速（n下测绘出，除此之外，要根据相似原理换算。,3、泵与风机的实际性能曲线,通过实验测出。由图可
12、见： 对应于一定的流量Q，达到最大。实际中，H、Q的选择应接近于此处。,第四节 相似律与比转数,泵和风机的设计及制造按系列进行，同一系列中，大小不等的泵或风机都是相似的；制造时先在较小的模型机上进行试验，然后再将试验结果推广到实型机器上,用下角m表示模型机参数，n表示实型机的参数，则几何相似：,1n=1m 2n=2m,运动相似 ：即相似工况点的速度三角形相似,1n=1m 2n=2m,一、泵与风机的相似律倍比定律,相似工况：当原型性能曲线上某一工况点A与模型性能曲线上工况点A所对应的流体运动相似，即速度三角形相似，则A与A两个工况为相似工况。,泵和风机的相似律表明了同一系列相似机器的相似工况之间
13、的相似关系。,所以：,（一）流量关系：相似工况点之间的流量关系,（1）,如将扬程H（液柱或气柱高度）换成压头p（以压强来表示），即把p=H代入前公式，则得压头关系为,（二）扬程关系：相似工况点之间的扬程关系,式中：,（2）,再将,代入得：,（三）功率关系：相似工况点之间的功率关系,式中：n=m,（3）,比较归纳如下：,注意：p、H、Q及N四个比例常数，因相似工况点而异，对不同的相似工况点有不同的p、H、Q及N值。,若将风机性能参数合并。将下角m、n取消，以更为一般的形式来表明泵或风机的相似工况点的性能参数之间的关系：,二、风机的无因次性能曲线用一条曲线代表某以整个系列全部机器在各种转速下的性能
14、曲线,将p、H、Q及N四个比例常数，按我国目前约定俗成的办法作如下的更改。,压力系数,流量系数,功率系数,、 及 是无因次比例常数，取决于相似工况点的函数，不同的相似工况点所对应的 、 及 值不同。可以按下式计算出效率,说明：,根据无因次性能曲线得出的无因次量是不能直接使用的。应将从曲线中查得最高效率的 、 值，再用式根据要求的p、Q值进行反运算以求出实际D2及u2，这样便可以确定风机的实际性能参数，从而选定风机。,根据不同的相似工况点所对应的 、 及 值，就可以绘出一组无因次曲线，其中包括 ， 及 三条曲线,三、比转数代表效率最高点一组 值，,上式右端是由无因次不变量所组成，则组成后的综合量
15、，必然也是一个不依其尺寸D改变的无因次量，以比转数 ns表示,两式相除消去D则得：,（ 风机）,单位： 对于风机，Q取m3/s，H取Pa，n取r/min。一般离心式风机n s=15 80；混流(斜流)风机n s=80 120； 轴流风机n s=100 500。,反映同一类泵与风机无论尺寸大小流量Q、H与 n之间的关系。,消去g,习惯上将水泵的比转数认为相当于N=1HP，H=1m时的转速。但由于水泵的重要参数是Q而不是N，将N=HQ/75代入上式（ =1000），则得出计算水泵比转数ns.p的计算式为：,同理泵的比转数：,单位：对于水泵，Q：m3/s，H：mH2O，n：r/min。,(1)、比转
16、数反映了某系列泵或风机性能上的特点。 可以看出：比转数大表明其流量大而压头小；反之， 比转数小时，表明流量小而压头大。 (2)、比转数可以反映该系列泵或风机在结构上的特点。 因为比转数大的机器流量大而压头小。故其进出口叶轮面积必然较大，即进口直径D0与出口宽度b2较大，而轮径D2则较小，因此叶轮厚而小。反之，比转数小的机器流量小而压头大，叶轮的D0与b2小而轮径D2较大，故叶轮相对地扁而大。（书上P308图11-28）（3）比转数可以反映性能曲线变化趋势,比转数的实用意义：,比转数的物理意义:反映了某一系列的泵或风机在最高效率点工作时H、Q、n三者之间的关系。,注意几点,五、相似律的应用1、当
17、被输送流体的密度改变时性能参数的换算 性能曲线是在标准条件下试验得出的。对一般风机而言，我国规定的标准条件是大气压强为101.325kPa（760 mmHg），空气温度为20 ，相对湿度为50%。 当被输送的流体温度及压强与上述样本条件不同时，即流体密度改变时，则风机的性能也发生相应的改变。,同一台机器，大小尺寸未变，转数未变，用角标“0”表示样本，则：,式中：B为当地大气压（kPa), t为被输送流体温度,2、当转数改变时性能参数的换算,泵与风机在一定转速nm下运行，在叶轮直径不变而实际转数n与nm不同时，则由相似律求得新的性能参数：,或写成综合公式：,3、泵叶轮切削-仅叶轮直径改变的换算,
18、4、当叶轮直径和转数都改变时性能曲线的换算,泵与风机在一定转速nm下运行，而叶轮直径D。一定改变为D时，则由相似律求得新的性能参数：,第五节 离心通风机的型号编制,离心式通风机的完全称呼，包括名称、型号、机号、支承与传动方式、旋转方向、出口位置六个部分。1、名称：用汉语拼音具有典型意义的字母表示。如，G锅炉通风机，Y引风机，C排尘通风机等。2、型号：三组数第一组数：表示全压系数 放大10倍后的整数；第二组数：表示比转数ns； 第三组数：十位数：吸风方式，0表示双吸，1表示单吸，2表示两级串联；个位数：设计顺序号，1，2，3分别表示第1，2，3次设计。,3、机号：用叶轮外径的分米（dm）表示，并冠以No.，机号数字后加小写字母a、b表示变型，其中a表示叶轮外径变为原来的0.95倍，b表示叶轮外径变为原来的1.05倍。4、支承与传动方式：A、B、C、D、E、F共6种。5、旋转方向：从原动机一侧正视，顺时针旋转为右，逆时针旋转为左。6、出口位置：每隔45o一个，共8个。,Y 4 73 1 2 No.18 D 右180o 出口右旋180o D种传动方式 机号18，即叶轮外径为1800mm 第2次设计 吸风方式为单吸 比转数ns=73 全压系数 表示离心式引风机,
