1、泵与风机简弃非 教授颜 永民 讲师第一章 泵与风机概论一、定义v 流体机械是指流体具有的机械能和机械所做的功之间进行能量转换的机械。v 内燃机和燃气轮机不属于流体机械的范畴。泵、风机、压缩机、水轮机、汽轮机等均属于流体机械。v 泵与风机逆向的机械是水轮机和风车，将流体的流动能转化为机械能。 第一节 泵与风机的定义及用途二、用途 v 泵与风机在国民经济的各个行业得到广泛应用：火力发电、水利工程、化学工业、石油工业、钢铁工业、城市给排水及废水处理、动力工程、制冷与低温工程、采矿工业。航天技术等。 v 在全国的总用电量中，泵与风机的耗电量约占 30%，其中泵的耗电量约占 21%。1. 火力发电 火力
2、发电是一个水汽循环过程。锅炉把水加热变成蒸汽，蒸汽推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机旋转发电。图 1-1是火力发电厂系统图。2. 水利工程 水利工程不管是灌溉、排涝还是供水，都需要相应容量的泵。据统计，我国排灌机械的配套功率，在 20世纪 80年代已达 57000Mw。为解决我国的水资源问题，开源和节流同样重要。但不论开源还是节流，都需要大量的泵。3. 化学工业在化工流程中，参与反应的原料、中间产品经常是液体或气体，即使是固体物料，也经常以溶液或熔液的形态参与化学反应。所以输送各种流体的泵与压缩机称为化工厂的心藏。以乙烯和合成氨的生产为例说明流体机械在化工过程中的作用。表 1-l给出了乙烯流程中
3、泵的使用情况。 图 1-2合成氨生产流程示意图，在该流程中使用了 4种压缩机，这些压缩机的动力消耗占全厂的 70 -80，投资一船占全厂的 20 -30。4. 石油工业 在石油和天然气的钻探、开采、运输和加工过程中，泵和压缩机都是重要的设备。v 潜油泵 潜油泵可以从很深的油井中将原油输送到地面，用潜水式电动机，泵置于井下。由于受井径的限制，叶轮直径很小，为达到所需的扬程，泵的级数可达数百。v 油田注水泵 用高压向油层中注水，可以提高油层压力，实现自喷。在我国的大庆油田，由于开采时间长，油层含油量减少，目前每采 1t油需要注入 6t水。因此需要大量的注水泵v 注气压缩机 在海洋油田，将不能直接利
4、用的油田伴生气代替水注人油层以提高压力。当注气量较小时用活塞式压缩机，注气量大时用离心式压缩机。v 水下油气输送泵 油田中原油一般是与天然气共生的，通常是将油与气分离后分别用泵和压缩机输送。这需要在每个井口设置油气分离装置，泵与压缩机组以及两条管路。在海上油田中，这种配置的成本是很高的。使用油气混输泵以后，每个井口只需一台机组和一条管路，使开采成本大大降低。图 3-1是水下油气混输装置。5.钢铁工业 在钢铁的冶炼过程中需要大量的空气和氧气支持燃烧，因此需要使用风机。另外，生产过程中也需要消耗大量的水，在供水和水处理方面使用泵的数量也很多。v 高炉鼓风机 现代大型高炉需要的风量很大，故通常使用轴
5、流式压缩机。v 氧气压缩机纯氧顶吹转炉是目前常用的炼钢设备，需要用氧气压缩机向炉内输送高压氧。6.城市给排水及废水处理 v 城市给水城市 给 水与居民的生活息息相关。城市中的自来水是由水厂一级泵站中的泵抽吸江河之水经沉淀消毒，再经二级泵站中的泵将水送往用户。城市工业用水量很大。所以结水排水系统是现代化城市最主要的基础设施之一。v 城市排水用户排除的废水还需要收集，输送和处理，这是城市排水。这项工作大多是由城市废水提升泵站来承担。泵站内的水泵提升水的高程或使排水加压输送至指定地方。如图 1-4为排水提升泵站示意图。7.动力工程除了汽轮机、水轮机和燃气轮机属于现代最重要的动力装置以外，在动力工程中
6、还广泛地使用压缩机和液力传动装置。v 燃气轮机压缩机压缩机是 燃气轮机的重要组成部分之一，压缩机将空气压入燃烧室，使燃料得以燃烧，产生高温高压的燃气，燃气推动燃气轮机的叶轮转动。v 涡轮增压器涡轮增压器利用内燃机气缸排出的废气驱动涡轮机，涡轮机则驱动一个压缩机压缩空气以提高进入气缸的空气压力，从而增加进入气缸中的空气量。这样在相同的气缸容积下，可以相应增加燃油量，也就提高了发动机功率。v 动力风源在电站、机械工厂、建筑工地、矿井等许多地方，广泛使用着各种风动工具都需要压缩空气作为动力源，而压缩空气通常是利用活塞式或离心式压缩机获得的。v 液力传动装置液力传动装置 (图 1-6)是一种利用叶片式
7、流体机械进行变速的装置。原动机驱动一个泵轮，泵轮将功率传递给液体工作介质，介质推动一个与泵轮装置在同一壳体中的涡轮，再由祸轮推动工作机。液力 传动装置具有从动轴的转速可自动适应作用力矩而变化的特性，因而特别适于在车辆上使用。8.制冷与低温工程压缩机是制冷装置中最重要的设备。制冷装置不仅在许多工业和科学领域中有着重要的应用，而且在生活领域中亦日益普及。在小型制冷装置中都使用容积式压缩机，而在大型装置中则使用离心式压缩机。9.采矿工业矿井的排水和通风是保证矿井正常工作的重要条件，为此需配备相应的泵与风机。10.航天技术v 燃料输送泵是火箭发动机的重要组成部分。火箭的液体燃料是易燃、易挥发的，有时温
8、度极低 (液氢、液氧燃料 )，而且泵的尺寸和重量受到严格的限制。v 在火箭和飞船的控制与导航系统中，常采用液压装置作为执行元件，而用特殊的离心泵作为整个液压系统的动力源。三、泵的发展历史我国提水机具的发展可以推溯到五六千年以前的仰韶文化，在西安市近郊半坡村遗址出土的尖底带耳陶罐，据考证，就是当时人们用以系绳从井中、河中提水的器具。随后又出现了戽斗和利用简单杠杆原理的桔槔和辘轳。大约在我国的隋唐时代，黄河上游沿岸就装有以水为动人的提水机械一筒车出现，灌溉岸边高地小块农田，至今在这些地区仍可看到这一古老的提水机械。技术史上第一台叶片泵是最早在公元 5世纪葡萄牙人在圣多明哥铜矿中所有的排水离心泵，为
9、木制。离心泵的真正创造者为法国物理学家德尼斯 .帕潘。 1705年，帕潘制造了第一台适用于提升液体的泵，1785年， J斯盖宣布了一台新泵的专利，这是轴流泵的雏形。尖底带耳陶罐 戽斗辘轳桔槔筒车四、泵与风机的发展趋势泵与风机的发展趋势：v 大容量由于发电机组的单机容量不断迅速增长，因此，作为热力发电厂的辅机一泵与风机也日趋大容量化。如国外已建成的 180104kW发电机组的给水泵，驱动功率为 55147kW，因而目前大型锅炉给水泵的驱动功率已接近 60000kw。给水泵压力也从超高压发展到超临界压力。v 高速化由于泵与风机容量的迅速增加，尤其是给水泵压力的快速增加，导致转速也很快提高，近十几年
10、来，对于大型锅炉给水泵的转速，已由 3000r min提高到 7500r min，单级扬程也已从 200m提高 1000m以上。v 高效率对于大容量的泵与风机，提高效率有十分重要的意义，目前，世界各国都在研制高效率的水力模型，我国在这方面也进行了大量的工作，产品效率普遍提高。v 自动化随着科学技术的不断发展，自动检测技术、自动控制技术和电子计算机已不仅逐步应用于泵与风机的设计、制造过程中，而且还日益广泛应用在泵与风机的运行上和实验装置上。v 提高可靠性在泵零件强度设计中，传统的方法是安全系统法。随着科学技术实践活动的发展，许多情况下安全系数并不能表征泵产品的可靠度。可靠性工作在机械行业非常重耍
11、，因此把提高产品可靠性水平作为提高产品实物质量的核心，对老产品进行可靠性限期考核达标，对新产品进行可靠性设计，大大提高了机械产品的整体性能和综合质量。一、泵与风机的分类v 按压力分类泵：低压泵、中压泵、高压泵；风机：通风机、鼓风机、压气机。v 按工作原理分类（ 1）叶片式泵与风机 工作叶轮旋转时叶轮上的叶片将能量连续地传给流体，从而将流体输送到高压、高位处或远处的泵与风机。例如：离心式、轴流式、混流式泵与风机，如图 1-7所示。第二节 泵与风机的分类及工作原理（ 2）容积式泵与风机 通过工作室容积周期性变化而实现输送流体的泵与风机。根据机械运动方式的不同还可分为往复式和回转式。（ 3）其他类型的泵与风机无法归入前面两大类的泵与风机。这类泵与风机的主要特点是利用具有较高能量工作流体来输送能量较低的流体。例如：液环泵、射流泵等。泵与风机分类的直观表示泵的使用范围 风机的使用范围
