1、泵与风机,绪论：泵与风机在国民经济建设和火力发电厂中的地位与作用；泵与风机的基本性能参数；泵与风机的分类和工作原理,第一讲 . 泵与风机在国民经济及热力发电厂中的地位和作用,.能换:汽轮机 水轮机:流体的热能、动能机械能 泵 风机：机械能（流体）势能和动能 .国民经济中应用：农业、建筑、航天、医疗 .电厂中应用：参照系统简图说明,.耗电数字：全国总耗电、厂用电.重要性：（）给水泵心脏，引风机呼吸系统（）两台循环水泵中一台事故，汽轮发电机出力降低，给水泵中断给水， 锅炉汽包“干锅”（）电厂中主要调节对象,. 泵与风机主要性能参数,泵的主要性能参数qv、P、性能参数反映整体性能 qv：泵在单位时间
2、所输送的液体量 体积流量单位l/s、/s、/：单位重量流体通过泵后的能量增加值。 单位：mP：轴功率，原动机传到泵轴上的功率。 单位：W: 泵每分钟转数。单位：r/min,Pe：有效功率（输出功率）为通过泵 的液体在单位时间内从泵中获得的能量 Pe/ k :（Pe/P）100 PgP/tm PgrPgP/tm（ ）/（1000tm）,风机基本性能参数qv、p、p、P、,qv：单位时间通过风机进口的气体体积:单位体积气体从风机进口截面经叶轮至出口截面所获得的机械能的增加值 ： P：类似于泵 ,Pqvp：（Pe/P）100 n：类似于泵,. 分类与工作原理,分类有按产生的压力分、工作原理分、其他类
3、.离心式工作原理 （单击以观看离心泵示例动画）. 轴流式工作原理,第一章 叶片式泵与风机的基本理论,内容包括：叶片式泵与风机的叶轮理论；流体在泵与风机叶轮内流动分析，速度三角形；能量方程式及其分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的影响；流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析；叶片式泵与风机的损失和效率；泵与风机的性能曲线 ；泵与风机的管路系统性能曲线及泵与风机装置系统的运行工况点；泵与风机的相似定律及其应用；泵与风机的比转速。,第二讲 流体在泵与风机叶轮内的流动分析，速度三角形 . 流体在叶轮内的流动分析,一、离心式 （一）投影图、理论分析假设 .投影图：轴面投影、平面投影 （单击观看叶轮投影示例
4、动画） 介绍：前盖板、后盖板、叶片、叶片进出口 ，；，；，；，,.假设： （）叶片无限多（流体质点的轨迹与叶 片型线相重合） （）理想流体（忽略粘性） （）稳定性（迹线与流线重合） （）不可压 （）轴面流动 由（）（）（）只研究一条流线即可,（二）流体在叶轮内的流动（复合流动） 牵连速度（圆周速度） /60 相对速度 绝对速度 ,（三）进出口速度三角形作法,已知：qv，、几何尺寸 作进口速度三角形需知条件： /60 qv/qv/（） 方向（）（即） 作出口速度三角形需知条件： /60 qv/qv/（） 方向（即）,叶轮转速r/min叶轮进口直经叶轮出口直经qv理论流量，即流过叶轮的流量 /有效
5、过流面积（与垂直的过流面积） 排挤系数，考虑叶片厚度对流道的排挤程度绝对速度的径向分量绝对速度和圆周速度的夹角称为进流角叶片切线与圆周切线速度反方向的夹角为叶片安装角 相对速度和圆周速度的反向夹角成为流动角,二、轴流泵叶轮,.流动假设 () 圆柱层无关性假设 ()各层研究方法相同，只确定一个流面即可 () 取和两无限接近圆柱面构成的微小圆柱层，取出将之沿 母线方向切开展成平面图。轴流式叶轮内流动直列叶栅 根据直列叶栅性质，在同一半径上 （轴向分速） （轴向分速） （轴向分速）.速度三角形(点击观看速度三角形示意动画) 由于还不能求出，故在以后学了能量方程再做速度三角形。,第三讲 能量方程式及其
6、分析；叶轮叶片出口安装角对理论能头的影响 . 叶片式泵与风机的能量方程式,一、推导 .假设：与前面点假设相同 .动量矩定理：在稳定流动中，单位时间流出与流进控制体的流体对某一轴的动量矩的变化等于作用在控制体内流体上的所有外力对同一轴力矩的总和（表达式见下页）,qv（coscos） P qv（cos/ cos/） 单位重流体P/（qv） 即 （）/ 对风机，单位体积P/qv即 （）,二、能量方程式分析（）.增大（）的途径 （）显然、与 、有关，与有关以后讨论 （）流体径向流入（结合速度三角形）.与无关.轴流式 （） 径向流入,. 反作用度及叶片出口安装角对（）的影响,一、影响的因素（） / /6
7、0 ctg qv/（） （ctg）/ /ctg/ /qvctg/（） （qvctg/（）/ /3600gqvctg/（60） 因此有、时，,二、对的影响 .90（后弯式叶轮） 当 时，ctg ctg/min .90 ctg /（径向叶轮） .90（前弯叶片) 能大到什么程度？,三、反作用度 .扬程另一表达式： （）/ cos cos cos， cos1 （）/ （）/ （）/2（）/2（）/2,.动压头： （）/2 （）动压头在叶轮后的导叶或蜗壳中部分转化为静压头 （）尽量降低动压头比例以提高效率 静压头动压头（损失小） 静压头动压头（损失大）.静压头：（）/2（）/2 用来克服管路中阻力损失
8、,.反作用度： （既然泵扬程由动压头和静压头两部分组成，引入反作用度） / （）/ / （）当min时, （）当90，/ （）当max时,，此时/ （），流体从泵中未得到能量（扬程为）； ，流体得不到输送（静扬程为） （）影响 和，须综合考虑选择.反作用度与出口安装角关系： ,四、三种不同叶轮比较 .从流体获得的能量: .从效率观点看： （）从叶片间流速 （）从叶片曲率大小 （）从能量转化观点 .结构尺寸 .磨损和积垢 .功率特性五、叶片出口安装角选用 泵 后弯式 通风机 大多数后弯式 部分径向式 小部分前弯式,第四讲 流体在离心式有限叶片叶轮中的流动分析； 叶片式泵与风机的损失和效率 . 叶
9、片有限时对理论能头的影响,一、轴向涡流 .举例 （点击观看流体在叶轮流道中的运动示意动画） .泵内涡流：将叶轮流道的进出口封闭起来，叶轮在旋转时，流道内理想流体也同样存在着一个和叶轮旋转角速度相等，但旋转方向相反的轴向涡流。,二、轴向涡流的影响 .对叶轮叶片流道内流动影响 .进出口速度三角形变化 不变 变 （）/ 三、有限叶片时理论能头计算 .公式：sin/（） .公式： 滑移系数，泵0.81.0， 风机0.80.85,. 叶片式泵与风机的损失和效率,PPPPPP P/P（P/P）（P/P）（P/P） P轴功率 P有效功率 P水力功率 P总机械损失功率 P容积损失功率 P流动损失功率一、P轴承
10、、轴封、圆盘摩擦损失 （PP）/PP/P,二、P qvTqv 泄漏流量 叶轮进口、轴封、平衡装置 Pqv/1000 P/P （PPP）/（PP） （qv）/（qvT） qv/（qv）三、P 摩擦损失、局部损失、冲击损失 .摩擦损失和局部损失 （）吸入室 （）叶轮流道（一般扩散） （）压出室：扩散，正导叶扩散，反导叶收缩 .冲击损失;叶片入口，导叶入口（流量偏离设计工况） （）冲角：相对速度方向和叶片进口切线之间夹角 （）影响： qvqv时， qvqv时， qvqv时，,四、三种损失和流量关系五、P/P P/（PPP） （qv）/（qv） /六、为什么圆盘损失不属于流动损失？ 圆盘损失虽然具有流
11、动损失的特点，但它只是消耗原动机的输入功率而不降低叶轮内输送流体的能头。,第五讲 泵与风机的性能曲线 .叶片式泵与风机的性能曲线,一、 （一） / /ctg/（） .90后弯式， ctg .90径向式， ctg / .90前弯式， ctg （二） （） （/ctg/（）,（三） （） （四） 绘出曲线 （面积相减法由曲线开始减）二、 （一） /1000 （）/1000 （二） 机械损失近似与流量无关，再考虑容积损失 （以上两曲线注意影响的作法）,三、 /1000 知、后，可确定四、泵型式和性能曲线关系（与有关） （点击观看随 变化时的泵型式和性能曲线动画） 五、对性能曲线影响六、回流对性能曲线
12、影响 小流量时回流，使得性能曲线在小流量时和增加,第六讲 泵与风机的管路性能曲线及泵与风机的运行工况点 .泵与风机的运行工况点,一、管路系统 .组成： .扬程： （）/ / （/）/ 综合阻力系数 （）/ .性能曲线：,二、泵与风机的运行工况点 将管路性能曲线和泵性能曲线用同样比例画在同一张图上，两条曲线的交点即为泵与风机的运行工况点 为什么为工况点？ 点： 求供 能量不足 点： 供求 能量富裕 所以只有为工况点三、泵与风机运行工况点稳定性 点左： 求供 能量不足 则远离点 点右： 供求 能量富裕 则远离点 这种在受到外界影响而脱离了原来的平衡态后不能再恢复到原来平衡状态的工况点即为不稳定运行
13、工况点 点：同理分析，稳定运行工况点 具有“驼峰”型性能曲线的泵，小流量区域有可能出现不稳定运行工况而产生周期性振荡。,四、影响泵与风机运行工况点变化的一些因素 （“）/， （）/ .或变、变化 .流体密度变化时（） .粘性变化时（增大） .含有固体杂质时,第七讲 泵与风机的相似定律及其应用；泵与风机的比转速 .叶片式泵与风机的相似定律,引入相似定律的原因 反复设计、试验、修改 系列设计 改造一、相似条件： 1.几何相似：实型和模型通流部分相应的线性尺寸成比例，且比值相等，叶片数相同，叶片对应的安装角相等。 .运动相似：实型和模型通流部分各对应点速度三角形相似。 .动力相似：实型和模型通道内各
14、相应点上的流体质点所受的同名称力各对应的方向相同，大小成比例，且比值均相等。,二、相似定律 （一）流量关系： /（/）（/）（/） （二）扬程关系： /（/）（/）（/） （三）功率关系： /（/）（/）（/）/） 因此有下列式子： / / / /,三、关于相似定律的几点说明 .适用条件：几何相似、运动相似 .尺寸效应：/ .20四、相似定律的实际应用 .变化 /（/10130）（273）/（273） /（/10130）（273）/（273） / .变化 / /（/） /（/） /（/） .性能切线的换算 已知、下（），（），（） 求相似、下的性能曲线（），（），（）,. 比转速,一、泵的比转
15、速 3.651/2/3/4 把某一叶轮的几何形状相似地缩小为标准叶轮，使这个标准叶轮在最高效率点工况下，当所产生的扬程为，输送流量为0.075/时所具有的转速。二、风机的比转速 1/2/3/4 当进气状态为非标准状态或非空气时，考虑密度变化 1/2/（1.2/）3/4 把某一叶轮形状相似地缩小为标准叶轮，使这个标准叶轮在最高效率点工况下，当所产生的全压为/，输送流量为/时所具有的转速。,三、关于比转速的几点说明： .max点作为代表 .几何相似，（）都相等 .（）针对单级单吸而言 .单位统一 ，/，/min，/ .（）有因次四、比转速用途 .（）可以反映泵（风机）几何结构特点 .可以大致反映性
16、能曲线的变化趋势 .选用泵与风机时，用（）确定类型,第二章 叶片式泵的性能及结构,泵内汽蚀：汽蚀现象，汽蚀现象对泵工作的危害，泵的几何安装高度及吸上真空高度，有效汽蚀余量，必需汽蚀余量，抗泵内汽蚀的措施； 叶片式泵的结构形式和主要部件； 泵的轴向力及其平衡装置； 泵的轴端密封，火电厂厂用主要 叶片式泵的典型结构类型及特征； 泵性能实验。,第八讲 泵内的汽蚀（一）汽蚀现象，汽蚀现象对泵工作的危害，泵的几何安装高度及吸上真空高度 .泵内的汽蚀,一、汽蚀现象对泵工作的影响 （一）汽蚀现象 .看实物 .人们发现汽蚀现象大约是在上世纪末的事，最先发现在海洋轮船的螺旋桨上。 （二）汽蚀过程 汽泡（蒸气、析
17、出气体）（流向高压区）溃灭（水击）（若发生金属表面附近）金属表面因疲劳而侵蚀侵蚀（蜂窝状、海绵状） （三）侵蚀部位 叶轮叶片背面靠近前盖板处、导叶进口、小流量时、叶轮出口,（四）对泵工作的影响 .缩短泵的使用寿命 侵蚀叶片出现蜂窝状或海绵状侵蚀影响泵性能缩短使用寿命 .影响泵的运转性能 当产生小量汽泡，“潜伏”，不被注意 当产生大量汽泡，“堵塞”，断裂工况 低（105）突降 中（150350）先缓降，后陡降 高（425）缓降 .产生噪声和振动 汽泡溃灭，质点冲击噪声60025000 反复冲击，凝结伴随很大脉动力 脉动频率机组自然频率汽蚀共振,二、泵的几何安装高度与吸上真空高度 .：对一般卧式离
18、心泵而言，泵轴心线距吸水池液面的垂直距离。 / / .：/吸上真空高度 / 分析：当一定时，、近似不变，、 smax0.3 / 注意对于立式离心泵和大型水泵的定义 非标况下的修正公式 /1.01310/0.24/,第九讲 泵内汽蚀（二）汽蚀余量,三、汽蚀余量 （一）有效汽蚀余量 在泵吸入口处，单位重力所具有的超过汽化压力能头的富裕能头。 / 由温度、吸水管路系统、流量决定 又/ 则/ （二）必须汽蚀余量 单位重力流体从泵吸入口至叶轮内压力最低点所必须的压力降。 从泵吸入口到压力进口流动过流面积一般是收缩的，压能动能 液体绕流头部时，点速度最大，压力最低 流速大小方向变化带来流动损失，速度分布不
19、均消耗部分压能压力降低 （）/ 与吸入室、叶轮进口形状、流速有关，与吸入装置无关，即只与泵结构有关。 （三）：通过试验所确定的的临界值 ,四、提高离心泵抗汽蚀性能措施 （一） .设计时选择合适的几何参数 适当加大和 叶片为片 采用正冲角 前盖板进口部分曲率半径增大 .首级叶轮采用双吸式叶轮 .加装诱导轮或采用双重翼叶轮，对其后离心叶轮加压 .超汽蚀叶轮使汽泡依附在超汽蚀叶轮表面，在超汽蚀叶轮出口和离心泵叶轮进口间破灭,（二） .减少吸入管路损失 .合理选择泵的几何安装高度 .设置前置泵 （三）运行中防止汽蚀措施 .规定首级叶轮的汽蚀寿命 .泵应在规定转速下运行 .不允许用吸入系统上阀门调节流量
20、 .泵在运行时若发生汽蚀，；条件允许的话 （四）采用抗汽蚀材料,第十讲 叶片式泵的结构部件（上） . 叶片式泵的结构部件,一、主要部件 .叶轮：原动机输入的机械能传输给流体 2.吸入室：引导液体在流动损失最小的情况下平稳流入叶轮，并使叶轮入口处流速分布均匀。 3.压水室：收集从叶轮中高速流出的液体，使其速度降低，实现部分动能到压能的转化，并把液体在流动损失最小的情况下送入排出管路或下级叶轮。 .泵轴：传递扭矩。,二、轴向力及其平衡装置 .产生轴向力的原因 水泵叶轮的前后盖板的受液体压力的面积大小不等，前后泵腔中液体压强的分布也不尽相同，因此，作用于两盖板上的液体压力以及作用于吸入口的液体压力在
21、轴向上不能平衡，造成一个轴向的力，这个轴向的力是轴向力的主要组成部分。 液体流入叶轮吸入口及从叶轮出口流出，其速度的大小及方向均不相同，液体动量的轴向分量发生了变化，因此，根据动量定理，在轴向作用了一个冲力，或称动反力，这个作用在叶轮上的力也是轴向力的组成部分。 对于立式泵，转子的重量也是轴向力的组成部分，对于卧式泵，则这个轴向力的组成部分不存在。 .离心式泵轴向力的各种平衡方法 单级小型轴向吸入式泵轴向力的平衡径向止推滚珠轴承 采用均压孔来平衡轴向力 单级泵采用双吸式叶轮平衡轴向力 多级泵采用叶轮对称布置的方法来平衡轴向力 平衡盘 平衡鼓 后盖板加铸径向肋筋 导管把后泵腔密封间隙下面部分与吸
22、入口相连,三、轴端密封 .填料密封（注意水封环作用） .机械密封（三道密封） 动、静环端面 静环与压盖的密封 动环和轴的密封 3.迷宫式密封：密封片与轴组成微小间隙，流体通过间隙时由于节流作用产生压力降低， 从而达到密封的目的。,四、火电厂用主要叶片式泵的典型结构类型及特征 （一）给水泵 .其作用是保证向锅炉连续供给高温高压的给水 .适应机组负荷变化，曲线为平坦型 .有分段式和圆筒型 .机组容量逐渐增大，给水泵向高速发展 （二）循环水泵 .其作用是将大量的冷却水输送到凝汽器中去冷 却汽轮机乏气，使之凝结成水，并保持凝汽器的高度真空。 .流量大，扬程低 .主要为轴流泵 （三）凝结水泵 .其作用是
23、使凝结水升压，经低压加热器送往除氧器。 .因为凝结水泵是从高真空状态下的凝汽器热水井中吸凝结水，因此要求凝结水泵抗汽蚀性能要好和入口密封性要好。,第十讲 通风机的结构形式及主要部件（下）. 通风机的结构形式及主要部件,一、轴流式通风机的结构形式及主要部件 .叶轮 .整流罩 .导叶 .扩散筒 .性能稳定装置 .调节装置二、离心式通风机的结构形式及主要部件 （一）结构形式 .旋转方式：从原动机一侧正视有左 和右旋 .进气方式：单吸、双吸，左、右各有五种不同进口角位置 .出风口位置：个 .传动方式： 大号风机联轴器 小号风机直接装在电机上 变速传动皮带轮,（二）主要部件 1.叶轮:传递能量和产生压头
24、的主要部件 .机壳： 蜗壳：收集从叶轮出来的气体并引导至蜗壳的出口 进风口：使气流能均匀的充满叶轮进口，在流动损失最小情况下进入叶轮。 蜗舌：防止部分气流在蜗壳内循环流动。 .导流器：通过改变导流器叶片的角度（开度）来改变通风机性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。 .进气箱：进气箱一般只用在大型或双吸的离心风机上。一方面，当进风口需要转弯时安装进气箱能改善进口流动状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失；另一方面，安装进气箱可使轴承装于通风机的机壳外边，便于安装和维修，对锅炉引风机的轴承工作条件更为有利。 .扩散器：降低气流出口速度，使部分动压转化为静压。,第十一讲 叶片式通风机的选择
25、曲线；通风机的性能实验；火电厂常用叶片式风机的典型结构 . 叶片式通风机的型号、选择曲线及典型结构,一、离心式通风机型号二、离心式风机的选择曲线 .由制造厂提供，便于使用厂家选择风机产品.选择曲线是用对数坐标把标准进口状态下，同系列通风机的性能曲线表示出来。.选择曲线中表示了同系列通风机的主要参数、等之间关系。 .图中三组线条：等、线 等、线均通过每一条曲线中的最高效率点 .如何查法？,三、电厂常用叶片式风机的典型结构类型 （送风机） .型：具有轴向导流器 .动叶可调风机：等效率曲线与管路性能曲线几乎是平行的，因而变负荷运行时的运行效率高，适用于变工况运行。（可变节距） .系列静叶可调子午加速
26、通风机：固定节踞，可调导叶改变风量。,第十二讲 泵与风机的串联及并联运行第四章 泵与风机的运行、调节及选择.泵与风机的串联、并联运行,一、泵与风机的串联 目的：提高（），提高可靠性、经济性 （一）作（）串、（）串原则 在每一相同的点的（）相加 （二）串联运行工况点 .两相同性能串联 点： .两台性能不同的泵 （）时 串，串 （）时 串，串 （）时 串，串 分析：越陡越好 各串联的泵（风机）最佳工况点相近或相等 注意启动顺序,二、并联运行 目的：加大、可靠性、经济性 （一）作（）并、（）并 原则：每一相同点相加 （二）并联运行工况点 .两台性能相同并联，略去、管段阻力 ，（）， .两台不同性能并
27、联,且并联段阻力不能忽略 .当并联泵中一台进行节流调节时的并联运行 .并联泵中一台进行变速调节时的并联运行 （注：如何选泵、电机、安装高度？）,第十三讲 非变速调节 .泵与风机的工况调节之非变速调节,一、节流调节 （一）泵出口管道节流调节 关小阀门、变陡 节流损失 /1000 轴功率 /1000 运行效率运（）/（/） 优点：简便，可靠 缺点：不经济，只能向小于额定流量一方进行调节 适应场合：中小型离心泵，调节范围小。 （二）风机进口节流调节 对风机而言，入口节流调节损失要少于出口节流调节损失。,二、回流调节（分流调节） 某一阀门开度下，在相同点相加 回路管路的流量为 实际流经管路的流量为 通
28、过改变回流管路上的阀门开度，达到调节流量的目的。 有效功率 /1000 功率 /1000 运行效率 运/（/） 优点：简便，可靠 缺点：不经济 适应场合：中小型轴流泵，离心泵特殊场合。,三、汽蚀调节（凝结水泵） 原理：主机负荷热水井水位汽蚀平衡于某值 优点：可自动调节 缺点：对材料要求较高四、离心风机入口导流器调节 简易、轴向、斜叶式导流器 原理：预旋节流，可减小节流损失，比出口节流调节经济 （） 预旋， 优点：简便可靠，当调节量小时，调节效率高 缺点：调节量大时，调节效率低五、动叶调节 改变叶片安装角出口速度三角形发生变化、变化 高 可向方向调节。,第十四讲 变速调节.变速调节 一、采用传动装置变速调节,二、采用小汽轮机直接驱动、调节三、采用交流电动机变速调节 （）（）/ 电动机的同步转速，/min； 转差率； 电动机定子频率，； 电动机定子绕组极对数； 异步电动机的转速。 因此，可变、三种方法,第十五讲 泵与风机的选择. 泵与风机的选择,选择原则：工作要求，安全可靠，经济性适应现场条件 选择程序： .了解工作条件（原始资料）：给出 相应的（） .确定设计参数 （1.051.10） （1.101.15） 或（1.101.15） .确定类型及调节方式 .由、（）确定规格 .经济技术比较,
