1、13 泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造與理論基礎(chǔ),13.1泵與風(fēng)機(jī)的基本構(gòu)造、工作原理13.2泵與風(fēng)機(jī)的基本性能參數(shù)13.3泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線13.4泵的氣蝕與安裝高度13.5相似律與比轉(zhuǎn)數(shù),泵與風(fēng)機(jī)是利用原動機(jī)（電動機(jī)）驅(qū)使使流體提高能量的一種流體機(jī)械。也是一種換能裝置。輸送液體并提高液體能量的流體機(jī)械稱為泵；輸送氣體并提高氣體能量的流體機(jī)械稱為風(fēng)機(jī)。,,,壓能（勢能）,電能,機(jī)械能,（一）葉片式葉片式泵與風(fēng)機(jī)主要是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對流

2、體做功，使流體獲得能量。根據(jù)流體的流動情況，可分為離心式、軸流式、混流式及貫流式幾種。葉片式泵與風(fēng)機(jī)具有效率高、啟動方便、工作穩(wěn)定、性能可靠及容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，用途最為廣泛。,根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)的工作原理，通常可分類如下：葉片式、容積式、其他類型,（二）容積式容積式泵與風(fēng)機(jī)主要是通過運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械內(nèi)部工作容積的改變對流體做功，使流體獲得能量。根據(jù)工作容積結(jié)構(gòu)的不同，又可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。屬于往復(fù)式的如活塞式往復(fù)泵、蒸汽活塞泵等；屬于回轉(zhuǎn)

3、式的如齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵、羅茨鼓風(fēng)機(jī)等。,（三）其他類型的泵與風(fēng)機(jī)除上述兩種類型水泵以外還有利用高速流體工作的射流泵和氣升泵，利用螺旋推進(jìn)原理工作的螺旋泵及利用有壓管道水擊原理工作的水錘泵等其它類型泵。,離心式泵的種類,離心式風(fēng)機(jī)的種類,離心式風(fēng)機(jī)按其產(chǎn)生的壓力不同，可分為三類： ①低壓離心式風(fēng)機(jī) 風(fēng)壓小于981Pa(100mmH2O)。一般用于送風(fēng)系統(tǒng)或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 ②中壓離心式風(fēng)機(jī)

4、 風(fēng)壓在981～2943Pa(即100～300mmH2O)范圍內(nèi)。一般用于除塵系統(tǒng)或管網(wǎng)較長，阻力較大的通風(fēng)系統(tǒng)。 ③高壓離心式風(fēng)機(jī) 風(fēng)壓大于2943Pa(即300mmH2O)。一般用于鍛冶設(shè)備的強(qiáng)制通風(fēng)及某些氣力輸送系統(tǒng)。,圖1低壓離心式風(fēng)機(jī) 圖2中壓離心式風(fēng)機(jī) 圖3 高壓離心式風(fēng)機(jī),泵與風(fēng)機(jī)的應(yīng)用,泵與風(fēng)機(jī)的應(yīng)用范圍很廣泛，是一

5、般的通用機(jī)械。它們廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)及國防工業(yè)等各部門；供熱、工業(yè)通風(fēng)、空調(diào)制冷、鍋爐給水、沖灰除渣、消煙除塵、煤氣工程及給水排水工程等，都離不開泵與風(fēng)機(jī)。如果把城市市政管網(wǎng)比作人身上的血管系統(tǒng)，那么泵與風(fēng)機(jī)就是輸送血液的心臟。,離心式風(fēng)機(jī)按其輸送氣體的性質(zhì)不同，還可以分為：一般通風(fēng)機(jī)、排塵通風(fēng)機(jī)、鍋爐引風(fēng)機(jī)、耐腐蝕通風(fēng)機(jī)、防爆通風(fēng)機(jī)及各種專用風(fēng)機(jī)。按風(fēng)機(jī)材質(zhì)不同又可分為：普通鋼、不銹鋼、塑料以及玻璃鋼離心式通風(fēng)機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，為方

6、便起見，往往使用漢語拼音字頭縮寫來表示通風(fēng)機(jī)的用途，如表2所示。,當(dāng)前泵與風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)：(1)大型化、大容量化。 (2)高速化、高揚(yáng)程化。 (3)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。 (4)自動與節(jié)能。,13.1.1 離心泵的基本構(gòu)造及工作原理,IS型單級單吸臥式離心泵,13.1 泵與風(fēng)機(jī)的基本構(gòu)造、工作原理,吸入口,聯(lián)軸器,出水口,泵殼,吸入口,出水口,,單級雙吸離心泵,吸水管段,吸入口,出水口,壓水管段,,圖9.2 單級

7、雙吸臥式離心泵剖面圖1—泵體； 2—泵蓋； 3—泵軸； 4—葉輪； 5—葉輪上減漏環(huán)； 6—泵殼上減漏環(huán)； 7—水封管；8—充水孔； 9—油孔； 10—雙列滾珠軸承； 11—鍵； 12—填料套； 13—填料環(huán)； 14—填料；15—壓蓋； 16—聯(lián)軸器； 17—油杯指示管； 18—壓水管法蘭； 19—泵座； 20—吸水管；21—泄水孔； 22—放油孔,中開式單級雙吸泵安裝示意圖,SLOW900-900單級雙吸離心泵是專門為深圳自來

8、水廠開發(fā)的大型泵。 該泵泵體重6.3噸，泵蓋重2.5噸，泵的總高度2.8m，進(jìn)出水法蘭間距2.8m，軸承檔間距2.8m，進(jìn)水法蘭最大外徑為1.23m，出水法蘭最大外徑為1.12m。,離心泵的主要零件,葉輪是離心泵的最主要零件之一，它由蓋板、葉片和輪轂等部件組成。,（1）葉輪,葉輪依其蓋板覆蓋情況可分為開式、半開式和封閉式葉輪三種,泵殼的主要作用是以最小的損失匯集由葉輪流出的液體，使其部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?，并均勻地將液體導(dǎo)向水泵出口

9、。,（2）泵殼,泵殼頂部通常設(shè)有灌水漏斗和排氣栓，以便啟動前灌水和排氣。底部有放水方頭螺栓，以便停用或檢修時(shí)泄水。,（3）泵軸,泵軸是用來旋轉(zhuǎn)葉輪并傳遞扭矩的。常用的材料是碳素鋼和不銹鋼。泵軸應(yīng)有足夠的抗扭強(qiáng)度和足夠的剛度。它與葉輪用鍵進(jìn)行連接。,泵座上有收集軸封滴水的水槽，軸向的水槽槽底設(shè)有泄水螺孔，以便隨時(shí)排出由填料盒內(nèi)滲出的水。,（4 ）泵座,（5）軸封裝置,軸封的作用是密閉泵軸與泵殼之間的空隙，以防止泵內(nèi)高壓水流出泵外和防止空氣

10、進(jìn)入泵內(nèi)。,,（6）聯(lián)軸器,聯(lián)軸器是用來聯(lián)接水泵軸和電機(jī)軸的部件，又稱靠背輪，有剛性和撓性兩種。 剛性聯(lián)軸器實(shí)際上就是兩個(gè)圓法蘭盤用螺栓連接，它對泵軸與電機(jī)軸的不同心無調(diào)節(jié)余地，當(dāng)泵軸與電機(jī)軸偏心時(shí)，可能會加劇機(jī)組的振動； 撓性聯(lián)軸器是用帶有橡膠圈的鋼柱銷聯(lián)接。它能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)水泵軸與電機(jī)軸的不同心度，從而減小轉(zhuǎn)動時(shí)因機(jī)軸少量偏心而引起的軸周期性彎曲應(yīng)力和振動。,（6 ）減漏裝置,減少漏損和防止磨損的作用，稱

11、為減漏環(huán)或承磨環(huán),（7）軸向力平衡措施,單吸離心泵或某些多級泵的葉輪有軸向推力存在，產(chǎn)生軸向推力的原因是作用在葉輪兩側(cè)的流體壓力不平衡造成的。,離心泵的管路及附件,1—離心式泵；2—電動機(jī)；3—攔污柵；4—底閥；5—真空表；6—防振件；7—壓力表；8—止回閥；9—閘閥；10—排水管； 11—吸水管；12—支座；13—排水溝；14—壓水管,吸水管段,壓水管段,離心泵工作原理,13.1.2離心風(fēng)機(jī)的基本構(gòu)造及工作原理,離心式風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)分解

12、示意圖1—吸入口； 2—葉輪前盤； 3—葉片； 4—后盤； 5—機(jī)殼； 6—出口；7—截流板，即風(fēng)舌； 8—支架,葉輪是離心通風(fēng)機(jī)的主要零件，葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何形狀對通風(fēng)機(jī)的性能有著重要影響。葉輪一般由前盤、后盤、葉片和輪轂所組成，其結(jié)構(gòu)有焊接和鉚接兩種形式。,（1）葉輪,離心風(fēng)機(jī)葉輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù),D0為葉輪進(jìn)口直徑，D1為葉片進(jìn)口直徑，D2為葉片出口直徑，即葉輪外徑，b1為葉片進(jìn)口寬度，b2為葉片出口寬度，β1為葉片進(jìn)口安裝角，

13、β2為葉片出口安裝角。,葉片是葉輪最主要的部分，離心風(fēng)機(jī)的葉片，一般為6～64個(gè)。葉片的形狀、數(shù)量及其出口安裝角度對通風(fēng)機(jī)的性能有很大影響。根據(jù)葉片出口安裝角度的不同，可將葉輪的形式分為以下三種。,徑向葉片的葉輪,后向葉片的葉輪,前向葉片的葉輪,（1）前向葉片的葉輪葉片出口安裝角度β2>90°，其中(a)為薄板前向葉輪，(b)為多葉前向葉輪。這種類型的葉輪流道短而出口寬度較寬。葉輪能量損失大，整機(jī)效率低，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲大

14、，但產(chǎn)生的風(fēng)壓較高，此類葉型的葉輪多用于中小型離心風(fēng)機(jī)。,（2）徑向葉片的葉輪 葉片出口安裝角度β2=90°，其中(d)為曲線形徑向葉輪，(e)為直線形徑向葉輪。前者制作復(fù)雜，但損失小，后者則相反。其特點(diǎn)介于前向型葉片與后向型葉片之間。,（3）后向葉片的葉輪葉片出口安裝角β2<90°。其中(c)為薄板后向葉輪，(f)為機(jī)翼形后向葉輪。這類葉型的葉輪能量損失少，整機(jī)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲小，但產(chǎn)生的風(fēng)壓

15、較低，一般大型離心風(fēng)機(jī)多采用此類葉型的葉輪。,離心風(fēng)機(jī)葉片的形狀有：平板形、圓弧形和中空機(jī)翼形等幾種。平板形葉片制造簡單。目前，前向葉片一般多采用圓弧形葉片。在后向葉片中，對于大型離心風(fēng)機(jī)多采用機(jī)翼形葉片，而對于中、小型離心風(fēng)機(jī)，則以采用圓弧形和平板形葉片為宜。我國生產(chǎn)的4-72型離心風(fēng)機(jī)均采用中空機(jī)翼形葉片。,(a)平板葉片； (b)圓弧窄葉片； (c)圓弧葉片； (d)機(jī)翼型葉片,（2）機(jī)殼,風(fēng)機(jī)的機(jī)殼與泵殼相似，

16、呈蝸殼形。它的作用是匯集葉輪中甩出來的氣體，并將部分動壓轉(zhuǎn)換為靜壓，最后將氣體導(dǎo)向出口。,機(jī)殼可以用鋼板、塑料板、玻璃鋼等材料制成，其斷面有方形和圓形兩種，一般中、低壓風(fēng)機(jī)多呈方形，高壓風(fēng)機(jī)則呈圓形。目前研制生產(chǎn)的新型風(fēng)機(jī)的機(jī)殼能在一定的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)用戶對出風(fēng)口方向的不同需要。,（3） 吸入口,風(fēng)機(jī)的吸入口又稱集流器。作用是保證氣流能均勻地充滿葉輪進(jìn)口截面，降低流動損失。,(a)圓筒形； (b)圓錐形； (c) 圓弧形； (

17、d)錐筒形； (e)弧筒形； (f)錐弧形,進(jìn)氣箱一般只使用在大型的或雙吸的離心風(fēng)機(jī)上。其主要作用可使軸承裝于風(fēng)機(jī)的機(jī)殼外邊，便于安裝與檢修，對改善鍋爐引風(fēng)機(jī)的軸承工作條件更為有利。對進(jìn)風(fēng)口直接裝有彎管的風(fēng)機(jī)，在進(jìn)風(fēng)口前裝上進(jìn)氣箱，能減少因氣流不均勻進(jìn)入葉輪產(chǎn)生的流動損失。斷面逐漸收斂的進(jìn)氣箱的效果較好。,（4） 進(jìn)氣箱,一般在大型離心式風(fēng)機(jī)或要求性能調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的流道內(nèi)裝置前導(dǎo)器。改變前導(dǎo)器葉片的角度，能擴(kuò)大風(fēng)機(jī)性能

18、、使用范圍和提高調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性。前導(dǎo)器有軸向式和徑向式兩種。,（5） 前導(dǎo)器,擴(kuò)散器裝于風(fēng)機(jī)機(jī)殼出口處，其作用是降低出口流體速度，使部分動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。根據(jù)出口管路的需要，擴(kuò)散器有圓形截面和方形截面兩種。,（6）擴(kuò)散器,離心風(fēng)機(jī)的工作原理,離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式,（1）離心風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式,離心式風(fēng)機(jī)可以做成右旋轉(zhuǎn)或左旋轉(zhuǎn)兩種形式。從原動機(jī)一端正視葉輪，葉輪旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針方向的稱為右旋轉(zhuǎn)，用“右”表示；葉輪旋轉(zhuǎn)為逆時(shí)針方向的稱為左旋轉(zhuǎn)，用“左”表

19、示。但必須注意葉輪只能順著蝸殼螺旋線的展開方向旋轉(zhuǎn)。,（2）離心風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口位置,（3） 離心風(fēng)機(jī)的支承與傳動方式,（4） 離心式風(fēng)機(jī)的表示方法,13.1.3 軸流泵與風(fēng)機(jī)的基本構(gòu)造及工作原理,軸流泵的主要零件,1—吸入管；2—葉片；3—葉輪；4—導(dǎo)葉；5—軸；6—機(jī)殼；7—壓水管,軸流泵的外形很像一根彎管。根據(jù)安裝方式不同，軸流泵通常分為立式、臥式和斜式三種。 軸流泵主要由吸入管、葉輪、導(dǎo)葉、軸和

20、軸承、機(jī)殼、出水彎管及軸封裝置等零部件組成。,（1）吸水管。 形狀如流線型的喇叭管，以便匯集水流，并使其得到良好的水力條件。,（2）葉輪。 是軸流泵的主要工作部件。按其調(diào)節(jié)的可能性分為固定式、半調(diào)式和全調(diào)式三種,半調(diào)式葉片1—葉片；2—輪轂體；3—角度位置；4—調(diào)節(jié)螺母,（3）導(dǎo)葉： 導(dǎo)葉固定在泵殼上，也有安裝在泵軸上的，一般為3～6片。水流經(jīng)過導(dǎo)葉時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動受限制而作直線運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的動

21、能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。因此，?dǎo)葉的作用是把葉輪中向上流出的水流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)檩S向運(yùn)動，并減少水頭損失。,1—吸入管；2—葉片；3—葉輪；4—導(dǎo)葉；5—軸；6—機(jī)殼；7—壓水管,（4）軸和軸承： 泵軸是用來傳遞扭矩的，全調(diào)節(jié)軸流泵泵軸做成空心，里面安置調(diào)節(jié)操作油管。軸承有兩種，一種稱為導(dǎo)軸承，主要用來承受徑向力，起徑向定位作用；另一種稱為推力軸承，在立式軸流泵中用來承受水流作用在葉片上方的壓力及水泵轉(zhuǎn)動部件重量，維持轉(zhuǎn)子的軸向位

22、置，并將這些推力傳遞到機(jī)組的基礎(chǔ)上去。 （5）軸封裝置： 軸流泵出水彎管的軸孔處需要設(shè)置軸封裝置，目前常用的軸封裝置和離心泵相似。,軸流式風(fēng)機(jī)的主要零件,主要由圓形風(fēng)筒、鐘罩形吸入口、裝有扭曲葉片的輪轂、流線形輪轂罩、電動機(jī)、電動機(jī)罩、擴(kuò)壓管等零部件組成。,軸流式風(fēng)機(jī)基本構(gòu)造圖1—圓形風(fēng)筒；2—葉片及輪轂；3—鐘罩形吸入口；4—擴(kuò)壓管；5—電機(jī)及輪轂罩,軸流式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理,軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪

23、形狀與離心式泵與風(fēng)機(jī)不同，不是扁平的圓盤，而是一個(gè)圓柱體。其葉片呈迥轉(zhuǎn)狀，有螺旋漿形、機(jī)翼形等。軸流泵的葉輪和泵軸一起安裝在圓筒形的機(jī)殼中，機(jī)殼浸沒在液體中。泵軸的伸出端通過聯(lián)軸器與電動機(jī)聯(lián)接。 當(dāng)電動機(jī)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，由于葉片對流體的推力作用，迫使自吸入管吸入機(jī)殼的流體產(chǎn)生迥轉(zhuǎn)上升運(yùn)動，從而使流體的壓強(qiáng)及流速增高。增速增壓后的流體經(jīng)固定在機(jī)殼上的導(dǎo)葉作用，使流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)檩S向運(yùn)動，把旋轉(zhuǎn)的動能變?yōu)閴毫δ芏?/p>

24、壓出管流出。,軸流泵,軸流風(fēng)機(jī),葉輪1、固定式 2、半調(diào)節(jié),ZLB型立式軸流泵,13.2泵與風(fēng)機(jī)的基本性能參數(shù),泵與風(fēng)機(jī)的基本性能參數(shù)有：（1）流量。是指泵與風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所輸送的流體體積，即體積流量，以符號Q表示，單位為L/s、m3/h或m3/s。（2）揚(yáng)程（全壓或壓頭）。單位重量流體通過泵與風(fēng)機(jī)后獲得的能量增量。 流經(jīng)泵的出口斷面與進(jìn)口斷面單位重量流體所具有總能量之差稱為泵的揚(yáng)程，以符號H表示，單位是Pa或

25、mH2O。 流經(jīng)風(fēng)機(jī)出口斷面與進(jìn)口斷面單位體積流體具有的總能量之差稱為風(fēng)機(jī)的全壓，以符號P表示，單位是Pa或mH2O。,（3）功率。功率主要有兩種。有效功率：是指在單位時(shí)間內(nèi)通過泵與風(fēng)機(jī)的全部流體獲得的總能量。這部分功率完全傳遞給通過泵與風(fēng)機(jī)的流體，以符號Ne表示，它等于流量和揚(yáng)程（全壓）的乘積，常用的單位是kW，可按下式計(jì)算： 軸功率：是指原動

26、機(jī)加在泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率，以符號N表示，常用的單位是kW。泵或風(fēng)機(jī)不可能將原動機(jī)輸入的功率完全傳遞給流體，還有一部分功率被損耗掉了，這些損耗包括：①轉(zhuǎn)動時(shí)，由于摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損失；②克服流動阻力產(chǎn)生的水力損失；③由于泄漏產(chǎn)生的容積損失等。,（4）效率。效率反映了泵或風(fēng)機(jī)將軸功率N轉(zhuǎn)化為有效功率Ne的程度，有效功率Ne與軸功率N的比值稱為效率η，即,,效率是衡量泵與風(fēng)機(jī)性能好壞的一項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。軸功率的計(jì)算公式為：,,（5）轉(zhuǎn)速。是

27、指泵與風(fēng)機(jī)葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)， 用符號n表示，單位是r/min(rpm)。轉(zhuǎn)速是影響泵與風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的一個(gè)重要因素，泵與風(fēng)機(jī)是按一定的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的，當(dāng)泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速不同于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí)，泵與風(fēng)機(jī)的其它性能參數(shù)將按一定的規(guī)律變化。,（6）允許吸上真空高度Hs及汽蝕余量Hsv（或Δh)。 允許吸上真空高度是指水泵在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(即水溫為20℃、水泵工作環(huán)境壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325KPa)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水泵吸入口處(一般指真

28、空表連接處)所允許的最大吸上真空高度。單位為mH2O。水泵樣本中提供了Hs值，是水泵生產(chǎn)廠按國家規(guī)定通過汽蝕試驗(yàn)得到的，它反映了離心泵的吸水能力。 汽蝕余量是指水泵吸入口處單位重量液體必須具有的超過飽和蒸汽壓力的富余能量，也稱為必須的凈正吸入水頭。汽蝕余量一般用來反映泵的吸水性能，其單位仍為mH2O。 Hs值與Hsv值是從不同角度反映水泵吸水性能的參數(shù)，通常，Hs值越大，水泵吸水性能越好；Hsv越小，

29、水泵吸水性能越好。Hs及Hsv是確定水泵安裝高度的參數(shù)。,為了方便用戶使用，水泵制造廠家提供兩種性能資料。一是水泵樣本。在樣本中，除了水泵的結(jié)構(gòu)、尺寸外，主要提供一套各性能參數(shù)相互之間關(guān)系的性能曲線，以便用戶全面了解該水泵的性質(zhì)。二是在每臺泵或風(fēng)機(jī)的機(jī)殼上都釘有一塊銘牌，銘牌上簡明地列出了該泵或風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，效率為最高時(shí)的流量、揚(yáng)程(或全壓)、轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率及允許吸上真空高度值。,IS65-50-125型單級單吸懸臂式離心泵銘

30、牌：,銘牌上泵的型號為IS65-50-125，其中IS表示國際標(biāo)準(zhǔn)離心泵；65表示進(jìn)口直徑為65mm；50表示出口直徑為50mm；125表示葉輪名義直徑為125mm。,4-72型離心風(fēng)機(jī)銘牌：,銘牌上風(fēng)機(jī)的型號為4-72№5，其中4表示風(fēng)機(jī)在最高效率點(diǎn)時(shí)全壓系數(shù)乘l0后的化整數(shù)，本例風(fēng)機(jī)的全壓系數(shù)0.4；72表示比轉(zhuǎn)數(shù)；№5代表風(fēng)機(jī)的機(jī)號，以風(fēng)機(jī)葉輪外徑的分米數(shù)表示，№5表示葉輪外徑為500mm。,13.3 泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線,泵和風(fēng)

31、機(jī)的性能曲線實(shí)際上都是由制造廠根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的。這些性能曲線是選用泵或風(fēng)機(jī)和分析其運(yùn)行工況的根據(jù)。 性能曲線包括三條線：Q — H 關(guān)系曲線，Q — N 關(guān)系曲線，Q — η關(guān)系曲線。都是泵與風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的基本性能曲線。其中Q — H曲線最重要，它揭示了泵與風(fēng)機(jī)的兩個(gè)最重要、最有實(shí)用意義的性能參數(shù)之間的關(guān)系。,IS65-40-200型單級單吸離心泵的性能曲線,4-72No5型離心式風(fēng)機(jī)的性能曲線,離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線

32、的特點(diǎn)： 從上面兩圖可以看出： Q — H 關(guān)系曲線一般是下降的，Q — N 關(guān)系曲線是上揚(yáng)的，離心式泵與風(fēng)機(jī)應(yīng)該閉閥門啟動。Q —η曲線為駝峰型，其最高點(diǎn)表明為最大效率，它的位置與設(shè)計(jì)流量相對應(yīng)的。最高效率點(diǎn)的±10%的區(qū)間內(nèi)屬于高效區(qū)段，也是經(jīng)濟(jì)使用范圍。,,,(a)軸流泵性能曲線； (b)軸流風(fēng)機(jī)性能曲線,（1）Q—H曲線呈陡降型，曲線上有拐點(diǎn)。揚(yáng)程隨流量的減

33、小而急劇增大，當(dāng)流量Q=0時(shí)，揚(yáng)程達(dá)到最大值。軸流式泵或風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中只適宜在較大的流量下工作。（2）Q—N曲線也呈陡降曲線。軸流式泵或風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)在閘閥全開的情況下來啟動電動機(jī)，一般稱為“開閘啟動”。實(shí)際工作中，軸流式泵或風(fēng)機(jī)在啟動時(shí)總會經(jīng)歷一個(gè)低流量階段，因而在選配電機(jī)時(shí)，應(yīng)注意留出足夠的余量。（3）Q—η曲線呈駝峰型。這表明軸流式泵或風(fēng)機(jī)的高效率工作范圍很窄。因此，一般軸流式泵或風(fēng)機(jī)均不設(shè)置調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)流量，而采用調(diào)節(jié)葉片安裝

34、角度或改變轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)流量。,軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線特點(diǎn)：,,,。,13.4 泵的汽蝕與安裝高度,13.4.1 汽蝕及其危害,水泵氣蝕的兩個(gè)階段：①汽蝕第一階段：表現(xiàn)在水泵外部有輕微噪音和振動，水泵揚(yáng)程和功率開始有些下降。②汽蝕第二階段：空穴區(qū)會突然擴(kuò)大，這時(shí)，水泵的H、N、η將到達(dá)臨界值而急劇下降，最后終于停止出水。,氣蝕對水泵的危害通常表現(xiàn)為以下三種現(xiàn)象：（1）對葉輪的破壞（2）產(chǎn)生噪音和振動（3）使泵的性能下降

35、：,13.4.2 泵的安裝高度,,,泵吸入口的真空高度Hs 和幾何安裝高度Hg的關(guān)系為,通常泵是在一定流量下運(yùn)行的， 及∑hws都應(yīng)是定值，所以Hs將隨Hg的增加而增加。如果吸入口增加至某一最大值Hsmax時(shí)，即泵的吸入口處壓強(qiáng)接近液體的汽化壓強(qiáng)時(shí)，泵內(nèi)就會開始出現(xiàn)汽蝕。為避免發(fā)生汽蝕，實(shí)際Hs必須滿足：,,,在已知泵的允許吸入口真空度[Hs]的條件下，可用公式計(jì)算出“允許的”水泵安裝高度[Hg]，而實(shí)際的安裝高度Hg應(yīng)遵守：

36、,,在應(yīng)用上式時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1）當(dāng)泵的流量增加時(shí)，吸水管水頭損失和泵吸入口速度水頭都隨之增加，導(dǎo)致[Hg]隨流量增加而有所降低。因此，用上式確定泵的安裝高度時(shí)，必須以泵在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最大流量為準(zhǔn)。2）[Hs]值是制造廠在大氣壓為101325Pa和20℃的清水條件下通過實(shí)驗(yàn)得出的，當(dāng)泵的實(shí)際使用條件與上述條件不符時(shí)，應(yīng)對產(chǎn)品樣本上規(guī)定的[Hs]值按下式進(jìn)行修正。,,13.4.3 汽蝕余量,把泵進(jìn)口處單位重量液體所具有超過飽和

37、蒸汽壓力的富裕能量稱為汽蝕余量，以符號Δh表示，單位為m。,在工程實(shí)際中，為確保安全運(yùn)行，規(guī)定了一個(gè)必需的氣蝕余量以[△h]表示。必須使葉片入口處的實(shí)際氣蝕余量△h符合下述安全條件：,,汽蝕余量[△h]與泵的允許幾何安裝高度[Hg]之間的關(guān)系式：,,與允許吸入口真空高度[Hs]相同，必須氣蝕余量[△h]也是泵抗汽蝕性能的指標(biāo)。 [Hs]越大，抗汽蝕性能越好； [△h]越小，抗汽蝕性能越好。有的制造廠給出[Hs] ，有的制造廠給出[△h]

38、 。,式中p0——吸液池面絕對壓強(qiáng)，單位Pa； pv——與工作流體相對應(yīng)的汽化壓強(qiáng)，單位Pa。,泵的安裝高度大于零，即泵安裝在吸水池液面以上一定距離，此時(shí)稱該泵為吸入式泵。 當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)中泵輸送的流體溫度較高時(shí)（如供熱管網(wǎng)），或者吸水池液面壓強(qiáng)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮海ㄈ缯羝Y(jié)水管網(wǎng)），都可能導(dǎo)致為負(fù)值，這說明此時(shí)泵必須安裝在吸水池液面以下一定距離，才能保證不發(fā)生汽蝕，此時(shí)稱該泵為灌注式泵。 因此實(shí)際工程中

39、泵的安裝高度一定要具體問題具體分析，才能確保泵的安全運(yùn)行。,【例題】12SH-19A型離心泵，泵進(jìn)水口直徑300mm，泵的允許吸入口真空高度[Hs]=4.5m，流量0.24m3/s，泵吸入管段的水頭損失為1.0m。試求：（1）若泵的幾何安裝高度為3m時(shí)，輸送常溫清水，該泵能否正常工作？（2）若該泵安裝在海拔1000m的地區(qū)，輸送40℃的清水，問泵的最大安裝高度[Hg]為多少？,【解】（1）計(jì)算泵的吸入口流速,,,因?yàn)楸玫膸缀伟惭b高度為3

40、m﹥2.91m，所以此時(shí)泵不能正常工作。,(2)查表，海拔1000m處的大氣壓為9.2m，40℃清水的汽化壓強(qiáng)為0.75m，則修正后的泵允許吸入口真空高度,,,【例題】某單級單吸離心泵，流量Q=70m3/h，必須氣蝕余量[△h]=2.3m，從封閉容器抽送40℃的清水，封閉容器液面絕對壓強(qiáng)為8.8KPa，泵吸入管段水頭損失為0.5 m，試求該泵的允許安裝高度？（40℃水的密度為992kg/m3）,【解】查表得40℃水的汽化壓強(qiáng),,泵的允許

41、安裝高度為負(fù)值，說明此時(shí)泵必須安裝在封閉容器液面以下2.64 m，才能保證不發(fā)生汽蝕。,,13.5 相似律與比轉(zhuǎn)數(shù),泵或風(fēng)機(jī)的相似律表明了同一系列相似機(jī)器的相似工況之間的相似關(guān)系。泵或風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造通常是按“系列”進(jìn)行的。同一系列中，大小不等的泵或風(fēng)機(jī)都是相似的，也就是說它們之間的流體力學(xué)性質(zhì)遵循本書所闡明的力學(xué)相似原理。相似律是根據(jù)相似原理導(dǎo)出的，除用于設(shè)計(jì)泵或風(fēng)機(jī)外，對于從事本專業(yè)的工作人員來說，更重要的還在于用來作為運(yùn)行、調(diào)節(jié)

42、和選用型號等的理論根據(jù)和實(shí)用工具。,13.5.1 泵與風(fēng)機(jī)的相似條件,根據(jù)力學(xué)相似理論，流體在兩臺泵或風(fēng)機(jī)中作相似流動，其相似條件為：幾何相似、運(yùn)動相似和動力相似。,（1）幾何相似 兩相似泵或風(fēng)機(jī)的各過流部分一切相對應(yīng)的尺寸比例相等，相對應(yīng)的角度相等，即：,,,（2）運(yùn)動相似 兩臺相似的泵或風(fēng)機(jī)，各相應(yīng)點(diǎn)上速度三角形相似。即相應(yīng)點(diǎn)的同名速度方向相同，大小比值等于常數(shù)。即,,,,凡是滿足幾何相似和運(yùn)動相

43、似條件的兩臺泵或風(fēng)機(jī)稱工況相似的泵或風(fēng)機(jī)。,（3）動力相似,動力相似要求作用于流體的同名力之間的比值相等。作用在泵或風(fēng)機(jī)內(nèi)流體的諸力中，主要是壓力，對于黏性力，由于雷諾數(shù)較大，所以影響不大，一般可以略而不計(jì)自動滿足動力相似。,13.5.2 相似律,在相似工況下，研究原型與模型之間流量、揚(yáng)程和功率的關(guān)系，此關(guān)系叫相似律。,（1）流量相似定律：,,（2）揚(yáng)程（壓頭）相似定律：,,,（3）功率相似定律：,,注意各個(gè)物理量的含義,,,,,,,

44、,,,以上各公式中的 、 、 分別表示相似機(jī)的泄漏效率、水力效率、機(jī)械效率比例常數(shù)， 為密度比例常數(shù)。如果兩個(gè)工況相似的泵或風(fēng)機(jī)的尺寸比值不是很大，轉(zhuǎn)速的比值也不很大，可近似認(rèn)為兩臺相似泵或風(fēng)機(jī)的各種效率均相等，于是得到：,13.5.3 比例律,把相似定律應(yīng)用于不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同一臺泵或風(fēng)機(jī)時(shí)，,,,,則相似律變?yōu)椋?,,,上述公式是同一臺水泵在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，性能參數(shù)的換算公式，是相似定律的一個(gè)特殊形式，稱為

45、比例律。,13.5.4 比轉(zhuǎn)數(shù),對不同系列的泵或風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較時(shí)，就提出一個(gè)代表整個(gè)系列泵或風(fēng)機(jī)的單一的綜合性能系數(shù)，即比轉(zhuǎn)數(shù)。所謂比轉(zhuǎn)數(shù)是從每一相似泵群中設(shè)法給出一臺標(biāo)準(zhǔn)模型泵作為代表，用它的主要性能參數(shù)(Q、H、n、η)綜合出來的一個(gè)反映該相似泵群的共同特性和葉輪構(gòu)造的特征數(shù)，用符號表示，單位r/min。同一系列泵或風(fēng)機(jī)具有唯一的比轉(zhuǎn)數(shù)，不同系列的泵或風(fēng)機(jī)因不相似而具有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)。,我國規(guī)定，在相似系列水泵中，確定某種標(biāo)準(zhǔn)水泵，該

46、標(biāo)準(zhǔn)水泵在最高效率的情況下，有效功率Nm=1馬力(1HP = 735.5W)，揚(yáng)程Hm=1m，流量Qm=0.075m3/s時(shí)，此標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速稱為該系列泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns，在數(shù)值上n0=ns。水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)公式為,水泵的比轉(zhuǎn)數(shù),,Q—實(shí)際泵的設(shè)計(jì)流量(m3/s)。對單級雙吸式離心泵，以Q /2代入；H—實(shí)際泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程(m)。對多級泵以H/P代人，P為級數(shù)；,在相似系列風(fēng)機(jī)中，確定某種標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機(jī)，該標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機(jī)在最高效率的情況下，全壓 ΔPm=

47、1mmH2O，流量Qm=1m3/s時(shí)，此標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速稱為該系列風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)ns，即n0=ns。風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)公式為,風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù),,比轉(zhuǎn)數(shù)的特點(diǎn)和實(shí)用意義參見教材,13.5.5 相似律、比例律及比轉(zhuǎn)數(shù)的實(shí)際應(yīng)用,流體的密度改變時(shí)性能參數(shù)的換算,同一臺泵或風(fēng)機(jī)，當(dāng)輸送流體密度發(fā)生變化時(shí)按相似律進(jìn)行換算，能得到實(shí)際條件下泵或風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)。 若以角標(biāo)“0”表示樣本條件，即廠家在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓pa=101.325kPa和空氣

48、溫度t0=20℃條件下經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出的性能數(shù)據(jù)，無角標(biāo)表示實(shí)際條件，因λL=1， λ n=1，于是可得以下關(guān)系式：,,,,,【例題】現(xiàn)有燃煤鍋爐所配備引風(fēng)機(jī)一臺，銘牌上的參數(shù)為n0=960r/min，P0=230mmH2O，Q0=12000m3／h，η=65％。配用電機(jī)功率為22kW，三角皮帶傳動，傳動效率η t=98％，今用此引風(fēng)機(jī)輸送溫度為20℃的清潔空氣，n不變，求在這種實(shí)際情況下風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，并校核配用電機(jī)的功率能否滿足要求。,【

49、解】 因?yàn)樵擄L(fēng)機(jī)銘牌上的參數(shù)是在大氣壓為101.325kPa、介質(zhì)溫度為200℃條件下給出的(該狀態(tài)下空氣的容重γ 0=7.31N/m3)。如果送20℃空氣時(shí)，其相應(yīng)的容重γ =11.77N/m3，由相似定律可知該風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能參數(shù)為：,Q = Q0 =12000 m3／h,,,配用電機(jī)的功率滿足實(shí)際需要。,校核配用電機(jī)的功率,轉(zhuǎn)速改變時(shí)性能參數(shù)的換算,同一臺泵或風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化，泵或風(fēng)機(jī)的流量、揚(yáng)程及功率都將隨之變化，按比例律

50、進(jìn)行換算，求得在新轉(zhuǎn)速下的性能參數(shù)。在工程實(shí)際中，很有用處。,【例】 型號為IS80-65-160離心式清水泵銘牌上表示的性能參數(shù)為：n0=2900r/min，流量Q0=50m3/h，揚(yáng)程H0=32m，軸功率N0=5.97kW，效率η=73％，如果該泵在n=1450r/min情況下運(yùn)行，試問相應(yīng)的流量Q、揚(yáng)程H、軸功率N各為多少?,【解】 根據(jù)比例律公式,,,,性能曲線的換算,當(dāng)已知泵或風(fēng)機(jī)在某一葉輪直徑D2m和轉(zhuǎn)速nm下的性能曲線