第二章 泵与风机性能

P = Ph + ∆Pm，且∆Pm与流量无关 2 Ph = ρgqVT H T / 1000 = ρgqVT K ( A − BqVT ) / 1000 = A′qVT − B′qVT
空载功率 P0=∆Pm+∆PV，若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动，则这部分功 率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，故凝结泵和给水泵不 允许空载运行。 效率与流量性能曲线（ 三、效率与流量性能曲线（η -qV） 泵与风机的 η -qV 性能曲线由下式计算可得，即
∆Pm 机 械损 失功率
∆ PV 容 积损 失功率
∆ Ph 流 动损 失功率
一、机械损失和机械效率 机械损失和机械效率 1、什么是机械损失 机械损失（用功率 ∆Pm 表示）包括：轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦 所损失的功率，一般分别用 ∆Pm1 和 ∆Pm2 表示。 2、机械损失的定性分析 ∆Pm1∝nD2，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及 流体密度有关，约为 1%～ 3%P。 ∆Pm2∝n3D25，叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内流体与盖板之间存在 的摩擦阻力而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。 3、减小机械损失的一些措施 （1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。 （2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。 （3）将铸铁壳腔内表面涂漆，效率可以提高 2%～3%，叶轮盖板和壳腔粗 糙面用砂轮磨光，效率可提高 2%～4%。风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机 的效率要比水泵高。 （4）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取 B/D2=2%～5%。 4、机械效率 机械损失功率的大小，用机械效率 ηm 来衡量。机械效率等于轴功率克服 机械损失后所剩余的功率（即流动功率 Ph）与轴功率 Psh 之比：
η=
Pe ρgHqV pqV = = P 1000 P 1000 P
并随性能表一起附于制造厂家的产品说明书或产品样本中。 右图为与 300MW、600 MW 机组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。
四、离心式泵与风机性能曲线的比较 1、H-qV 性能曲线的比较 对前向式和径向式叶轮，能头性能曲线为一具有驼峰的或呈∽型的曲线， 且随 β2y∞↑曲线弯曲程度↑。 K 点左侧为不稳定工作区。 对后向式叶轮，能头曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低， 不会出现∽型。 结构参数→后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。常见的有陡降 型、平坦型和驼峰型三种基本类型。 不同型式的性能曲线，其工程应用场合不同。应重点给予关注。 陡降型曲线（ 1、陡降型曲线（Kp=25%~30% ） 其特点是： 当流量变化很小时能头变化很大。 例如火力发电厂自江河、 水库取水的循环水泵，就希望有这样的工作性能。 因为，随着季节的变化，江河、水库的水位涨落差非常大，同时水的清洁 度也发生变化；但是，由于凝汽器内真 空度的要求，其流量变化不能太大。 平坦型曲线（ p=8%～ 2、平坦型曲线（Kp=8%～12% ） 其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。例如火力发电厂的给 水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。 因为，汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的，特别是对调峰机组， 负荷变化更大。但是，由于主机安全经济性的要求，汽包、除氧器以及凝 汽器内的压强变化不能太大。 有驼峰的性能曲线（驼峰曲线不能用斜度表示） 3、有驼峰的性能曲线（驼峰曲线不能用斜度表示） 其特点是： 在峰值点 k 左侧出现不稳定工作区， 故设计时应尽量避免 这种情况，或尽量减小不稳定区。 经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角 β2a 和叶片 数，可以避免性能曲线中的驼峰。 轴流式泵与风机性能曲线 自学) 机性能曲线( 五、轴流式泵与风机性能曲线(自学) 1、性能曲线的趋势分析 ①冲角增加，曲线上升； ②边界层分离，叶根出现回流，曲线下降，但趋势较缓； ③叶顶和叶根分别出现二次回流，曲线回升。 2、性能曲线的特点 ①存在不稳定工作区，曲线形状呈∽型； ②空载易过载； ③高效区窄。
ηh =
Pe ρgqV H H p = = = P′ ρgqV H T H T pT
四、泵与风机的总效率 泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：
Pe Ph P ′ Pe η = = = ηmηV ηh Psh Psh Ph P ′
有一输送冷水的离心泵， 【例 1】 有一输送冷水的离心泵，当转速为 1450r/min 时，流量为 qV=1.24m3/s，扬程 H=70m，此时所需的轴功率 P=1100kW，容积效率 =1.24m3/s， =70m， =1100kW， ηV=0.93，机械效率 ηm=0.94，求流动效率为多少?（已知水的密度ρ m=0.94，求流动效率为多少? =1000kg/m3）。 =1000kg/m3）。 由已知，泵的有效功率为： 【解】 由已知，泵的有效功率为： 由已知，泵的有效功率为： 【解】 由已知，泵的有效功率为：
1、为了减小原动机容量和避免启动电流过大，轴流式泵与风机和离心式 为了减小原动机容量和避免启动电流过大， 泵与风机则应在何种情况下启动？为什么。 泵与风机则应在何种情况下启动？为什么。 泵与风机空载时，功率为什么不为零？ 2、泵与风机空载时，功率为什么不为零？
70 0.86 0.94
80 0.875 0.950
90 0.890 0.955
100 0.90 0.96
三、流动损失和流动效率 1、什么是流动损失 流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面发生摩擦、流道几 何形状改变使流速变化而产生旋涡、以及偏离设计工况时产生的冲击等所 造成的损失。 分类 ： 摩擦损失和局部损失 冲击损失 2、流动损失的定性分析 流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的粘性及流速、运行 工况等因素密切相关。 2、流动损失的定性分析 1）摩擦损失和局部损失 当流动处于阻力平方区时，这部分损失与流量 的平方成正比，可定性地用下式表示：
Pe=ρgqV H/1000=1000×9.806×1.24×70/1000=851.161（kW） /1000=1000×9.806×1.24×70/1000=851.161（kW）
所以， =851.161/1100 所以，η = Pe/P=851.161/1100 =0.774=77.4%
ηh=η/(ηVηm)=0.774/(0.9302×0.94)=0.88519=88.52% )=0.774/(0.9302×
1、试提出提高泵与风机效率的几点措施？ 试提出提高泵与风机效率的几点措施？ 提高泵与风机效率的几点措施 2、为什么提高转速并相应地减小叶轮直径可能使叶片式泵与风机的效率 得到提高。 得到提高。
§2-2 叶片式泵与风机性能曲线 引 言 一、能头与流量性能曲线 二、功率与流量性能曲线 三、效率与流量性能曲线 四、轴流式泵与风机性能曲线 五、泵与风机性能曲线的比较 引 言 1、泵与风机的性能及性能曲线
ηm =
P - Pm Ph = P P
机械效率和比转速有关，表 1-3 可用来粗略估算泵的机械效率。 的关系（ 表 1-3 ηm 与 ns 的关系（泵） 比转速
ns
50 84
60 87
ห้องสมุดไป่ตู้
70 89
80 91
90 92
100 93
机械效率ηm（%）
二、容积损失和容积效率 当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，部分流体从高压 侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称为容积（泄漏）损失，用功率 ∆PV 表示。 （一）泵的容积损失 （二）通风机的容积损失 （一）泵的容积损失 1、泵的容积损失主要发生在以下几个部位 叶轮入口与外壳之间的间隙处； 多级泵的级间间隙处； 平衡轴向力装置与外壳之间的间隙处以及轴封间隙处等。 2、轴向力的产生
2 2 2 hf + hj = K 1qV + K 2 qV = K 3 qV
2）冲击损失 当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出口处，流速变化 使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失。 冲击损失可用下式估算，即
hs = K 4 ( qV − qVd ) 2
3、流动效率 流动损失的大小用流动效率 ηh 来衡量。流动效率等于考虑流动损失后的 功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的功率之比 ，即
第二章 泵与风机的性能
§2-1 叶片式泵与风机的损失和效率 §2-2 叶片式泵与风机性能曲线 §2-1 叶片式泵与风机的损失和效率 引 言 一、机械损失和机械效率 二、容积损失和容积效率 三、流动损失和流动效率 引 言 1、功率和效率
原动机功率 =P／ Pｇ=P／ηtm
轴功率 P = P e／ η
有效功率 Pe = ρgqvH/1000 Pe =p全压qv
原动机
原动机配套功率 PM=KPg
传动效率 ηtm
泵与风机效率η
2、损失与功率 由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经泵与风机时不可避免地要产 生各种能量损失。 哪些损失？在哪些部位？与那些因素有关？⇒ 措施→η↑。
P
P - ∆ Pm q VT HT
P- ∆Pm -∆Pv qV HT
Pe qV H
3、平衡轴向力装置 4、减小泵容积损失的措施 为了减小叶轮入口处的容积损失 q1， 一般在入口处都装有密封环 （承磨环 或口环），如图下所示。
检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大→q1↑；密 封间隙过小→∆Pm1↑； （二） 容积效率 容积损失的大小用容积效率 ηV 来衡量。容积效率为考虑容积损失后的功 率与未考虑容积损失前的功率之比：
H T∞
2 qVT 1 u2 u2 u2 c otβ 2a∞ = u2υ2u∞ = (u2 − c otβ 2a∞ ) = − qVT = A - BqVT g g g gπD2b2Ψ πD2b2Ψ
2）H-qV曲线
HT=KHT∞ ，H=HT-hw，qVT-q =qV
二、功率与流量性能曲线（P-qV ） 功率与流量性能曲线（
n=const