第八章 流体机械的性能曲线和运行调节

流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。常见的有陡 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 三种基本类型。 降型、平坦型和驼峰型三种基本类型。
陡降型
Ｈ
缓降型
驼峰型
qV
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用 （1）陡降型曲线
η 理论 实际
ηmax
qVd
效率曲线
qVmax
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
（四）、性能曲线的分析 ）、性能曲线的分析
1.最佳工况点和经济工作区 最佳工况点和经济工作区 2.离心泵的空载起动和防止汽蚀 离心泵的空载起动和防止汽蚀 当qV=0时，实际功率并不等于零。因为空载运转时，机 时 实际功率并不等于零。因为空载运转时， 械摩擦损失仍然存在。 械摩擦损失仍然存在。一般离心式泵或风机的实际功率随 流量加大而增大，空载功率最小， 流量加大而增大，空载功率最小，所以离心式泵或风机应 空载启动，以免电机超载。 空载启动，以免电机超载。 若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动， 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， 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。
β2 > 90o
ＨＴ∞
增大时，Ｈ 减小，流量－ 当ｑＶＴ增大时，ＨＴ∞减小，流量－扬 程关系曲线是一条向下倾斜的直线。 程关系曲线是一条向下倾斜的直线。 Ａ
β2 = 90o
径向式
径向式叶轮
β2 = 90 cot β2 = 0
o
B＝0
u g
2
2
β2 < 90o
Ｏ ｑＶＴ
增大时，Ｈ 减小，流量－ 当ｑＶＴ增大时，ＨＴ∞减小，流量－扬 程关系曲线是一条水平的直线。 程关系曲线是一条水平的直线。
o 2 2
qVT
理论功率曲线是向下凹的二次曲线。 理论功率曲线是向下凹的二次曲线。
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用 根据以上分析， 根据以上分析，可以定性地说明不同叶型的泵 或风机性能曲线的变化趋势， 或风机性能曲线的变化趋势，对于研究实际性能曲 线是很有意义的。 线是很有意义的。同时理论性能曲线还可以解释泵 或风机在运转中产生一些问题的原因。 或风机在运转中产生一些问题的原因。如由理论功 率曲线可以看出， 率曲线可以看出，前弯式叶轮的轴功率随流量增加 而迅速增长，因此这种风机在运行中，电机很容易 而迅速增长，因此这种风机在运行中， 超载，而后弯式叶轮几乎不会发生超载。 超载，而后弯式叶轮几乎不会发生超载。
o 2 2
理论功率曲线是一条直线。 理论功率曲线是一条直线。
PT
β > 90
2
o
对于前弯式叶轮
β > 90 , cot β < 0, B < 0
o 2 2
β = 90
2
o
理论功率曲线是向上凹的二次曲线。 理论功率曲线是向上凹的二次曲线。
β < 90
2
o
对于后弯式叶轮
β < 90 , cot β > 0, B > 0
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
2.实际特性曲线 实际特性曲线
由于存在机械损失，实际轴功率大于理论功率。 由于存在机械损失，实际轴功率大于理论功率。
P = P + ∆P = γq H + ∆P
T m VT T
m
P
理论的P-q 理论的 V曲线
以后弯式叶片为例， 以后弯式叶片为例，由上式 可知， 可知，在理论功率性能曲线上 加上机械损失功率 ∆Pm 即得 理论流量的特性曲线。 理论流量的特性曲线。 说明： 说明： 随流量变化很小， （∆Pm随流量变化很小，可 随流量变化很小 以认为是一恒定的值） 以认为是一恒定的值）
第五节 流体机械的旋转失速与喘振
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
第一节
流体机械的性能曲线
泵或风机的主要性能参数有流量q 泵或风机的主要性能参数有流量 V、扬程H(或全 或全 和效率η 压PtF)、功率P和效率η 。这些参数之间有着一定的相 、 互联系，反映这些性能参数间变化关系的曲线， 互联系，反映这些性能参数间变化关系的曲线，称为 泵与风机的特性曲线 特性曲线。 泵与风机的特性曲线。
特点是：当流量变化很小时能头变化很大。 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， 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。 性能。 因为， 随着季节的变化 ， 江河 、 水库的水位涨落差非 因为 ， 随着季节的变化， 江河、 常大， 均会影响到循环水泵 常大，同时水的清洁度也发生变化 ， 均会影响到循环水泵 工作性能（ 扬程） 的 工作性能 （ 扬程 ） ， 因而要求循环水泵应具有当扬程变 化较大时而流量变化较小的特性。
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用 （3）有驼峰的性能曲线
左侧出现不稳定工作区， 其特点是：在峰值点 左侧出现不稳定工作区，故设计时 特点是： 应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。 应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。 经验证明，对离心式泵合理的选择叶片安装角β2a 和 经验证明， 叶片数z，可以避免性能曲线中的驼峰。 叶片数 ，可以避免性能曲线中的驼峰。
HT=KHT∞ ∞
② 考虑叶轮中流动损失
ＨＴ
HT∞-qVT ∞ HT-qVT
∆H = k q
1 1
2 2 V
2
q
H-qV -
H-qVT -
VT
hs
hf+hj
③ 考虑叶轮中冲击损失
∆H = k (q − q )
V设 2
④ 考虑叶轮中泄漏损失
O
qVd
qVＴ
qVT-q =qV
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
2 2 2
2
值具有不同形状的曲线， 可见对于不同的β2值具有不同形状的曲线，当 qVT=0时。三种叶轮的理论功率都等于零，理论功率 时 三种叶轮的理论功率都等于零， 曲线都交于原点。 曲线都交于原点。
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用 对于径向式叶轮
β = 90 , cot β = 0, B = 0
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用 （2）平坦型曲线
特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。 其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。如火力 发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能 就希望有这样的性能。 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， 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， 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， 性的要求 全经济 性的 要求 ， 汽包的压强或凝汽器内的压强变化不 能太大， 因而要求给水泵、 能太大 ， 因而要求给水泵 、 凝结水泵应具有流量变化很 大时，扬程变化不大的特性。 大时，扬程变化不大的特性。
常用的特性曲线有以下三种： 常用的特性曲线有以下三种：
扬程与流量之间的关系曲线
功率与流量之间的关系曲线
效率与流量之间的关系曲线
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
性能曲线的作用
能直观的反映 泵与风机的总 体性能， 体性能，对泵 与风机的安全 、经济运行意 义重大。 义重大。
作为设计及修 改新、 改新、老产品 的依据， 的依据，是相 似设计的基础 ．
常用的泵或风机实际压头曲线有三种类型： 常用的泵或风机实际压头曲线有三种类型： 陡降型、 陡降型、缓降型与驼峰型
陡降型
陡降型性能曲线的泵或风机 宜用于流量变化较小的情况。 宜用于流量变化较小的情况。 缓降型曲线的泵或风机可用 于流量变化大而要求压头变化 不大的情况。 不大的情况。
缓降型
Ｈ
驼峰型
具有驼峰型性能曲线的泵或风 可能出现不稳定工况。 机，可能出现不稳定工况。这种 不稳定工况是应避免的。 不稳定工况是应避免的。
γq H P η= = 1000P 1000P
e V
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
由上式可见， 由上式可见，当qV=0和H=0时， 和 时 都等于零。因此,η η都等于零。因此 η-H曲线是一 条通过坐标原点与横坐标轴相交 于两点的曲线.这是理论分析的结 于两点的曲线 这是理论分析的结 果,实际上η-H性能曲线不可能下 实际上 降到与横坐标轴相交,因而曲线也 降到与横坐标轴相交 因而曲线也 不可能与横坐标轴相交.实际的性 不可能与横坐标轴相交 实际的性 能曲线位于理论曲线的下放 。曲 线上最高效率点即为泵或风机的 设计工况点。 设计工况点。泵或风机在此工况 下工作最经济，能量损失最小。 下工作最经济，能量损失最小。 一般以η≥η 作为高效区， 一般以η≥ηmax作为高效区，只 要在此范围内工作， 要在此范围内工作，就认为是经 济的。 济的。
显然，这是一个直线方程， 呈直线关系变化,且直线 显然，这是一个直线方程，ＨＴ∞和ｑＶＴ呈直线关系变化 且直线
的斜率由β 来确定， 的斜率由β２a 来确定， 。
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用
对于三种叶型分别为： 对于三种叶型分别为： 后弯式叶轮
β2 < 90o cot β2 > 0
B＞0
流体机械原理、 流体机械原理、设计及应用 一、离心式泵与风机的性能曲线 ）、流量 扬程曲线（Ｈ－ｑ 流量－ （一）、流量－扬程曲线（Ｈ－ｑＶ） １．理论特性曲线（ＨＴ∞－ｑＶＴ）
由无限多叶片时的理论能头可得： 由无限多叶片时的理论能头可得：
2 qVT u2 u2 u2 ctg β2y∞ 1 HT∞ = u2υ2u∞ = (u2 − ctg β2y∞ ) = − qVT = A - BqVT πD2b2Ψ g g g gπD2b2Ψ 2 u2 u2 ctg β2y∞ HT∞ = − qVT = A- BqVT g gπD2b2Ψ