泵与风机

泵与风机第一章绪论第一章绪论第二章泵与风机的叶轮理论第三章泵与风机的性能第四章相似理论在泵与风机中的应用第五章泵的汽蚀第六章泵与风机的运行第一章绪论§1.1泵与风机的作用及分类§1.2泵与风机的主要性能部件§1.3泵与风机的主要性能参数§1.1泵与风机的作用及分类泵：低压，2MPa；中压，2-6MPa；低压，6MPa。风机：通风机，15kPa，又分低中高压离心、轴流通风机；鼓风机，15-340kPa；压气机，340kPa。一、按压力分泵，1、叶片式：离心、轴流、混流；2、容积式：往复式（活塞、柱塞、隔膜）、回转式（齿轮、螺杆、滑片）；其它（真空、射流、水锤）。风机，1、叶片式：离心、轴流、混流；容积式：往复、回转（叶式、罗茨；螺杆）。二、按工作原理分§1.2泵与风机的主要部件1、叶轮：直接对液体作功并提高其能量的主要部件。2、轴：传递扭矩的部件。3、轴套：对叶轮起轴向定位和保护主轴不受磨损。4、吸入室：在最下的水力损失情况下，引导液体平稳而均匀地进入叶轮。5、导叶：将叶轮出口处的高速液体汇集起来引向下一级叶轮入口或压出室，并将部分动能转变成压力能。6、压出室：以最小的阻力损失汇集从叶轮中流出的液体，然后将其引向出水管。一、离心泵的主要部件§1.2泵与风机的主要部件7、密封装置。密封环：增加间隙前后的节流阻力来减小泵内泄漏。有平环式、角环式、锯齿式、迷宫式。轴封：防止流体从轴端进出。有填料、机械、浮动环、迷宫密封。8、轴向推力及其平衡。轴向推力产生原因：叶轮前后压差、流体的动量变化；转子重量（卧式没有）。轴向推力危害：转子产生轴向位移，动、静碰撞、磨损；增加轴承负荷，导致设备发热、振动或损坏。一、离心泵的主要部件§1.2泵与风机的主要部件轴向推力的平衡措施：单级泵：平衡孔、平衡管、双吸式叶轮多级泵：叶轮对称排列、平衡盘、平衡鼓。一、离心泵的主要部件§1.2泵与风机的主要部件1、叶轮：提高气体能量的主要部件2、主轴：实心轴、空心轴。3、进风口：又称集流器，相当于泵吸入室。4、进气箱：将气流引入风机，减小损失。无则为自由进气。5、导流器：改善风机性能、实现流量调节。7、蜗壳、蜗舌及扩散器：相当于泵压出室。有的风机还装有消声静压箱。二、离心风机的构造§1.2泵与风机的主要部件叶轮、动叶调节装置、泵轴、吸入管、导叶、出水弯管、密封装置、轴承等。三、轴流泵的主要部件叶轮、导叶、吸入室和集流器、扩压器（扩压筒）、调节装置等。四、轴流风机的主要部件其结构和性能介于离心泵与轴流泵之间。五、混流泵的主要部件§1.3泵与风机的主要性能参数单位时间内输送的流体数量。一、流量有效功率、轴功率、效率。原动机的功率：输入、输出功率、原动机的铭牌功率即配用原动机的功率、安全系数。三、功率与效率流体通过泵或风机获得的能量，泵扬程，风机全压。二、扬程和全压指泵与风机每分钟的转速。一、转速第二章泵与风机的叶轮理论§2.1离心泵与风机的叶轮理论§2.2轴流泵与风机的叶轮理论§2.1离心泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机是依靠工作叶轮带动流体旋转所产生的惯性离心力对流体作功，把原动机的机械能传递给流体，流体在获得能量后，压力升高，从而由一个空间流向另一个空间。一、离心泵与风机的工作原理假定:不可压、理想流、定常流、无限薄无限多叶片圆周速度：牵连速度，流体质点随叶轮作圆周运动。相对速度：沿叶轮流道的运动，相对运动。绝对速度：相对机壳的运动，绝对运动。流动角：相对速度与圆周速度反方向夹角；安装角：叶片型线的切线与圆周速度反方向夹角。二、流体在叶轮中的运动及速度三角形§2.1离心泵与风机的叶轮理论由假定和动量矩定理得式（13-4、5、6）。三、能量方程后弯叶片：叶片弯曲方向与旋转方向相反。径向叶片：叶片出口处型线的切线方向为径向。前弯叶片：叶片弯曲方向与旋转方向相同。前弯扬程最大，流量最小；后弯相反；径向中间。反作用度：静能头占总能头的比例。流动效率后弯最高。四、叶片型式§2.2轴流泵与风机的叶轮理论中线：骨架线，翼型内切圆心的连线。弦长：翼弦，前缘点与后缘点的连线。冲角：翼型前来流速度方向与弦长的夹角。正负冲角叶栅、栅距、叶栅稠度、叶片安装角、流动角一、翼型和叶栅的主要几何参数轴向分速：沿轴向运动。圆周速度：流体质点随叶轮作圆周运动。径向速度：径向速度很小，可忽略。绝对速度：相对机壳的运动，绝对运动。二、流体在叶轮中的运动及速度三角形利用离心式的公式得式（13.8、9）。三、能量方程§2.2轴流泵与风机的叶轮理论单翼型的空气动力学特性：指翼型升力和阻力特性，即升力和阻力与翼型的几何形状、气流参数的关系。升力角：合力与升力之间的夹角，夹角越小，说明升力越大而阻力越小，翼型的空气动力特性越好。失速现象：冲角较大时，后缘点前发生边界层分离，在翼型后形成旋涡区使翼型凹凸面的压差减小，升力系数和升力随之减小，升力系数和升力减小的点称失速点。冲角增大到失速点后，空气动力特性就大为恶化，这种现象称为失速现象。四、翼型及叶栅的空气动力学特性只有一个叶轮、及后、前、前后设导叶。五、轴流泵与风机的型式第三章泵与风机的性能§3.1功率、损失与效率§3.2泵与风机的性能曲线§3.1功率、损失与效率有效功率：流体通过泵或风机所得到的功率。式（14.1、2）。轴功率：原动机传到泵或风机轴上的功率，即泵或风机的输入功率。式（14.3）。原动机的功率：一般指原动机的输出功率，即原动机具备的对外作功的能力。式（14.4）。原动机的输入功率：式（14.5）。配套原动机功率：式（14.6）。一、功率§3.1功率、损失与效率机械损失：由于机械摩擦和圆盘摩擦所造成的能量损失。机械效率：式（14.7）。措施：机械摩擦：轴承良好的润滑，摩擦损失小的轴承；圆盘摩擦损失：降低粗糙度，合理的间隙等二、机械损失和机械效率容积损失：流体从高压侧流到低压侧所产生的能量损失。容积效率：式（14.8）。措施：减小动静间隙，增大泄漏间隙流动阻力。三、容积损失和容积效率§3.1功率、损失与效率流动损失：流体流动过程中因流动阻力产生的能量损失。流动效率：式（14.9）。措施：提高流道表面光洁度，合理的叶片和通流部件形状，在设计工况附近运行以减少冲击损失，导叶与叶轮中心对准。四、流动损失和流动效率总效率：式（14.10）。五、泵与风机的总效率§3.2泵与风机的性能曲线性能曲线：在某一固定不变转速下，泵（风机）的扬程(全风压)、轴功率、效率等工作参数随流量的变化关系曲线。主要性能曲线有：流量与扬程（全压）、（轴）功率、效率一、性能曲线水泵与风机的性能曲线一般都是由试验装置测出，而不是由公式算出的。二、性能曲线的绘制（试验法）§3.2泵与风机的性能曲线最佳工况：最高效率所对应的工况。高效工作区：经济工作区，最佳工况附近的区域，一般不低于最高效率的85%~90%。空载工况：流量为0时对应的工况，其对应的功率为空载功率。离心泵与风机的启动采用闭阀启动（泵为出口，风机为入口）。轴流泵与风机的启动采用开阀启动。三、性能曲线分析第四章相似理论的应用§4.1相似条件§4.2相似定律§4.3相似定律的特例§4.4泵与风机的比转速§4.1相似条件模型和原型各对应点的几何尺寸成同一比例，对应角相等。式（15.1)。一、几何相似二、运动相似模型和原型各对应点的速度方向相同，大小成同一比例。式（15.2)。三、动力相似模型和原型各对应点所受的各种力的方向相同，大小成同一比例。§4.2相似定律式（4.3)。一、流量相似关系二、扬程（全压）相似关系式（4.4、5)。三、功率相似关系式（4.6）。§4.3相似定律的特例式（4.7-10)。一、改变转速时各参数的变化－－比例定律二、改变几何尺寸时各参数的变化式（4.11－14)。三、改变流体密度时各参数的变化式（4.15－18）。§4.4泵与风机的比转速泵：式（4.19－22）。风机：式（4.23、24）。一、比转速的定义对泵与风机进行分类。用比转速进行相似设计。二、比转速的应用。三、比转速对性能曲线的影响第五章泵的汽蚀§5.1汽蚀现象及其对泵工作的影响§5.2吸上真空高度§5.3汽蚀余量§5.4汽蚀相似定律及汽蚀比转速§5.5提高泵抗汽蚀性能的措施§5.1汽蚀现象及其对泵工作的影响汽蚀现象：当流体进入离心泵入口后，其压力明显减小，流体的流速越大，压力减少量也越大。当当地压力降到等于或低该流体温度下的饱和压力时，流体将发生闪蒸，这些闪蒸的汽泡沿着泵的叶轮流动。当流体的流速减小，其压力升高时，这将导致汽泡随即消失。这种因压降产生汽泡并随即又因压升而使汽泡消失的现象称为汽蚀现象。由于汽泡的产生和消失，在很短的时间内完成，对叶轮将产生较大的冲击力，形成点蚀，最终损坏叶轮。一、汽蚀现象§5.1汽蚀现象及其对泵工作的影响降低工作性能缩短使用寿命加剧噪声和振动甚至损坏设备。二、汽蚀对泵工作的影响§5.1汽蚀现象及其对泵工作的影响泵的几何安装高度：泵轴线到吸入液面的垂直距离。吸上真空度：安装高度、动压头及吸入管流阻之和。最大(临界)吸上真空度：发生汽蚀时的吸上真空度。允许吸上真空度：留有一定安全量（0.3m）的吸上真空度。（净正吸入压头：流体吸入压力与饱和压力之差）有效汽蚀余量：在泵的吸入口处，单位重量流体所具有的超过汽化压力的富余能量。必须汽蚀余量：从泵吸入口至压力最低点的压力降。不发生汽蚀条件：有效汽蚀余量大于必须汽蚀余量。三、汽蚀性能参数§5.2提高泵抗汽蚀性能的措施减小流阻降低几何安装高度前置泵、诱导轮、双重翼叶轮一、提高有效汽蚀余量二、提高必须汽蚀余量增大通流面积、采用双吸叶轮转变处的曲率半径叶片进口边适当加长采用抗汽蚀性能好的材料、采用超汽蚀泵、加强运行管理三、其它措施第六章泵与风机的运行§6.1管路特性曲线及工作点§6.2泵与风机的联合工作§6.3泵与风机的运行工况调节§6.4泵与风机的运行及维护§6.1管路特性曲线及工作点流体在管路系统中通过的流量与所需能量之间的关系曲线。一、管路特能曲线泵或风机自身的性能曲线与管路性能曲线，按同一比例绘在同一坐标图上，这两条曲线的交点就是泵或风机的工作点。二、工作点§6.1管路特性曲线及工作点喘振：当风机处于不稳定工作区运行时，可能会出现流量、全压的大幅度波动，引起风机及管路系统周期性的剧烈振动，并伴有强烈噪声，这种现象叫喘振。原因：处于不稳定工作区运行。措施：风机选型时尽量使工作点避开不稳定工作区、设置再循环管或放气阀使通过风机的流量处于稳定工作区、采用适当的调节方式使风机稳定工作区扩大（如动叶可调和静叶可调的轴流风机）。三、风机喘振§6.2泵与风机的联合运行并联工作的主要目的：增加系统流量。并联效果：总流量大于单台流量、总流量小于各单独运行流量之和、总扬程（全压）比单台高。并联要求：性能相同的泵或风机并联运行。一、并联工作串联工作的主要目的：增加系统扬程或全压。串联效果：总扬程（全压）比单台高、总扬程(全压)小于各单独运行之和、总流量大于单台流量、总流量小于各单独运行流量之和。串联要求：不需要性能相同的泵或风机串联运行。二、串联工作§6.3泵与风机的运行工况调节改变管路性能曲线。改变泵或风机本身性能曲线。同时改变泵或风机本身性能曲线和管路性能曲线。一、调节原则节流调节：出口端节流调节、入口端节流调节。入口导流器调节：用于离心风机，通过改变风机入口导流器的装置角使风机性能曲线开关改变来实现调节变速调节：小汽轮机驱动变速（蒸汽流量）、液力偶合器（充液率）、变频调速（电源频率）。动叶调节：改变叶片安装角。增则流量扬程功率增。汽蚀调节：用于凝结水泵。二、调节方法§6.4泵与风机的运行与维护离心泵（风机）：关闭出（入）口阀启动。轴流泵或风机：开启入口和出口阀启动。一、启动注意事项振动、噪声、磨损、暖泵最小流量：流量减小到额定流量约1/3以下时，叶轮入口产生二次回流，这股回流在主流的冲刷下，又重回叶轮内往往引起泵体和管路的振动。由于二次回流，真正的过流截面减小，流速反而增大，有可能产生汽蚀；另外，泵在小流量下效率低，大部分能量转化为热能，使用流体温度升高，产生汽的可能性增