华北电力大学泵与风机精品课程6

华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、比转速§1-10比转速和型式数二、型式数问题的提出华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans问题的提出①相似设计→如何选型→眼花缭乱；qV,H,n结构型式结构尺寸②寻求：综合的特征参数=(性能,结构)流量相似定律或全压相似定律扬程相似定律构造之；③目的：用于泵与风机的理论研究、选择和设计中。1..32cnDqmpV2..222cnDHmp平方，立方除以华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、比转速（一）泵的比转速4/3s65.3HqnnV（1-119）3.65引自原苏联水轮机的比转速：4/5sHPnn，将P（马力，PS）→7351000eHgqPV不同国别、不同单位比转速的换算如表1-7所示。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans表1-7不同国别、不同单位比转速的换算计算公式国别中国、前苏联美国英国日本德国单位qVm3/sUSgal/minUKgal/minm3/minm3/sHmftftmmnr/minr/minr/minr/minr/min换算关系114.1612.892.123.650.070610.910.150.2580.07761.110.1640.2830.47176.686.0811.7220.27403.883.530.5811注ft——英尺；USgal——美加仑；UKgal——英加仑4/3s65.3HqnnV4/3qHqnnV华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（二）风机的比转速：3/420ypqnnV（1-122）4/3y2.1pqnnV（1-123）由于kgf/m2=9.80665Pa，故公制单位的比转速是SI制单位的比转速的9.806653/4→5.54倍，并取整。（三）关于比转速的几点说明1取值具有唯一性（最佳工况）。2是比较泵或风机型式的相似准则数，与转速无关。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans3不是相似条件，而是相似的必然结果。4以单吸单级叶轮为标准，计算时应注意：①.对双吸单级泵，以qV/2→qV②.对单吸多级泵，以H/i→H③.对双吸多级泵，以？、？→qV、H④.参数单位：qV(m3/s)、H(m)、p(Pa)、n(r/min)（四）比转速的应用3、用比转速可以大致决定泵与风机的型式1、比转速可以反映泵与风机的结构特点2、比转速可以大致反映性能曲线的变化趋势4、用比转速可以进行泵与风机的相似设计参见表1-9华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans泵的类型离心泵混流泵轴流泵低比转速中比转速高比转速比转速ns30＜ns＜8080＜ns＜150150＜ns＜300300＜ns＜500500＜ns＜1000叶轮形状尺寸比D2/D0≈3≈2.3≈1.8~1.4≈1.2~1.1≈1叶片形状柱形叶片入口处扭曲出口处柱形扭曲叶片扭曲叶片翼形叶片性能曲线形状表1-9比转速与叶轮形状和性能曲线形状的关系华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans续表1-9泵的类型离心泵混流泵轴流泵低比转速中比转速高比转速扬程-流量曲线特点关死扬程为设计工况的1.1~1.3倍扬程随流量减少而增加，变化比较缓慢。关死扬程为设计工况的1.5~1.8倍扬程随流量减少而增加，变化较急。关死扬程为设计工况的2倍左右，扬程随流量减少而急速上升，又急速下降。功率-流量曲线特点关死功率较小，轴功率随流量增加而上升。流量变动时轴功率变化较少。关死点功率最大，设计工况附近变化比较少，以后轴功率随流量增大而下降。效率-流量曲线特点比较平坦。比轴流泵平坦。急速上升后又急速下降。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans二、型式数比转速在实际应用中的主要缺点是：它是一个有因次的相似准则数，因而其通用性受到很大限制，也不利于学术交流和国际间的贸易往来。为此，国际标准化组织（ISO/TC）定义了无因次型式数，其计算公式为：4/3)g(2HqnV（1-124）并以此取代现在用的比转速。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans①．由于它是无因次数，因而具有广泛的通用性；②．作为两泵流动的相似准则数，物理意义清楚，概念统一，便于理解和掌握；③．与泵所输送流体的密度无关，可唯一地确定叶轮的几何形状。使用缺点是数值偏小。二、型式数应用型式数的主要优点是：华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans§3-2叶片式通风机的无因次性能曲线和空气动力学略图一、问题的提出二、无因次性能参数和无因次性能曲线三、无因次性能参数的意义四、通风机的空气动力学略图华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、问题的提出②．对同一系列（相似）风机，可依据相似定律实现；对不同系列（不相似）风机，则不能依此进行，需要构造一个比较的方法。①．在实际工程中，为选择合适的风机，需要进行风机性能的比较。③．若能将某一系列风机的性能只用一条曲线表示出来，那么，若将所有不同系列风机的性能曲线绘制在一张图上，就可以进行风机性能的比较了。结构转速密度④．风机性能=f计量单位设法除去则对同一系列风机就只有一组性能参数。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、问题的提出由于这时的参数已没有因次，故称为无因次性能参数，由其所描述的曲线称为无因次性能曲线。用之实现不同系列风机的性能比较。对于同一系列风机，在相似的运行工况下有：VmVpVpVqcnDqnDqnDq132323221pcnDpnDpnDpmpp222222222221sh3352sh352sh352sh21PcnDPnDPnDPmppOqVpp2mp1qVAqVAqVApApApAAAAOVqpVAqApA华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans二、无因次性能参数和无因次性能曲线)m(~4~222222ADD—叶轮圆面积；1、定义方法(m/s)~60~222unDnD—叶轮圆周速度；)kg/m(~3—流体的密度。1..32cnDqmpV2..222cnDpmp3..352shcnDPmp华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans二、无因次性能参数和无因次性能曲线2、无因次性能参数的定义式效率系数：功率系数：全压系数：流量系数：232shsh22221000AuPPuppAuqqVV（3-2）（3-4）（3-7）华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans二、无因次性能参数和无因次性能曲线3、无因次性能曲线图3-15是4-13（72）№5通风机的性能曲线和无因次性能曲线。由图不难看出，两者形状完全相同。应该指出：当n和D2较大时，由于尺寸效应和转速效应的影响，两者会略有不同。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans三、无因次性能参数的意义1、对于同一系列的通风机，其无因次性能参数具有唯一性。换言之：它是相似准则数，是相似的结果。2、对于不同系列的通风机，其无因次性能参数与通风机的几何尺寸、转速及输送流体的种类无关，而只与通风机的类型有关。3、它表征了不同系列通风机性能的特征值。可将不同系列通风机的无因次性能曲线集中在一起，实现通风机性能的比较、选择。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans四、通风机的空气动力学略图由于同一系列的通风机都是按相似方法设计的，因此，它们的无因次性能曲线相同，流道的几何形状相似。故即，相似的通风机，每台所有各通流部分的尺寸与其叶轮外径D2的比值都对应相等。lDDDDbbbb2m2P1m1P2m2p1m1p为了便于系列相似设计，风机行业通常把模型风机的叶轮外径D2作为100，求出各通流部分相对D2的尺寸，并以此尺寸绘制通风机的几何图形。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans无因次性能曲线＋相对于D2尺寸绘制的通流部分的图形=空气动力学略图，4-73型离心通风机例图如图3-16所示。使用之，既便于选型，又大大简化了相似设计。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans§3-3叶片式通风机的选择曲线概述一、什么是叶片式通风机的选择曲线二、目的三、三组等值线及其特点华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、什么是叶片式通风机的选择曲线选择曲线是用对数坐标把在标准进口状态下，对应于无因次性能曲线上工作范围内工况点的所有同系列通风机的叶轮直径D2，转速n、圆周速度u2以及相应的流量qV、全压p、功率Pgr全部表示出来的一种曲线，也称同系列通风机的对数坐标图。选择曲线表示了同系列通风机的主要参数n、D2、u2、qV、p、及Pgr等之间的关系。二、目的便于选择风机产品（由制造厂提供风机）。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans91611周速（m/s）qV（10000m3/h）全压（10Pa）三、三组等值线及其特点等机号线等转速线等功率线图3-17G-4-13.2（73）型离心通风机的选择曲线华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans三、三组等值线及其特点等机号线所通过的几条性能曲线表示在同一机号不同转速下的性能曲线；等转速线所通过的几条性能曲线表示在同一转速下不同机号的性能曲线，转速为电机的铭牌转速或配上皮带轮后所能达到的转速；等功率线其功率为电机系列产品的功率，即配套功率；等D2线和等n线均通过每一条曲线中的最高效率点，等Pgr线则不一定通过性能曲线中的最高效率点；注意：在使用时，应先将工作状态的参数化为标准状态下的参数，然后再查用。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans自学§1-12轴流式泵与风机的叶轮理论，注意翼型的性能曲线的特点。重点预习风机的性能实验指导书，做好实验前的准备。自学§3-1、§3-4~6叶片式通风机的结构及性能；华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans比转速和型式数、叶片式通风机的无因次性能曲线和空气动力学略图以及选择曲线等的理论依据是什么？各有何特点和用途？华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans1、你如何理解比转速的概念？应用中应注意些什么？2、当n和D2较大时，同一系列的叶片式通风机的无因次性能曲线会略有不同，为什么？3、如何查用叶片式通风机的选择曲线？华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans本次课作业1-9，3-3