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第四章泵与风机的性能第1页，此课件共23页哦第四章 泵与风机的性能第一节 损失与效率1、机械损失与机械效率2、容积损失与容积效率3、流动损失与流动效率4、泵与风机的总效率第二节 泵与风机的性能曲线1、离心式泵与风机的理论性能曲线2、泵与风机的基本性能曲线第2页，此课件共23页哦泵与风机泵与风机泵与风机泵与风机存在三种存在三种存在三种存在三种功率损失功率损失功率损失功率损失机械损失机械损失 即即 容积损失容积损失故原动机功率不能全部传给流体。故原动机功率不能全部传给流体。流动损失流动损失 为尽量减为尽量减少损失提少损失提高效率高效率 功率功率损失损失效率效率 需研究产生损失的需研究产生损失的原因原因程度程度需讨论需讨论 及相互间关系。及相互间关系。流动损失流动损失Ph机械损失机械损失Pm 容积损失容积损失Pv Ph=P-Pm PP-Pm-PvPe泵内能量平衡图泵内能量平衡图第一节 损失与效率P第3页，此课件共23页哦1 1、机械损失（、机械损失（Pm）与机械效率（）与机械效率（m）机械损失轴端轴封和轴承的摩擦损失圆盘摩擦损失与轴封轴承的结构及流体的密度有关约为P的1%5%叶轮前后盖板外侧与流体的摩擦损失约为P的2%10%Pd f=Ku32D2210 10 6 6=K3n3D5210 10 6 6/60/60 3 3 KW 圆盘损失用下式计算：圆盘损失正比于n3正比于D5正比于：风机小于水泵的圆盘损失。与ns有关：随ns减小圆盘损失急剧增大随n、D增加急剧增大，但前者（n3）小于后者（D5）；故提高单级叶轮扬程，提高n较提高D的机械效率高。ns小，叶轮前后盖板大ns小，P Pdfdf占P P的比例大机械损失用机械效率（m m）来衡量，即：m m=（P-P-PPm m）/P第4页，此课件共23页哦2 2、容积损失（、容积损失（Pv）与容积效率（）与容积效率（v）容积损失发生地点容积损失正比于间隙宽度b反比于间隙长度l和弯曲次数总泄漏量 q为理论流量qVT 的（qVT=q+qV）4%10%与 ns有关：占轴功率的比例 随ns的减小急剧增大。容积损失用容积效率（V V）来衡量，即：v=（P-Pm-Pv）/（P-Pm）=q v /qvT概念：动、静部件间存在间隙，叶轮转动，间隙两侧产生压力差，从叶轮获能流体有高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称容积损失。叶轮入口与泵壳的间隙泄漏轴封处的间隙泄漏轴向力与外壳的间隙泄漏多级泵的级间泄漏第5页，此课件共23页哦3、流动损失（、流动损失（Ph）与流动效率（）与流动效率（h）流动损失概念：流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。摩擦损失：扩散损失：hj=K2 qv2冲击损失：hs=K4（q v-qvd）2 （见图3-5）hf+hj=K3 qv3(见图3-6）工况改变，qv偏离qvd时：1与1a不一致引起冲击产生损失流动损失：hh=hf+hj+hs（见图3-5），其最 小点在设计流量的左边。流动损失用流动效率（h h）来衡量，即：第6页，此课件共23页哦4 4、泵与风机的总、泵与风机的总效率（效率（）概念：概念：泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比。结论：结论：泵与风机的总效率等于机械效率泵与风机的总效率等于机械效率 m m 、容积效率、容积效率 v v 、流动效率、流动效率 h h三者的乘积。三者的乘积。目前泵与风机效率范围：目前泵与风机效率范围：离心泵离心泵 约为约为60%90%。离心风机离心风机 约为约为70%90%，高效离心风机，高效离心风机 可达可达90%以上。以上。轴流泵轴流泵 约为约为70%89%，大型轴流风机，大型轴流风机 可达可达90%左右左右。课堂讨论：课堂讨论：1 1、提高泵与风机的总效率应从哪几方面考虑？、提高泵与风机的总效率应从哪几方面考虑？2 2、为什么通常大的（高、为什么通常大的（高n ns s）泵与风机的总效率比小的高？）泵与风机的总效率比小的高？第7页，此课件共23页哦 第二节第二节 泵与风机的性能曲线泵与风机的性能曲线 泵与风机的基本性能参数之间都相互存在着一定的内在联系，若用曲线形式表示其泵与风机的基本性能参数之间都相互存在着一定的内在联系，若用曲线形式表示其性能参数间的相互关系，则称这类曲线为泵与风机的性能曲线。性能参数间的相互关系，则称这类曲线为泵与风机的性能曲线。泵与风机泵与风机性能曲线性能曲线理论性理论性能曲线能曲线实验性实验性能曲线能曲线泵与风机内部流动非常复杂，目前理论尚无法定量计算。泵与风机内部流动非常复杂，目前理论尚无法定量计算。从理论上定性分析泵与风机性能参数的变化规律及其影响因素从理论上定性分析泵与风机性能参数的变化规律及其影响因素 的曲线，称理论性能曲线。有助于深入了解实验性能曲线。的曲线，称理论性能曲线。有助于深入了解实验性能曲线。通过实验获得的性能曲线。通过实验获得的性能曲线。在实验数据基础上，通过某种换算得到的性能曲线。在实验数据基础上，通过某种换算得到的性能曲线。基本性能曲线：基本性能曲线：相对性能曲线：了解水泵性能与构造之间的关系使用。相对性能曲线：了解水泵性能与构造之间的关系使用。通用性能曲线：水泵变速、变角（可动叶）工况调节使用。通用性能曲线：水泵变速、变角（可动叶）工况调节使用。无因次性能曲线：风机选型设计、系列之间进行比较使用无因次性能曲线：风机选型设计、系列之间进行比较使用。全面性能曲线：了解水泵全面性能曲线：了解水泵“正常正常”与与“反常反常”性能的曲线。性能的曲线。泵综合性能曲线：选择水泵时使用。泵综合性能曲线：选择水泵时使用。风机性能选择曲线：选择风机时使用。风机性能选择曲线：选择风机时使用。泵与风机产品样本上所载的性能曲线；直观反映其总体性能。泵与风机产品样本上所载的性能曲线；直观反映其总体性能。以以qv为横坐标、为横坐标、H.P.HS或或h为纵坐标的一组曲线。为纵坐标的一组曲线。对泵与风机选型、经济合理运行（工况调节）有重要作用。对泵与风机选型、经济合理运行（工况调节）有重要作用。第8页，此课件共23页哦因为：因为：v2 u=u2-v2 mcot2 a。v2 m=qvT/（D2b2）所以：所以：是一直线方程。是一直线方程。斜率由斜率由2 a决定。决定。2 a反映三种叶片型式。反映三种叶片型式。a、qvT HT性能曲线（叶片无限多、理想流体、理论流量）性能曲线（叶片无限多、理想流体、理论流量）由于几何尺寸为定值，故由于几何尺寸为定值，故u2、2 a、D2、b2均为均为常数。常数。HT=A-B qvT则：则：令：令：A B 1、离心式泵与风机的理论性能曲线、离心式泵与风机的理论性能曲线 （1 1）流量与能头（）流量与能头（）流量与能头（）流量与能头（q qv v HH）性能曲线）性能曲线）性能曲线）性能曲线v2 w2v2m22a2a v2mcot2a2av2 uu2第9页，此课件共23页哦2 a900，cot2 a0，B为正值，为正值，qvT HT qvT HT为一条自左至右为一条自左至右 下降的直线。下降的直线。qvT=0，HT=A；HT=0，qvT=B。三种叶片型式三种叶片型式qvT HT曲线曲线qvT HT性能曲线性能曲线qvT B Aab cHT2 a9002 a=9002 a9002 a900，cot2 a0，B为负值，为负值，qvT HT qvT HT为一条自左为一条自左 至右上升的直线。至右上升的直线。qvT=0，HT=A。2 a=900，cot2 a=0，B=0，qvT HT 不变，不变，qvT HT 为一条平行横坐为一条平行横坐 标的直线。标的直线。qvT=0，HT=A。第10页，此课件共23页哦*无限叶片、理想流体、理无限叶片、理想流体、理 论流量论流量 qvT HT 为一下为一下 降直线。降直线。HT=A-B qvT*有限叶片、理想流体、有限叶片、理想流体、理论流量理论流量qvT HT为一下为一下 降直线。降直线。HT=HT/(1+p)=（A-B qvT）/(1+p)*有限叶片、考虑损失、理有限叶片、考虑损失、理 论流量论流量qvT HT/为一下降为一下降 曲线。曲线。HT/=HT -（hf+hj）Hb、qv H性能曲线（有限叶片、实际流体、实际流量）性能曲线（有限叶片、实际流体、实际流量）*有限叶片、考虑有限叶片、考虑hf+hj+hs损失、理论流量损失、理论流量 qvT H为一下降曲线。为一下降曲线。H=HT/-hs*有限叶片、实际流体、实际流量有限叶片、实际流体、实际流量qv H为一下降曲线。为一下降曲线。qv=qvT-qqvqqvT HTqvT HTqvT HT/qvT Hqv Hq HqvdoAKA图图3-10 qv H 性能曲线分析图性能曲线分析图现以现以现以现以2 2 aa90900 0的后弯式叶片为例进行讨论：的后弯式叶片为例进行讨论：的后弯式叶片为例进行讨论：的后弯式叶片为例进行讨论：第11页，此课件共23页哦因为：因为：P =Ph+Pm 又：又：则：则：Ph=A/qvT-B/qvT2（2）流量与功率（）流量与功率（qvP）性能曲线）性能曲线 a、qvT Ph性能曲线（理想流体、理论流量）性能曲线（理想流体、理论流量）是一二次抛物线方程。是一二次抛物线方程。形状由形状由2 a决定。决定。2 a反映三种叶片型式。反映三种叶片型式。所以：所以：令：令：A/B/第12页，此课件共23页哦 2 a900，cot2 a0，B/为正值，为正值，qvT=0时，时，Ph=0；qvT=A/B/时，时，Ph=0，qvT Ph 为一条先上升后下降的曲线。为一条先上升后下降的曲线。2 a=900，cot2 a=0，B/=0，Ph=A/qvT，qvT=0时，时，Ph=0。qvT Ph ，qvT Ph 为一条通过原点上升的直线。为一条通过原点上升的直线。2 a=900 2 a900qvT Ph性能曲线性能曲线三种叶片型式三种叶片型式三种叶片型式三种叶片型式q qvT vT P Ph h曲线曲线曲线曲线 oqvT2 a900，cot2 a0，B/为负值，为负值，qvT=0时，时，Ph=0。qvT Ph qvT Ph 为一条通过原点上升的曲线。为一条通过原点上升的曲线。2 a900 Ph第13页，此课件共23页哦因为：因为：P=Ph +Pm所以：在所以：在qvT Ph性能曲线上加一等性能曲线上加一等 值的值的Pm即得即得qvT P曲线；曲线；从从qvT P曲线上对应曲线上对应qvT减泄减泄 漏损失漏损失q即得即得qv P曲线。曲线。见图见图3-12所示。所示。注意：注意：qv=0时时P=Pm+Pv0，称此工况为空载工况。称此工况为空载工况。b b、q qv v P P 性能曲线（实际流体、实际流量）性能曲线（实际流体、实际流量）性能曲线（实际流体、实际流量）性能曲线（实际流体、实际流量）o qv 流量与轴功率（流量与轴功率（qv P）性能曲线）性能曲线 PPmPVPmqvT PqvT Phqv P现以现以2 a900的后弯式叶片叶轮为例分析的后弯式叶片叶轮为例分析第14页，此课件共23页哦泵泵与与风风机机的的效效率率等等于于有有效效功功率率与与轴轴功功率率之之比比，即即：当当qv=0时，时，=0；当当H=0时时，=0；qv是一条通过坐标原点与横是一条通过坐标原点与横坐标轴相交于坐标轴相交于qv=qvmax的曲线。的曲线。只要流体通过泵与风机时，必然有动能，故只要流体通过泵与风机时，必然有动能，故H不可能为不可能为0；qv曲线的右侧不可能与横坐标轴相交；曲线的右侧不可能与横坐标轴相交；实际的实际的qv位于理论曲线的下方，位于理论曲线的下方，max即为设计工况点即为设计工况点d。（3 3）流量与效率（）流量与效率（）流量与效率（）流量与效率（q qv v）性能曲线）性能曲线）性能曲线）性能曲线理论理论分析分析结果结果实际实际max理论理论实际实际OqVdqVmaxqV图图3-13 流量与效率（流量与效率（qv）性能曲线）性能曲线第15页，此课件共23页哦 泵的基本性能曲线（或称实验性能曲线），是制造厂通过泵的基本性能曲线（或称实验性能曲线），是制造厂通过试验得到的，并转换为标准状态后，载入产品样本，供用户使试验得到的，并转换为标准状态后，载入产品样本，供用户使用。用。额定转速；额定转速；标准大气压：标准大气压：p pambamb=101325P=101325Pa a；热力学温度热力学温度T T=293K=293K（2020）；）；液体密度液体密度=1000kg/m=1000kg/m3 3。2 2、泵的基本性能曲线、泵的基本性能曲线 a a a a、概述、概述、概述、概述水泵水泵标态标态第16页，此课件共23页哦 以以 qv 为横坐标，为横坐标，H、P、HS或或h为纵坐标的同一直角坐标系为纵坐标的同一直角坐标系中绘制的中绘制的 qv H、qvP、qv 及及 qvHS或或 qvh曲线。叶片泵三种曲线。叶片泵三种泵型的基本性能曲线见下图所示。泵型的基本性能曲线见下图所示。b、叶片泵的基本性能曲线、叶片泵的基本性能曲线H(m)6050403020100(%)508sh-13n=2900r/min10HB-40n=1450r/min 350ZLB-125 n=1450r/minP(kw)20 30 40(%)8070605040HS(m)0 5 10qvqvHqvPqvHs 0 20 40 60 80 100 0 100 200 300 350 qvL/sm3/h 离心泵基本性能曲线离心泵基本性能曲线H(m)P(kw)30181512 9 6 30 0 10 20(%)9080706050HS(m)0 5 10 0 30 60 90 120 150 0 200 400 600 700 qvL/sm3/h 混流泵基本性能曲线混流泵基本性能曲线P(kw)H(m)25 8 7 6 5 4 32 10 15 208070605040 h(m)0 5 10 0 200 400 0 500 1000 1500 qvL/sm3/h 半固定轴流泵基本性能曲线半固定轴流泵基本性能曲线qvHsqvPqvHqvqv hqvPqvHqv第17页，此课件共23页哦可调叶片轴流泵基本性能曲线可调叶片轴流泵基本性能曲线234561.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2900ZLB-100D2=850 mmn=485r/minH(m)qV (m3/s)146KW124KW106KW85KW-6 0-4 0-2 0+2 0+4 00 078%80%80%78%82%84%c、可调叶片安装角轴流泵的性能曲线可调叶片安装角轴流泵的性能曲线第18页，此课件共23页哦qv H曲线随曲线随qv的增大总趋势是下降的。的增大总趋势是下降的。2 a及结构不同其形状不同。及结构不同其形状不同。qv P曲线随曲线随qv的增大总趋势是上升的。的增大总趋势是上升的。2 a及结构不同其形状不同。及结构不同其形状不同。qv 曲线随曲线随qv的增大先上升至的增大先上升至max后又下降，其高效区较宽阔。后又下降，其高效区较宽阔。qv HS曲线随曲线随qv的增大总趋势是下降的。的增大总趋势是下降的。某个工况点：对应某某个工况点：对应某 qv下的下的 H 或或 P、HS 的一组参数。的一组参数。设计工况点：设计最高效率点对应的一组参数，用脚标设计工况点：设计最高效率点对应的一组参数，用脚标d标注。标注。最佳工况点：试验最高效率点对应的一组参数，近似设计工况点。最佳工况点：试验最高效率点对应的一组参数，近似设计工况点。高效工作区：最佳工况点左右高效工作区：最佳工况点左右90%d以上区域，也称经济工作区。以上区域，也称经济工作区。铭牌铭牌 参数：泵与风机铭牌标注参数为最佳工况点参数。参数：泵与风机铭牌标注参数为最佳工况点参数。d d、离心式泵基本性能曲线分析、离心式泵基本性能曲线分析、离心式泵基本性能曲线分析、离心式泵基本性能曲线分析 性能曲性能曲 线变化线变化 总趋势总趋势（1）工况点工况点不一定不一定重重 合合符符 号号（2）空空 转转状状 态态“”阀门全关，阀门全关，qv=0、H=H0、P=P0 叶轮与流体摩擦，水温迅速升高；叶轮与流体摩擦，水温迅速升高；空载功率空载功率P0主要消耗在机械损失上主要消耗在机械损失上 导致泵壳变形，轴弯曲，汽化；导致泵壳变形，轴弯曲，汽化；为防止汽化，一般不许空转状态运行为防止汽化，一般不许空转状态运行 锅炉给水泵、凝结水泵（饱和液体）锅炉给水泵、凝结水泵（饱和液体）低于规定最小流量，开启旁路阀。低于规定最小流量，开启旁路阀。第19页，此课件共23页哦d d、离心式泵基本性能曲线分析、离心式泵基本性能曲线分析、离心式泵基本性能曲线分析、离心式泵基本性能曲线分析离心泵与风机，空转状态轴功率最小；（离心泵与风机，空转状态轴功率最小；（P随随qv的增大而增大）。的增大而增大）。闭阀启动，待运转正常后，再开大出口调节阀门，投入正常运行；闭阀启动，待运转正常后，再开大出口调节阀门，投入正常运行；意义：避免启动电流过大、原动机过载及损坏电器设备。意义：避免启动电流过大、原动机过载及损坏电器设备。总趋势：总趋势：H随随qv的增大而减小。形状与结构的增大而减小。形状与结构 及叶片安装角有关。及叶片安装角有关。陡降的曲线：陡降的曲线：25%-30%的斜度，的斜度，qv 变化小变化小 H变化大变化大,适应适应H变化大，变化大，qv变化小的场合。变化小的场合。如取水水位变化大的循环水泵。如取水水位变化大的循环水泵。平缓的曲线：平缓的曲线：8%-12%的斜度，的斜度，qv变化很大变化很大 H 变化很小变化很小,适应适应 qv 变大，变大，H变化小的场合变化小的场合 如汽包锅炉给水泵。如汽包锅炉给水泵。有驼峰曲线：有驼峰曲线：qv增加，增加，H由小增加到最大值由小增加到最大值 HK后减小，后减小，K 点左边为不稳定工作区点左边为不稳定工作区,只允只允 许许 qv qvk 区域工作。区域工作。（3）启）启动动（4）qV H 三形状三形状 qv H 曲线三种基本形状曲线三种基本形状 qvHabcKqVK第20页，此课件共23页哦e e、轴流泵基本性能曲线分析、轴流泵基本性能曲线分析、轴流泵基本性能曲线分析、轴流泵基本性能曲线分析qv H曲线随曲线随qv的增加总趋势是下降的，在小流量时有一马鞍形。的增加总趋势是下降的，在小流量时有一马鞍形。qv P曲线随曲线随qv的增大总趋势是下降的，的增大总趋势是下降的，qv=0时时P最大。最大。qv 曲线随曲线随qv的增大先上升至的增大先上升至max后又下降，其高效区域较狭窄。后又下降，其高效区域较狭窄。qv h曲线随曲线随qv的增大先下降至最小后又上升的。的增大先下降至最小后又上升的。阀门全关，阀门全关，qv=0、P最大。最大。原因有多种解释。原因有多种解释。轴流式泵出口一般不安装阀门轴流式泵出口一般不安装阀门 性能性能曲线曲线变化变化趋势趋势（1）工作工作区域区域（2）空转空转状态状态马鞍形的驼峰点左边为不稳定工作区域。马鞍形的驼峰点左边为不稳定工作区域。马鞍形的驼峰点右边为稳定工作区域。马鞍形的驼峰点右边为稳定工作区域。水泵必须在稳定工作区域工作。水泵必须在稳定工作区域工作。如安装有其他用途的阀门，如安装有其他用途的阀门，运行中不可用此调节流量。运行中不可用此调节流量。第21页，此课件共23页哦e e、轴流泵基本性能曲线分析、轴流泵基本性能曲线分析、轴流泵基本性能曲线分析、轴流泵基本性能曲线分析轴流式泵，空转状态轴功率最大；（轴流式泵，空转状态轴功率最大；（P 随随 qv 的增大的增大 而减小）。而减小）。应阀门全开状态下启停机组，否则原动机过载及损应阀门全开状态下启停机组，否则原动机过载及损 坏电器设备；坏电器设备；轴流式泵轴流式泵a 最小时最小时P最小，故应在最小，故应在 a 最小时启动最小时启动 机组。机组。（3）启动启动（4）轴流式泵高效区域狭窄）轴流式泵高效区域狭窄可采取变角调节工况法保持高效运行。可采取变角调节工况法保持高效运行。第22页，此课件共23页哦作 业 1、某某双双吸吸离离心心泵泵，总总扬扬程程22m时时，流流量量为为2016m3/h，轴轴功功率为率为147KW。求该工况下的有效功率和效率。求该工况下的有效功率和效率。2、某某一一水水泵泵流流量量qv=25L/s，扬扬程程H=38.96m,电电动动机机输输入入功功率率为为12.5KW，电电动动机机效效率率为为95%，泵泵与与电电动动机机用用联联轴轴器器直直联联传传动动，其其传传动效率为动效率为98%。求轴功率、有效功率、泵的总效率。求轴功率、有效功率、泵的总效率。3、泵与风机在工作时会产生哪些能量损失？、泵与风机在工作时会产生哪些能量损失？4、简述提高水泵总效率可采取的技术措施？、简述提高水泵总效率可采取的技术措施？5、为什么高、为什么高ns的泵比低的泵比低ns的泵效率高？的泵效率高？第23页，此课件共23页哦