流体输配管网全部课件.pptx

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1、高等学校教材高等学校教材流体输配管网流体输配管网主 编 龚光彩主 审 陈在康 课程概述课程概述一、一、本课程的地位、作用和任务本课程的地位、作用和任务本课程为建筑环境与设备工程专业主干专业必修理论课之一，是本课程为建筑环境与设备工程专业主干专业必修理论课之一，是沟通专业基础课与专业课之间的桥梁。通过本课程的学习，目的是使学生沟通专业基础课与专业课之间的桥梁。通过本课程的学习，目的是使学生进一步拓宽专业基础口径，掌握暖通空调工程、城市燃气工程、供热工程、进一步拓宽专业基础口径，掌握暖通空调工程、城市燃气工程、供热工程、建筑给排水工程、建筑消防工程、工厂动力工程等各类工程中管网系统设建筑给排水工程

2、、建筑消防工程、工厂动力工程等各类工程中管网系统设计分析、调试和调节的基本理论和方法，为学习有关后续课程打下必要的计分析、调试和调节的基本理论和方法，为学习有关后续课程打下必要的基础，并具备初步的工程实践能力。能够正确应用设计手册和参考资料进基础，并具备初步的工程实践能力。能够正确应用设计手册和参考资料进行上述管网系统的设计、调试和调节，同时为从事其它大型、复杂管网工行上述管网系统的设计、调试和调节，同时为从事其它大型、复杂管网工程的设计和运行管理打下初步基础。程的设计和运行管理打下初步基础。二、二、本课程对先修课的要求本课程对先修课的要求先修课程：高等数学，理论力学，流体力学先修课程：高等数

3、学，理论力学，流体力学课程概述课程概述三、教学内容与教学要求三、教学内容与教学要求为适应全国范围内的建筑环境与设备工程专业教学内容改革，本为适应全国范围内的建筑环境与设备工程专业教学内容改革，本课程是将原有本专业及相关专业的课程是将原有本专业及相关专业的空调工程空调工程、燃气输配燃气输配、供热供热工程工程、通风工程通风工程、建筑给排水建筑给排水、锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备、建建筑消防工程筑消防工程、工厂动力工程工厂动力工程等课程中的管网系统原理部分抽出，经等课程中的管网系统原理部分抽出，经提炼后与提炼后与流体力学泵与风机流体力学泵与风机中的泵与风机部分进行整合、充实而成的中的泵与风机部分

4、进行整合、充实而成的一门课程。上述各门专业课不再讲授一门课程。上述各门专业课不再讲授“管网系统管网系统”原理部分，但需要在教原理部分，但需要在教学中注意与本课程的联系；学中注意与本课程的联系；流体力学泵与风机流体力学泵与风机不再讲授不再讲授“泵与风机泵与风机”部分，并更名为部分，并更名为流体力学流体力学。本课程在本课程在流体力学流体力学的的“一元流体动力学基础一元流体动力学基础”、“流动阻力和能量损流动阻力和能量损失失”、“孔口管嘴管路流动孔口管嘴管路流动”“相似性原理相似性原理”等理论基础上进行教学，不等理论基础上进行教学，不再重复再重复流体力学流体力学的这部分内容，但要特别注意加强与这部分

5、内容的联的这部分内容，但要特别注意加强与这部分内容的联系与呼应，尤其是在能量方程、沿程阻力和局部阻力、串联并联管路、枝系与呼应，尤其是在能量方程、沿程阻力和局部阻力、串联并联管路、枝状环状管网等方面的衔接与分工。本课程在构建管网系统理论体系的同时，状环状管网等方面的衔接与分工。本课程在构建管网系统理论体系的同时，应特别重视工程应用方法和培养学生的工程实践能力，要注意防止本课程应特别重视工程应用方法和培养学生的工程实践能力，要注意防止本课程偏离工程实践，成为偏离工程实践，成为流体力学流体力学或或网络理论网络理论。第第1 1章章 流体输配基础流体输配基础 建筑流体输配管网按照目的和用途来划分，建筑

6、流体输配管网按照目的和用途来划分，大致可分为下述大致可分为下述4 4类：类：1.1.满足（建筑）环境控制（生产工艺或满足（建筑）环境控制（生产工艺或生活所需要的环境）目标的管网系统；生活所需要的环境）目标的管网系统；2.2.满足生产工艺及生活需要的用水，用满足生产工艺及生活需要的用水，用气管网系统；气管网系统；3.3.安全消防；安全消防；4.4.其它，如制冷机组各元件（零部件）其它，如制冷机组各元件（零部件）之间的连接管道、空压管道等。之间的连接管道、空压管道等。满足（建筑）环境控制目标的管网系统又可满足（建筑）环境控制目标的管网系统又可分为下述管道系统：分为下述管道系统：1 1、蒸汽供暖系统

7、蒸汽供暖系统 2 2、民用建筑空调通风系统、民用建筑空调通风系统 3 3、工业通风及环境控制系统、工业通风及环境控制系统 4 4、空调冷冻水系统、冷却水系统、空调冷冻水系统、冷却水系统 5 5、热水采暖系统、热水采暖系统 6 6、城市集中供热管网系统（又属市政之一）、城市集中供热管网系统（又属市政之一）统称暖通空调系统。统称暖通空调系统。满足生产工艺与生活需要的用水，用气系满足生产工艺与生活需要的用水，用气系统大致为：统大致为：1 1、建筑给水系统建筑给水系统 2 2、建筑排水系统建筑排水系统 3 3、室内煤气（燃气）系统室内煤气（燃气）系统 4 4、城市燃气系统（也属于市政工程专业的城市燃气

8、系统（也属于市政工程专业的内容之一）内容之一）而城市供、排水管网系统均属市政工程而城市供、排水管网系统均属市政工程（城市道路也可属市政）。（城市道路也可属市政）。安全消防（可以理解为环境控制需要的一安全消防（可以理解为环境控制需要的一种延伸，即可以归入一种种延伸，即可以归入一种“广义的广义的”可满足环可满足环境控制目标需要的管网系统）有：境控制目标需要的管网系统）有：1 1、消防给水系统（给排水）消防给水系统（给排水）2 2、防排烟系统（暖通空调）防排烟系统（暖通空调）其它，如制冷工质在制冷机组各元件（零其它，如制冷工质在制冷机组各元件（零部件）之间的连接管道内部的流动，空气压缩部件）之间的连

9、接管道内部的流动，空气压缩管道等。管道等。按照流体力学特性，管道又可分为简单管按照流体力学特性，管道又可分为简单管路、复杂管路。路、复杂管路。复杂管路是简单管路、串联管路与并联管复杂管路是简单管路、串联管路与并联管路的组合，一般可分为枝状管网和环状管网。路的组合，一般可分为枝状管网和环状管网。1.1 1.1 有压管网水力计算基础有压管网水力计算基础1.1.1 1.1.1 枝状管网与环状管网枝状管网与环状管网 流体输配管网基本任务：流体输配管网基本任务：一、流体（物质）的转运与分配一、流体（物质）的转运与分配 二、能量的转运与分配二、能量的转运与分配 在流体（物质）、能量的转运与分配过程在流体（

10、物质）、能量的转运与分配过程中，存在流体的机械能损失。中，存在流体的机械能损失。1.1.1.1 1.1.1.1 枝状管网枝状管网 枝状管网是指输送流体的管道通过串联与枝状管网是指输送流体的管道通过串联与并联的组合呈树枝状排列的管道系统（管网）。并联的组合呈树枝状排列的管道系统（管网）。图1-1 枝状管网 根据并、串联管路的计算原则，可得到该根据并、串联管路的计算原则，可得到该风机应具有的压头为风机应具有的压头为 （1-11-1）风机应具有的风量为风机应具有的风量为 （1-21-2）图1-2 均匀泄流管路 管段每单位长度上泄出的流量均相同即等于qV，这种管路称为均匀泄流管路 （1-3）（1-4）

11、近似写作（1-5）引入计算流量qVc（1-6）（1-7）流量qVz=0（1-8）环状管网遵循串联和并联管路的计算原则，环状管网遵循串联和并联管路的计算原则，根据其特点，并存在下列两个条件：根据其特点，并存在下列两个条件：（1 1）任一节点（如点）流入和流出的流量相）任一节点（如点）流入和流出的流量相等。等。（2 2）任一闭合环路中，如规定顺时针方向流）任一闭合环路中，如规定顺时针方向流动的阻力损失为正，反之为负，则各管段阻力损动的阻力损失为正，反之为负，则各管段阻力损失的代数和必等于零。失的代数和必等于零。（1 1）哈迪）哈迪克罗斯（克罗斯（Hardy-CrossHardy-Cross）方法）

12、方法 图1-4 环路划分1.1.1.2 1.1.1.2 环状管网环状管网1 1、Hardy-CrossHardy-Cross方法方法 环状管网是指管道通过串联与并联的组合环状管网是指管道通过串联与并联的组合存在一个以上闭合环路的管道系统（管网）。存在一个以上闭合环路的管道系统（管网）。图图1-31-3 计算程序如下：计算程序如下：将管网分成若干环路如图将管网分成若干环路如图1-41-4上分成上分成、三个闭合环路。按节点流量平衡确定流量，选取限三个闭合环路。按节点流量平衡确定流量，选取限定流速定流速，定出管径，定出管径D D。按照上面规定的流量与损失在环路中的正负值，按照上面规定的流量与损失在环

13、路中的正负值，求出每一环路的总损失。求出每一环路的总损失。根据上面给定的流量，若计算出来的不为零，根据上面给定的流量，若计算出来的不为零，则每段管路应加校正流量，而与此相适应的阻力损失则每段管路应加校正流量，而与此相适应的阻力损失修正值为。修正值为。用同样的程序，计算出第二次校正后的流量，用同样的程序，计算出第二次校正后的流量，第三次校正后的流量第三次校正后的流量，直至满足工程精度要求为，直至满足工程精度要求为止。止。图 1-5环网计算图（2 2）燃气环状管网水力计算方法）燃气环状管网水力计算方法手工表格法步骤：手工表格法步骤：布置管网，绘制管网平面示意图。布置管网，绘制管网平面示意图。计算管

14、网各管段的途泄流量。计算管网各管段的途泄流量。假定各管段的气流方向并选择零速点。假定各管段的气流方向并选择零速点。求管网各管段的计算流量。求管网各管段的计算流量。选择管径。选择管径。进行初步计算。进行初步计算。进行校正计算，即水力平差计算。进行校正计算，即水力平差计算。例1-2 有一低压环网，环网中管段的长度及环内建筑用地面积均如图1-6所示，人口密度每公顷为500人，每人每小时的平均用气量为0.08m3，在2、6、9节点处有三个集中用户，用气量如图所示。现供应该管网的是城市焦炉燃气，燃气对空气相对密度为500Pa，求管网中各段的管径。图1-6 燃气环网计算图1.1.2 1.1.2 小密度差管

15、流流动小密度差管流流动图 1-7热水采暖示意图 对对1-11-1，2-22-2两个截面，其伯努利方程两个截面，其伯努利方程 （1-201-20）式（式（1-201-20）考虑的是浮力（密度差）对流）考虑的是浮力（密度差）对流动过程的影响，称之为小密度差管流能量方程。动过程的影响，称之为小密度差管流能量方程。热水自然循环热水自然循环 （1-211-21）在工程中的许多场合，我们往往可以认为管道在工程中的许多场合，我们往往可以认为管道中流体的密度变化是集中在某处或某个断面发生的，中流体的密度变化是集中在某处或某个断面发生的，例如热水采暖系统中高温热水通过散热器时流体密度例如热水采暖系统中高温热水通

16、过散热器时流体密度突然发生了变化，这种变化所产生的附加压头可由前突然发生了变化，这种变化所产生的附加压头可由前述之自然循环系统的作用力计算公式得到。述之自然循环系统的作用力计算公式得到。还有一类典型的流动亦可归结为小密度差管流流还有一类典型的流动亦可归结为小密度差管流流动，即管内流体与管外流体存在的密度差所导致的流动，即管内流体与管外流体存在的密度差所导致的流动，这一类也存在两种场合：一是密度与空气不同的动，这一类也存在两种场合：一是密度与空气不同的其它气体流动，如燃气流动，其密度大多轻于空气；其它气体流动，如燃气流动，其密度大多轻于空气；另一个场合是高温烟气流动，烟气密度一般也低于当另一个场

17、合是高温烟气流动，烟气密度一般也低于当地空气的密度。地空气的密度。对于恒定气流流动，其能量方程可表示为：对于恒定气流流动，其能量方程可表示为：（1-231-23）是断面是断面1 1、2 2的相对压强，专业上习惯称为静的相对压强，专业上习惯称为静 压。压。习惯称为动压。习惯称为动压。是容重差与高程差的乘积，称为位压，表是容重差与高程差的乘积，称为位压，表 示管内外流体密度差的作用示管内外流体密度差的作用 当气流方向（向上或向下）与实际作用力（重力或浮力）方向相同时，位压为正。当二者方向相反时，位压为负。应当注意，气流在有效浮力作用下，位置升高，位压减小；位置降低，位压增大。这与气流在有效重力作用

18、下，位置升高，位压增大；位置降低，位压减小正好相反。是是1 1，2 2两断面间的压强损失。两断面间的压强损失。静压和位压相加，称为势压，以静压和位压相加，称为势压，以 表示。表示。势压与管中水流的测压管水头相对应。势压与管中水流的测压管水头相对应。静压和动压之和，称为全压，以静压和动压之和，称为全压，以 表示。表示。静压，动压和位压三项之和以静压，动压和位压三项之和以 表示，称表示，称 为总压，与管中水流的总水头线相对应。为总压，与管中水流的总水头线相对应。存在位压时，总压等于位压加全压。位压存在位压时，总压等于位压加全压。位压为零时，总压就等于全压。为零时，总压就等于全压。位压（位压（）（）

19、（）实际上就表示了管内）实际上就表示了管内外流体存在密度差时所具有的附加压头。外流体存在密度差时所具有的附加压头。烟气流动烟气流动 图图1-91-9 对对1-11-1断面处烟囱内外之流体可分别写出断面处烟囱内外之流体可分别写出 其静力学基本方程：其静力学基本方程：（1-251-25）（1-261-26）若若 在在1-11-1断面处烟囱内外两侧压差大小为：断面处烟囱内外两侧压差大小为：（1-271-27）1.2 1.2 无压流动基础无压流动基础明渠均匀流明渠均匀流1.2.1 1.2.1 概述概述 明渠是一种具有自由表面水流的渠道。明渠是一种具有自由表面水流的渠道。可分为可分为 天然明渠，如天然河

20、道。天然明渠，如天然河道。人工明渠，如人工渠道（输水渠、排水人工明渠，如人工渠道（输水渠、排水 渠等）、运河及未充满水流渠等）、运河及未充满水流 的管道等。的管道等。明渠水流与有压管流不同，它具有自由表明渠水流与有压管流不同，它具有自由表面，表面上各点受大气压强作用，其相对压强面，表面上各点受大气压强作用，其相对压强为零，故又称为无压流动或重力流动。为零，故又称为无压流动或重力流动。1.2.1.1 1.2.1.1 明渠的分类明渠的分类 由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，故明渠一般分为以下类渠水流运动有重要影响，故明渠一般分为以下类

21、型：型：1.1.棱柱形渠道与非棱柱形渠道棱柱形渠道与非棱柱形渠道:凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否则为非棱柱形渠道。称为棱柱形渠道，否则为非棱柱形渠道。图 1-10 常见渠道断面形状2.2.顺坡、平坡和逆坡渠道顺坡、平坡和逆坡渠道:明渠底一般是个斜面，在纵剖面上，渠底明渠底一般是个斜面，在纵剖面上，渠底便成一条斜直线，这一斜线就是渠道底线的坡便成一条斜直线，这一斜线就是渠道底线的坡度便是渠道底坡，它单位流程上渠底高程降低度便是渠道底坡，它单位流程上渠底高程降低值。值。一般规定：一般规定：渠底沿程降低的底坡为称为顺坡；渠底水渠底沿程降

22、低的底坡为称为顺坡；渠底水平时，称为平坡；渠底沿程升高时，称为逆坡。平时，称为平坡；渠底沿程升高时，称为逆坡。图1-11 渠道底坡类型1.2.1.2 明渠均匀流的条件与特征 均匀流是一种渐变流的极限情况，即流线是绝对平行无弯曲的流动。明渠均匀流的水流具有如下特征：断面平均流速沿程不变；水深也沿程不变；而且总能线即总水头线，水面及渠底相互平行，也就是说，其总水头线坡度（水力坡度），测管水头线坡度（水面坡度）和渠道底坡彼此相等（图1-13），亦即 图1-13 明渠均匀流1.2.2 1.2.2 明渠均匀流的计算公式明渠均匀流的计算公式 明渠水流一般属于紊流阻力平方区即第明渠水流一般属于紊流阻力平方区

23、即第二自模区。明渠均匀流水力计算中的流速公二自模区。明渠均匀流水力计算中的流速公式，长期以来一般表示为如下形式：式，长期以来一般表示为如下形式：（1-311-31）1.1.谢才公式谢才公式 17691769年，法国工程师谢才（年，法国工程师谢才（Antoine Antoine ChezyChezy）提出了明渠均匀流的计算公式即谢）提出了明渠均匀流的计算公式即谢才公式才公式 （1-321-32）2.2.流量模数与正常水深流量模数与正常水深 根据谢才公式可得流量计算式根据谢才公式可得流量计算式 (1-34)(1-34)3.3.曼宁公式与巴甫洛夫斯基公式曼宁公式与巴甫洛夫斯基公式 爱尔兰工程师曼宁（

24、爱尔兰工程师曼宁（Robert Robert ManningManning）18891889年亦提出了一个明渠均匀流公年亦提出了一个明渠均匀流公式。式。（1-371-37）将谢才公式与曼宁公式相比较，便得将谢才公式与曼宁公式相比较，便得 （1-381-38）此式表明了谢才系数与曼宁粗糙系数之间此式表明了谢才系数与曼宁粗糙系数之间的重要关系，称之为曼宁公式。的重要关系，称之为曼宁公式。4.4.粗糙系数粗糙系数n n 粗糙系数值的大小综合反映渠道壁面（包粗糙系数值的大小综合反映渠道壁面（包括渠底）对水流阻力的作用，它不仅与渠道表括渠底）对水流阻力的作用，它不仅与渠道表面材料有关，同时和水位高低（即

25、流量大小）面材料有关，同时和水位高低（即流量大小）以及运行管理的好坏有关。以及运行管理的好坏有关。因此，正确地选择渠道壁面的粗糙系数对因此，正确地选择渠道壁面的粗糙系数对于渠道水力计算成果和工程造价的影响颇大。于渠道水力计算成果和工程造价的影响颇大。1.2.3 1.2.3 明渠水力最优断面和允许流速明渠水力最优断面和允许流速 1.1.水力最优断面水力最优断面 明渠均匀流输水能力的大小取决于渠道底明渠均匀流输水能力的大小取决于渠道底坡、粗糙系数以及过水断面的形状和尺寸。在坡、粗糙系数以及过水断面的形状和尺寸。在设计渠道时，底坡一般随地形条件而定，粗糙设计渠道时，底坡一般随地形条件而定，粗糙系数取

26、决于渠壁的材料，于是，渠道输水能力系数取决于渠壁的材料，于是，渠道输水能力只取决于断面大小和形状。只取决于断面大小和形状。当当i i、n n及及A A大小一定，使渠道所通过的流大小一定，使渠道所通过的流量最大的那种断面形状称为水力最优断面。量最大的那种断面形状称为水力最优断面。梯形断面的水力最优条件梯形断面的水力最优条件 设明渠梯形过水断面（图设明渠梯形过水断面（图1-10a1-10a）的底为）的底为b b，水深为水深为h h，边坡系数为，边坡系数为m m，水力最优条件为，水力最优条件为 2.2.渠道的允许流速渠道的允许流速 式中式中 是免遭冲刷的最大允许流速，简称不是免遭冲刷的最大允许流速，

27、简称不冲允许流速；冲允许流速；是免受淤积的最小允许流速，简称不是免受淤积的最小允许流速，简称不淤允许流速。淤允许流速。1.2.4 1.2.4 明渠均匀流水力计算的基本问题明渠均匀流水力计算的基本问题 明渠均匀流的水力计算，主要有以下三种明渠均匀流的水力计算，主要有以下三种基本问题，现以最常用的梯形断面渠道为例分基本问题，现以最常用的梯形断面渠道为例分述如下：述如下：1.1.验算渠道的输水能力验算渠道的输水能力 这类问题主要是对已成渠道进行校核性的这类问题主要是对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验算其输水能力问题。水力计算，特别是验算其输水能力问题。2.2.决定渠道底坡决定渠道底坡 设计渠道

28、底坡时，一般已知土壤或护面材设计渠道底坡时，一般已知土壤或护面材料、设计流量以及断面的几何尺寸，即已知料、设计流量以及断面的几何尺寸，即已知n n、q qV V和和m m、b b、h h0 0各量，求所需要的底坡各量，求所需要的底坡i i。3.3.决定渠道断面尺寸决定渠道断面尺寸 在设计一条新渠道时，一般已知流量在设计一条新渠道时，一般已知流量q qV V 、渠道底坡渠道底坡i i、边坡系数、边坡系数m m及粗糙系数及粗糙系数n n，求渠道断，求渠道断面尺寸面尺寸b b和和h h。1.2.5 1.2.5 无压圆管均匀流的水力计算无压圆管均匀流的水力计算1.2.5.1.1.2.5.1.无压圆管均

29、匀流的水力特征无压圆管均匀流的水力特征 1 1、水力特征、水力特征 （1 1）明渠均匀流动，对于比较长的无压圆管来）明渠均匀流动，对于比较长的无压圆管来说，直径不变的顺直段，其水流状态与明渠均匀流相说，直径不变的顺直段，其水流状态与明渠均匀流相同，它的水力坡度、水面坡度以及底坡彼此相等。同，它的水力坡度、水面坡度以及底坡彼此相等。（2 2）无压圆管道均匀流之流速和流量分别在水流）无压圆管道均匀流之流速和流量分别在水流为满流之前，达到其最大值。为满流之前，达到其最大值。水流在无压圆管中的充满程度可用水深对直径的水流在无压圆管中的充满程度可用水深对直径的比值即充满度来表示。其输水性能最优时的水流充

30、满比值即充满度来表示。其输水性能最优时的水流充满度可根据水力最优条件导出。度可根据水力最优条件导出。2 2、无压圆管均匀流过水断面水力要素、无压圆管均匀流过水断面水力要素、1.2.5.2 1.2.5.2 无压圆管的计算问题无压圆管的计算问题 无压管道水力计算的基本问题分为下述三类。无压管道水力计算的基本问题分为下述三类。（1 1）检验过水能力，即已知管径、充满度、）检验过水能力，即已知管径、充满度、管壁粗糙系数及底坡，求流量。管壁粗糙系数及底坡，求流量。（2 2）已知通过流量及管径、充满度和管壁粗）已知通过流量及管径、充满度和管壁粗糙系数，要求设计管底的坡度。糙系数，要求设计管底的坡度。（3

31、3）已知通过流量及充满度、管壁粗糙系数）已知通过流量及充满度、管壁粗糙系数和底坡，要求决定管径。和底坡，要求决定管径。第第2 2章章 泵与风机的理论基础泵与风机的理论基础2.1 2.1 泵与风机的分类及性能参数泵与风机的分类及性能参数2.1.1 2.1.1 常用泵与风机的分类常用泵与风机的分类 泵与风机是利用外加能量输送流体的流泵与风机是利用外加能量输送流体的流体机械。体机械。2.1.1.1 2.1.1.1 容积式容积式 容积式泵与风机在运转时，机械内部的容积式泵与风机在运转时，机械内部的工作容积（体积）不断发生变化，从而吸入工作容积（体积）不断发生变化，从而吸入或排出流体。或排出流体。又可分

32、为又可分为:1.1.往复式往复式 这种机械借活塞在汽缸内的往复作用使这种机械借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体，如缸内容积反复变化，以吸入和排出流体，如蒸汽活塞泵等；蒸汽活塞泵等；2.2.回转式回转式 机壳内的转子或转动部件旋转时，转子机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体，如齿轮泵、罗茨鼓风机、滑板和排出流体，如齿轮泵、罗茨鼓风机、滑板泵等。泵等。2.1.1.2 2.1.1.2 叶片式叶片式 叶片式泵与风机的主要结构是可旋转的、叶片式泵与风机的主要结构是可旋转的、带叶片的叶轮和固定的机

33、壳。通过叶轮的旋转带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮的旋转对流体做功，从而使流体获得能量。对流体做功，从而使流体获得能量。根据流体的流动情况，可将它们再分为下根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种：列数种：1.1.离心式泵与风机；离心式泵与风机；2.2.轴流式泵与风机；轴流式泵与风机；3.3.混流式泵与风机；混流式泵与风机；4.4.贯流式风机。贯流式风机。2.1.1.3 2.1.1.3 其它类型的泵与风机其它类型的泵与风机 如引射器、旋涡泵、真空泵等。如引射器、旋涡泵、真空泵等。图2-1离心式风机主要结构分解示意图1吸入口；2叶轮前盘；3叶片；4后盘；5机壳；6出口；7截流板，即风舌；8支

34、架 工作原理工作原理 当叶轮随轴旋转时，叶片间的气体也随叶当叶轮随轴旋转时，叶片间的气体也随叶轮旋转而获得离心力，并使气体从叶片之间的轮旋转而获得离心力，并使气体从叶片之间的出口处甩出。被甩出的气体挤入机壳，于是机出口处甩出。被甩出的气体挤入机壳，于是机壳内的气体压强增高，最后被导向出口排出。壳内的气体压强增高，最后被导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部分的压强降低；外气体被甩出后，叶轮中心部分的压强降低；外界气体即能从风机的吸入口通过叶轮前盘中央界气体即能从风机的吸入口通过叶轮前盘中央的孔口吸人，源源不断地输送气体。的孔口吸人，源源不断地输送气体。作为向流体提供能量的设备，描述其作为向流体

35、提供能量的设备，描述其性能的常用参数有性能的常用参数有 扬程、流量、功率、效率及转速等。扬程、流量、功率、效率及转速等。2.1.2.1 2.1.2.1 泵的扬程与风机的全压和静压泵的扬程与风机的全压和静压 1.1.泵的扬程：泵的扬程：泵所输送的单位重量流量的流体从进口至泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值即为扬程；也即单位重量流量的流体通过泵所出口的能量增值即为扬程；也即单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量，单位是获得的有效能量，单位是m m。2.2.风机的压头风机的压头(全压全压)与静压与静压 （1 1）风机的压头）风机的压头(全压全压)：单位体积气体通过风机所获得的：单位

36、体积气体通过风机所获得的能量增量即全压，单位为能量增量即全压，单位为PaPa。（2 2）风机的静压：风机全压减去风机出口动压即风机静压）风机的静压：风机全压减去风机出口动压即风机静压.3.3.流量：单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量。流量：单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量。常用体积流量表示，单位为常用体积流量表示，单位为“m3/sm3/s”或或“m3/hm3/h”。2.1.2.2 2.1.2.2 功率及效率功率及效率 1.1.有效功率有效功率:在单位时间内通过泵的流体（总流）所获在单位时间内通过泵的流体（总流）所获得的总能量叫有效功率，以符号得的总能量叫有效功率，以符号P Pe

37、e表示表示 对水泵，有对水泵，有 对风机，有对风机，有 2.2.全效率（效率）：表示输入的轴功率全效率（效率）：表示输入的轴功率P P被流体所利用的被流体所利用的程度，用泵或风机的全效率（简称效率）程度，用泵或风机的全效率（简称效率）来计量。来计量。3 3 转速转速n n它指泵或风机叶轮每分钟的转数即它指泵或风机叶轮每分钟的转数即“r/minr/min”。2.2 离心式泵与风机的基本方程欧拉方程图2-2 泵或风机工作时能量的转换与迁移过程示意图2.2.2 2.2.2 理想叶轮理想叶轮 速度三角形速度三角形2.2.2.1 2.2.2.1 理想叶轮理想叶轮 1.1.假设流体通过叶轮的流动是恒定的，

38、且可看假设流体通过叶轮的流动是恒定的，且可看成是无数层垂直于转动轴线的流面之总和，在层与层成是无数层垂直于转动轴线的流面之总和，在层与层的流面之间其流动互不干扰。的流面之间其流动互不干扰。2.2.假设叶轮具有无限多的叶片，叶片厚度无限假设叶轮具有无限多的叶片，叶片厚度无限薄，流体流过时无惯性冲击。即流体在叶片间流道作薄，流体流过时无惯性冲击。即流体在叶片间流道作相对流动时，其流线与叶片形状一致，且当流体进、相对流动时，其流线与叶片形状一致，且当流体进、出叶片流道时，与叶片进、出口的几何安装角、一致，出叶片流道时，与叶片进、出口的几何安装角、一致，即流体即流体“进入和流出时无冲击进入和流出时无冲

39、击”。3.3.假设流经叶轮的流体是理想不可压缩流体，假设流经叶轮的流体是理想不可压缩流体，即在流动过程中，不计能量损失。即在流动过程中，不计能量损失。图2-3 流体在叶轮流道中的流动(a)风机的叶轮；(b)流体在叶轮中的速度1叶轮前盘；2叶片；3后盘；4轴；5机壳2.2.2.2 2.2.2.2 速度三角形速度三角形图2-4叶片进口和出口处流体速度图 图2-5流体在叶轮中运动的 速度三角形 1进口；2出口；u圆周速度；w相对速度；v绝对速度2.2.3 2.2.3 理想叶轮流量计算理想叶轮流量计算从理论力学可知，流体的圆周速度为：从理论力学可知，流体的圆周速度为：2.2.3 2.2.3 理想叶轮欧

40、拉方程理想叶轮欧拉方程 特点：特点：1.1.用动量矩定理推导基本能量方程时，并未分用动量矩定理推导基本能量方程时，并未分析流体在叶轮流道内的运动过程，于是，流体所获得析流体在叶轮流道内的运动过程，于是，流体所获得的理论扬程，仅与流体在叶片进、出口处的运动速度的理论扬程，仅与流体在叶片进、出口处的运动速度有关，而与流动过程无关；有关，而与流动过程无关；2.2.流体所获得的理论扬程，与被输送流体的种流体所获得的理论扬程，与被输送流体的种类无关。也就是说无论被输送的流体是水或是空气，类无关。也就是说无论被输送的流体是水或是空气，乃至其它密度不同的流体；只要叶片进、出口处的速乃至其它密度不同的流体；只

41、要叶片进、出口处的速度三角形相同，都可以得到相同的流体柱（液柱或气度三角形相同，都可以得到相同的流体柱（液柱或气柱）高度（扬程）。柱）高度（扬程）。2.2.4 2.2.4 实际叶轮欧拉方程实际叶轮欧拉方程实际叶轮的理论扬程方程式或实际叶轮实际叶轮的理论扬程方程式或实际叶轮欧拉方程欧拉方程 2.2.5 2.2.5 理论扬程理论扬程H HT T之组成之组成 总扬程系由以下三部分组成：总扬程系由以下三部分组成：1.1.式第三项是单位重量流体的动能增量，式第三项是单位重量流体的动能增量，也叫动压水头增量，也叫动压水头增量，2.2.式的第一项是单位重量流体在叶轮旋式的第一项是单位重量流体在叶轮旋转时所产

42、生的离心力所作的功转时所产生的离心力所作的功W W，使流体自进，使流体自进口口(r r1 1处处)到出口到出口(r r2 2处处)产生一个向外的压能产生一个向外的压能(静压水头静压水头)增量。增量。3.3.式的第二项是由于叶片间流道展宽，式的第二项是由于叶片间流道展宽，以致相对速度有所降低而获得的静压水头增量，以致相对速度有所降低而获得的静压水头增量，它代表着流体经过叶轮时动能转化为压能的份它代表着流体经过叶轮时动能转化为压能的份量。量。2.32.3实际叶轮的理实际叶轮的理论性能曲线论性能曲线2.3.1 2.3.1 叶型及其对性能的影响叶型及其对性能的影响 图2-7 叶轮叶型与出口安装角(a)

43、后向叶型，；(b)径向叶型，；(c)前向叶型 实践证明实践证明,动压水头成分大，流体在蜗动压水头成分大，流体在蜗壳及扩压器中的流速大，从而动静压转换壳及扩压器中的流速大，从而动静压转换损失必然较大。损失必然较大。其它条件相同时，尽管前向叶型的泵其它条件相同时，尽管前向叶型的泵和风机的总的扬程较大，但能量损失也大，和风机的总的扬程较大，但能量损失也大，效率较低。效率较低。离心式泵全都采用后向叶轮。在大型风机离心式泵全都采用后向叶轮。在大型风机中，为了增加效率或降低噪声水平，也几乎都中，为了增加效率或降低噪声水平，也几乎都采用后向叶型。采用后向叶型。叶轮是前向叶型的风机，在相同的压头下，叶轮是前向

44、叶型的风机，在相同的压头下，轮径和外形可以做得较小轮径和外形可以做得较小,中小型风机效率不中小型风机效率不是主要考虑因素是主要考虑因素,采用前向叶型。采用前向叶型。在微型风机中，大都采用前向叶型的多叶在微型风机中，大都采用前向叶型的多叶叶轮。叶轮。2.3.2 实际叶轮的理论流量压头曲线与流量功率曲线 泵和风机的扬程、流量以及所需的功率等性能是互相影响的，通常用以下三种形式来表示这些性能之间的关系：1.泵或风机所提供的流量和扬程之间的关系，用来表示；2.泵或风机所提供的流量和所需外加轴功率之间的关系，用来表示；3.泵或风机所提供的流量与设备本身效率之间的关系，用来表示。上述三种关系常以曲线形式绘

45、在以流量qV为横坐标的图上。这些曲线叫做性能曲线。从曲线可以看出，前向叶型的风机所需的轴功率随流量的增加而增长得很快。因此，这种风机在运行中增加流量时，原动机超载的可能性要比径向叶型风机的大得多，而后向叶型的风机几乎不会发生原动机超载的现象。离心泵离心泵离心泵装置简图离心泵装置简图吸上原理与气缚现象吸上原理与气缚现象 如果离心泵在启动前壳内充满的如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。象称为气缚。主要部件

46、主要部件（1）叶轮 叶片（+盖板）612个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道。闭式叶轮闭式叶轮：前盖板、后盖板半开式半开式：后盖板开式开式：无盖板平衡孔：平衡孔：消除轴向推力消除轴向推力截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 液体入口 中心（2）泵壳泵壳：泵体的外壳，包围叶轮出口 切线作用作用：汇集液体，并导出液体；能量转换装置（3）泵轴泵轴：垂直叶轮面，穿过叶轮中心 轴封轴封：旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封。作用作用：防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入。机械密封填料密封填料密封1填料套；2填料环；3填料；4填料压盖；5长扣双头螺栓；6螺母填料填料：采用浸油或涂石墨的石棉绳。结构简单，但功率消耗大，且有

47、一定程度的泄漏。（4 4）导轮的作用）导轮的作用 减少能量损失2.4 2.4 泵与风机的实际性能曲线泵与风机的实际性能曲线 2.4.1 水力损失 机内阻力损失发生于下述几个部分。一，进口损失H1.二，撞击损失H2.三，叶轮中的水力损失H3。它包括：叶轮中的摩擦损失和流道中流体速度大小、方向变化及离开叶片出口等局部阻力损失.四，动压转换和机壳出口损失H4。图2-11 撞击损失、其它水力损失与流量的关系图2-12机内流体泄漏回流图 2.4.2 2.4.2 容积损失容积损失通过间隙的泄漏流量可由下式估算：通过间隙的泄漏流量可由下式估算：q=减少回流量可以采取以下两方面的措施。减少回流量可以采取以下两

48、方面的措施。一是尽可能增加密封装置的阻力，例如将一是尽可能增加密封装置的阻力，例如将密封环的间隙做得较小，且可做成曲折形状密封环的间隙做得较小，且可做成曲折形状.二是密封环的直径尽可能缩小，从而降低二是密封环的直径尽可能缩小，从而降低其周长使流通面积减少。其周长使流通面积减少。2.4.3 2.4.3 机械损失机械损失泵的圆盘摩擦损失的功率泵的圆盘摩擦损失的功率P P2 2可表示为：可表示为：P2P2还可用下式近似计算还可用下式近似计算 2.4.4 2.4.4 泵与风机的全效率泵与风机的全效率 泵和风机的全效率等于容积效率，水泵和风机的全效率等于容积效率，水力效率及机械效率的乘积。力效率及机械效

49、率的乘积。q qV VH H、q qV VN N和和q qV V一一P P三条曲线是泵或三条曲线是泵或风机在一定转速下的基本性能曲线。风机在一定转速下的基本性能曲线。其中最重要的是其中最重要的是q qV VH H曲线，因为它揭曲线，因为它揭示了泵或风机的两个最重要、最有实用意义示了泵或风机的两个最重要、最有实用意义的性能参数之间的关系。的性能参数之间的关系。2.4.5 2.4.5 泵与风机的性能曲线泵与风机的性能曲线 通常按照通常按照qVqVH H曲线的大致倾向可将曲线的大致倾向可将其分为下列三种：其分为下列三种：(1)(1)平坦型，平坦型，(2)(2)陡降型，陡降型，(3)(3)驼峰型。驼峰

50、型。图2-14三种不同的qVH曲线1平坦型；2陡降型；3驼峰型特性曲线的变换特性曲线的变换液体粘度的影响液体粘度的影响 液体粘度改变，液体粘度改变，HVHV、NVNV、VV曲线都将随之而变。曲线都将随之而变。液体密度的影响液体密度的影响 离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，HVHV曲线不随曲线不随液体密度而变，液体密度而变，VV曲线也不随液体密度而变。曲线也不随液体密度而变。轴功率则随液体轴功率则随液体密度的增加而增加。密度的增加而增加。离心泵启动时一定应在泵体和吸入管路内充满液体，否则将发离心泵启动时一定应在泵体和吸入管路内充满液体，否则将发生