泵与风机课件(3)

Pumps and Fans,华北电力大学,流体力学及泵与风机课程组,泵与风机,主编：吕玉坤,Pumps and Fans,一、离心式叶轮的三种型式,1-3 叶片出口安装角对理论,能头的影响,二、,2y,对,H,T,的影响,三、,2y,对,H,st,及,H,d,的影响,四、讨论,五、叶片出口安装角的选用原则,Pumps and Fans,一、离心式叶轮的三种型式,后向式（,2y,90,）,径向式（,2y,90,）,前向式（,2y,90）,叶片出口安装角：,2y,=,（叶片出口切向，,-,u,2,）,Pumps and Fans,二、,2y,对,H,T,的影响,.,2y,H,T,；,.,2y,min,H,T,min,=0 ,违反了泵与风机的定义；,结论：,.,2y,max,H,st,min,=0,违反了泵与风机的定义。（,）,为提高理论扬程,H,T,，,设计上使,1,90,。则在转速,n,、流量,q,V,、叶轮叶片一定的情况下，有：,Pumps and Fans,三、,2y,对,H,st,及,H,d,的影响,定义反作用度：,1u,=0，,1r,2r,显然,应在,（0，1）,之间。,Pumps and Fans,(1, 1/2),后向式叶轮,，,2y,(,2y,min,90,),1/2,径向式叶轮,，,2y,=90,(1/2 ,0),前向式叶轮,，,2y,(,90,2y,max,),结论：,小，后向式叶轮,大，前向式叶轮,H,T,各种,2y,时的速度三角形及,H,d,、,H,st,的曲线图,2y,min,2y,max,90,u,2,=c,2y,max,2,w,2,=,1,u,2,=c,H,T,H,d,=,1/2,2y,min,2,w,2,w,2,2,三、,2y,对,H,st,及,H,d,的影响,Pumps and Fans,四、讨论,1从结构角度：当,H,T,=const.,，前向式叶轮结构小，重量轻，投资少。,2从能量转化和效率角度：前向式叶轮流道扩散度大且,压出室能头转化损失也大；而后向式则反之，,故其克服管路阻力的能力相对较好,。,3从防磨损和积垢角度：径向式叶轮较好，前向式叶轮较差，而后向式居中。,4从功率特性角度：当,q,V,时，前向式叶轮,P,sh,，易发生过载问题。,Pumps and Fans,（1）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心式泵均采用后向式叶轮；,（2）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上对小型通风机也可采用前向式叶轮；,（3）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。,五、叶片出口安装角的选用原则,表1-1 一些叶片形式和出口安装角的大致范围,叶 片 形 式,出口安装角范围,叶 片 形 式,出口安装角范围,强后向叶片（水泵型）,后向圆弧叶片,后向直叶片,后向翼型叶片,20,30,30,60,40,60,40,60,径向出口叶片,径向直叶片,前向叶片,强前向叶片（多翼叶）,90,90,118,150,150,175,Pumps and Fans,一、轴向涡流的概念,1-4 叶片数有限时对理论能头的影响,二、叶片数有限时对理论能头的影响,Pumps and Fans,一、轴向涡流的概念,1、无限叶片数的理解 叶片型线严格控制流体流动。,2、,有限叶片数的理解叶片型线不能完全控制流体流动。,A,A,轴向涡流试验,3、轴向涡流,流体(理想)相对于旋转的容器，由于其惯性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。,流体在叶轮流道中的流动,轴向涡,流,无限叶片数,有限叶,片数,A,A,p,Pumps and Fans,1、,流线和,速度,三角形发生变化，,分布不均,；,二、叶片数有限时对理论能头的影响,轴向涡流对进、出口速度三角形的影响,p,形成,阻力矩,；,2、,Pumps and Fans,二、叶片数有限时对理论能头的影响,3、,使理论能头降低：,不是效率，不是由损失造成的；,流体惯性,有限叶片,轴向滑移；,K,=,f,（结构），见表1-2。,bK,为滑移系数,a. H,T,(,p,T,) ,H,T,(,p,T,) ，,即：,Pumps and Fans,1-5 叶片式泵与风机的损失和效率,一、,机械损失和机械效率,二、容积损失和容积效率,三、流动损失和流动效率,引 言,Pumps and Fans,P,m,机械损失功率,P,V,容积损失功率,P,h,流动损失功率,P,h,q,V,T,H,T,P,q,V,H,T,P,e,q,V,H,P,sh,由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经泵与风机时不可避免地要产生各种能量损失。,哪些,损失？在哪些部位？与那些因素有关？,措施,。,引 言,Pumps and Fans,机械损失（用功率,P,m,表示）包括：,轴与轴封、轴与轴承,及叶轮,圆盘摩擦,所损失的功率，一般分别用,P,m1,和,P,m2,表示。,1、什么是机械损失,2、机械损失的定性分析,P,m2,n,3,D,2,5,，叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内流体与盖板之间存在的摩擦阻力而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。,一、,机械损失和机械效率,P,m1,nD,2,，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体密度有关，约为1%,3%,P,sh,。,Pumps and Fans,3、减小机械损失的一些措施,一、,机械损失和机械效率,（1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。,（2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。,（4）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取,B,/,D,2,=2%5%。,（3）,将铸铁壳腔内,表面涂漆,，效率可以,提高2%3%，,叶轮盖板和壳腔粗,糙面,用砂轮,磨光,，效率可提高,2%4%。,风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。,Pumps and Fans,4、机械效率,一、,机械损失和机械效率,机械损失功率的大小，用机械效率,m,来衡量。机械效率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率（即流动功率,P,h,）与轴功率,P,sh,之比：,机械效率和比转速有关，表1-3可用来粗略估算泵的机械效率。,表1-3,m,与,n,s,的关系（泵）,比转速,n,s,50,60,70,80,90,100,机械效率,m,（%）,84,87,89,91,92,93,Pumps and Fans,当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称为容积（泄漏）损失，用功率,P,V,表示。,二、容积损失和容积效率,（一）泵的容积损失,（二）通风机的容积损失,Pumps and Fans,（一）泵的容积损失,1、,泵的容积损失主要发生在以下几个部位,叶轮入口与外壳之间的间隙处；,多级泵的级间间隙处；,平衡轴向力装置与外壳之间的,间隙,处以及轴封间隙处等。,T,Pumps and Fans,（一）泵的容积损失,2、,轴向力的产生,离心泵的轴向力,Pumps and Fans,3、,平衡轴向力装置,平衡孔,双吸式叶轮,对称排列的叶轮,背叶片平衡轴向力原理,用平衡盘平衡轴向力,平衡鼓、平衡盘和弹簧双向,止推轴承的平衡装置,（一）泵的容积损失,Pumps and Fans,4、减小泵容积损失的措施,为了减小叶轮入口处的容积损失,q,1,，一般在入口处都装有密封环（承磨环或口环），如图下所示。,检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大,q,1,；密封间隙过小,P,m1,；,平面式密封环,中间带一小室,的密封环,直角式密封环,锐角式密封环,曲径式密封环,曲径式密封环,曲径式密封环,（一）泵的容积损失,Pumps and Fans,（二）通风机的容积损失,通风机的容积损失发生在以下部位,气体通过通风机的轴或轴套与机壳之间的间隙向外泄漏。,由于轴或轴套的直径较小，由此产生的外泄漏可忽略不计。,气体,通过叶轮进口与进气口之间的间隙,流回到叶轮进口的低压区。,和泵的情况类似，容积,损失,q,的大小和间隙形式有关。,通风机容积损失示意图,Pumps and Fans,（二）通风机的容积损失,离心式通风机叶轮进口与进气口间隙的形式可分为,对口,和,套口,两种形式。,间隙尺寸对风机的性能影响：,试验表明，,r,/,D,2,从,0.5%,到,0.05%,，,可使,效率,提高,3%,4%,。通常间隙的取值范围为,(0.005,0.01),D,2,，,D,2,大时取小值，反之取大值。,Pumps and Fans,（三） 容积效率,容积效率,V,与比转速有关，对给水泵，表1-4可供参考。,容积损失的大小用容积效率,V,来衡量。容积效率为考虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比：,表1-4 给水泵的容积效率,比转速,V,流量,Pumps and Fans,1、什么是流动损失,三、流动损失和流动效率,流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面发生,摩擦,、流道几何形状改变使流速变化而产生,旋涡,、以及偏离设计工况时产生的,冲击,等所造成的损失。,2、流动损失的定性分析,流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的粘性及流速、运行工况等因素密切相关。,冲击损失,摩擦损失和局部损失,分类,Pumps and Fans,三、流动损失和流动效率,2、流动损失的定性分析,1）摩擦损失和局部损失 当流动处于阻力平方区时，这部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：,2）冲击损失 当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失。,冲击损失可用下式估算，即,Pumps and Fans,三、流动损失和流动效率,2、流动损失的定性分析,2）冲击损失,当流量小于设计流量时，,1y,1,，则,=,1y,1,0，称为正冲角；,当流量大于设计流量时，,1y,1,，则,=,1y,1,0，称为负冲角。,正冲角及速度三角形,负冲角及速度三角形,w,1,d,w,1,工作面背面,称,吸,力边,工作面,称,压,力边,Pumps and Fans,三、流动损失和流动效率,2、流动损失的定性分析,实践证明：正冲角时，由于,涡流发生在吸力边,，能量损失比负冲角（,涡流发生在压力边）,时为小。因此，设计时，一般取正冲角,=3,5,。,若全部流动损失用,h,w,表示，则：,h,w,=,h,f,+,h,j,+,h,s,正冲角的存在，对改善泵的汽蚀性能也有好处。,流动损失曲线,存在,流动损失最小工况。,Pumps and Fans,三、流动损失和流动效率,2、流动损失的定性分析,表1-5 某分段式多级给水泵通流部分水力损失的分布（某一级）,区 域 名 称,损 失,（m）,占总损失的,百分数（）,区 域 名 称,损 失,（m）,占总损失的,百分数（）,叶轮1-1至2-2,4.7,50.5,流出正导叶流入反导叶,（环型空间）4-4至5-5,2.06,22.15,流出叶轮进入导叶,2-2至3-3,1.01,10.85,流出反导叶,5-5至6-6至7-7,0.57,6.1,导叶扩散段,3-3至4-4,0.97,10.4,节段的总损失,9.31,100,可以看出：,叶轮和导叶中的流动损失几乎是相等的，约各占50%,。因此，在设计离心泵时，只有将改善叶轮和压出室的流动性能统一考虑才能取得较好的效果,。,Pumps and Fans,三、流动损失和流动效率,3、流动效率,流动损失的大小用流动效率,h,来衡量。流动效率等于考虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的功率之比 ，即,四、泵与风机的总效率,泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：,Pumps and Fans,【例 1-2】 有一输送冷水的离心泵，当转速为1450r/min时，流量为,q,V,=1.24m,3,/s，扬程,H,=70m，此时所需的轴功率,P,sh,=1100kW，容积效率,V,=0.93,，,机械效率,m,=0.94，求流动效率为多少?（已知水的密度,=1000kg/m,3,）。,【解】 由已知，泵的有效功率为：,P,e,=,g,q,V,H,/1000=10009.8061.2470/1000=851.161（kW）,所以，,=,P,e,/,P,sh,=851.161/1100 =0.774=77.4%,h,=,/(,V,m,)=0.774/(0.93020.94)=0.88519=88.52%,Pumps and Fans,一、,有限叶片叶轮中流体运动的理论分析。,自学指导,1、,分析方法属于何种理论范畴？,2、,分析方法的理论依据是什么？,3、,有限叶片流道中相对速度的分布规律如何？,二、,有限叶片数时理论能头的计算。,1、,滑移系数和哪些因素有关？一般采用何种性质的公式来计算？,Pumps and Fans,请同学分析,2、试提出提高泵与风机效率的几点措施？,1、,2y,对,H,T,、,H,st,及,H,d,有何影响？,3、为什么提高转速并相应地减小叶轮直径可能使叶片式泵与风机的效率得到提高。,Pumps and Fans,1、叶片数有限时对理论能头有何影响？,思考题,2、试证明：泵与风机的,总效率,等于机械效率,m,、容积效率,V,和流动效率,h,三者的乘积。,3、,容积效率,V,和理论流量、流动效率,h,和理论能头有何关系？,4、在设计泵与风机时，为了提高泵与风机的效率，为什么应力求降低动能头的比例？,Pumps and Fans,本次课作业,有一离心式水泵，转速为480r/m，总扬程为136m时，流量为5.7m,3,/s，轴功率为9860k，容积效率、机械效率均为92%，求流动效率、理论流量和理论扬程？,（已知：水温为,t,=20时，水的密度为,=998.2kg/m,3,）。,连接到下一课件,返回到课程导航,结束,Pumps and Fans,