泵与风机-2-1性能曲线.ppt

第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 第二章泵与风机的性能 一 概述泵与风机的主要参数有5个 qv H p P n 它们之间存在一定的关系 如n和qv一定时 对某一泵或风机 其H p P和 有一一对应的关系而这些关系在以前是用式子表示的 但由于实际中存在以上的损失 这些式子中有一些不能用理论计算的系数所以 实际的泵与风机的性能是不可能用精确的解析式子来表示的 只能用曲线表示而曲线可以通过对该泵或风机进行实测获得 这些曲线就叫性能曲线 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 一 概述性能曲线是指 在一定转速n下 流量qv与扬程H 或全压p 轴功率P和效率 之间的关系曲线 n一定时 给出一个qv 就可在曲线上找到对应的一组H P和 这一组数就叫做一个工况 所以 在曲线上有无穷多个点 也就是有无穷多个工况在曲线上 有一个效率最高的点 这个点代表的是设计工况 但在实际上 泵与风机不可能总是在最高效率点工作 运行效率在设计效率的93 以内时的区域叫高效区 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 二 用理论的方法绘制性能曲线实际的性能曲线是用实验的方法绘制出来的 但为了说明曲线的一些影响因素 我们先用理论的方法绘制性能曲线 1 qv H曲线1 qvT HT 曲线 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 在qvT HT 坐标上为一直线方程 2 90 时斜率为正 2 90 时斜率为负 2 90 时斜率为0 二 用理论的方法绘制性能曲线 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 二 用理论的方法绘制性能曲线1 qv H曲线2 qv H曲线 实际 从理论上分析曲线的大体形状 以 2 90 为例 取其中的一部分进行放大 1 先去下标 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 仍为一直线 只不过A A B B 即截距和斜率均减小 二 用理论的方法绘制性能曲线1 qv H曲线2 qv H曲线 实际 1 先去下标 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 qvT HT qvT HT 2 去H的下标T因为H hHT 而 h和 h1 h2及 h3有关 h1 h2 qvT2 又因为是损失 在坐标上应为负值 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 阻力损失 h1 h2 K1qvT2 qvT HT qvT HT 2 去H的下标T h3 K2 qv qvd 2也应为负值 损失 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 qvT H h3 K2 qv qvd 2 qvd 阻力损失 qvT HT qvT HT 3 再去掉qvT的下标q H1 2也为一抛物线 q应负值 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 q H1 2 qvT HT qvT HT 二 用理论的方法绘制性能曲线2 qv P曲线 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 在qvT Ph坐标上 2 90 时为一有极值的抛物线 轴功率应为P与机械损失 Pm之和 因为 Pm为纯功率损失 无论有无流量 Pm总是存在 故曲线向上平移可得qvT P曲线 P66图2 13 二 用理论的方法绘制性能曲线2 qv P曲线再去掉qvT的下标 即减去泄漏损失 可的qv P曲线 从图不难看出 无论有无流量 只要运转 均有一定的轴功率 即qv 0时 P 0 此即空转功率 它由两部分组成 一部分是机械损失 一部分是由泄漏引起 在实际中 一般只用到曲线的上升段 故功率曲线一般为上升的曲线 近似直线 P67图2 15 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 二 用理论的方法绘制性能曲线3 qv 曲线有了qv 在上述两条曲线上可得一H与P 从而可算出 但理论qv 曲线为一典型的抛物线qv 0时 Pe 0 0 qv较大时也有 0 实际的qv 曲线比理论值小 qv较大时无用 P66图2 14 通常 三条曲线绘在同一图上 93 max的范围为高效区 即最佳工作区 P67图2 15 16 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 三 实验方法绘制性能曲线实际中一般用此法绘制 如有时间讲泵与风机的测试方法 并进行实验 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 四 离心式泵与风机性能曲线的分析1 工况有一qv 就有一组 H P 这一组数就是一个工况 应为一曲线 曲线上有无限多个点 就有无限多个工况 max的工况为设计工况 最佳工况 额定工况 泵与风机的实际运行工况 只有一个 取决于本身的性能曲线及负荷情况 管路特性 2 高效区宽 qv 曲线平坦 的泵与风机调节性能好 3 qv H曲线的三种形状 平坦 陡降 驼峰 2a增加易出现驼峰 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 四 离心式泵与风机性能曲线的分析在最佳工况点左右的区域 一般不低于最高效率的0 93 称为经济工作区或高效工作区 泵与风机在此区域内工作最经济 当阀门全关时 qv 0 H H0 P P0 该工况为空转状态 这时 空载功率户 主要消耗在机械损失上 如旋转的叶轮与流体的摩擦 使水温迅速升高 会导致泵壳变形 轴弯曲以致汽化 特别是锅炉给水泵及凝结水泵 由于输送的是饱和液体 因此 为防止汽化 一般不允许在空转状态下运行 除特殊注明允许的外 如在运行中负荷降低到所规定的最小流量时 则应开启泵的旁路管 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 四 离心式泵与风机性能曲线的分析离心式泵与风机 在空转状态时 轴功率 空载功率 最小 一般为设计轴功率的30 左右为避免启动电流过大 原动机过载 所以离心式的泵与风机要在阀门全关的状态下启动待运转正常后 再开大出口管路上的调节阀门 使泵与风机投入正常的运行 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 四 离心式泵与风机性能曲线的分析后弯式叶轮qV H性能曲线的三种基本形状可以分为三种基本类型 陡降的曲线 如图2 17a所示 这种曲线有25 30 的斜度 当流量变动很小时 扬程变化很大 适用于扬程变化大而流量变化小的情况 如电厂的取水水位变化较大的循环水泵平坦的曲线 如图2 17b所示 这种曲线具有8 一12 的斜度 当流量变化很大时 扬程变化很小 适用于流量变化大而要求扬程变化小的情况 如电厂的汽包锅炉给水泵有驼峰的曲线 如图2 17c所示 其扬程随流量的变化是先增加后减小 曲线上k点对应扬程的最大值Hk和qVk 在k点左边为不稳定工作段 在该区域工作 会影响泵与风机的稳定工作 因此 不希望使用具有驼峰形曲线的泵与风机 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 四 离心式泵与风机性能曲线的分析由qv一P性能曲线 图2 12 可见 后弯式叶轮和前弯式叶轮有着明显的差别 后弯式叶轮的qv一P性能曲线 随流量的增加功率变化缓慢 前弯式叶轮随流量的增加 功率急剧上升 因此原动机容易超载 所以 对前弯式叶轮的风机在选用原动机时 容量富裕系数K值应取得大些 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 四 离心式泵与风机性能曲线的分析因前弯式叶轮的qvT HT 理论性能曲线为一上升直线 在其上扣除轴向涡流及损失扬程后 所得到的实际qv H性能曲线是一具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线 如果风机在不稳定工作段工作 将导致喘振 因此 不允许在此区段工作 前弯式叶轮效率远低于后弯式 为了提高风机效率 节约能耗 目前大中型风机均采用效率较高的后弯式叶片 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 轴流式泵与风机的性能曲线在一定的转速下 对叶片安装角固定的轴流式泵与风机 试验所测得的典型性能曲线如图2 19所示 和离心式泵与风机性能曲线相比有显著的区别 效率曲线与离心类似 只是高效区较窄qv H曲线 设计流量为qvd 随流量的减小 扬程 全压 先是上升 当减小到qvc时 扬程 全压 开始下降 流量再减小到qvb时 扬程 全压 又开始上升直到流量为零时的最大值 此最大扬程 全压 约为设计工况下扬程 全压 的2倍 qv P曲线 设计流量为qvd 随流量的减小 轴功率最小 随着流量的减小 轴功率逐渐增大 流量为0时 轴功率最大 所以轴流式泵与风机应在阀门全开时启动 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 轴流式泵与风机的性能曲线轴流式泵与风机性能曲线归结起来有以下特点 1 qv H性能曲线 在小流量区域内出现驼峰形状 在c点的左边为不稳定工作区段 一般不允许泵与风机在此区域工作 2 轴功率P在空转状态 qv 0 时最大 随流量的增加而减小 为避免原动机过载 要在阀门全开状态下启动 如果叶片安装角是可调的 在叶片安装角小时 轴功率也小 所以对可调叶片的轴流式泵与风机可在小安装角时启动 3 轴流式泵与风机高效区窄 但如果采用可调叶片 则可使在很大的流量变化范围内保持高效率 这就是可调叶片轴流式泵与风机较为突出的优点 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响显而易见 离心式泵与风机的叶轮结构与泵与风机的性能有着密切的关系 但各参数的变化又是相互影响的 为了简化 我们只讨论它们各自对性能的影响 而不考虑它们之间的互相影响 1 1a 叶片入口安装角前面讲过 如果流体流入角 1等于叶片入口安装角 1a 则冲角i 0 流体流入时是无冲击的 对效率有利但事实上 流体流入时是有冲角的 在具有一定的正冲角时 泵与风机进口处气流的阻力损失较小 效率可能还能提高 另外 还可提高泵的抗汽蚀性能 它的变化对性能曲线的形状影响不大 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响2 叶片进口边的布置叶片进口边的布置主要影响泵的汽蚀性能 同时对泵的扬程 功率也有一定的影响 叶片进口边的布置有平行与延伸两类 a为平行布置 b为延伸布置 全称为叶片在进口边延伸布置 它一方面增加了叶片的做功面积 另一方面由于圆周速度减小 对泵的抗汽蚀性能有利 目前 大多泵与风机采用这种布置方法 叶片进口边的延伸布置时 qv H性能曲线较陡 qv 曲线向流量小的方向移动 最高效率有所提高 而在叶片平行布置时 qv H性能曲线容易出现驼峰 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响2 叶片进口边的布置叶片进口边的延伸布置 使叶片进口的圆周速度变化了 造成叶片在前后盖板处与中间流线处的液体流入角不等 叶片进口边的延伸不能太多 否则叶片扭曲厉害 容易造成进口流道的堵塞 且不易制造 一般取叶片与轴线的夹角25 45 优点 1 qv H曲线不易出驼峰 2 max有所提高 3 增大了叶片的作用面积 使相同扬程下单位面积上的载荷下降 4 进口边各点上的直径减小 u1 w1 v1 p1 不易汽蚀 但延伸后 叶片呈扭曲形状 加工较困难 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响3 D2 叶轮外经叶轮外径对泵与风机性能的影响角较大 由公式 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响3 D2 叶轮外经1 随D2的增加而增加 截距 斜率不变2 Pm2 D25 D2 Pm2 m 3 D2 流道变长 h1 h2 不变或稍有增加 4 D2 材料的离心力增加 材料要求高 5 D2 占地面积 耗材多 成本高 6 D2 p qv不变 n 噪音 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响4 b2 叶轮出口宽度仍由上式 1 b2 斜率 曲线变平 易出驼峰 2 qvT较大时 b2 HT max右移 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响5 n的影响 副产品 仍由上式 1 n 斜率 曲线变陡 不易出驼峰 2 n 截距成平方增加 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响6 2a的影响1 2a v2u HT 2 2a 流道弯曲严重 流道变短 扩散度 h1 h2 但 h1 h2 离心式 3 2a Hd Hst h1 h2 4 2a qv H曲线变平 易出现驼峰 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响5 qv P曲线由右式可知 2a90 时 为一上跷的抛物线 在流量的增加值很小时 轴功率就有较大的增长 极易过载 另外 从前面的公式还可看出 抛物线的斜率与输送流体的密度有关 如流体密度较小 则抛物线的上跷不是很厉害 过载量可能较小 但如果流体密度较大 则流量的增加将引起轴功率的快速增加 电机可能很快就过载烧毁 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响5 qv P曲线所以 泵中绝对不能使用 2a 90 的叶轮 前弯式叶轮 就是后弯式叶轮 2a的值也不能太大 一般取 2a 15 30 优选20 25 但由于风机输送流体介质的密度较小 且产生同样的全压时 如用前弯式叶轮 则风机的体积可以做的较小 所以在一些需要体积较小的地方 如空调的室内机等 常采用前弯式叶轮 如果电机的功率留出足够的裕量 是不会产生过载的 所以在风机中经常使用前弯式叶轮 6 2a增加 对离心式而言 易产生较大的噪音 7 用增加 2a的方法可以提高泵或风机的能头 但由于有较多的弊端 故采用是时应慎重 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 五 叶轮结构参数对离心式泵与风机性能的影响7 z 叶片数在直径D处的叶片间距 t D z1 叶片数少时 t 偏离 的假设较远 回流 滑移系数 2 叶片数多时 流体与固体的接触面积增加 表面摩擦阻力增加 且易出驼峰 3 叶片都有一定厚度 过多时易堵塞流道 所以 多叶风机的D1都较大 所以 叶片数过多过少都不利 一般泵的叶片数在4 10之间 数通常采用6 8片 对于输送含杂质液体离心泵 其叶片数较少 有少到2 4片 同时叶片形状也发生显着变化 泵的口径 流量越大 叶片越多 比转数越高 叶片数越少 而离心风机的叶片数在8 14之间 轴流风机的叶片数一般4片和5片段使用比较多 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能 多参数性能曲线 第二节泵与风机的性能曲线 第二章泵与风机的性能