1、緒論 一、本課程的性質(zhì)及學(xué)習(xí)的目的和任務(wù) 泵與風(fēng)機(jī)是將原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)等）提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的機(jī)械能，以達(dá)到輸送流體或造成流體循環(huán)流動(dòng)等目的的機(jī)械。通常，把提高液體機(jī)械能的機(jī)械稱為泵，把提高氣體機(jī)械能的機(jī)械稱為風(fēng)機(jī)。 流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)是電廠熱能動(dòng)力裝置、集控運(yùn)行、城市熱能應(yīng)用等專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，一是一門(mén)核心技術(shù)課。流體力學(xué)是研究流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。其內(nèi)容精深，應(yīng)用廣泛。本課程僅根據(jù)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院熱動(dòng)類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的需要， 研究流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)及泵與風(fēng)機(jī)的基本原理、 設(shè)備結(jié)構(gòu)、 運(yùn)行調(diào)節(jié)。流體力學(xué)部分主要內(nèi)容是將以水為代表的不可壓縮流體（簡(jiǎn)

2、稱液體）選作研究對(duì)象，介紹表示液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律和流體流動(dòng)阻力損失規(guī)律的各種數(shù)學(xué)公式；討論這些公式的形式、意義及適用條件；研究它們?cè)诜治龊徒鉀Q工程實(shí)際問(wèn)題中，使用的方法、步驟和注意事項(xiàng)。泵與風(fēng)機(jī)部分的主要內(nèi)容是結(jié)合火力發(fā)電廠常用的泵與風(fēng)機(jī)，介紹泵與風(fēng)機(jī)的分類構(gòu)造、工作原理和基本性能參數(shù)等基本知識(shí)；著重討論泵與風(fēng)機(jī)性能曲線及其變換原理、工作點(diǎn)和調(diào)節(jié)原理等基本理論；研究泵與風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖的識(shí)讀、性能曲線的分析比較和變換、工作點(diǎn)和調(diào)節(jié)方法的確定以及運(yùn)行維護(hù)等基本應(yīng)用知識(shí)。 流體和泵與風(fēng)機(jī)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)都廣泛應(yīng)用的工作介質(zhì)和通用機(jī)械。例如，航空航天事業(yè)中的衛(wèi)星上天、火箭升空和超音速飛機(jī)的翱翔藍(lán)天；農(nóng)業(yè)中

3、的排澇、灌溉；石油工業(yè)中的輸油和注水；化學(xué)工業(yè)中高溫、腐蝕性流體的排送；其他工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪械牟膳?通風(fēng)、 給水、 排水等都離不開(kāi)流體和泵與風(fēng)機(jī)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)的總用電量中，有 30 左右是泵與風(fēng)機(jī)耗用的，其中泵的耗電占 21 左右。由此可見(jiàn)，流體和泵與風(fēng)機(jī)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中所占的重要地位和作用。熱力發(fā)電廠更離不開(kāi)流體和泵與風(fēng)機(jī)。其電能的生產(chǎn)是依靠汽（氣）、水、油等流體介質(zhì)在泵與風(fēng)機(jī)同其他熱力設(shè)備用管道連接組成的系統(tǒng)（如熱力系統(tǒng)和一些輔助生產(chǎn)系統(tǒng)）中流動(dòng)，進(jìn)而安全經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)熱功的轉(zhuǎn)換，為發(fā)電機(jī)提供足夠的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能間的轉(zhuǎn)換。 在熱力發(fā)電廠中，泵與風(fēng)機(jī)起著全廠水、氣輸送的作

4、用。圖 01 是熱力發(fā)電廠的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。 由圖 o1 看出，向鍋爐送水有給水泵；向汽輪機(jī)凝汽器送冷卻水有循環(huán)水泵；排送凝汽器中凝結(jié)水有凝結(jié)水泵；排送熱力系統(tǒng)中各處疏水有疏水泵；為了補(bǔ)充管路系統(tǒng)的汽水損 失，又設(shè)有補(bǔ)給水泵；排除鍋爐燃燒后的灰渣設(shè)有灰渣泵和沖灰水泵；另外，還要供給汽 輪機(jī)各軸承潤(rùn)滑用油的潤(rùn)滑油泵；供各水泵、風(fēng)機(jī)軸承冷卻用水的工業(yè)水泵等。此外，爐膛燃燒需要煤粉和空氣，為此設(shè)有排粉風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)，為排除鍋爐燃燒后的煙氣，設(shè)有引風(fēng)機(jī)。 由上述泵與風(fēng)機(jī)中不難看出，用泵輸送的介質(zhì)有給水、凝結(jié)水、冷卻水、潤(rùn)滑油等；用風(fēng)機(jī)輸送的介質(zhì)有空氣、煙氣以及煤粉與空氣的混合物和水與灰渣的混和物等。雖然都是泵

5、與風(fēng) 高達(dá)200C以上的高溫給水，循環(huán)水泵則要輸送每小時(shí)高達(dá)幾萬(wàn)噸的大流量冷卻水，引風(fēng)機(jī)要輸送 100200的高溫?zé)煔?，灰渣泵、排粉風(fēng)機(jī)則要輸送含有固體顆粒的流體。因此，需要滿足各種工作條件和要求而具有不同結(jié)構(gòu)型式的多種泵與風(fēng)機(jī)。 在發(fā)電廠的電力生產(chǎn)過(guò)程中，由于泵與風(fēng)機(jī)發(fā)生故障而引起停機(jī)、停爐，發(fā)不出電的 例子很多，并由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)踐證明，提高泵和風(fēng)機(jī)的安全可靠性是尤為重 要的。特別是當(dāng)今，機(jī)組向大容量、單元制方向發(fā)展，對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的安全可靠性與主機(jī)具 有等同的要求。如有兩臺(tái)循環(huán)水泵的汽輪機(jī)，其中一臺(tái)循環(huán)水泵發(fā)生故障，汽輪發(fā)電機(jī)就 要降低出力。又如現(xiàn)代的大型鍋爐，容量大、汽包的水容積

6、相對(duì)較小，如果鍋爐給水泵發(fā) 生故障而中斷給水，則汽包在極短的時(shí)間內(nèi)“干鍋”迫使停爐，甚至停機(jī)。由此表明，泵與風(fēng)機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是與電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)的。 另外， 泵與風(fēng)機(jī)在電廠中耗電量很大， 各類泵與風(fēng)機(jī)總耗電約占整個(gè)廠用電的 70 80，整個(gè)廠用電約占發(fā)電量的12左右。由此可見(jiàn)，提高泵與風(fēng)機(jī)的效率，降低耗電量， 是減少電廠廠用電，提高發(fā)電廠供電能力，降低成本的一個(gè)重要途徑。假如這些泵與風(fēng)機(jī)的效率從 80 降到 70 % ，則它們將多消耗 7 一 11 . 4MW 的電量。由此可見(jiàn)，減小流體在系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)阻力損失，合理地調(diào)節(jié)運(yùn)行工況，提高泵與風(fēng)機(jī)的效率，降低耗電量，是減少?gòu)S用電、降低發(fā)

7、電成本及提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵之一。 因此，從事電廠熱力設(shè)備運(yùn)行專業(yè)各工種的運(yùn)行人員，必須具有流體力學(xué)和泵與風(fēng)機(jī)知識(shí)，掌握流體在系統(tǒng)中的流動(dòng)規(guī)律和泵與風(fēng)機(jī)等熱力設(shè)備的性能特點(diǎn)，在實(shí)踐中不斷提高自身運(yùn)行分析和操作技能，這樣才能確保系統(tǒng)及有關(guān)熱力設(shè)備在安全經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行。另外，本課程的內(nèi)容也為學(xué)習(xí) 汽輪機(jī)設(shè)備 、 鍋爐設(shè)備 、 熱力設(shè)備試驗(yàn) 、 單元機(jī)組運(yùn)行 、 熱力發(fā)電廠等后續(xù)課程提供了必備的基本理論知識(shí)。由此可知，對(duì)熱動(dòng)類專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)好本課程是極為重要的。 二、流體力學(xué)和泵與風(fēng)機(jī)的發(fā)展概況 流體力學(xué)、 泵與風(fēng)機(jī)和其他學(xué)科一樣， 也是人類在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中建立和發(fā)展起來(lái)的，今后還將隨著生產(chǎn)

8、力水平的提高而更加成熟和完善。 在古代，人類為了生存，在向洪水作斗爭(zhēng)、向自然要?jiǎng)恿Φ倪^(guò)程中，積累了豐富的實(shí)用水力學(xué)和簡(jiǎn)單流體機(jī)械的知識(shí)。例如我國(guó)公元前兩千多年前的大禹治水，春秋戰(zhàn)國(guó)和秦朝時(shí)修建的都江堰、鄭國(guó)堰和靈渠三大古老水利工程，隋朝時(shí)開(kāi)通的聞名中外、全長(zhǎng)為 1782klll 的京杭大運(yùn)河，在生產(chǎn)和生活中使用的序斗、吊桿、轆護(hù)、水車、風(fēng)箱等簡(jiǎn)單流體機(jī)械，以及古希臘學(xué)者阿基米德在公元前250 年撰寫(xiě)的論浮體論文都是古人在流體力學(xué)、泵與風(fēng)機(jī)學(xué)科中留下的寶貴歷史遺產(chǎn)。但是，流體力學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科是從 18 世紀(jì)開(kāi)始的，經(jīng)過(guò)歐拉、伯努利、拉格朗日，拉普拉斯等科學(xué)家的研究，從建立流體力學(xué)模型開(kāi)始，

9、以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析為工具逐步建成了古典理論流體力學(xué)。由于這種理論在建立模型時(shí)，常常忽略或簡(jiǎn)化流體勃性等性質(zhì)，因此，所得結(jié)論與復(fù)雜的實(shí)際流動(dòng)總是存在一定的誤差。于是人們?yōu)榱私鉀Q生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題，又通過(guò)大量的試驗(yàn)和觀察，以經(jīng)驗(yàn)公式和系數(shù)的形式總結(jié)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立了 實(shí)用水力學(xué) 。在這方面，達(dá)西、威斯巴赫、雷諾等學(xué)者做出了杰出的貢獻(xiàn)。 由于這種試驗(yàn)性的科學(xué)忽視理論而無(wú)力概括與分析大量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，因而它的應(yīng)用受到較大的限制。此后，到 19 世紀(jì)，經(jīng)過(guò)納維爾、柯西、波阿松、斯托克斯等科學(xué)家的研究，建立了納維爾一斯托克斯方程，并在本世紀(jì)又融人了儒可夫斯基研究的機(jī)翼理論、 普朗特提出的附面層理論以及我國(guó)著名

10、工程熱物理學(xué)家吳仲華教授發(fā)表的“軸流、離心及混流透平機(jī)械內(nèi)亞聲速與超聲速三元流體一般理論”等，使理論流體力學(xué)與實(shí)用水力學(xué)走向結(jié)合，形成了一門(mén)比較完善的應(yīng)用學(xué)科 工程流體力學(xué) 。隨著計(jì)算機(jī)水平的迅速提高， 這門(mén)學(xué)科在解決工程中流體力學(xué)和流體機(jī)械的實(shí)際問(wèn)題時(shí)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。 泵與風(fēng)機(jī)的快速發(fā)展始于 18 世紀(jì)，由于蒸汽機(jī)的發(fā)明和采礦、鋼鐵工業(yè)的需要，出現(xiàn)了一種比較完善的以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的往復(fù)式泵與風(fēng)機(jī)。 之后又發(fā)明了離心式和軸流式泵與風(fēng)機(jī)。與此同時(shí)歐拉和儒可夫斯基分別研究出葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程式和升力公式，為泵與風(fēng)機(jī)的快速發(fā)展始于 18 世紀(jì)，由于蒸汽機(jī)的發(fā)明和采礦、鋼鐵工業(yè)的需要，出現(xiàn)了

11、一種比較完善的以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的往復(fù)式泵與風(fēng)機(jī)。 之后又發(fā)明了離心式和軸流式泵與風(fēng)機(jī)。與此同時(shí)歐拉和儒可夫斯基分別研究出葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程式和升力公式，為泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論根據(jù)。到 19 世紀(jì)末，由于電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，泵與風(fēng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本世紀(jì) 50 年代初，我國(guó)吳仲華教授的三元流動(dòng)一般理論，又使流體機(jī)械的設(shè)計(jì)理論上升到一個(gè)新的高度，對(duì)流體機(jī)械的高速發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，泵與風(fēng)機(jī)正向著大容量、高轉(zhuǎn)速、高效率及自動(dòng)化等方向發(fā)展。 1大容量 50 年代，50M W 的發(fā)電機(jī)組被看做是一個(gè)重大的技術(shù)成就，而今天，這一動(dòng)力只能用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)1300MW

12、大型機(jī)組的給水泵。近年來(lái)，國(guó)內(nèi) 200MW、300MW 機(jī)組不斷增多，國(guó)產(chǎn)300MW 機(jī)組配套的兩臺(tái) DG500240型離心式鍋爐給水泵， 驅(qū)動(dòng)功率每臺(tái)為 5500kW。而目前大型鍋爐給水泵的驅(qū)動(dòng)功率已接近 6000kW。給水泵的壓力也從超高壓 137157MPa，亞臨界壓力17720MPa，已發(fā)展到超臨界壓力 256294MPa，近年來(lái)，有壓力更高達(dá)50MPa 以上的產(chǎn)品。 風(fēng)機(jī)方面，300MW 機(jī)組原配套 0711N923 型送風(fēng)機(jī)，已用引進(jìn)西德 TLT 公司的FAF20101 型動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)代替；原配套的 0711N929 型引風(fēng)機(jī)，已用引進(jìn)丹麥諾迪斯克公司的ASN30002000

13、N 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)所代替。日本袖浦 1000MW機(jī)組的軸流式送風(fēng)機(jī)，其驅(qū)動(dòng)功率為8000kW， 美國(guó)阿姆斯電廠 1300MW 機(jī)組的離心式送風(fēng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)功率為6700kW，這些都是目前世界上熱力發(fā)電廠的最大的輔助設(shè)備。但是泵與風(fēng)機(jī)發(fā)展到大容量后，所采用的型式是不同的，由于對(duì)泵要求的壓力高，因此采用高速離心式。而風(fēng)機(jī)并不要求把風(fēng)壓提高，所以向軸流式發(fā)展。 2高速化 隨著單元機(jī)組容量的增大，泵與風(fēng)機(jī)容量迅速增加，尤其是給水泵壓力快速增長(zhǎng)，導(dǎo) 致轉(zhuǎn)速也很快提高。60 年代，給水泵轉(zhuǎn)速一般為3000rmin，近年來(lái)已提高到 7500rmin，泵的單級(jí)揚(yáng)程由200m左右增加到1150m以上，如美國(guó) 66

14、0MW 機(jī)組配套的給水泵，轉(zhuǎn)速為6500rmin，總揚(yáng)程達(dá)2317m；因而級(jí)數(shù)從 5 級(jí)減少到 2 級(jí)，相應(yīng)的軸的長(zhǎng)度大大縮短，趨向于采用短而粗的剛性軸。由于轉(zhuǎn)速的提高，泵的外形尺寸大為減小，重量減少，節(jié)省了材料，搬運(yùn)維修都更方便，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。 3高效率 泵與風(fēng)機(jī)是耗能大戶，泵的電能消耗占全國(guó)電能消耗的 21，風(fēng)機(jī)占 10以上。從發(fā)電廠看，泵與風(fēng)機(jī)耗電量占廠用電量的 7080，其中泵約占 50，風(fēng)機(jī)約占30。國(guó)務(wù)院節(jié)能2號(hào)指令規(guī)定：凡離心泵、軸流泵效率低于60，通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)效率低于 70，必須分批分期地予以改造或更換。這些年來(lái)，我國(guó)在這方面做了大量工，如改進(jìn)后的二 413

15、2(73)型后彎?rùn)C(jī)翼葉片離心式送引風(fēng)機(jī)的效率可達(dá)90左右，原10Sh6型泵改進(jìn)為250S65型，效率由79提高到 84，原DG500140型給水泵，改進(jìn)為DG450180 型后，效率由72提高到?9。 4可靠性 由于泵向大容量、高速化方向發(fā)展，因此對(duì)泵的可靠性要求越來(lái)越高。前蘇聯(lián)投入很大力量從事泵的汽蝕研究，如研究汽蝕新生、潛在汽蝕、斷裂汽蝕等；人們從事材料研究，進(jìn)行材料抗汽蝕能力的試驗(yàn)， 研究評(píng)價(jià)方法和預(yù)測(cè)泵零件汽蝕壽命的方法； 還從事密封研究，近幾年在工業(yè)中廣泛應(yīng)用端面密封，在輸送腐蝕性和磨損性介質(zhì)時(shí)，這種密封能承受壓力達(dá)45MPa，溫度為一 200十 450，摩擦滑動(dòng)速度達(dá) 100ms。

16、目前，具體對(duì)大型鍋爐給水泵提出下列可靠性的要求：到大修時(shí)的工作壽命為 1500030000h；轉(zhuǎn)子的振動(dòng)穩(wěn)定性(在軸承體處測(cè)量)不應(yīng)大于 3550m；振動(dòng)速度的均方值不應(yīng)超過(guò) 785mms；不會(huì)由于熱膨脹而破壞泵的對(duì)中；泵和管路表面溫度低于 45；限制最小啟動(dòng)時(shí)間；泵體上下溫度差不超過(guò)1520；泵轉(zhuǎn)子可以在n10 一 15rmin下轉(zhuǎn)動(dòng)。最近還提出了泵中汽化時(shí)泵能干轉(zhuǎn)5min的要求等。 風(fēng)機(jī)容量也在增大，可靠性要求同樣愈來(lái)愈高。據(jù)報(bào)道，美國(guó)西屋電氣公司建成一臺(tái)67MW(9000hp)的變速汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)臺(tái)。還對(duì)風(fēng)機(jī)安全可靠性做超速試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、臨界轉(zhuǎn)速和諧振轉(zhuǎn)速試驗(yàn)等。 5低噪聲 熱力發(fā)電

17、廠是一個(gè)強(qiáng)烈的噪聲源，如 300MW 機(jī)組的送風(fēng)機(jī)附近的噪聲高達(dá) 124dB，一般希望控制在90dB以下，其他引風(fēng)機(jī)、給水泵、電動(dòng)機(jī)、球磨機(jī)等也是高噪聲源。噪聲污染如同空氣污染、水污染一樣，對(duì)人們健康是十分有害的。隨著工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，噪聲的危害不僅被人們所認(rèn)識(shí)，而且已被設(shè)法進(jìn)行控制。 6自動(dòng)化 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)已不僅逐步應(yīng)用于泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、繪圖、制造過(guò)程中，而且還日益廣泛地應(yīng)用在泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行上，如泵與風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟停；流量、壓力、溫度等參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、顯示和控制；主要參數(shù)的上下限報(bào)警以及泵與風(fēng)機(jī)的自動(dòng)聯(lián)鎖、保護(hù)等。不僅如此，國(guó)內(nèi)外有的泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。總之，自動(dòng)化水平隨著機(jī)組大容量化和高速化而不斷地發(fā)展和提高。眾所周知流體力學(xué)和泵與風(fēng)機(jī)不僅在我國(guó)航空航天等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和高速發(fā)展，而且在我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展上也取得了巨大成就。解放前，全國(guó)發(fā)電設(shè)備完全依賴國(guó)外