一、泵與風機概述1、能量角度：是能量轉換設備，機械能：原動機流體。輪轂葉片軸前盤后盤空心葉片板式葉片平面投影圖軸面投影圖葉片出口寬度壓力邊吸力邊2、泵與風機現狀及其發展趨勢

設備陳舊；現狀：一般：余量過大；環保：余量過小；調節方式相對落后。

大容量；發展趨勢：高效率；自動化。

例如：由上海KSB水泵有限公司引進德國KSB公司專利技術生產的CHTC/CHTD型第二代筒式高壓鍋爐給水泵，其轉速為7000r/min時，流量3600m3/h，總揚程4200m。一、泵與風機概述3、泵與風機的基本性能參數

泵與風機的基本性能參數主要有：流量qV、能頭（揚程

H或全壓p）、軸功率Psh、有效功率Pe、效率和轉速n等。一、泵與風機概述

流量：泵與風機在單位時間內所輸送的流體量，通常用體積流量qV表示，單位為m3/s，m3/h。

測量時,泵以出口流量計算，而風機則以進口流量計算。

對于非常溫水或其它液體也可以用質量流量qm表示，單位為kg/s，kg/h。qm和qV的換算關系為：qm=

qV3、泵與風機的基本性能參數一、泵與風機概述能頭：單位重力（體積）流體通過泵（風機）所獲得的機械能。

對于泵：通常用揚程H表示，單位為m；

說明：下標“1、2”表示泵與風機進口和出口截面；和泵比較略去了gZ。對于風機：通常用全壓p表示，單位為Pa。功率和效率：

原動機傳動裝置泵與風機原動機配套功率：Pgr=KPg，K為容量安全系數（額定條件下）。效率：傳動效率：

tm轉速:

泵與風機軸每分鐘的轉數，通常用n

表示，單位為r/min。有效功率：（kW）

軸功率：傳到泵與風機軸上的功率

（kW）

原動機輸出功率：（kW）3、泵與風機的基本性能參數一、泵與風機概述4、泵與風機分類（按工作原理）一、泵與風機概述葉片式容積式離心式軸流式混流式往復式回轉式其它真空泵射流泵水擊泵泵葉氏風機羅茨風機羅桿風機離心式軸流式混流式風機葉片式容積式往復式回轉式二、離心式泵與風機的基本理論（一）流動分析假設（1）葉輪中的葉片為無限多無限薄，流體微團的運動軌跡完全與葉片型線相重合。（5）流體在葉輪內的流動是軸對稱的流動。（2）流體為理想流體，即不考慮由于粘性使速度場不均勻而帶來的葉輪內的流動損失。（3）流體是不可壓縮的。（4）流動為定常的，即流動不隨時間變化。二、離心式泵與風機的基本理論因此，流體在葉輪內的運動是一種復合運動，即：１．葉輪內流體的運動牽連運動相對運動絕對運動（二）葉輪內流體的運動及其速度三角形二、離心式泵與風機的基本理論（二）葉輪內流體的運動及其速度三角形１．葉輪內流體的運動葉輪內流動的數值模擬結果二、離心式泵與風機的基本理論（二）葉輪內流體的運動及其速度三角形２．速度三角形的計算絕對速度角流動角下標說明流體在葉片進口和出口處的情況，分別用下標“1、2”表示；下標“”表示葉片無限多無限薄時的參數；下標“r、u”表示徑向和周向參數。y葉片安裝角二、離心式泵與風機的基本理論（二）葉輪內流體的運動及其速度三角形２．速度三角形的計算（1）圓周速度u為：u=

（2）絕對速度的徑向分速r為：

（3）2及

1角：

當葉片無限多時，2=2y；而2y在設計時可根據經驗選取。同樣1也可根據經驗、吸入條件和設計要求取定。u=cos，周向分速r=sin，徑向分速理論流量二、離心式泵與風機的基本理論（三）離心式泵與風機的能量方程式

1、前提條件2、控制體和坐標系（相對）葉片為“”,

=0,[=const.,],

=const.，軸對稱。相對坐標系控制體

2

速度矩M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)

3、推導結果二、離心式泵與風機的基本理論（三）離心式泵與風機的能量方程式

M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)

3、推導結果（Pa）pT=gHT=

(u22u-u11u)而單位體積流體流經葉輪時所獲得的能量，即無限多葉片時的理論能頭pT

為：則單位重力流體流經葉輪時所獲得的能量，即無限多葉片時的理論能頭HT

為：（m）二、離心式泵與風機的基本理論（三）

離心式泵與風機的能量方程式

避開了流體在葉輪內部復雜的流動問題，只涉及葉輪進、出口處流體的流動情況。4、分析方法上的特點:5、理論能頭與被輸送流體密度的關系:pT=(u22u-u11u)二、離心式泵與風機的基本理論（三）

離心式泵與風機的能量方程式

（1）1u反映了泵與風機的吸入條件。設計時一般盡量使1≈90（1u0），流體在進口近似為徑向流入。6、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施：

（2）增大葉輪外徑和提高葉輪轉速。因u2=2D2n/60，故D2和nHT。

目前火力發電廠大型給水泵的轉速已高達7500r/min。二、離心式泵與風機的基本理論（三）

離心式泵與風機的能量方程式

7、能量方程式的第二形式：表示流體流經葉輪時動壓頭的增加值。表示流體流經葉輪時靜壓頭的增加值。動能頭靜能頭

動能頭Hd要在葉輪后的導葉或蝸殼中部分地轉化為靜能頭Hst，并存在一定的能頭損失。二、離心式泵與風機的基本理論（四）

葉片出口安裝角對理論能頭的影響1、離心式葉輪的三種型式

后向式（2y＜90）徑向式（2y＝90）前向式（2y＞90）葉片出口安裝角：2y=（葉片出口切向，-

u2）二、離心式泵與風機的基本理論（四）

葉片出口安裝角對理論能頭的影響1、2y對HT的影響①.2y↑→HT

↑；②.2ymin→HTmin

=0→違反了泵與風機的定義；結論：③.2ymax→Hstmin=0

→違反了泵與風機的定義。（）為提高HT，使1≈90，在n=C、qV=C及葉輪一定下，有：二、離心式泵與風機的基本理論（四）

葉片出口安裝角對理論能頭的影響2、2y對Hst及Hd的影響

定義反作用度：1u=0，1r≈2r

顯然τ應在（0，1）之間。二、離心式泵與風機的基本理論（四）

葉片出口安裝角對理論能頭的影響2、2y對Hst及Hd的影響(1,1/2),后向式葉輪，

2y

(2ymin,90)①

τ1/2,徑向式葉輪，

2y

=90(1/2,0),前向式葉輪，

2y(90,2ymax)小，后向式葉輪大，前向式葉輪②

HT

結論：二、離心式泵與風機的基本理論（四）

葉片出口安裝角對理論能頭的影響

1°從結構角度：當HT=const.，前向式葉輪結構小，重量輕，投資少。

2°從能量轉化和效率角度：前向式葉輪流道擴散度大且壓出室能頭轉化損失也大；而后向式則反之，故其克服管路阻力的能力相對較好。

3°從防磨損和積垢角度：徑向式葉輪較好，前向式葉輪較差，而后向式居中。

4°從功率特性角度：當qV時，前向式葉輪Psh，易發生過載問題。二、離心式泵與風機的基本理論（五）有限葉片數對理論能頭的影響0、軸向渦流的概念AA軸向渦流試驗流體（理想）相對于旋轉的容器，由于其慣性產生一個與旋轉容器反向的旋轉運動。流體在葉輪流道中的流動無限葉片數有限葉片數AAp軸向渦流二、離心式泵與風機的基本理論（五）有限葉片數對理論能頭的影響1、流線和速度三角形發生變化，分布不均；

p形成阻力矩；

2、二、離心式泵與風機的基本理論（五）有限葉片數對理論能頭的影響3、使理論能頭降低：

不是效率，不是由損失造成的；流體慣性有限葉片軸向滑移；K

=

f（結構），見表1-2。b．K為滑移系數a.HT(pT)HT(pT)，即：二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率

Pm機械損失功率PV容積損失功率Ph流動損失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh1、機械損失和機械效率

機械損失包括：軸與軸封軸與軸承（Pm1∝nD2）及葉輪圓盤摩擦（Pm2

∝n3D25）所損失的功率。二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率2、容積損失和容積效率T

當葉輪旋轉時，在動、靜部件間隙兩側壓強差的作用下，部分流體從高壓側通過間隙流向低壓側所造成的能量損失稱為容積（泄漏）損失，用功率PV

表示。

二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率2、容積損失和容積效率

Pm機械損失功率PV容積損失功率Ph流動損失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率2、容積損失和容積效率比轉速V流量3、流動損失和流動效率流動損失是指：泵與風機工作時，由于流體和流道壁面發生摩擦、流道幾何形狀改變使流速變化而產生旋渦、以及偏離設計工況時產生的沖擊等所造成的損失。二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率3、流動損失和流動效率1）摩擦損失和局部損失當流動處于阻力平方區時，這部分損失與流量的平方成正比，可定性地用下式表示：2）沖擊損失當流量偏離設計流量時，在葉片入口和出口處，流速變化使流動角不等于葉片的安裝角，從而產生沖擊損失。沖擊損失可用下式估算，即二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率3、流動損失和流動效率正沖角及速度三角形負沖角及速度三角形工作面背面稱吸力邊工作面稱壓力邊二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率3、流動損失和流動效率

Pm機械損失功率PV容積損失功率Ph流動損失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh存在流動損失最小工況。二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率3、流動損失和流動效率表1-5某分段式多級給水泵通流部分水力損失的分布（某一級）

葉輪和導葉中的流動損失幾乎是相等的，約各占50%。在設計離心泵時，只有將改善葉輪和壓出室的流動性能統一考慮才能取得較好的效果。二、離心式泵與風機的基本理論（五）離心式泵與風機的損失和效率4、泵與風機的總效率泵與風機的總效率等于有效功率和軸功率之比。即：

（六）離心式泵與風機的性能曲線1、什么是性能曲線n=const.主要的H-qV或

p-qVPsh-qV

-qV[NPSH]-qVn=const.其次[Hs]-qV二、離心式泵與風機的基本理論（六）離心式泵與風機的性能曲線3、性能曲線的繪制方法（試驗方法及借助比例定律）2、性能曲線的作用

能直觀地反映泵與風機的總體性能，對其所在系統的安全和經濟運行意義重大；

作為設計及修改新、老產品的依據；相似設計的基礎；工作狀態——工況（運行、設計、最佳）二、離心式泵與風機的基本理論（六）離心式泵與風機的性能曲線4、性能曲線的定性分析（能頭）qVHHT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqqVd后向式徑向式前向式二、離心式泵與風機的基本理論（六）離心式泵與風機的性能曲線4、性能曲線的定性分析（功率）qVPshOPh-qVT后向式徑向式前向式q理論的Psh-qV曲線Psh-qVTPmPV實際的Psh-qV曲線

-qV曲線由下式計算二、離心式泵與風機的基本理論（六）離心式泵與風機的性能曲線5、性能曲線的比較（能頭）qVHOabc

后向式葉輪性能曲線的差異：常見的有陡降型、平坦型和駝峰型三種基本類型。其性能曲線的形狀是用斜度來劃分的，即：關死點的能頭最高效率點所對應的能頭二、離心式泵與風機的基本理論（六）離心式泵與風機的性能曲線

有駝峰的性能曲線在峰值點k

左側出現不穩定工作區，故設計時應盡量避免這種情況，或盡量減小不穩定區。

qVHOabcqVkk

經驗證明，對離心式泵采用右圖中的曲線來選擇葉片安裝角2y和葉片數，可以避免性能曲線中的駝峰。

5、性能曲線的比較（能頭）二、離心式泵與風機的基本理論（六）離心式泵與風機的性能曲線5、性能曲線的比較（功率和效率）

為提高效率，泵幾乎不采用前向式葉輪。風機也趨向于采用效率較高的后向式葉輪。二、離心式泵與風機的基本理論（七）泵與風機的運行工況點流量計調閥閥門真空計ppHZ壓強表泵

管路系統能頭與通過管路中流體流量的關系曲線。Hst稱為管路系統的靜能頭；即：管路系統的靜能頭為零。1、管路系統性能曲線

對于風機：對于泵：二、離心式泵與風機的基本理論（七）泵與風機的運行工況點2、運行工況點2）實質：反映了兩者的能量供與求的平衡關系。1）同比例的性能曲線的交點；KOqVHMHc-qVH-qV3、穩定性條件1）穩定工況點條件是：2）有駝峰→不穩定工作區→喘振。二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論1、相似條件

幾何相似：通流部分對應成比例——前提條件；運動相似：速度三角形對應成比例——相似結果；動力相似：同名力對應成比例——根本原因。（但Re＞105，已自模化）2、相似三定律

1）流量相似定律（由推得）

二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論2、相似三定律

2）能頭相似定律(由及p=gH推得）或3）功率相似定律（由推得）二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論2、相似三定律

4）等效的相似定律

當實型和模型的幾何尺度比≤5，相對轉速比≤20%時，實型和模型所對應的效率近似相等，可得等效的相似三定律：

或二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論2、相似三定律

5）尺寸效應和轉速效應

尺寸效應：（小模型）↑→沿程損失系數↑→h↓↑→泄漏流量q相對↑→V↓

相對粗糙度相對間隙

轉速效應：（降轉速）↓(設D2不變)

二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論3、相似三定律的應用（變轉速時性能參數的換算）

注意：上述等式為聯等式；故nqVHPsh。

1）比例定律

二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論

當n改變時，相似工況的一系列點必在頂點過坐標原點的二次拋物線上，稱其為相似拋物線，又稱理論等效曲線。2）相似工況點應遵循的規律M或

當管路系統靜能頭為零時，管路系統性能曲線與相似拋物線重合。3、相似三定律的應用（變轉速時性能參數的換算）

二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論3、相似三定律的應用（變轉速時性能參數的換算）

【例1-6】如右圖所示，某臺可變速運行的離心泵，在轉速n0下的運行工況點為M

(qVM，HM

)，當降轉速后，流量減小到qVA，試確定這時的轉速。

【解】①．確定變速后的運行工況點A

(qVA，HA)

；②．將qVA、HA代入下式以確定相似拋物線的k值；HAqVMqVAqVHOH-qVHC-qVMA二、離心式泵與風機的基本理論（八）泵與風機的相似理論3、相似三定律的應用（變轉速時性能參數的換算）

qV