第二章泵與風機的性能ChapterThreePerformanceofPumpandFans第一節功率、損失與效率PeriodonePowerandEfficiency第二節泵與風機的性能曲線PeriodTwoPerformanceCurveforPumpandFans第三節性能曲線的測試方法PeriodThreeTestMethodforPerformanceCurve泵與風機—泵與風機的性能第一節功率、損失與效率一、功率

三、容積損失和容積效率四、流動損失和流動效率

引言二、機械損失和機械效率

泵與風機—泵與風機的性能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）泵與風機—泵與風機的性能一、功率1.有效功率◆定義：單位時間內，流體通過泵（風機）所獲得的機械能，是泵（風機）的輸出功率。◆表達式：泵：風機：2.軸功率◆定義：原動機傳給泵或風機軸上的功率。是泵（風機）的輸入功率。◆表達式：泵與風機—泵與風機的性能3.原動機功率◆定義：指原動機的輸出功率。◆表達式：

式中：Pg是原動機的輸出功率，Pg,in是原動機輸入功率。

ηtm傳動效率，ηg原動機效率

在選擇原動機時要考慮過載，故應加一定的富裕量。所以原動機選擇時，功率應乘以富裕系數K，電動機容量富裕系數K查表。泵與風機—泵與風機的性能

Pm機械損失功率PV容積損失功率Ph流動損失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh由于結構、工藝及流體粘性的影響，流體流經泵與風機時不可避免地要產生各種能量損失。哪些損失？在哪些部位？與那些因素有關？措施。引言泵與風機—泵與風機的性能

機械損失（用功率Pm表示）包括：軸與軸封、軸與軸承及葉輪圓盤摩擦所損失的功率，一般分別用Pm1和Pm2表示。1.什么是機械損失

2.機械損失的定性分析

Pm2∝n3D25，葉輪在殼腔內轉動時，因克服殼腔內流體與蓋板之間存在的摩擦阻力而消耗的能量，稱為圓盤摩擦損失功率。二、機械損失和機械效率

Pm1∝nD2，與軸承、軸封的結構形式、填料種類、軸頸的加工工藝以及流體密度有關，約為1%～3%Psh。泵與風機—泵與風機的性能3.減小機械損失的一些措施

（1）合理地壓緊填料壓蓋，對于泵采用機械密封。（2）對給定的能頭，增加轉速，相應減小葉輪直徑。（4）適當選取葉輪和殼體的間隙，可以降低圓盤摩擦損失，一般取B/D2=2%～5%。（3）將鑄鐵殼腔內表面涂漆，效率可以提高2%～3%，葉輪蓋板和殼腔粗糙面用砂輪磨光，效率可提高2%～4%。風機的蓋板和殼腔較泵光滑，風機的效率要比水泵高。泵與風機—泵與風機的性能4.機械效率

機械損失功率的大小，用機械效率m來衡量。機械效率等于軸功率克服機械損失后所剩余的功率（即流動功率Ph）與軸功率Psh之比：機械效率和比轉速有關，表1-3可用來粗略估算泵的機械效率。（泵：90%-97%；風機：92%-98%）

表1ηm與ns的關系（泵）比轉速

ns5060708090100機械效率ηm（%）848789919293泵與風機—泵與風機的性能

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、容積損失和容積效率

（一）泵的容積損失

（二）通風機的容積損失

◆定義：由泄漏或回流而產生的損失。泵與風機—泵與風機的性能

（一）泵的容積損失

1.泵的容積損失主要發生在以下幾個部位

◆葉輪入口與外殼之間的間隙處；

◆多級泵的級間間隙處；

◆平衡軸向力裝置與外殼之間的間隙處以及軸封間隙處等。T泵與風機—泵與風機的性能

2.軸向力的產生離心泵的軸向力泵與風機—泵與風機的性能3.平衡軸向力裝置平衡孔雙吸式葉輪對稱排列的葉輪背葉片平衡軸向力原理用平衡盤平衡軸向力平衡鼓、平衡盤和彈簧雙向止推軸承的平衡裝置泵與風機—泵與風機的性能4.減小泵容積損失的措施

維持動靜部件間最佳的間隙；

增大間隙的流動阻力

為了減小葉輪入口處的容積損失q1，一般在入口處都裝有密封環（承磨環或口環），如圖下所示。檢修中應將密封間隙嚴格控制在規定的范圍內，密封間隙過大q1；密封間隙過小Pm1；平面式密封環中間帶一小室的密封環直角式密封環銳角式密封環曲徑式密封環曲徑式密封環曲徑式密封環泵與風機—泵與風機的性能

（二）通風機的容積損失

通風機的容積損失發生在以下部位

氣體通過通風機的軸或軸套與機殼之間的間隙Δ向外泄漏。由于軸或軸套的直徑較小，由此產生的外泄漏可忽略不計。

氣體通過葉輪進口與進氣口之間的間隙δ流回到葉輪進口的低壓區。和泵的情況類似，容積損失q

的大小和間隙形式有關。通風機容積損失示意圖泵與風機—泵與風機的性能

離心式通風機葉輪進口與進氣口間隙的形式可分為對口和套口兩種形式。間隙尺寸對風機的性能影響：

試驗表明，r

/D2從0.5%到0.05%，可使效率提高3%~4%。通常間隙的取值范圍為(0.0050.01)D2，D2大時取小值，反之取大值。泵與風機—泵與風機的性能

（三）容積效率

容積效率V與比轉速有關，對給水泵，表1-4可供參考。（泵：90%-95%；風機：小于泵）

容積損失的大小用容積效率V來衡量。容積效率為考慮容積損失后的功率與未考慮容積損失前的功率之比：

ns=5060708090100qV＜90m3/hqV＞145m3/h0.800.900.8350.9200.860.940.8750.9500.8900.9550.900.96表2給水泵的容積效率比轉速V流量泵與風機—泵與風機的性能1.什么是流動損失三、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。2.流動損失的定性分析

流動損失和過流部件的幾何形狀，壁面粗糙度、流體的粘性及流速、運行工況等因素密切相關。

沖擊損失

摩擦損失和局部損失分類泵與風機—泵與風機的性能2.流動損失的定性分析

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，即泵與風機—泵與風機的性能當流量小于設計流量時，1y>1，則=1y1>0，稱為正沖角；當流量大于設計流量時，1y<1，則=1y1<0，稱為負沖角。正沖角及速度三角形負沖角及速度三角形w1dw1工作面背面稱吸力邊工作面稱壓力邊泵與風機—泵與風機的性能實踐證明：正沖角時，由于渦流發生在吸力邊，能量損失比負沖角（渦流發生在壓力邊）時為小。因此，設計時，一般取正沖角=3~5。

若全部流動損失用hw表示，則：hw=hf+hj+hs正沖角的存在，對改善泵的汽蝕性能也有好處。

流動損失曲線

存在流動損失最小工況。泵與風機—泵與風機的性能表3某分段式多級給水泵通流部分水力損失的分布（某一級）區域名稱損失（m）占總損失的百分數（％）區域名稱損失（m）占總損失的百分數（％）葉輪1-1至2-24.750.5流出正導葉流入反導葉（環型空間）4-4至5-52.0622.15流出葉輪進入導葉2-2至3-31.0110.85流出反導葉5-5至6-6至7-70.576.1導葉擴散段3-3至4-40.9710.4節段的總損失9.31100可以看出：葉輪和導葉中的流動損失幾乎是相等的，約各占50%。因此，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。泵與風機—泵與風機的性能3.流動效率

流動損失的大小用流動效率h來衡量。流動效率等于考慮流動損失后的功率（即有效功率）與未考慮流動損失前的功率之比，即（泵：80%-90%；風機：70%-85%）四、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：

泵與風機—泵與風機的性能

【例1】有一輸送冷水的離心泵，當轉速為1450r/min時，流量為qV=1.24m3/s，揚程H=70m，此時所需的軸功率Psh=1100kW，容積效率V=0.93，機械效率m=0.94，求流動效率為多少?（已知水的密度ρ=1000kg/m3）。

【解】由已知，泵的有效功率為：Pe=gqVH/1000=1000×9.806×1.24×70/1000=851.161（kW）所以，=Pe/Psh=851.161/1100=0.774=77.4%h=/(Vm)=0.774/(0.9302×0.94)=0.88519=88.52%泵與風機—泵與風機的性能第二節泵與風機的性能曲線

一、能頭與流量性能曲線二、功率與流量性能曲線

三、效率與流量性能曲線四、軸流式泵與風機性能曲線五、泵與風機性能曲線的比較引言

六、預旋對泵與風機性能曲線的影響以離心式葉輪為例引言1.泵與風機的性能及性能曲線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）n=const.主要的H-qV或

p-qVPsh-qV

-qV[NPSH]-qVn=const.其次[Hs]-qVqVH2）H-qV曲線一、能頭與流量性能曲線（H-qV）1）HT-qVT曲線由無限多葉片時的理論能頭可得：HT=KHT，qVT-q

=qVH=HT-hw，HT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqqVd后向式徑向式前向式qVPshOPh-qVT二、功率與流量性能曲線（Psh-qV）

空載功率Psh0=Pm+PV，若現場的凝結泵和給水泵閉閥啟動，則這部分功率將導致泵內水溫有較大的溫升，易產生泵內汽蝕，故凝結泵和給水泵不允許空載運行。后向式徑向式前向式q理論的Psh-qV曲線Psh-qVTPmPV實際的Psh-qV曲線三、效率與流量性能曲線（

-qV）

泵與風機的

-qV性能曲線由下式計算可得，即并隨性能表一起附于制造廠家的產品說明書或產品樣本中。右圖為與300MW、600MW機組配套用的鍋爐給水泵的性能曲線。四、軸流式泵與風機性能曲線1.性能曲線的趨勢分析

①沖角增加，曲線上升；

③葉頂和葉根分別出現二次回流，曲線回升。

②邊界層分離，葉根出現回流，曲線下降，但趨勢較緩；

2.性能曲線的特點

①存在不穩定工作區，曲線形狀呈∽型；

②空載易過載；③高效區窄。泵與風機—泵與風機的性能五、泵與風機性能曲線的比較

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較

離心式通風機三種不同型式葉輪的性能曲線對前向式和徑向式葉輪，能頭性能曲線為一具有駝峰的或呈∽型的曲線，且隨2y曲線彎曲程度。K點左側為不穩定工作區。

對后向式葉輪，能頭曲線總的趨勢一般是隨著流量的增加能頭逐漸降低，不會出現∽型。

1.H-qV性能曲線的比較泵與風機—泵與風機的性能

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風機性能曲線的比較

結構參數后向式葉輪的性能曲線存在不同程度的差異。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：

不同型式的性能曲線，其工程應用場合不同。應重點給予關注。qVHOabc關死點的能頭最高效率點所對應的能頭泵與風機—泵與風機的性能

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風機性能曲線的比較

（1）陡降型曲線（Kp=25%~30%）其特點是：當流量變化很小時能頭變化很大。例如火力發電廠自江河、水庫取水的循環水泵，就希望有這樣的工作性能。因為，隨著季節的變化，江河、水庫的水位漲落差非常大，同時水的清潔度也發生變化；但是，由于凝汽器內真空度的要求，其流量變化不能太大。qVHOabc泵與風機—泵與風機的性能

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風機性能曲線的比較

（2）平坦型曲線（Kp=8%～12%）其特點是：當流量變化較大時，能頭變化很小。例如火力發電廠的給水泵、凝結水泵就希望有這樣的性能。因為，汽輪發電機在運行時負荷變化是不可避免的，特別是對調峰機組，負荷變化更大。但是，由于主機安全經濟性的要求，汽包、除氧器以及凝汽器內的壓強變化不能太大。qVHOabc泵與風機—泵與風機的性能

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較（后向式葉輪）五、泵與風機性能曲線的比較

（3）有駝峰的性能曲線（駝峰曲線不能用斜度表示）其特點是：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。

泵與風機—泵與風機的性能

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較

前向式、徑向式葉輪的軸功率隨流量的增加迅速上升。當泵與風機工作在大于額定流量時，原動機易過載。

而后向式葉輪的軸功率隨流量的增加變化緩慢，且在大流量區變化不大。因而當泵與風機工作在大于額定流量時，原動機不易過載。

2.Psh-qV性能曲線的比較泵與風機—泵與風機的性能

（一）離心式泵與風機性能曲線的比較五、泵與風機性能曲線的比較

前向式葉輪的效率較低，但在額定流量附近，效率下降較慢；后向式葉輪的效率較高，但高效區較窄；而徑向式葉輪的效率居中。

3.-qV性能曲線的比較

因此，為了提高效率，泵幾乎不采用前向式葉輪，而采用后向式葉輪。即使對于風機，也趨向于采用效率較高的后向式葉輪。泵與風機—泵與風機的性能

（二）離心式、混流式及軸流式泵與風機性能曲線的比較

五、泵與風機性能曲線的比較

離心式泵與風機的H-qV曲線比較平坦，而混流式、軸流式泵與風機的H-qV曲線比較陡。因此，前者適用于流量變化時要求能頭變化不大的場合，而后者宜用于當能頭變化大時要求流量變化不大的場合。

1.H-qV性能曲線的比較泵與風機—泵與風機的性能

（二）離心式、混流式及軸流式泵與風機性能曲線的比較

五、泵與風機性能曲線的比較

離心式和軸流式泵與風機的Psh-qV曲線隨著流量的增加其變化趨勢剛好相反，前者呈上升趨勢，而后者則急劇下降。因此，為了減小原動機容量和避免啟動電流過大，啟動時，軸流式泵與風機閥門應處于全開狀態，而離心式泵與風機閥門則原則上應處于關閉狀態。

2.Psh-qV性能曲線的比較泵與風機—泵與風機的性能

（二）離心式、混流式及軸流式泵與風機性能曲線的比較

五、泵與風機性能曲線的比較

應引起注意的是：對于凝結泵和給水泵，為防止汽蝕，啟動時則應開啟旁路閥。

2.Psh-qV性能曲線的比較

3.-qV性能曲線的比較

離心式泵與風機的-qV曲線比較平坦，且高效區寬；隨著由離心式向軸流式過渡，