泵与风机课件(课堂版)---副本

泵与风机授课计划：共32学时（每周4学时）其中4学时实验，2学时课内考试考核方式闭卷（卷库）平时、实验、期末20%10%70%绪论第一节泵与风机在国民经济中的应用一、定义：将原动机的机械能转化为被输送流体能量（压能、动能），并实现流体定向输送的一种动力设备。一般，输送液体：泵；输送气体：风机二、应用广泛农业：灌溉采矿工业：排水、通风机械工业：润滑（泵）、冷却（泵、风机）建筑工业：给排水、通风、空调、供暖医学：人工心脏特别电力工业：火电：煤粉、天然气燃烧需要空气；燃烧后产生烟气，燃气工质水，润滑冷却水、油核电：工质水，润滑冷却书，图0-1三、重要性全国泵与风机耗电量约占全国发电量的1/3。安全、高效运行具有重要意义电力行业锅炉给水泵，心脏送引风机，呼吸系统消耗大部分的厂用电第二节泵与风机的分类分类一、按产生能头大小低压泵（2MPa）中压泵(2〜6MPa)高压泵(6MPa)通风机（15KPa）鼓风机(15〜340KPa)压气机(340KPa)二、按工作原理分类叶片式容积式其它叶片对流体做功工作室容积周期改变1、叶片式根据力的作用方式不同：离心、混流、轴流轴流斜流旋涡离心叶轮离心斜流轴流旋涡2、容积式工作元件运动方式：回转、往复回转往复回转式（齿轮泵）回转式（螺杆泵）单螺杆、双螺杆、三螺杆往复式（活塞泵）3、其它喷射泵高速气流或水流形成真空抽吸三、按轴与基准的相对位置卧式立式平行垂直四、按用途给水泵、循环水泵、冷却水泵送风机、引风机、增压风机第三节泵与风机的主要部件一、离心式泵与风机的主要部件(一)离心式泵的主要部件叶轮、轴、吸入室、压出室、导叶、密封装置等1、叶轮作用：做功元件分类：封闭叶轮半开叶轮全开叶轮（前后盖板、轮毂、叶片）（吸入口个数：单吸、双吸）特点：效率高效率低适用场合：输送清水输送含杂质流体离心泵，根据轴上叶轮个数分为：单级泵、多级泵2、轴作用：传递扭矩分类：水平、阶梯轴套；保护轴3、吸入室定义：泵入口法兰到叶轮入口的流动空间。作用：以最小阻力损失，将流体平稳引入叶轮锥形：结构简单，流动损失小；小型单级悬臂支承泵。环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失较大；分段多级泵。半螺旋形：有预旋，能头降低，流动损失小；大型单级、多级泵。弯管：流动损失小，轴向尺寸大，大型单级、多级泵。锥形环形半螺旋形弯管4、压水室定义：叶轮出口到泵出口法兰之间的流动空间。作用：在最小阻力损失下，将流体从叶轮收集起来并引出。类型：环形：结构简单，轴向尺寸小；流动损失大。节段多级泵。螺旋形：流动损失小。单级、多级泵。5、导叶（导向叶轮）多级泵必须有导叶作用：汇集叶轮出口流体，在最小损失下，将流体引入下级叶轮或压出室；同时并将部分动能变为压能。分为：径向式轴向尺寸大，加工简单流道式损失小，结构复杂6、密封装置类型：密封环叶轮与泵壳间间隙轴向密封装置（轴封）轴端与泵壳间间隙密封环平环角环迷宫式轴封(1)填料密封（填料箱，压盖）结构简单、成本低、效果差；(2)机械密封（动环，静环）结构复杂、安装运行要求高、效果最好；(3)浮动环（浮动环，浮动套）结构简单，效果好，轴向尺寸大(4)迷宫迷宫形式不同，效果不同小型泵高温高压高转速泵（二）离心风机主要部件主要部件：叶轮、轴、集流器、蜗壳、进气箱（相当于离心泵：吸入室，压出室）(1)叶轮:叶片，前盘，后盘，轮毂叶片：直板，弯板，翼型（中空）(2)轴(3)集流器：叶轮前，最小损失引导流体进入叶轮圆筒形、圆锥形、锥弧形(4)进气箱：由于结构、布置上的需要，为改善进气条件、减小进气损失。（若有，在集流器前）二、轴流式泵与风机主要部件主要部件：叶轮、轴、吸入室（集流器）、扩压筒、导叶导叶：改变流体流动方向、减小损失、部分动能转变为压能第四节泵与风机主要性能参数主要参数：流量、扬程（全压）、功率、效率一、流量流量：单位时间内泵与风机输送的流体数量。vmmvqqskgqsmq//3二、扬程（全压）扬程：单位重量的流体通过泵后获得的能量。Hm全压：单位体积的气体通过风机后获得的能量。pPa三、功率有效功率：流体通过泵与风机获得的功率（单位时间获得的能量）Pew,kw轴功率：原动机传到泵与风机轴上的功率。P四、效率有效功率是输出功率轴功率输入功率%100PPe五、转速轴每分钟的转数nr/min六、汽蚀余量第五节泵与风机发展趋势一、大容量，高参数二、高转速三、高效率四、高可靠性五、低噪音第一章泵与风机的叶轮理论第一节离心式泵与风机的叶轮理论原动机带动叶轮旋转——叶片对流体做功——流体能量增加——离心力作用下流体流出叶轮——叶轮中心形成真空——外部流体流入叶轮——叶轮连续旋转——流体连续吸入排出。一、离心式泵与风机的工作原理二、流体在叶轮中的运动及速度三角形（一）运动复杂1、流体随叶轮旋转运动——圆周运动或牵连运动,u2、流体相对于旋转的叶轮从叶轮入口到出口——相对运动,w实际运动：周运动u与相对运动w的合运动wuvuwv（二）速度三角形分析为便于分析，假设：1、理想叶轮（叶片无限多、无限薄）流体沿叶片型线流动，相对运动速度w方向为叶片的切线方向。2、理想流体（无粘性）不考虑损失wuv为便于分析，总结7个元素：u，w，v，vm（绝对速度径向分速度）vu（绝对速度圆周分速度）α:绝对速度角（绝对速度与圆周速度方向夹角）β：相对速度角或流动角β（相对速度与圆周速度反方向夹角）附：βa：安装角（叶片切线方向与圆周速度反方向夹角），理想叶轮，流动角=安装角（三）任意点速度三角形绘制7个元素uwvvmvuαβ,中任意3个，唯一决定速度三角形常用公式：60DnuDbqbzDbqAqAqvvvvvvvvTm)(Ψ——排挤系数，反映由于叶片厚度对通流面积的影响。cotcosmuvuvv例题：有一离心泵，叶轮外径D2=0.6m，出口宽度b2=0.1m，叶片出口安装角β2a=22°，转速n=1200r/min，流量qv=0.5m3/s，画出口速度三角形。smnDu/68.376022smbDqAqvvvm/65.2222β2=β2a=22°u2β2=22°三、能量方程及其分析叶片式泵与风机：叶片对流体作用力，力做功，流体能量增加。与力矩有关。动量矩定理：单位时间内流出的动量矩-流入动量矩=作用在流体上的外力矩泵风机gwwguugvvHT222222121222122动扬程静扬程动能压能能量方程式分析：参考教材p23根据余弦定理，能量方程可化为四、离心式叶轮叶片型式分析后弯径向前弯β2a90°β2a=90°β2a90°为便于分析，假设:（1）叶轮外径相同,流量相同,转速相同—v2m相同,u2相同出口速度三角形等底等高（2）流体径向进入叶轮—α1=90,V1u=0(一)理论扬程HTބ=HTބ=(u2V2uބ-u1V1uބ)/g=(u2V2uބ)/gHTބ后弯HTބ径向弯HTބ前弯(二)静扬程所占的比例（反作用度τ）2221HuvHuTst后弯径向前弯V2u0～u2u2u2～2u2β2a0～arctan(v2m/u2)9090～arctan(v2m/2u2)τ1～1/21/21/2～0τ后弯τ径向τ前弯(三)效率后弯:流道长,变化平缓,出口绝对速度小,损失小,效率高,噪音低.前弯:流道短,变化剧烈,出口绝对速度大,损失大,效率低,噪音高.径向:性能介于两者间,出口径向,不易积灰工艺简单.叶型的选择：各有特点，如何选择？一般，离心泵，流动的为液体，功率大，为提高效率，降低轴功率，一般采用后弯。离心风机，三种叶型都有。要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。例题：有一离心风机，叶轮内径D1=0.3m，外径D2=0.8m，转速n=800n/r，若气体以v1=10m/s的速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。(1)画叶轮进出口处速度三角形;(2)不计叶片厚度，求理论全压为多少？解：1、气体径向进入叶轮α1=90ov1=v1mu1=πD1n/60=12.56m/s由α1v1u12、出口速度三角形u2=πD2n/60=33.5m/s出口相对速度为径向β2=90ov2m=wv2u=u2qv1=qv2πD1b1v1m=πD2b2v2mv2m=3.75m/s由β2v2mu2pTބ=ρ(u2V2u-u1V1u)=ρ(u2V2u)=ρu22=1347Pa理论能头，前提，对理想流体、理想叶轮与实际不符修正五、实际叶轮中运动实际叶轮，叶片有限个，流道有宽度轴向涡流实际叶轮中，相对于旋转叶轮，流体在流道中等角速度反方向旋转。影响：流体出口相对速度角减小，流动角小于安装角，理论扬程下降。不是损失六、实际流体流动实际流体，损失修正：流动效率hThThHkHHTTkHH修正：滑移系数σ或环流系数K半经验公式计算七、预旋预旋：流体进入叶轮前的预先旋转。无预旋预旋的产生自由预旋、强制预旋自由预旋流量改变引起流量变小正预旋能头降低流量增加负预旋能头增加强制预旋结构原因如半螺旋吸入室正预旋（与叶轮旋转方向相同）α190，v1u0能头降低负预旋（与叶轮旋转方向相反）α190，v1u0,能头增加正预旋负预旋习题第二节轴流式泵与风机叶轮理论一、概述原理：原动机带动叶轮旋转——叶片对流体做功——流体能量增加——升力（轴向推力）作用下流体流出叶轮特点：（1）结构简单、体积小、重量轻（2）流量大，能头低（3）叶片角度可调，变工况调节性能好（4）叶片可调，转子结构较复杂（5）噪音大二、流体在叶轮中运动及速度三角形运动复杂：圆周运动、相对运动实际运动wuv三、速度三角形分析为便于分析，假设：（离心，假设：理想叶轮，理想流体）圆柱层无关（流体沿圆柱面分层流动）在轴向不发散，流动半径不变。进出口u1=u2=u理想流体不考虑损失分析：速度三角形与离心式相似，但速度三角形特点(1)由于圆柱面分层流动，流动半径不变，对于任意点,u1=u2=uu不变，进、出口速度三角形画在一起，共用u。(2)对于任意点，绝对速度的轴向分速度Vm(即Va）不变。(分层流动,u不变，流量不变)Vm：周面速度，对于离心，Vm径向分速度也可写为Vr对于轴流，Vm轴向分速度也可写为Va轴向进入叶轮，v1u=0,v1=vmΔβ气流折转角Δβ=β2-β1轴流叶轮入口断面积小于出口断面积叶片圆头尖尾，w1w2,提高能头四、能量方程)()()(1)(1121122121122uuuuTuuuuTvvuvuvupvvugvuvugH（3）β1〈β2（w1w2,提高能头）分析u1=u2，理论能头少一项，gwwgvvHT2222212122理论能头比离心式低β1〈β2，w1w2，能头提高绕流升力理论见P49五、轴流式泵与风机基本类型（1）单个叶轮速度三角形出口速度有圆周分速度，即出口旋转，有能量损失（2）单个叶轮，后置导叶（3）单个叶轮，前置导叶（4）单个叶轮，前后置导叶例题有一轴流泵，在叶轮半径300mm处，水以10m/s速度沿轴向流入，若出口绝对速度为15m/s，叶轮转速1000r/min，求理论扬程。（轴流，等环量或能量设计，对于任意点，计算半径不同，但最终获得能量均相同）解：轴向流入，V1u=0V=V1mu1=u2=u=2πrn/60=31.4m/s根据轴流速度三角形特点V2m=V1m=10m/s)()(212222222vvvvvmumuvgvuvugHuuuT7.641)(121122习题例题：某离心通风机，叶轮外径D2=500mm，叶片出口宽度b2=80mm，叶片出口安装角β2a=30o，当转速n=1000r/min，流量qv=0.628m3/s，若空气的密度ρ=1.2kg/m3，空气沿径向流入叶轮，设滑移系数为0.88，求风机的理论全压。m/s508.05.014.3628.02222bDqAqvvvm空气沿径向流入叶轮V1u=0出口速度三角形u2=πD2n/60