泵与风机

绪论一、泵与风机在建筑环境与设备工程专业的应用1、泵与风机在各行各业均有广泛的应用表现为：应用领域越来越广，如采矿、冶金、电力、石油、化工、市政、建筑以及农林等部门。特点为：形式越来越多、角色越来越重要、规模与投资越来越大、功能分类愈分愈细、耗能比例越来越大。2、泵与风机在建环专业的作用与地位⑴在建环专业的各类系统中，起“心脏”作用。⑵作为机电设备，“维修”、“维护”量很大，显得它们非常重要。⑶能耗很大，从这个方面讲也是重点管理对象。绪论二、泵的发展趋势1、大型化、大容量化在40年前，5万千瓦的发电机组被看做是一个重大的技术成就，而今天它只能用来驱动一台130万千瓦大型汽轮发电机组的给水泵。目前，世界上巨型轴流泵的叶轮直径已达7米，潜水泵直径已达1米，用于城市及工业企业给水工程中的双吸离心泵的功率已达5500千瓦。2、高扬程化、高速化目前，水泵的单扬程已打破了10兆帕的记录。要进一步实现高扬程化，势必要提高泵的转速。3、系列化、通用化、标准化“三化”，是现代化工业化生产工艺的必然要求。1975年，国际标准化协会制订了额定压力为0.72兆帕的单级离心泵的主要尺寸及规格参数（ISO2858－1975E）。我国自1958年以来，在统一型号、系列分类、定型尺寸等方面也做了不少工作。目前“三化”的程度在不断提高。绪论三、风机的发展趋势4、不断提高常规产品的质量和水平，大力发展高速、高温、高压、高效率以及大容量的各类特殊产品。1、系列化、通用化、标准化3、多样化，满足特殊需求比如，“抗磨损”、“抗酸碱”、“耐高温”等。2、高效、节能、降噪、自控比如，用于室内空调的“静音”风机、用于流量控制的“调速”风机等。二、泵的发展趋势绪论四、本课程的主要内容1、离心式泵与风机的理论基础⑴泵与风机工作原理⑵泵与风机理论扬程方程式⑶泵与风机性能曲线⑷泵与风机比转数2、离心式泵与风机的构造3、离心式泵与风机运行与安装4、离心式泵与风机的管路工作特点5、离心式泵与风机的调节与选择五、本课程主要要求1、正常完成课堂教学，经过结课考试，综合成绩合格。2、综合成绩包括平时成绩与结课成绩两部分。平时成绩占20～30％，结课成绩占70～80％。3、平时成绩主要考核：课堂纪律、出勤、课堂提问、作业等。4、结课考试采用闭卷考试，120分钟，满分100分。5、出勤不足2/3的同学，按学院规定，不得参加结课考试。第一章离心式泵与风机的理论基础第一节泵与风机的分类一、泵的定义与分类1、泵的定义：是输送和提升液体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能。2、泵的分类（按工作原理分）（1）、叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的，如离心泵、轴流泵、混流泵等。（2）、容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的，如活塞式往复泵、柱塞式往复泵、转子泵等。（3）、其它类型水泵：螺旋泵、射流泵、气升泵等。第一章离心式泵与风机的理论基础第一节泵与风机的分类二、风机的定义与分类1、风机的定义：是压送和抽吸气体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送气体的能量，使气体获得动能或势能。风机有通风机和鼓风机，与压缩机略有区别。全压P1470Pa为通风机，全压1470PaP3.5×105Pa为鼓风机，“全压”3.5×105Pa为压缩机。2、风机的分类（与水泵的分类基本一致）（1）、叶片式：如离心风机、轴流风机、贯流风机等。（2）、容积式：罗茨风机等。第一章离心式泵与风机的理论基础第一节泵与风机的分类三、泵与风机总型谱图1、泵的总型谱图由图可见，目前定型生产的各类叶片式水泵的使用范围是相当广泛的，而其中离心泵、轴流泵、混流泵和往复泵等的使用范围各具有不同的性能。往复泵的使用范围侧重于高扬程小流量。轴流泵和混流泵的使用范围侧重于低扬程大流量。而离心泵的使用范围介乎于两者之间，工作区间最广，产品的品种、系列和规格也最多。扬程（m）流量（m/h）离心泵轴流泵混流泵往复泵漩涡泵2、结论以一般的市政给水、建筑用水来说，就其扬程和流量范围，大量采用离心泵和轴流泵。风机的使用情况也大致一样。所以，本课主要介绍离心式泵与风机。第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数一、泵与风机的构造第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数一、泵与风机的构造前盘后盘轮毂轴叶片吸入口叶轮前盘叶片后盘支架机壳出口离心式风机主要结构分解示意图第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数一、泵与风机的构造离心式泵与风机的主要结构部件是：叶轮和机壳。图为离心式风机的主要结构简图。二、泵与风机的工作原理叶轮联接在轴上，原动机通过轴带动叶轮旋转，叶片间的气体也随着叶轮旋转。气体获得的离心力使其从叶片间的出口处（外缘）甩出，而挤入机壳。于是机壳内的气体压强增高，气体被从导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部分的气体压强降低，吸入口处的气体得以进入叶轮前盘。如是，风机源源不断地输送气体。第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数二、泵与风机的工作原理对于水泵，其工作原理与前大同小异。三、泵与风机的性能参数1、泵的扬程H与风机的压头P泵的扬程H的定义：泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增量。也就是单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量。单位，m。第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数1、泵的扬程H与风机的压头p风机的压头p的定义：单位体积流量气体通过风机所获得的能量增量。单位为Pa。虽然两者的单位是m和Pa，但它们均表示能量，具有能量的意义。如分别取泵或风机的进口1、出口2为计算断面，利用能量方程则有：g2vvppZZHg2vpZHg2vpZH212212122222221111－＋－＋－＝＋＋＝；＋＋＝第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数g2vvppZZH21221212－＋－＋－＝而风机的压头是对应于单位体积流体而言的，p＝γH，故风机的全压p的单位为Pa。有时会用到N/m2或kN/m2。要注意到：泵的扬程为m液柱高度。有时风机全压p也用mmH2O表示，1mmH2O＝9.81Pa。1、泵的扬程H与风机的压头p可见，由于能量方程就是对应于单位重量流体而言的，故泵的扬程单位即为m。第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数2、流量Q流量Q的定义：单位时间内泵或风机所输送的流体量。单位为“m3/s”或“m3/h”。对于泵还用到“l/s”或“t/s”。3、功率N及效率η⑴功率泵由泵的扬程定义，在单位时间内通过泵的流体所获得的总能量，即有效能量（用符号Ne表示）为：Ne＝γQH（kW）。第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数3、功率N及效率η⑴功率风机由风机的全压定义，在单位时间内通过风机的气体所获得的总能量，即有效能量（用符号Ne表示）为：Ne＝Q·p（kW）。这里，γ为被输送流体的容重，kN/m3；流量Q的单位，m3/s；扬程H的单位，m；压头p的单位，kN/m2；功率Ne的单位，kW。第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数3、功率N及效率η⑵效率η效率表示输入的轴功率N被利用的程度。用η表示。其定义式为：NNe＝还可改写为：QpQHNNNQpNQHNNee＝＝＝＝＝＝通常是由实验来确定的第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数4、转速n转速指泵或风机叶轮每分钟的转数。单位为：r/min。通常，水泵的基本性能参数由6个性能参数表示：⑴、流量；⑵、扬程；⑶、轴功率；⑷、效率；⑸、转速；⑹、允许吸上真空高度。如国内生产的12Sh－28A型单级双吸式离心泵，其铭牌及符号数字意义如下：第一章离心式泵与风机的理论基础第二节泵与风机的工作原理与性能参数三、泵与风机的性能参数铭牌铭牌上部分符号及数字的意义：“12”表示水泵吸入口的直径；“Sh”表示单级双吸卧式离心泵；“28”表示水泵的比转数被10除的整数；“A”表示该水泵叶轮直径已经切削小了一档。离心式清水泵型号：12Sh－28A转数：1450r/min扬程：10m效率：78％流量：684m3/h轴功率：28kW允许吸上真空高度：4.5m重量：660kg第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程一、流体在叶轮中的运动1、建立模型如图，建立实物模型再对模型进行简化。前盘后盘轮毂轴叶片流体在叶轮流道中的流动b2D0v0b1D1D2机壳绝对速度uwvβ1β2β图中，D0为叶轮进口直径，D1、D2为叶片进出口直径，b1、b2位叶片的进出口宽度，β1、β1为叶片进出口的安装角。第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程一、流体在叶轮中的运动1、建立模型为了研究问题，将复杂的流体在叶轮中的运动，进行理想化，提出“理想叶轮”的概念。理想叶轮⑴、恒定流动，层与层无干扰；⑵、无限多叶片，进出无冲击；⑶、不可压缩，不计能量损失。2、分析当叶轮旋转时，流体一方面随叶轮旋转作圆周牵连运动，速度为圆周速度u；另一方面又沿叶片方向作相对运动，速度为相对速度w。绝对速度v应为u和w的矢量和。第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程一、流体在叶轮中的运动2、分析如对于进口1，绝对速度v1等于圆周速度u1加相对速度w1：同理，在出口处，有：3、应用在实际应用中，常常将绝111wuv＋＝222wuv＋＝叶片进口和出口处的流体速度图uwvu11w1v222α1β1β2α2对速度v分解为与流量有关的径向分速vr和与压头有关的切向分速vu。vr的方向与叶轮半径方向相同；vu的方向与叶轮的圆周运动方向相同。第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程一、流体在叶轮中的运动4、速度三角形这样，就可将所有质点的速度绘制在一张图上，形成速度三角形。流体在叶轮中运动的速度三角形uwvvuvrαβ在速度三角形上，v、u之间的夹角α叫做叶片的工作角（α1是叶片进口工作角，α1是叶片出口工作角）。叶片的工作角α决定着径向分速vr与切向分速vu的大小。速度三角形：清楚地表达了流体在叶轮中的流动情况；也是研究泵或风机的一个重要手段。第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程一、流体在叶轮中的运动5、速度三角形的确定流体在叶轮中运动的速度三角形uwvvuvrαβ叶轮流道及尺寸确定安装角β确定叶轮转速n确定流量QT确定vr＝QT/F，F＝2πrbεvr确定u确定u＝ωr＝πdn/60第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程二、欧拉方程1、动量矩定理流体获得的能量＝叶轮从外界向流体供给的能量动量矩定理：质点系对某一转轴的动量矩对时间的变化率，等于作用于该质点系的外力对该轴的力矩M。uTTvQmrmM＝＝）－（＝u1T1u2T2TvrvrQM第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程二、欧拉方程2、欧拉方程注意到：MN＝角速度：功等于外力矩乘叶轮）－（＝u1T1u2T2TvrvrQN功等于流体的能量TTHQN＝）－（＝u1T1u2T2TTTvrvrQHQ）－（＝）－（＝＝u1T1Tu2T2Truu1T1u2T2Tvuvug1vrvrH第一章离心式泵与风机的理论基础第三节泵与风机的基本方程——欧拉方程二、欧拉方程2、欧拉方程描述了：在理想