泵与风机课件4

华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans泵与风机华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、能头与流量性能曲线§1-6叶片式泵与风机的性能曲线二、功率与流量性能曲线三、效率与流量性能曲线四、轴流式泵与风机性能曲线五、泵与风机性能曲线的比较引言六、预旋对泵与风机性能曲线的影响华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans引言1、泵与风机的性能及性能曲线H-qV或p-qVn=const.主要的[NPSH]-qVn=const.其次Vq能直观地反映了泵与风机总体的性能，对其安全经济运行意义重大；2、性能曲线的作用3、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定律）作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态——工况，运行工况，设计工况，最佳工况。Psh-qV-qV[Hs]-qV华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans2）H-qV曲线一、能头与流量性能曲线（H-qV）1）HT-qVT曲线由无限多叶片时的理论能头可得：HT=KHT，qVT-q=qVH=HT-hw，HT-qVTHT-qVThf+hjhsH-qVTH-qVqVHqqVdTT222y2222y22T222u2T-gctgg)ctg(gg1VVVBqAqΨbDuuΨbDquuuH华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans二、功率与流量性能曲线（Psh-qV）2TTTTTThmhsh1000/)(g1000/gVVVVVmqBqABqAKqHqPPPPP与流量无关，且空载功率Psh0=Pm+PV，若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动，则这部分功率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，故凝结泵和给水泵不允许空载运行。实际的Psh-qV曲线华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans三、效率与流量性能曲线（-qV）泵与风机效率等于有效功率与轴功率之比，即：shshe1000gPHqPPV实际性能曲线只能用试验方法及借助比例定律来绘制，并随性能表一起附于制造厂家的产品说明书或产品样本中。左图为与300MW、600MW机组配套用的锅炉给水泵的性能曲线。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans四、轴流式泵与风机性能曲线1、性能曲线的趋势分析2、性能曲线的特点①．存在不稳定工作区，曲线形状呈∽型；②．空载易过载，因为空载功率Psh0=Pshmax；③．高效区窄。①．冲角增加，曲线上升；③．叶顶和叶根分别出现二次回流，曲线回升。②．边界层分离，曲线下降；华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较对前向式和径向式叶轮，其p-qV性能曲线为一具有驼峰的或∽型的曲线，且随2y↑曲线弯曲程度↑。K点左侧为不稳定工作区。当风机在该区工作时，可能发生喘振或飞动等现象，从而影响风机的正常工作。因此，工程实际中，希望尽量避免采用具有该种形式曲线的风机。五、泵与风机性能曲线的比较离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较对后向式叶轮，H-qV（p-qV）曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低，不会出现∽型。五、泵与风机性能曲线的比较但是，由于结构参数不同，使得后向式叶轮的性能曲线也有所差异。常见的有陡降型、平坦型和驼峰型三种基本类型。其性能曲线的形状是用斜度来划分的，即：%10000s0pHHHK华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）五、泵与风机性能曲线的比较（1）陡降型曲线当Kp=25%~30%时，则称为陡降型曲线，如右图a线所示。其特点是：当流量变化很小时能头变化很大，因而适宜于流量变化不大而能头变化较大的场合。例如火力发电厂自江河、水库取水的循环水泵，就希望有这样的工作性能。这是因为：随着季节的变化，江河、水库的水位涨落差非常大，同时水的清洁度也发生变化，均会影响到循环水泵的工作性能（扬程），而我们要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）五、泵与风机性能曲线的比较（2）平坦型曲线当Kp=8%～12%时，称为平坦型曲线，如右图b线所示。其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。适用于流量变化大而要求能头变化小的场合。如火力发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。这是因为：汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的，特别是对调峰机组，负荷变化更大。但是，由于主机安全经济性的要求，汽包的压强（或凝汽器内的压强）变化不能太大，这就要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变化不大的性能。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）五、泵与风机性能曲线的比较（3）有驼峰的性能曲线驼峰曲线不能用斜度表示。其特点是：能头随流量的变化先增大，而后减小。因而，在峰值点k左侧出现不稳定工作区，只能在qVqVk的区域工作。所以，在设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角2y和叶片数，可以避免性能曲线中的驼峰。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较由右图可以看出，前向式、径向式叶轮的轴功率随流量的增加迅速上升，流量越大，功率就越大。因此，当泵与风机工作在大于额定流量时，原动机易过载。而后向式叶轮的轴功率随流量的增加变化缓慢，且在大流量区变化不大。因而当泵与风机工作在大于额定流量时，原动机不易过载。2、Psh-qV性能曲线的比较华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（一）离心式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较如右图所示，前向式叶轮的效率较低，但在额定流量附近，效率下降较慢；后向式叶轮的效率较高，但高效区较窄；而径向式叶轮的效率居中。3、-qV性能曲线的比较因此，为了提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮，而采用后向式叶轮。即使对于风机，也趋向于采用效率较高的后向式叶轮。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（二）离心式、混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较如右图a所示，离心式泵与风机的H-qV曲线比较平坦，而混流式、轴流式泵与风机的H-qV曲线比较陡。因此，前者适用于流量变化时要求能头变化不大的场合，而后者宜用于当能头变化大时要求流量变化不大的场合。1、H-qV性能曲线的比较华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（二）离心式、混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较如右图b所示，离心式泵与风机的Psh-qV曲线随着流量的增加呈上升趋势，而轴流式泵与风机的Psh-qV曲线随着流量的增加，急剧下降。因此，为了减小原动机容量和避免启动电流过大，轴流式泵与风机应在全开阀门的情况下启动，而离心式泵与风机则应在关闭阀门的情况下启动。2、Psh-qV性能曲线的比较华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（二）离心式、混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较应引起注意的是：对于凝结泵和给水泵，为防止汽蚀，启动时则应开启旁路阀。2、Psh-qV性能曲线的比较3．-qV性能曲线的比较如右图c所示，离心式泵与风机的-qV曲线比较平坦，且高效区宽，随着由离心式向轴流式过渡，-qV曲线越来越陡，高效区越来越窄。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（二）离心式、混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较3．-qV性能曲线的比较为了克服轴流式泵与风机轴功率变化急剧和高效区窄的缺点，提高调节效率，常常将其叶轮叶片设计成可调的。这样,当流量变化时，通过调节叶轮叶片的角度，使轴流式泵与风机仍具有比较高的效率。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans1、什么是预旋流体进入泵与风机叶轮叶片前有一个先期旋转运动，称为预旋。六、预旋对泵与风机性能曲线的影响当），称为负预旋。（，使），称为正预旋；（，使1u11u1//90//90uu2、预旋产生的原因按产生原因可分为强制预旋和自由预旋两种。强制预旋：f(结构)，如导叶、双吸叶轮、螺旋形吸入室等，与流量的变化无关；自由预旋：f(流量)，当流量偏离设计值时产生，与设备的结构因素无关。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响3、预旋的机理强制预旋的机理较易理解；自由预旋的机理【美国A．J．斯捷潘诺夫，最小阻力原理】。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响4、预旋强度通常用预旋系数φ来表示，它等于进口处流体绝对速度的周向分量1u与叶轮进口的圆周速度u1之比，即：1u1u在设计阶段一般取：通风机φ=0.30~0.50；离心泵次级叶轮φ=0.25~0.40。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）（1）自由预旋的存在，会导致吸入室壁附近的流体产生反向流（如下图所示）。它可能造成H-qV曲线的不连续，并在某一小流量区内往往造成不稳定的运行。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）（1）自由预旋的存在，会导致吸入室壁附近的流体产生反向流。因此，为了改善小流量下泵与风机的性能，往往在设计时采用某些手段改善叶轮的吸入条件以控制预旋。例如，对于泵可根据不同型式的吸入室，装设相应形状的挡板或肋；对于风机，在入口装设可调叶片等。右图是装设挡板（肋）前后的性能比较。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）（2）预旋使泵与风机的能头降低（1u≠0）。由于强制预旋是由吸入室或背导叶所造成的，并不消耗叶轮的能量，因而也就不消耗叶轮的功率；而自由预旋总是伴随着流量的改变而存在的，当流量小到某一临界值时，要产生反向流，此时，自由预旋要消耗叶轮的一部分能量，因而也就消耗叶轮的一部分功率。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响（以正预旋为例）（3）预旋可以改善泵的汽蚀性能。因为预旋使得入口相对速度w1减小，从而使泵的必须汽蚀余量降低，改善了汽蚀性能。鉴于此，对于高速、高（4）自由预旋使小流量下的冲击损失减小，效率提高。当流量减小时，如果没有预旋，则冲角为1，而预旋的存在使得冲角为2，冲角减小了，从而减小了冲击损失。抗汽蚀性能的泵在设计时都考虑一定的预旋系数。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans一、管路系统性能曲线§1-7泵与风机的运行工况点三、泵风运行工况点的稳定性二、泵与风机的运行工况点四、泵与风机运行工况点变化的影响因素华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans管路系统能头与通过管路中流体流量的关系曲线。其中，Hst称为管路系统的静能头；即，管路系统的静能头为零。一、管路系