华北电力大学泵与风机精品课程4

华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans§1-6叶片式泵与风机的性能曲线一、能头与流量性能曲线二、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以离心式叶轮为例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Vq3、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定律）2、性能曲线的作用能直观地反映泵与风机的总体性能，对其所在系统的安全和经济运行意义重大；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、设计、最佳）n=const.主要的H-qV或p-qVPsh-qV-qV[NPSH]-qVn=const.其次[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径向式华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFansPh-qVT二、功率与流量性能曲线（Psh-qV）2TTTTTThmmhsh1000/)(g1000/gVVVVVqBqABqAKqHqPPPPP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。后向式q实际的Psh-qV曲线理论的Psh-qV曲线Psh-qVTPmPVqVPshO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）shshshe10001000gPpqPHqPPVV泵与风机的-qV性能曲线由下式计算可得，即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。右图为与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；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，叶根出现回流，曲线下降，但趋势较缓；②．空载易过载；③．高效区窄。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans五、泵与风机性能曲线的比较（一）离心式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对前向式和径向式叶轮，能头性能曲线为一具有驼峰的或呈∽型的曲线，且随2y曲线弯曲程度。K点左侧为不稳定工作区。对后向式叶轮，能头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。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（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结构参数后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。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不同型式的性能曲线，其工程应用场合不同。应重点给予关注。qVHOabc关死点的能头最高效率点所对应的能头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（Kp=25%~30%）其特点是：当流量变化很小时能头变化很大。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。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），因而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。qVHOabc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（Kp=8%～12%）其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。如火力发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。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，因而要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时，扬程变化不大的特性。qVHOabc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：在峰值点k左侧出现不稳定工作区，故设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。qVHOabcqVkk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前向式、径向式叶轮的轴功率随流量的增加迅速上升。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、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较离心式泵与风机的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、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较离心式和轴流式泵与风机的Psh-qV曲线随着流量的增加其变化趋势刚好相反，前者呈上升趋势，而后者则急剧下降。因此，为了减小原动机容量和避免启动电流过大，启动时，轴流式泵与风机阀门应处于全开状态，而离心式泵与风机阀门则原则上应处于关闭状态。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PumpsandFans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响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。当），称为负预旋。（，使），称为正预旋；（，使1u11u1//90//90uu1、什么是预旋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。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、管路系统性能曲线对于泵对于风机wzhgppHH'''c2stVqH2c'Vqp流量计调阀阀门真空计p”p’HZ压强表泵泵的系统装置华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans二、泵与风机的运行工况点2、关系：反映了两者的能量供与求的平衡关系。三、泵与风机运行工况点的稳定性泵运行工况点的稳定性