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1、卢志民卢志民 博士博士 13710400340泵泵 与与 风风 机机主要内容第一章第一章 泵与风机的分类和特点泵与风机的分类和特点叶片式、容积式、其他形式叶片式、容积式、其他形式第二章 叶片式泵与风机的基本理论（一）离心泵工作过程离心泵工作过程（二）泵与风机的基本方程：Euler方程（三）理论扬程的组成（四）损失与效率（五）泵与风机的理论性能曲线（六）轴流式泵与风机的叶轮理论2第三章第三章 相似理论在泵与风机中的应用相似理论在泵与风机中的应用（一）（一）相似律相似律（二）相似律的实际应用（三）比转数（四）风机的选择曲线（五）风机无因次性能曲线（六）通用性能曲线第四章第四章 泵与风机的运行泵与风
2、机的运行第一节第一节 管路性能曲线和工作点管路性能曲线和工作点第二节第二节 泵与风机的联合运行泵与风机的联合运行第三节第三节 离心式泵与风机的工况调节离心式泵与风机的工况调节第四节第四节 运行中的主要问题运行中的主要问题(失速、喘振、抢风、汽蚀失速、喘振、抢风、汽蚀)3泵与风机在热力发电厂的应用灰渣泵冲灰水泵排粉风机升压泵凝结水泵给水泵前置泵循环水泵射水泵疏水泵送风机引风机蒸汽空气水补水泵生水泵烟气灰渣射水抽气器工业水泵汽轮机系统汽轮机系统汽轮机系统汽轮机系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统4第一章第一章 泵与风机的分类和特点泵与风机的分类和特点(一一)按流体排出压力的高低按流体排出压力的高低
3、风机可分为风机可分为 1.1.通风机通风机：15 kPa340 kPa340 kPa 。泵可分为：泵可分为：1.1.低压泵低压泵：2 MPa6 MPa6 MPa 。5（二）按作用原理分风机风机61.叶片式（动力式）离心式(小流量，高扬程)轴流式(大流量，低扬程)混流式(中流量，中扬程)7风机入口静叶入口静叶动叶动叶出口静叶出口静叶入口静叶调节机构入口静叶调节机构轴流式静叶可调引风机轴流式静叶可调引风机82、容积式 柱塞泵（往复泵）工作原理工作原理（活塞式）：活塞向左移动泵缸容积 泵体压力，排出阀门关阀，吸入杆打开，液体吸入；活塞向右移动泵缸容积泵体压力排出阀门打开，吸入杆关闭，液体排出。特点：
4、单动泵由于吸入阀和排出阀均在活塞一侧，吸液时不能排液，排液时不能吸液，所以泵排液不连续，不均匀。优点是流量小，压力高。9齿轮泵（回转式）齿轮泵（回转式）工作原理与往复泵相似。在泵吸入口，由于两齿轮分开，空间增大形成低压区而将液体吸入。被吸入液体在齿轮和泵体之间被分成两路由齿轮推着前进。在压出口，由于两齿轮互相合拢，空间缩小形成而将液体压出泵。特点：输送粘性较大的液体10工作原理：工作原理：与齿轮泵相似。与齿轮泵相似。结构：结构：由机壳和腰形转子组成。由机壳和腰形转子组成。两转子之间、转子与机壳之间间两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。隙很小，无过多泄漏。改变两转子的旋转方向，则吸入
5、改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。与排出口互换。特点：特点：风量与转速成正比而与出风量与转速成正比而与出口压强无关口压强无关，故出口阀不可完全，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。稳压气罐和安全阀。罗茨鼓风机的出口压强一般不超罗茨鼓风机的出口压强一般不超过过 80 kPa 80 kPa（表压）。出口压强过（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。高，泄漏量增加，效率降低。罗茨式泵与风机罗茨式泵与风机11螺杆式泵与风机结构原理：由缸套，主,动螺杆组成，泵内形成多个彼此分隔的容腔。转动时，下部容腔V增大，吸入液体，然后封闭。封闭容腔
6、沿轴向上升，新的吸入容腔又在吸入端形成。一个接一个的封闭容腔上移，液体就不断被挤出。特点：流量和压力均匀，故工作平稳，噪声和振动较少。吸入性能好（单螺杆泵吸上真空高度可达8.5m水柱）流量范围大12正位移特性正位移特性（容积泵、正位移泵）a）流量与管路特性无关流量与管路特性无关 b）压头与流量无关，取决于管路需要压头与流量无关，取决于管路需要 理论上，往复泵压头可按系统需要无限增大。实际上，受泵体强度及泵原动机限制。式中：有有自吸能力，不需灌泵自吸能力，不需灌泵；旁路调节，不能封闭启动旁路调节，不能封闭启动qVHqVqVT 往复泵特性曲线133、其他形式靠高压工作流体经喷嘴后产生的高速射流来引
7、射被吸流体，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，从而实现吸排作用。常用的工作流体有水、水蒸气、空气。被引射流体则可以是气体、液体或有流动性的固、液混合物。(1)效率低。(2)结构简单，体积小，价格低。(3)无运动部件，工作可靠，使用寿命长。只有当喷嘴因口径长期使用后，过分磨损导致性能降低，才需更换。(4)吸入性能好，而且抽送液体时的允许吸上真空度也很高。(5)可输送含固体杂质的污浊液体，即使被水浸没也能工作。CP 型系列喷射泵型系列喷射泵喷射泵14水环式真空泵叶轮偏心安装，旋转时，液体受到离心力作用，在泵体内壁形成一个旋转的液环，叶轮端面与分配器之间被液体密闭，叶轮在前半转（此时经过吸
8、气孔）旋转过程中密封的空腔容积逐渐扩大，气体由吸气孔吸入；后半转（此时经过排气孔）程中密封容积逐渐缩小，气体从排气孔排出，完成一个抽气过程。为了保持恒定的水环，在运行过程中必须连续向泵内供水。综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。1516利用利用离心力离心力的作用增加水体压的作用增加水体压力并使之流动的一种泵。动力力并使之流动的一种泵。动力机带动转轴，转轴带动叶轮在机带动转轴，转轴带动叶轮在泵壳内泵壳内高速旋转高速旋转，泵内水体被，泵内水体被迫迫随随叶轮转动而产生离心力叶轮转动而产生离心力。离心力迫使液体离心力迫使液体自叶轮周边抛自叶轮周边抛出出，
9、汇成高速高压水流汇成高速高压水流经泵壳经泵壳排出泵外，排出泵外，叶轮中心处形成叶轮中心处形成低低压压，从而，从而吸入新的水流吸入新的水流，构成，构成不断的水流输送作用。不断的水流输送作用。另外，泵壳内的液体部分动能另外，泵壳内的液体部分动能还转变成静压能。还转变成静压能。（一）基本工作过程第二章第二章 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论1617离心泵工作过程离心泵工作过程开泵前，开泵前，泵内灌满泵内灌满要输送的液体。要输送的液体。开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生生离心力离心力。液体从叶轮中心被。液体从叶轮中心被抛向叶轮抛向叶轮外周，压力增高外
10、周，压力增高，高速流入泵壳。，高速流入泵壳。在蜗形在蜗形泵壳泵壳中由于中由于流道流道的不断的不断扩大扩大，液，液体的体的流速减慢流速减慢，使大部分，使大部分动能转化为压动能转化为压力能力能。最后液体以。最后液体以较高的静压从出口流较高的静压从出口流入排出管入排出管。泵内的液体被抛出后，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形叶轮的中心形成了真空成了真空，在液面压强与泵内压力的压，在液面压强与泵内压力的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。填补了被排除液体的位置。灌泵、甩出、真空、吸入灌泵、甩出、真空、吸入1718气缚现象气缚现象离心泵启动时，
11、如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。离心泵无自吸能力，离心泵无自吸能力，为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀,同时在泵体水平最高点还应设置放气口。离心泵与喷射泵组合，依靠喷射装置,在喷嘴处造成真空实现抽吸。容积式泵都具有自吸能力。流体在封闭的叶轮中所获得的能（静压能）：18效率效率:流体得到的能量与输入功率的比例流体得到的能量与输入功率的比例转速转速n:n:转速高，流量大，扬程高，级数和轴长可以减小转速高，流量大，扬程高，级数和轴长可以减
12、小功率功率P P：原动机传递给泵与风机轴上的功率原动机传递给泵与风机轴上的功率扬程扬程H/H/全压全压p p：单位重量的液体单位重量的液体/单位体积的气体获得的能量单位体积的气体获得的能量流量流量q qv v（q qm m）：单位时间内输送的流体量单位时间内输送的流体量汽蚀余量汽蚀余量hhr r:单位重量液体从泵吸入口至叶轮进口压力最低处的压力降单位重量液体从泵吸入口至叶轮进口压力最低处的压力降体积流量一定要在一定热力条件下定义才有意义。体积流量一定要在一定热力条件下定义才有意义。基本性能参数基本性能参数19功率和效率功率和效率 原动机原动机传动装置传动装置泵与风机泵与风机原动机配套功率：原动
13、机配套功率：原动机配套功率：原动机配套功率：P Pgrgr=KP=KPg g，K K为容量安全系数（额定条件下）。为容量安全系数（额定条件下）。为容量安全系数（额定条件下）。为容量安全系数（额定条件下）。效率：效率：传动效率：传动效率：tm有效功率：有效功率：（kW）轴功率：传到泵与风机轴功率：传到泵与风机 轴上的功率轴上的功率 （kW）原动机输出功率：原动机输出功率：（kW）20（二）泵与风机的基本方程：Euler方程MM表示叶轮旋转时传递给流体的功率，表示叶轮旋转时传递给流体的功率，应该等于流体获应该等于流体获得的功率得的功率gqgqVTVTH HTT。P=qVT(u2 2u-u1 1u)
14、则则单单位位重重力力流流体体流流经经叶叶轮轮时时所所获获得得的的能能量量，即即无无限限多多叶叶片时的理论能头片时的理论能头 HT 为：为：（mm）按照动量矩定理，按照动量矩定理，动量矩的变化率应等于所有外力对转轴的力矩动量矩的变化率应等于所有外力对转轴的力矩M M2122能量方程分析(1)(1)单位重量和单位体积的理想流体流过无限多叶片叶轮时所单位重量和单位体积的理想流体流过无限多叶片叶轮时所获得的能获得的能量量仅与流体在叶片进口及出口处的运动速度有关仅与流体在叶片进口及出口处的运动速度有关，而，而与在流道中的流与在流道中的流动过程和流体性质无关动过程和流体性质无关。如果泵与风机的叶轮尺寸相同
15、。如果泵与风机的叶轮尺寸相同,转速相同转速相同,流流量相等时，则流体所获得的量相等时，则流体所获得的理论能头相等，即泵所产生的液柱与风机理论能头相等，即泵所产生的液柱与风机产生的气柱高度相等产生的气柱高度相等。而全风压与流体密度有关。因此，。而全风压与流体密度有关。因此，不同密度的不同密度的流体所产生的流体所产生的压力是不同压力是不同的的。(2)(2)当当1 19090时，则时，则v v1u1u0 0，流体，流体径向流入叶轮径向流入叶轮时，获得最大的理论时，获得最大的理论扬程。扬程。H HTT=u=u2 2v v2u2u/g/g (3)(3)增加转速增加转速n n，叶轮外径，叶轮外径D D2
16、2和绝对速度在圆周的分量和绝对速度在圆周的分量V V2u2u，均可提高理，均可提高理论能头论能头H HTT，但加大，但加大D D2 2会使损失增加，降低泵的效率。提高转速则受材会使损失增加，降低泵的效率。提高转速则受材料强度及汽蚀的限制。比较之下，用料强度及汽蚀的限制。比较之下，用提高转速来提高理论能头提高转速来提高理论能头，仍是，仍是当前普遍采用的主要方法。当前普遍采用的主要方法。22（三）理论扬程的组成HpHp（静压头）（静压头）Hc(Hc(动压头动压头)离心力的作用下叶轮离心力的作用下叶轮旋旋转所增加的静压头转所增加的静压头叶片间叶片间通道面积通道面积逐渐逐渐加大加大使液体的使液体的相对
17、速度减少所相对速度减少所增加的静压头增加的静压头液体液体流经叶轮后所增流经叶轮后所增加的动压头加的动压头（在蜗壳（在蜗壳中其中一部分将转变中其中一部分将转变为静压能）为静压能）HpHp用于克服装置中的用于克服装置中的流阻、液位差流阻、液位差和反压和反压。要求。要求HpHp大于这三者之和。大于这三者之和。HcHc表现为液流表现为液流绝对速度增加绝对速度增加。要。要求求HcHc不宜过大，因不宜过大，因HcHc大流阻大大流阻大。由叶轮叶片进、出口速度三角形可知：由叶轮叶片进、出口速度三角形可知：2324容积损失：容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而
18、使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率容积效率v v表示。机械损失：机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率机械效率m m表示。流动损失流动损失:由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的摩擦阻力、局部阻力和冲击能量损失。水力损失用水力效率水力效率h h表示。（四）损失与效率 Pm机械损失功率机械损失功率PV容积损失功率容积损失功率Ph流动损失功率流动损失功率PhqVTHTPqVHTPeqVHPsh泵或风机内部的能量平衡图泵或风机内部的能量平衡图24251.机械损失和机械效率圆盘摩擦损失圆
19、盘摩擦损失 P P P Pm2m2m2m2 n n n n3 3 3 3D D D D2 2 2 25 5 5 5，是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮叶轮两侧的流体两侧的流体，由于受离心力的作用，形成，由于受离心力的作用，形成回流运动回流运动，此时，此时流体和流体和机械损失主要包括机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面及叶轮前后盖板外表面与流体之间的与流体之间的圆盘摩擦损失圆盘摩擦损失两部分。两部分。轴端密封与轴承的摩擦损失轴端密封与轴承的摩擦损失 P Pm1m1 nDnD2 2，与轴承、轴封的结构形式、，与轴承、
20、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体的密度有关，约占轴功率填料种类、轴颈的加工工艺以及流体的密度有关，约占轴功率Psh的的1%3%，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。摩擦损失就更小。旋转的叶轮发生摩擦旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，约占轴功率的而产生能量损失，约占轴功率的2%10%2%10%，是机械损失的主要部分。，是机械损失的主要部分。2526（1 1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封机械密封。减小机械损失的一些措施减小机械损失的一些措施（2 2）对给定的能
21、头，）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径增加转速，相应减小叶轮直径。（4 4）适适当当选选取取叶叶轮轮和和壳壳体体的的间间隙隙，可可以以降降低低圆圆盘盘摩摩擦擦损损失失，一般取一般取B/D2=2%5%。（3 3）试试验验表表明明，将将将将铸铸铸铸铁铁铁铁壳壳壳壳腔腔腔腔内内内内表表面面涂涂漆漆后后，效效率率可可以以提提高高2%2%3%3%，叶叶叶叶轮轮轮轮盖盖盖盖板板板板和和和和壳壳壳壳腔腔腔腔粗粗粗粗糙糙糙糙面面面面用用用用砂砂轮轮磨磨光光后后，效效率率可可提提高高2%2%4%4%。一一般般来来说说，风风机机的的盖盖板板和和壳壳腔腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。较泵光滑，风机的效率要
22、比水泵高。26272.容积损失和容积效率泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从间隙两侧产生压力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通高压侧通过间隙向低压侧泄漏过间隙向低压侧泄漏，称为容积损失或泄漏损失。，称为容积损失或泄漏损失。容积损失主要发生在：叶轮入口与外壳密封环之间的间隙；平衡轴向容积损失主要发生在：叶轮入口与外壳密封环之间的间隙；平衡轴向力装置与外壳间的间隙和轴封处的间隙；多级泵的级间间隙处；力装置与外壳间的间隙和轴封处的间隙；多级泵的级间间隙处；
23、2728减小泵容积损失的措施减小泵容积损失的措施减小泵容积损失的措施减小泵容积损失的措施为为了了减减小小叶叶轮轮入入口口处处的的容容积积损损失失q1，一一般般在在入入口口处处都都装装有有密封环密封环（承磨环或口环），如图下所示。（承磨环或口环），如图下所示。检检修修中中应应将将密密封封间间隙隙严严格格控控制制在在规规定定的的范范围围内内，密密封封间间隙过大隙过大q1；密封间隙过小；密封间隙过小 机械损失Pm1；平面式密封环平面式密封环中间带一小室中间带一小室的密封环的密封环曲径式密封环曲径式密封环直角式密封环直角式密封环曲径式密封环曲径式密封环锐角式密封环锐角式密封环曲径式密封环曲径式密封环2
24、8293.流动损失和流动效率流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产生道壁面摩擦会产生摩擦损失摩擦损失；流道断面变化、转弯等会使边界层分离、；流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起产生二次流而引起扩散损失扩散损失；由于工况改变，偏离设计流量时，入口；由于工况改变，偏离设计流量时，入口流动角与叶片安装角不一致，会引起流动角与叶片安装角不一致，会引起冲击损失冲击损失。1 1 1 1）摩摩摩摩擦擦擦擦损损损损失失失失和和和和局局局局部部部部损损损损失失失失 由由流流体体力力学学知知道道，当当流
25、流动动处处于于阻阻力力平平方方区区时时（流流体体在在泵泵与与风风机机内内的的流流动动一一般般是是这这样样），摩摩摩摩擦擦擦擦损损损损失失失失和局部损失和局部损失和局部损失和局部损失与流量的平方成正比与流量的平方成正比与流量的平方成正比与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：，可定性地用下式表示：29302 2 2 2）冲击损失）冲击损失）冲击损失）冲击损失q qV VqqV,dV,d时时，1 100为为正正冲冲角角，旋旋涡涡发发生生在吸力面。在吸力面。q qV VqqV,dV,d时时，1 11a 1a，=1a1a-1 100的的情情况况下下，由由于于涡涡流流发发生生在在叶叶片片背背面面，能能量
26、量损失比负冲角损失比负冲角i0时为小。因此，设计时时为小。因此，设计时,一般取正冲角一般取正冲角=35。若全部流动损失用若全部流动损失用hw表示，则：表示，则：hw=hf+hj+hs 同同时时，正正冲冲角角的的存存在在，可可以以增增大大入入口口过过流流面面积积，对对改改善善泵泵的的汽汽蚀性能也有好处。蚀性能也有好处。流动损失曲线流动损失曲线流流动动损损失失的的大大小小用用流流动动效效率率h来来衡衡量量。流流动动效效率率等等于于考考虑虑流流动动损损失失后后的的功功率率（即即有有效效功功率率）与与未未考考虑虑流流动动损损失失前前的的功功率率之之比比 ，即，即3132泵与风机的总效率：由上述分析可知
27、，泵与风机的总效率等于由上述分析可知，泵与风机的总效率等于流动效率流动效率、容积效容积效率率和和机械效率机械效率三者的三者的乘积乘积。因此，要提高泵与风机的效率就必须在设计、制造及运行等因此，要提高泵与风机的效率就必须在设计、制造及运行等各方面注意减少机械损失、容积损失和流动损失。离心式泵各方面注意减少机械损失、容积损失和流动损失。离心式泵与风机的总效率视其容量、型式和结构而异，目前离心泵总与风机的总效率视其容量、型式和结构而异，目前离心泵总效率约在效率约在 0.60 0.600.90 0.90 的范围，离心风机的总效率约在的范围，离心风机的总效率约在 0.70 0.700.900.90，高效
28、风机可达，高效风机可达0.900.90以上。轴流泵的总效率约为以上。轴流泵的总效率约为0.700.700.890.89，大型轴流风机可达，大型轴流风机可达0.900.90左右。左右。3233（五）泵与风机的性能曲线当流体以流体以1 1 =90=90进入进入叶轮时，其理论扬程为H HTTuuu2 22 2/g/g2a2a909090叶片安装角直接影响理论扬程华工华工 卢志民卢志民 博士博士3334*扬程和势扬程由式由式H HTT=u=u2 2v v2u2u /g/g 可知，可知，v v2u2u(2a2a)愈大，愈大，扬程愈高。扬程愈高。在叶轮直径相同、转速相同、流量相等在叶轮直径相同、转速相同、
29、流量相等时，时，前向叶轮扬程最高，径向次之，而前向叶轮扬程最高，径向次之，而后向最低后向最低。势扬程在总扬程中所占的比例为势扬程在总扬程中所占的比例为反作用反作用度度。随着叶片出口角随着叶片出口角2a2a增大，扬程增加，增大，扬程增加，逐渐下降。即扬程中的势扬程不断下逐渐下降。即扬程中的势扬程不断下降而动扬程不断增加（径向式叶片，降而动扬程不断增加（径向式叶片，=0.5=0.5）。）。动扬程大引致损失增大，动扬程大引致损失增大，真真正能维持流体运动的是势扬程正能维持流体运动的是势扬程。各种各种2y时的速度三角形及时的速度三角形及Hd、Hst的曲线图的曲线图2ymin2ymax90u2=c2ym
30、ax2w2=1u2=cHTHd=1/22ymin2w2w223435在固定转速下，不论叶型如何，泵或风在固定转速下，不论叶型如何，泵或风机理论上的流量和扬程关系是线性的。机理论上的流量和扬程关系是线性的。Q QT T0 0时，时，H HT Tu u2 22 2/g/g三种叶型三种叶型，ctgctg2 2所代表的曲线斜率不所代表的曲线斜率不同，具有同，具有各自的曲线倾向各自的曲线倾向。对前向式和径向式叶轮，其对前向式和径向式叶轮，其p-qp-qV V 性能曲性能曲线为一具有驼峰的或线为一具有驼峰的或型的曲线。当风型的曲线。当风机在最最高点左侧的不稳定工作区工作机在最最高点左侧的不稳定工作区工作时
31、，可能发生喘振或飞动等现象，工程时，可能发生喘振或飞动等现象，工程上尽量避免采用该种形式曲线的风机。上尽量避免采用该种形式曲线的风机。泵与风机理论性能曲线3536后弯式叶片的优点后弯式叶片后弯式叶片流动效率高流动效率高：后弯式叶片流体出口绝对速度最小，后弯式叶片流体出口绝对速度最小，因此流动损失最小，流动效率高。因此流动损失最小，流动效率高。后弯式叶片后弯式叶片流道效率高流道效率高：前弯和径向式叶轮叶道短、断面变化前弯和径向式叶轮叶道短、断面变化大，其叶道内的流动损失也大于后弯大，其叶道内的流动损失也大于后弯叶轮。叶轮。后弯式叶片后弯式叶片性能稳定性能稳定，轴功率随着流量，轴功率随着流量的增加
32、而增大到最大值之后，几乎不再的增加而增大到最大值之后，几乎不再增加。而前弯式叶片的功率变化与此正增加。而前弯式叶片的功率变化与此正好相反，容易产生原动机的超载。好相反，容易产生原动机的超载。3637讨论讨论1从从从从结结结结构构构构角角角角度度度度：当当HT=const.，前前前前向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮结结结结构构构构小小小小，重重重重量量量量轻，投资少轻，投资少轻，投资少轻，投资少；2从从从从能能能能量量量量转转转转化化化化和和和和效效效效率率率率角角角角度度度度：若若流流流流速速速速 流流流流道道道道扩扩扩扩散散散散度度度度 前前向向式式叶叶轮轮易易发发生生边边边边界界界界层层层
33、层分分分分离离离离，致致使使局局局局部部部部损损损损失失失失增增增增加加加加，效效率率较较低低；希希望望 Hst克克服服管管路路阻阻力力，但但前前向向式式叶叶轮轮由由于于HdHd 较较较较大大大大，在在压压出出出出室室室室再再再再由由由由HHd d 向向向向HHst st 转转转转化化化化时时时时，所所所所产产产产生生生生的的的的压压压压损损损损较较较较大大大大，故故后后后后向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮克克克克服管路阻力的能力相对较好服管路阻力的能力相对较好服管路阻力的能力相对较好服管路阻力的能力相对较好；3从从从从防防防防磨磨磨磨损损损损和和和和积积积积垢垢垢垢角角角角度度度度：径径径径
34、向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮较较较较好好好好，前前向向式式叶叶轮轮较较差，而后向式居中；差，而后向式居中；4从从从从功功功功率率率率特特特特性性性性角角角角度度度度：当当流流量量时时，前前前前向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮轴轴功功率率，易易易易发生发生发生发生过载过载过载过载问题问题问题问题。3738一些叶片形式和出口安装角的大致范围一些叶片形式和出口安装角的大致范围叶叶 片片 形形 式式出口安装角范围出口安装角范围叶叶 片片 形形 式式出口安装角范围出口安装角范围强后向叶片（水泵型）强后向叶片（水泵型）后向圆弧叶片后向圆弧叶片后向直叶片后向直叶片后向翼型叶片后向翼型叶片20 30 30
35、 60 40 60 40 60 径向出口叶片径向出口叶片径向直叶片径向直叶片前向叶片前向叶片强前向叶片（多翼叶）强前向叶片（多翼叶）90 90 118 150 150 175 （1 1）为为了了提提高高泵泵与与风风机机的的效效率率和和降降低低噪噪声声，工工程程上上对对离离心心式式泵均泵均采用采用后向后向式叶轮；式叶轮；（2 2）为为了了提提高高压压头头、流流量量、缩缩小小尺尺寸寸，减减轻轻重重量量，工工程程上上对对小型通风机小型通风机也可采用也可采用前向式前向式叶轮；叶轮；（3 3）由由于于径径向向式式叶叶轮轮防防磨磨、防防积积垢垢性性能能好好，所所以以，可可用用做做引风机、排尘风机和耐磨高温
36、风机等。引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。叶片出口安装角的选用原则叶片出口安装角的选用原则 3839各种叶轮风机的应用1 1、后弯叶片风机后弯叶片风机效率高、噪声小效率高、噪声小、流量增大时、流量增大时动力机不易超载动力机不易超载，因而在，因而在各种大、中型风机中得到广泛应用。它的缺点是在相同的风量、风压时，各种大、中型风机中得到广泛应用。它的缺点是在相同的风量、风压时，需要较大的叶轮直径或转速，另外需要较大的叶轮直径或转速，另外叶片容易积尘，不适于作排尘风机叶片容易积尘，不适于作排尘风机。2 2、前弯叶片风机前弯叶片风机流道短、弯曲度大，出口绝对速度大，效率低、噪声大流道短、弯曲度大，出口绝
37、对速度大，效率低、噪声大，但在相同风压、风量时，风机尺寸小，转速低。因而它用于高压通风机但在相同风压、风量时，风机尺寸小，转速低。因而它用于高压通风机（P=7850P=78509810Pa9810Pa）以及要求风机尺寸小的场合。在）以及要求风机尺寸小的场合。在移动式农业机械移动式农业机械中由中由于要求风机的尺寸较小，因此常采用于要求风机的尺寸较小，因此常采用前向叶片的中、高压风机前向叶片的中、高压风机。3 3、多叶式离心通风机都用前向叶片，它的特点是轮径比（、多叶式离心通风机都用前向叶片，它的特点是轮径比（D D1 1/D/D2 2）大、叶）大、叶片数多，叶片相对宽度较大，因而用较小的尺寸可得
38、较大的压力和流量，片数多，叶片相对宽度较大，因而用较小的尺寸可得较大的压力和流量，且噪声较低，但效率也低。农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上，且噪声较低，但效率也低。农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上，常采用多叶式风机。常采用多叶式风机。4 4、径向直叶片径向直叶片，流道较短且通畅，叶轮内流动损失较小，流道较短且通畅，叶轮内流动损失较小。但叶轮出口绝。但叶轮出口绝对速度比后弯式大。故在转能装置中的能量损失比后弯式大，总的效率低对速度比后弯式大。故在转能装置中的能量损失比后弯式大，总的效率低于后弯式，噪声也比后弯式高。其优点是同样尺寸和转速下，扬程（风压）于后弯式，噪声也比后弯式高。
39、其优点是同样尺寸和转速下，扬程（风压）比后弯式高，且形状简单、制作方便，不易积尘。可应用于输送的气体含比后弯式高，且形状简单、制作方便，不易积尘。可应用于输送的气体含有大量固体颗粒的场合。一般而言，径向式风机运转性能亦较稳定。有大量固体颗粒的场合。一般而言，径向式风机运转性能亦较稳定。3940泵与风机的实际性能曲线1.1.从理想从理想H HTT-q qVTVT性能曲线出发，进行修正：性能曲线出发，进行修正：2.2.滑移（轴向涡流）修正，乘上小于滑移（轴向涡流）修正，乘上小于1 1的系数的系数K K，得到，得到H HT T-q qVTVT直线；直线；3.3.扣除摩擦损失和冲击损失，得到扣除摩擦损
40、失和冲击损失，得到H-H-q qVTVT曲线；曲线；4.4.画出容积损失画出容积损失H-H-q qvTvT曲线曲线,对泄漏的流量进行修正对泄漏的流量进行修正,得得H-H-q qv v曲线。曲线。理想情况理想情况H HTT 2y2y90902y902y q qVk Vk 的的的的区区区区域域域域工工工工作作作作。所所以以，在在设设计计时时应应尽尽量量避避免免这这种种情情况况，或或尽尽量量减减小小不不稳稳定定区区。经经验验证证明明，对对离离心心式式泵泵采采用用右右图图中中的的曲曲线线来来选选择择叶叶片片安安装装角角2y 和和叶叶片片数数，可可以以避避免免性性能能曲曲线线中中的的驼峰。驼峰。abc4
41、546由由右右图图可可以以看看出出，前前向向式式、径径向向式式叶叶轮轮的的轴轴功功率率随随流流量量的的增增加加迅迅速速上上升升，流流量量越越大大，功功率率就就越越大大。因因此此，当当泵泵与与风风机机工工作作在在大大于于额额定定流流量量时时，原原动动机机易易过过载载。而而而而后后后后向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮的的的的轴轴轴轴功功功功率率率率随随随随流流流流量量量量的的的的增增增增加加加加变变变变化化化化缓缓缓缓慢慢慢慢，且且且且在在在在大大大大流流流流量量量量区区区区变变变变化化化化不不不不大大大大。因因而而当当泵泵与与风风机机工工作作在在大大于于额额定定流流量量时时，原动机不易过载。原动
42、机不易过载。2 2、P Pshsh-q qV V 性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较 4647如如右右图图所所示示，前前向向式式叶叶轮轮的的效效率率较较低低，但但在在额额定定流流量量附附近近，效效率率下下降降较较慢慢；后后后后向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮的的的的效效效效率率率率较较较较高高高高，但但但但高高高高效区较窄效区较窄效区较窄效区较窄；而径向式叶轮的效率居中。而径向式叶轮的效率居中。3 3、-q qV V 性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较 因因此此，为为为为了了了了提提提提高高高高效效效效率率率率，泵泵泵泵几几几几乎乎乎乎不不不不采采采
43、采用用用用前前前前向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮，而而采采用用后后向向式式叶叶轮轮。即即即即使使使使对对对对于于于于风风风风机机机机，也也也也趋趋趋趋向向向向于于于于采采采采用用用用效效效效率率率率较较较较高高高高的的的的后后后后向式叶轮向式叶轮向式叶轮向式叶轮。47（六）（六）轴流式泵与风机的叶轮理论轴流式泵与风机的叶轮理论流体沿轴向进入叶轮并沿轴向流出，故命名。流体沿轴向进入叶轮并沿轴向流出，故命名。轴流式泵与风机的比转数高，流量大，扬程（风压）低。轴流式泵与风机的比转数高，流量大，扬程（风压）低。其它结构上的特点（与离心式比）包括：其它结构上的特点（与离心式比）包括：结构结构简单、紧凑
44、简单、紧凑，外形，外形尺寸小尺寸小，重量较轻。，重量较轻。动叶可调动叶可调轴流式泵与风机，由于动叶安装角可随外界负荷轴流式泵与风机，由于动叶安装角可随外界负荷变化而改变，变化而改变，变工况调节性能好变工况调节性能好，可保持较宽的高效工作，可保持较宽的高效工作区。区。动叶可调轴流式泵与风机因轮毂中装有叶片调节机构，从动叶可调轴流式泵与风机因轮毂中装有叶片调节机构，从而转子而转子结构较复杂结构较复杂，制造安装精度要求高。，制造安装精度要求高。噪声大噪声大于离心式。于离心式。火电厂中普遍用作火电厂中普遍用作送、引风机、一次风机和循环水泵送、引风机、一次风机和循环水泵。4849流体由一个攻角进入叶轮时
45、，在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上流体由一个攻角进入叶轮时，在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力，使流体呈螺旋形沿轴向排出叶产生一个大小相等方向相反的作用力，使流体呈螺旋形沿轴向排出叶轮。同时，风机进口处由于压差的作用，气体不断地被吸入。轮。同时，风机进口处由于压差的作用，气体不断地被吸入。华工华工 卢志民卢志民 博士博士2.轴流式泵与风机轴流式泵与风机升力理论493.能量方程式由于由于u u1 1=u=u2 2=u,=u,扬程扬程/风压较低风压较低 要提高压力能，要求要提高压力能，要求w w1 1ww2 2，并且，并且出口安装角出口安装角2g2g大大于入口安装
46、角于入口安装角1g1g 考虑到实际流体的流动损失，使用考虑到实际流体的流动损失，使用流动效率流动效率h h加以加以修正修正。欧拉（动量矩）公式同样适合轴流泵与风机欧拉（动量矩）公式同样适合轴流泵与风机50514.轴流泵与风机的基本形式51525.性能曲线H(p)-qH(p)-qv v曲线上曲线上d d点为设计工况点为设计工况，流线沿叶，流线沿叶高分布均匀，效率最高；高分布均匀，效率最高；e e：叶顶出口产生回流：叶顶出口产生回流，流体向轮毂偏转，流体向轮毂偏转，损失增加，损失增加，扬程降低，效率下降扬程降低，效率下降；c-dc-d之间，之间，冲角增大，升力系数增大，扬程冲角增大，升力系数增大，
47、扬程略有升高略有升高c c：扬程达到：扬程达到极大值极大值b-cb-c：叶片背面产生：叶片背面产生边界层分离，形成脱流，边界层分离，形成脱流，阻力增加，扬程下降阻力增加，扬程下降b b：扬程最低：扬程最低a-b:a-b:扬程开始升高，因为能量沿叶高偏差扬程开始升高，因为能量沿叶高偏差较大形成较大形成二次流二次流，从叶顶流出的，从叶顶流出的流体又返流体又返回叶根再次提高能量，使扬程升高回叶根再次提高能量，使扬程升高。a a：扬程最大扬程最大。52离心式轴式泵与风机性能曲线的比较离心式轴式泵与风机性能曲线的比较53如如右右图图a 所所示示，离离离离心心心心式式式式泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机的
48、的的的H H-q qV V 曲曲曲曲线线线线比比比比较较较较平平平平坦坦坦坦，而而而而混混混混流流流流式式式式、轴轴轴轴流流流流式式式式泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机的的的的H H-q qV V曲曲曲曲线线线线比比比比较较较较陡陡陡陡。因因此此，前前前前者者者者适适用用于于流流量量变变化化时时要要求求能能头头变变化化不不大大的的场场合合，而而后后后后者者者者宜宜用用于于当当能能头头变变化化大大时时要要求流量变化不大求流量变化不大的场合。的场合。1 1、H H-q qV V 性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较 5354如如右右图图b 所所示示，离离离离心心心心式式式式泵泵
49、泵泵与与与与风风风风机机机机的的的的P Pshsh-q qV V 曲曲曲曲线线线线随随随随着着着着流流流流量量量量的的的的增增增增加加加加呈呈呈呈上上上上升升升升趋趋趋趋势势势势，而而而而轴轴轴轴流流流流式式式式泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机的的的的P Pshsh-q qV V曲曲曲曲线线线线随随随随着着着着流流流流量量量量的的的的增增增增加加加加，急急急急剧剧剧剧下下下下降降降降。因因此此，为为为为了了了了减减减减小小小小原原原原动动动动机机机机容容容容量量量量和和和和避避避避免免免免启启启启动动动动电电电电流流流流过过过过大大大大，轴轴轴轴流流流流式式式式泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机
50、应应应应在在在在全全全全开开开开阀阀阀阀门门门门的的的的情情情情况况况况下下下下启启启启动动动动，而而而而离离离离心心心心式式式式泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机则则则则应在关闭阀门的情况下启动。应在关闭阀门的情况下启动。应在关闭阀门的情况下启动。应在关闭阀门的情况下启动。2 2、P Pshsh-q qV V 性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较 5455 3 3 -q qV V 性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较性能曲线的比较如如右右图图c所所示示，离离离离心心心心式式式式泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机的的的的 -q qV V 曲曲曲曲线线线线比比比比较较较较平