泵与风机知识点

能量方程式

为什么静能头好过动能头？

动能头要在叶轮后的导叶或蜗壳中部分转化为静能头，而静能头转化成动能头损失小，动能头转化成静能头损失大。

在其他条件相同的情况下，为什么轴流式能头低于离心式？

对于轴流式叶轮，由于u1=u2=u，所以静能头第一项为零。

为什么实际中轴流式叶片做成翼形断面？

为了使进口面积小于出口面积，提高无穷多叶片时进口相对速度，从而提高静能头。

提高无限多叶片时理论能头的几项措施

○1一般尽量使进流角α1≈90度（对于离心式叶轮，进口近似为径向流入，而对于轴流式，近似为轴向流入）○2加大叶轮外径D2和提高转速n。

增大D2和n后影响

均可以提高理论能头，但增大D2会使摩擦损失增加，效率下降，同时使结构尺寸、重量和制造成本增加；此外还要受到材料强度、工艺要求的限制，不能过分增大。///提高转速，可以减小叶轮直径，因而减小了结构尺寸和重量，降低制造成本，同时提高效率，但是转速的提高受到材料强度及泵的汽蚀性能、风机噪声限制，也不能无限制提高。

叶片出口安装角比较

β2y对理论能头和反作用度影响

○1β2y↑理论能头从零增加到最大值，其他条件相同时，前向>径向>后向○2随着β2y↑反作用度↓，其他条件一定时，反作用度只与β2y有关，后向>径向>前向。

三种型式离心式叶轮特点比较

○1从流体获得能量的角度看，前向式大，后向式小，径向式居中

○2从效率观点看，后向式高，前向式低，径向式居中（前向式动能头转化损失大）

○3从结构尺寸的角度看，在流量、转速一定时，要达到相同的理论能头，前向式小，后向式大，径向式居中

○4从磨损和积垢角度看，径向式好，前向式差，后向式居中○5从功率特性的角度看，后向式好，前向式差，径向式居中

叶片出口安装角的选用原则

○1为了提高泵与风机的效率和降低噪音，工程上对离心式泵多采用后向式，叶片出口安装角取20-30度，对离心式风机也多采用后向式，取40-90度，高效风机一般在30-60度之间

○2为了提高能头和流量，缩小尺寸，减轻重量，工程上对小型通风机也可采用前向式○3由于径向式防磨、防积垢性能好，可用作引风机、排尘风机和耐磨高温风机以及某些类型的渣浆泵等。

有限叶片数

轴向涡流定义

容器转了一周，流体微团相对容器也转了一周，其旋转角速度和容器的旋转角速度大小相等、方向相反，这种旋转运动称为。。

轴向涡流的影响

有限叶片数时的理论能头比无限多叶片时理论能头小。

○1当叶片数有限时，流道内除了有一个均匀的相对运动外，还有一个相对的轴向旋转运动，在叶片工作面附近，两种相对运动速度方向相反，合成结果是使得相对速度较无限多叶片时减小，在叶片工作面背面，两种相对运动速度方向相同，合成结果使得相对速度较无限多叶片时增加。由于相对速度分布不均，使叶片两边产生压强差，形成了作用于叶轮的阻力矩，原动机克服此阻力矩需耗功○2使流线发生偏移，从而使进出口速度三角形发生变化。由于叶片工作面速度低、压强高，工作面背面速度高、压强低，迫使流线向叶轮旋转的反方向偏移，从而使出口流动角小于叶片出口安装角。

影响原因

这种差别并非由任何损失造成，而是当叶片数有限时，叶片并不能像无限多叶片时那样很好地控制流体的流动而产生涡流所致，流体的惯性影响了速度的变化。

损失和效率

泵与风机的能量损失和产生原因

机械损失：当叶轮旋转时，轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率。

容积损失：在泵与风机中，由于结构上的要求，动静部位之间存在一定的间隙，当叶轮旋转时，间隙两侧存在压强差，部分流体不能被有效利用，而是从高压侧通过间隙向低压侧流动，造成能量损失。 流动损失：由于流动着的流体和管道壁面发生摩擦、流道的几何形状改变使流体运动速度大小和方向发生变化而产生旋涡以及当偏离设计工况时产生的冲击等造成的损失。 为什么目前逐渐提高n 以提高能头？

转速增加，叶轮直径相应减小，圆盘摩擦损失不一定增加而是由可能减小。 如何减小机械损失，提高效率？ ○

1提高转速○2降低叶轮盖板外表面和壳腔内表面粗糙度○

3适当选取叶轮和壳体间隙 泵的容积损失发生部位

叶轮入口与外壳之间的间隙处，多级泵的级间间隙处，平衡轴向力装置与外壳的间隙处 （通风机）通风机的轴或轴套与机壳之间的间隙，叶轮进口与进气口之间的间隙 为什么入口处选择正冲角？ ○1在正冲角δ>0时，由于涡流发生在叶片工

作面的背面，能量损失较小○

2正冲角的存在，可以增大入口过流面积，对改善泵的汽蚀性能也有好处。

避免电流过大的启动要求及原因

轴流式泵与风机应在阀门全开情况下启动，

而离心式泵与风机应在阀门全关情况下启动，因为离心式Psh 随流量↑而↑，轴流式随流量↑而↓。

能量平衡关系解释两种工况点

（结合图）K 点是暂时的平衡状态，受到外界影响而脱离原来的平衡状态后，新的条件下不能再恢复原来平衡状态，

v

v c dq dH

dq dH <成立，为不稳定工况点；工况点向M 点左

右偏离时，新的条件下仍能恢复到原来平衡状态，

v

v c dq dH

dq dH >，为稳定工况点。 比转速用途

○

1反映泵与风机的结构特点○2大致反映泵与风机性能曲线的变化趋势○

3大致决定泵与风机的型式○

4进行泵与风机的相似设计 泵内汽蚀

汽泡形成、发展、溃灭，以致使过流壁面遭

到破坏的全过程，称为泵内汽蚀。 汽蚀产生的原因

○

1机械侵蚀 叶轮进口液流压强最低位置的液体局部压强降到等于或低于当时温度下的饱和蒸汽压时，液流经过该位置就要发生汽化，产生汽泡，汽泡随液体进入压强较高部位时受到压缩而迅速变形溃灭，产生巨大的属于内向爆炸性质的冷凝冲击。当汽泡溃灭发生在过流壁面时，将产生一股极细射流，汽泡不断溃灭，金属表面因疲劳而被侵蚀/○

2在凝结热的助长下，汽泡内析出的活性气体又对金属产生化学腐蚀，加剧破坏。/最终致使过流部件形成海绵状或蜂窝状破坏。 汽蚀分类

移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡。。、振动。。 发生部位 第一级叶轮进出口和导叶进口 汽蚀对泵的危害

○

1缩短泵的使用寿命 使过流部件粗糙多孔，严重时出现蜂窝状或海绵状的侵蚀，甚

至呈空洞 ○

2产生振动和噪音 ○3影响泵的运行性能，“潜伏”性汽蚀往往不被注意，严重后出现“断裂”工况。

为什么泵在运行时规定了最大允许流量和最小允许流量？

○

1流量不能太大 必需汽蚀余量随着流量增大而增大，有效汽蚀余量随着流量增大而减小，当流量超过临界流量时，必需汽蚀余

量>有效汽蚀余量，泵将产生汽蚀 ○

2流量也不能太小 <1>流量太小时，泵内的水温升高，使得汽化压强升高，有效汽蚀余量减小，<2>在小流量区，还会因为冲角增大而导致流动损失增加，必需汽蚀余量也有可能出现上升趋势，产生汽蚀。 提高抗汽蚀性能的措施

（1）降低必需汽蚀余量○

1多级泵首级叶轮

采用双吸式○

2加装诱导轮 （2）提高有效汽蚀余量 ○

1减少吸入管路的阻力损失○2合理选择泵的几何安装高度○

3设置前置泵 （3）运行中(用户角度)防止汽蚀 ○

1规定首级叶轮的汽蚀寿命○

2泵应在规定转速下运行○3不允许用泵吸入管路系统上的阀门调节流量○4如果发生汽蚀，可以设法把流量调节到较小流量处，若有可能，也可降低转速 （4）首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料。 泵为什么不能采用进口段节流调节？ 会使泵的吸入管路阻力增大，导致进口压强降低，引起泵内汽蚀。

为什么电厂中凝结水泵要采用倒灌高度？

w d a h H NPSH ∑-=提高吸水性能，使设

计工况下工作时不发生汽蚀。

轴向力

离心泵运行时，因叶轮两侧压强不等而产生了一个方向指向泵吸入口并与泵轴平行的作用力，称为轴向力。 平衡方法

○

1采用平衡孔和平衡管○2采用双吸叶轮○3采用叶轮对称排列○

4采用背叶片○5采用平衡盘。

串并联运行

为什么串联运行时总扬程并非成倍增加，而流量却要增加一些？

泵串联后扬程的增加大于管路阻力的增加，致使富裕的扬程促使流量增加，而流量的增加又使阻力增大，从而抑制了总扬程的升高。 汽蚀调节的工作原理 把泵出口调节阀全开，当汽轮机负荷变化时，借凝汽器热水井中水位的变化引起凝结水泵汽蚀来调节流量，使之与汽轮机排气量达到自动平衡。

双吸叶轮比较突出的三项性能

流量大，能平衡轴向力，抗汽蚀性能好

喘振定义及防止措施

若具有驼峰形性能曲线的泵与风机在不稳

定区域内运行，且管路系统中的容积又很大

时，则泵与风机的流量、能头、轴功率会在瞬间发生很大的周期性波动，引起剧烈的振动和噪音，称为喘振。

措施：○

1使泵与风机的流量恒大于qVK ○2如果管路系统性能曲线不通过坐标原点时，改

变风机的转速○

3对轴流式泵与风机可采用动叶调节○

4最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的泵与风机

凝结水泵的工作环境和选用特点

环境：在凝汽式火力发电厂中，凝结水泵将高真空状态下的凝汽器热水井中的凝结水升压，经低压加热器送往除氧器。

选用：抗汽蚀性能和入口密封性要好，扬程较高，不宜采用较高转速。

电厂中的循环水泵和凝结水泵

循环水泵扬程低，流量大；随季节变化，取水的江河水库水位落差很大，扬程变化较大，但由于凝汽器真空度的要求，流量变化不能太大。

凝结水泵扬程高，流量小；汽轮发电机组运行时负荷变化大，流量变化很大，但由于主机安全经济性要求，压强不能变化太大，因此扬程变化小。

一些定义

冲角：叶片进口相对速度的方向与叶片进口切线之间的夹角

泵与风机的管路系统：是指泵与风机整个装置中除泵与风机以外的所有附件、吸入管路、压出管路、吸入容器、压出容器等。 相似工况：当实型性能曲线上某一工况A 与模型性能曲线上工况B 所对应的流体质点运动相似时，则说两工况相似

自模化区：当雷诺数Re>10^6的情况下，雷诺数即使不相等，仍能保证动力相似，在对泵与风机进行模化时，只需保证几何相似和运动相似即可。 汽蚀共振：如果汽蚀伴随的脉动力的某一频率与机组固有频率相等，就会引起机组振动，机组振动又将促使更多汽泡发生和溃灭，两者相互激励，最后导致机组强烈振动。 汽蚀余量：泵内压强最低点的压强要大于该

点在该温度下的汽化压强，因此要求泵在吸入口静压头在必须高出汽化压强的能头外，还应有一些富余能头，称为汽蚀余量。

有效汽蚀余量：泵运行时在泵吸入口截面上，单位重力液体所具有的超过汽化压强能头的富余能头。

必需汽蚀余量：自泵吸入口截面到泵内压强最低点处因流速变化及流动损失引起的压头降低值称为必需。。

轴端密封：泵轴端伸出泵壳，泵轴与固定的泵壳之间必存在着一定的间隙，为了防止泵内压强较高的液体流向泵外，或防止空气侵入泵内（入口为真空时），通常在泵轴与泵壳之间设有轴端密封装置。