第一章 叶片式泵与风机的基本理论
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泵与风机课件--泵与风机的叶轮理论
送
叶轮类型包括 离心式、轴流 式、混流式等， 适用于不同的 流体输送场景
叶轮的分类
离心式叶轮：叶片沿径向分布，适用于低压、大流量场合
轴流式叶轮：叶片沿轴向分布，适用于高压、小流量场合
混流式叶轮：叶片沿径向和轴向混合分布，适用于中压、中流 量场合
旋流式叶轮：叶片沿径向和轴向旋转分布，适用于高压、大流 量场合
铸造工艺：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 材料选择：不锈钢、铸铁、铝合金、铜合金等 铸造方法：重力铸造、低压铸造、高压铸造等 材料性能：耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等 铸造缺陷：气孔、缩孔、裂纹等 铸造工艺优化：提高铸造质量，降低成本，提高生产效率
焊接工艺与材料选择
焊接工艺：包括电弧焊、激光焊、电子束焊等 材料选择：根据叶轮的工作环境和性能要求选择合适的材料，如不锈钢、铝合金、钛合金等 焊接质量控制：通过无损检测、金相分析等方法确保焊接质量 焊接工艺优化：通过优化焊接参数、改进焊接设备等方法提高焊接效率和质量
斜流式叶轮：叶片沿斜向分布，适用于低压、中流量场合
轴向流叶轮：叶片沿轴向分布，适用于低压、大流量场合
叶轮的工作原理
叶轮是泵与风机的核心部件，负责将流体能量转化为机械能
叶轮由叶片和轮毂组成，叶片负责将流体能量转化为机械能，轮毂负责支撑叶片
叶轮通过旋转将流体吸入，加速，排出，பைடு நூலகம்现流体能量的转换 叶轮的工作原理涉及到流体力学、机械工程等多个学科领域
风压：气流通过叶轮的压力
叶片角度与风量、风压的关系：叶片角度越大，风量越大，风压越小；叶片角度越小， 风量越小，风压越大。
叶片形状对风量与风压的影响
叶片形状：影响 风量与风压的主 要因素
叶片形状与风量： 叶片形状不同， 风量也不同
叶轮类型包括 离心式、轴流 式、混流式等， 适用于不同的 流体输送场景
叶轮的分类
离心式叶轮：叶片沿径向分布，适用于低压、大流量场合
轴流式叶轮：叶片沿轴向分布，适用于高压、小流量场合
混流式叶轮：叶片沿径向和轴向混合分布，适用于中压、中流 量场合
旋流式叶轮：叶片沿径向和轴向旋转分布，适用于高压、大流 量场合
铸造工艺：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 材料选择：不锈钢、铸铁、铝合金、铜合金等 铸造方法：重力铸造、低压铸造、高压铸造等 材料性能：耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等 铸造缺陷：气孔、缩孔、裂纹等 铸造工艺优化：提高铸造质量，降低成本，提高生产效率
焊接工艺与材料选择
焊接工艺：包括电弧焊、激光焊、电子束焊等 材料选择：根据叶轮的工作环境和性能要求选择合适的材料，如不锈钢、铝合金、钛合金等 焊接质量控制：通过无损检测、金相分析等方法确保焊接质量 焊接工艺优化：通过优化焊接参数、改进焊接设备等方法提高焊接效率和质量
斜流式叶轮：叶片沿斜向分布，适用于低压、中流量场合
轴向流叶轮：叶片沿轴向分布，适用于低压、大流量场合
叶轮的工作原理
叶轮是泵与风机的核心部件，负责将流体能量转化为机械能
叶轮由叶片和轮毂组成，叶片负责将流体能量转化为机械能，轮毂负责支撑叶片
叶轮通过旋转将流体吸入，加速，排出，பைடு நூலகம்现流体能量的转换 叶轮的工作原理涉及到流体力学、机械工程等多个学科领域
风压：气流通过叶轮的压力
叶片角度与风量、风压的关系：叶片角度越大，风量越大，风压越小；叶片角度越小， 风量越小，风压越大。
叶片形状对风量与风压的影响
叶片形状：影响 风量与风压的主 要因素
叶片形状与风量： 叶片形状不同， 风量也不同
泵与风机完整课件
混流式 往复式
容积式：回转式：叶 罗 罗氏 杆 茨风 风 风机 机 机
1.叶片式（动力式）
离心式 (小流量，高扬程)
7
轴流式 (大流量，低扬程)
混流式
(中流量，中扬程)
风机
轴流式静叶可调引风机
动叶
入口静叶 出口静叶
入口静叶调节机构
8
2、容积式
柱塞泵
9
（往复泵）
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：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。
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 功而使排出量减少浪费的能量。 容积损失用容积效率ηv表示。
h
24实 理际 论压 压头 头
100 %
He HT
100％
V
实际流量 理论流量
100 %
Qe QT
100％
24
1.机械损失和机械效率
• 机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面 与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。
•旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，约占轴功率的2
%~10%，是机械损失的主要部分。
25
Pm Pm1Pm2
m
P
Pm P
25
减小机械损失的一些措施 （1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。
（2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。
（3）试验表明，将铸铁壳腔内表面涂 漆后，效率可以提高2%～3%，叶轮盖板 和壳腔粗糙面用砂轮磨光后，效率可提高 2%～4% 。一般来说，风机的盖板和壳腔 较泵光滑，风机的效率要比水泵高。
叶片式泵与风机
扬程
流体通过泵或风机后所获得的能量，表现为 压力或势能的增加。
效率
泵或风机的有用功率与输入功率之比，是评 价其性能优劣的重要指标。
性能测试方法及标准
测试方法
01
采用实验手段对叶片式泵与风机的性能进行测试，包括流量、
扬程、功率等参数的测量。
测试标准
02
遵循国际或国内相关标准进行测试，如ISO、GB等，确保测试
其他类型风机技术
01
罗茨风机
罗茨风机是一种容积式风机，通过两个相互啮合的转子将气体从吸入侧
输送到排出侧。罗茨风机具有结构简单、运行平稳、噪音低等优点，适
用于低压大流量的场合。
02
斜流风机
斜流风机是一种介于离心风机和轴流风机之间的新型风机，具有高效、
低噪、节能等优点。斜流风机的气流方向介于轴向和径向之间，因此称
叶片式风机定义
叶片式风机是一种利用旋转的叶片与空气相互作用，从而产生气流 和风压的机械设备。
分类
根据结构和工作原理的不同，叶片式泵可分为离心泵、轴流泵和混流 泵等；叶片式风机可分为离心风机、轴流风机和斜流风机等。
工作原理及结构特点
工作原理
叶片式泵通过电机驱动叶轮旋转，使液体在离心力的作用下被甩出，并通过泵壳、导叶等流道将液体 输送到出口管道。叶片式风机则是通过电机驱动叶轮旋转，使空气在叶片的作用下产生气流，并通过 风机壳体和进出口管道将气流输送到指定位置。
市场需求
随着经济的发展和社会的进步，人们对流体输送和通风换气的需求不断增加，对叶片式泵和风机的性能、效率和 可靠性等要求也越来越高。因此，未来叶片式泵和风机市场将继续保持稳定增长，同时需要不断推动技术创新和 产品升级以满足市场需求。
02
第一章__泵与风机的叶轮理论
《泵与风机》 泵与风机》
例题： 1.下列说法正确的是（ ） A.绝对流动角α是v和u反方向的夹角； B.相对速度w的方向为所在处的叶片切 线方向（指向叶轮出口）； C.叶片安装角βa为叶片的切线方向 （指向叶轮出口）与圆周速度u反方向的夹角； D.相对流动角β是相对速度w与圆周速度 u的夹角。
《泵与风机》 泵与风机》
《泵与风机》 泵与风机》
Mω=ρgqVTHT∞=ρqVT（v2u∞u2-v1u∞u1） 泵的扬程： 泵的扬程：HT∞= (v2u∞u2-v1u∞u1）/g m 风机的全压： 风机的全压：pT∞=ρ(v2u∞u2-v1u∞u1） Pa 以上两式称为泵与风机的能量方程式。 以上两式称为泵与风机的能量方程式。
离心泵常取β =20° 30° 离心式风机β =40° 60° 离心泵常取β2a =20°～30°，离心式风机β2a=40°～60°。
《泵与风机》 泵与风机》
径向式： 径向式： 流道较短，通畅，流动损失较小； 流道较短，通畅，流动损失较小；能量损失比后弯 式大，效率低于后弯式，噪声也较后弯式大， 式大，效率低于后弯式，噪声也较后弯式大，在相 同尺寸和转速下，产生的扬程（风压）较后弯式大。 同尺寸和转速下，产生的扬程（风压）较后弯式大。 制作工艺简单，不易积尘。 制作工艺简单，不易积尘。
《泵与风机》 泵与风机》
《泵与风机》 泵与风机》
1.β2a对理论扬程 T∞的影响 对理论扬程H （1）后弯式叶片 ） β2a<90°，cotβ2a>0，HT∞随β2a的减小而减小，当 的减小而减小， ° ， HT∞=0时，cotβ2a= u2/v2m∞。 时 2） （2）径向式叶片 cotβ2a=0， HT∞= u22 /g ， （3）前弯式叶片 ） 的增大而增大， β2a>90°, cotβ2a<0， HT∞随β2a的增大而增大，当 ° ， HT∞=2u22 /g时，cotβ2a= -u2/v2m∞。 时
1第一章 泵与风机的叶轮理论
课堂提问
对叶轮中轴向旋涡运动描述正确的是（ ）
轴向旋涡运动属于圆周运动，它会引起叶片非工作面的圆 周速度增大，工作面的圆周速度减小；
轴向旋涡运动属于圆周运动，它会引起叶片非工作面的相 对速度增大，工作面的相对速度减小； 轴向旋涡运动属于相对运动，它会引起叶片非工作面的相 对速度增大，工作面的相对速度减小；
泵与风机 （Pump & Fan）
第一章 泵与风机的叶轮理论
本章要求
离心式泵与风机:
了解离心式泵与风机的叶轮理论； 理解并掌握流体在叶轮中的运动规律、速度三角 形；
重点掌握能量方程式的分析、叶片出口安装角对 理论能头的影响，有限叶片叶轮中流体的运动；
轴流式泵与风机:
理解流式泵与风机的基本原理、能量方程、基本 形式。
HT 0
v2 v2m
w2
2a,min
u2
出口安装角对理论扬程的影响
H T u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
2、β
2a=90°（径向式叶片）
cot 2 a 0
v
' 2
' w2
HT
2 u2 g
2a
u2
出口安装角对理论扬程的影响
分析条件：相同叶轮内外径、转速、叶片进口安装角、流量
H T
u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
出口安装角对理论扬程的影响
H T u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
u2 v2 m
1、β2a<90°（后弯式ຫໍສະໝຸດ 片）cot 2 a ,min
此时
H T
3、β
2a>90°（前弯式叶片）
《泵与风机》课件(第1章)
污水处理厂
7.动力工程
除了汽轮机、水轮机和燃气轮机属于现代最重要的动 力装置以外，在动力工程中还广泛地使用压缩机和液力传 动装置。 燃气轮机压缩机 压缩机是燃气轮机的重要组成部分之一，压缩机将空 气压入燃烧室，使燃料得以燃烧，产生高温高压的燃气， 燃气推动燃气轮机的叶轮转动。
涡轮增压器 涡轮增压器利用内燃机气缸排出的废气驱动涡轮机， 涡轮机则驱动一个压缩机压缩空气以提高进入气缸的空 气压力，从而增加进入气缸中的空气量。这样在相同的 气缸容积下，可以相应增加燃油量，也就提高了发动机 功率。
离心式水泵
轴流泵
混流泵
（2）容积式泵与风机
通过工作室容积周期性变化而实现输送流体的泵与风 机。根据机械运动方式的不同还可分为往复式和回转式。
（3）其他类型的泵与风机 无法归入前面两大类的泵与风机。这类泵与风机的主要 特点是利用具有较高能量工作流体来输送能量较低的流体。 例如：液环泵、射流泵等。
8.制冷与低温工程 压缩机是制冷装置中最重要的设备。制冷装置不仅在许 多工业和科学领域中有着重要的应用，而且在生活领域中亦 日益普及。在小型制冷装置中都使用容积式压缩机，而在大 型装置中则使用离心式压缩机。 9.采矿工业 矿井的排水和通风是保证矿井正常工作的重要条件，为 此需配备相应的泵与风机。 10.航天技术 燃料输送泵是火箭发动机的重要组成部分。火箭的液体燃料 是易燃、易挥发的，有时温度极低(液氢、液氧燃料)，而且 泵的尺寸和重量受到严格的限制。 在火箭和飞船的控制与导航系统中，常采用液压装置作为执 行元件，而用特殊的离心泵作为整个液压系统的动力源。
第二节 泵与风机的分类及工作原理 一、泵与风机的分类
按压力分类 泵：低压泵、中压泵、高压泵； 风机：通风机、鼓风机、压气机。 按工作原理分类
浅谈叶片式泵与风机中流体的基本理论
叶片式泵与风机流体的基本流动理论滨州市技术学院李静 256600研究流体在泵与风机内的流动规律要从泵与风机的原理和性能入手，就是要，进而找出流体流动与各过流部件几何形状之间的关系，确定适宜的流道形状，从而得到符合要求的水力（气动）性能。
一、流体在叶轮内的流动分析（一）叶轮流道的流动分析假设1、叶轮的结构组成：1——前盖板；2——后盖板；3——叶片；4、5——叶片进口、出口。
2、流动分析假设由于流体在叶轮内流动相当复杂，为了分析其流动规律，常作如下假设：（1）具有无穷多、厚度无穷薄叶片的叶轮称为理想叶轮，具有这种叶轮的叶片式泵与风机称为理想叶片式泵与风机。
由于叶片型线的约束，叶片型线与流体的运动轨迹重合。
（2）流体为理想流体，即忽略了流体的内摩擦力。
因此可不考虑由于粘性而引起的叶轮内的流动阻力损失。
（3）流动为稳定流的缓变流，即流动不随时间和空间位置的变化而变化。
（4）流体认为是不可压缩流体，这和电厂的实际情况相仿，因为液体在很大压差下体积变化甚微，而气体在压差很小时体积差值可以忽略不计。
（5）流体在叶轮内的流动是轴对称的流动。
即认为在同一半径的圆周上，流体微团有相同大小的速度。
因而，每层流面把一条流线作为研究对象即可。
（二）理想叶轮内流体的运动流体通过理想叶轮时候，流线与叶片的型显形状一致。
因此，假如旋转的叶轮的出口是封闭的，则轮内流体将随叶轮旋转作圆周运动，即为叶轮的圆周速度。
如果静止叶轮的出口通畅，则流入叶轮的流体将沿叶片的方向从进口到出口作相对于叶轮的运动，就是叶轮的相对速度。
所以，当理想叶轮旋转且出口畅开时，轮内流体一方面作圆周运动，同时又作相对运动。
它相对于静止的泵与风机的壳体的运动就是由这两种运动复合而成，称为绝对运动。
绝对运动等于圆周速度与相对速度的向量和，旋转且出口畅开的叶轮内任意点流体质点的运动状态都可以用这三个速度向量组成的向量三角形，即速度三角形表示。
二、理想轴流式泵与风机叶轮内流体的运动分析（一）叶轮流道流动分析假设流体在轴流式泵与风机叶轮内的流动同样是十分复杂，因此，为了使问题便于研究，通常根据轴流式泵与风机叶轮内流体轴向流入与流出叶轮的特点，将理想轴流式泵与风机叶轮内不可压缩流体的运动作如下简化：（1）研究对象为不可压缩流体。
第一章 泵与风机的叶轮理论
(4) 。
2 2 2 2 2 2 v2 ∞ − v1∞ u 2 −u1 w2 ∞ − w1∞ H T∞ = + + 2g 2g 2g
四、离心式叶轮叶片型式的分析
(一)叶片出口安装角对理论扬程的影响
三种叶轮的转速、叶轮外径、流量、 三种叶轮的转速、叶轮外径、流量、入口条件相同
四、离心式叶轮叶片型式的分析
动量矩定理： 动量矩定理：在定常流 动中， 动中，单位时间内流体 质量的动量矩变化， 质量的动量矩变化，等 于作用在该流体上的外 力矩。 力矩。 简化： 简化：叶片数无限多且无限 理想的无粘性流体； 薄；理想的无粘性流体；流 转速等不随时间变化时， 量、转速等不随时间变化时， 叶轮前后的流动为定常流。 叶轮前后的流动为定常流。
二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
(二)速度三角形 (2)绝对速度圆周分速
由吸入条件决定，通常vu1 = 0 由此可确定相对速度w1的方向， 从而确定叶片的安装角β1a
(3)轴向速度
v1a
qv
π
2 2 ( D2 − d h )η vψ 4
v1a =
D2、d h：叶轮外径、轮毂直径，m;
ηv : 容积效率； [轴流泵： - 0.99]ψ：排挤系数； 0.96
∆vu v2u HT 环流系数K = = = 1− H T∞ v2u∞ v2u∞
滑移系数σ =
∆v u 2 − ∆vu = 1− u u2 v2u∞
K、σ：对H T∞的修正系数
v2u∞ u2 K = 1− 1−σ ) （ 、σ = 1 − (1 − K ) v2u∞ u2
(1)已知K , HT = KH T∞ (2)已知σ，HT =
正预旋：流体获得的理论扬程降低， 正预旋：流体获得的理论扬程降低，可以改 善流体在叶轮进口处的流动， 善流体在叶轮进口处的流动，并消除转轴背 面的旋涡区。提高泵的汽蚀性能，减小损失， 面的旋涡区。提高泵的汽蚀性能，减小损失， 提高效率。 提高效率。 负预旋：流体获得的理论扬程增加， 负预旋：流体获得的理论扬程增加，泵的抗 汽蚀性能下降，损失增加，效率降低。 汽蚀性能下降，损失增加，效率降低。
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9
对性能曲线的说明
• 以上从理论的上定性的分析了离心式泵与风 机的性能曲线，而实际性能曲线只能用试验 的方法来绘制。
• 性能曲线中，流量为0附近和曲线与流量轴相 交附近区域不实际？
10
11
（一）不同类型泵与风机的性能曲线的比较 扬程（压强）性能的比较
12
a. 陡降型曲线 b. 大能头对应小流量 c. b. 平坦型曲线 c. 小能头对应大流量
第一章 叶片式泵与风机的 基本理论
1
4
5
第六节：叶片式泵与风机的性能曲线
• 为什么各个参数都要表示成与流量的关系？ • 工况的概念？ • 让泵与风机在什么工况下工作？ • 能头与轴功率关系？ • 性能曲线主要或常用的有哪三种？
6
Байду номын сангаас
能头与流量性能曲线
7
功率与流量性能曲线
8
效率与流量性能曲线
c. 有驼峰的性能曲线 d. 要避免峰值左侧不
稳定区
13
轴功率性能的比较（过载问题）
14
效率性能的比较（过载问题）
15
（二）不同流通形式泵与风机的 性能曲线的比较
扬 程
16
轴 功 率
17
效 率
18
轴向涡流引起的 回流现象
19
• 预旋的含义？ • 预旋有些是自然出现的，有些是人
为的。 • 预旋对泵与风机的性能有坏的影响
也有好的影响。
20
第五节、第六节知识重点
• 通过分析损失与效率，从理论的上定性的分 析了离心式泵与风机的性能曲线。
• 掌握实际能头、轴功率和效率性能曲线的变 化特点？
• 会分析不同离心式叶轮、不同流通形式叶轮 性能的差异。
• 了解轴向涡流引起的回流现象。 • 大致了解泵与风机进口有预旋安排。
21
作业
1. 对于大流量-小压比和小流量-大压比的要求， 各应选取哪种流通形式的泵与风机？为什么？
2. 轴流式和离心式泵与风机在启动时，其阀门 开度有何差异，为什么？
3. 轴流式叶轮，其叶片常常做成可调的，其在 效率特性上的解释是什么？
22
对性能曲线的说明
• 以上从理论的上定性的分析了离心式泵与风 机的性能曲线，而实际性能曲线只能用试验 的方法来绘制。
• 性能曲线中，流量为0附近和曲线与流量轴相 交附近区域不实际？
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（一）不同类型泵与风机的性能曲线的比较 扬程（压强）性能的比较
12
a. 陡降型曲线 b. 大能头对应小流量 c. b. 平坦型曲线 c. 小能头对应大流量
第一章 叶片式泵与风机的 基本理论
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第六节：叶片式泵与风机的性能曲线
• 为什么各个参数都要表示成与流量的关系？ • 工况的概念？ • 让泵与风机在什么工况下工作？ • 能头与轴功率关系？ • 性能曲线主要或常用的有哪三种？
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Байду номын сангаас
能头与流量性能曲线
7
功率与流量性能曲线
8
效率与流量性能曲线
c. 有驼峰的性能曲线 d. 要避免峰值左侧不
稳定区
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轴功率性能的比较（过载问题）
14
效率性能的比较（过载问题）
15
（二）不同流通形式泵与风机的 性能曲线的比较
扬 程
16
轴 功 率
17
效 率
18
轴向涡流引起的 回流现象
19
• 预旋的含义？ • 预旋有些是自然出现的，有些是人
为的。 • 预旋对泵与风机的性能有坏的影响
也有好的影响。
20
第五节、第六节知识重点
• 通过分析损失与效率，从理论的上定性的分 析了离心式泵与风机的性能曲线。
• 掌握实际能头、轴功率和效率性能曲线的变 化特点？
• 会分析不同离心式叶轮、不同流通形式叶轮 性能的差异。
• 了解轴向涡流引起的回流现象。 • 大致了解泵与风机进口有预旋安排。
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作业
1. 对于大流量-小压比和小流量-大压比的要求， 各应选取哪种流通形式的泵与风机？为什么？
2. 轴流式和离心式泵与风机在启动时，其阀门 开度有何差异，为什么？
3. 轴流式叶轮，其叶片常常做成可调的，其在 效率特性上的解释是什么？
22