离心式泵与风机的理论性能曲线
风机性能曲线实验报告
教学实验泵与风机离心式风机性能实验实验报告班级：学号：姓名：能源与动力工程学院2017年11月离心式风机性能实验台实验指导书一、实验目的1．熟悉风机性能测定装置的结构与基本原理。
2．掌握利用实验装置测定风机特性的实验方法。
3．通过实验得出被测风机的气动性能（P-Q，P st-Q，ηin-Q，ηstin-Q ，N-Q曲线）4．通过计算将测得的风机特性换算成无因次参数特性曲线。
5．将试验结果换算成指定条件下的风机参数。
二、实验装置根据国家关于GB1236《通风机空气动力性能实验方法》标准，设计并制造了本试验装置。
本试验装置采用进气试验方法，风量采用锥形进口集流器方法测量。
装置主要分三部分（见图1）图1 实验装置示意图1.进口集流器2.节流网3.整流栅4.风管5.被测风机6.电动机7.测力矩力臂8.测压管9.测压管试验风管主要由测试管路，节流网、整流栅等组成。
空气流过风管时，利用集流器和风管测出空气流量和进入风机的静压Pest1，整流栅主要是使流入风机的气流均匀。
节流网起流量调节作用。
在此节流网位置上加铜丝网或均匀地加一些小纸片可以改变进入风机的流量。
测功率电机6，用它来测定输入风机的力矩，同时测出电机转速，就可得出输入风机的轴功率。
三、实验步骤1．将压力计（倾斜管压力计）通过联通管与试验风管的测压力孔相连接，在连接前检查测压管路有无漏气现象，应保证无漏气。
2．电动机启动前，在测力矩力臂上配加砝码，使力臂保持水平。
3．装上被测风机，卸下叶轮后，启动测功电机，再加砝码ΔG´使测力矩力臂保持水平，记下空载力矩（一般有指导教师事先做好）。
4．装上叶轮，接好进风口与试验风管，转动联轴节，检查叶轮是否与进风口有刮碰磨擦现象。
5．启动电机，运行10分钟后，在测力臂上加配砝码使力臂保持水平，待工况稳定后记下集流器压力ΔPn，静压Pest1，平衡重量G（全部砝码重量）和转速n。
6．在节流网前加铜丝网或小圆纸片，使流量逐渐减小直到零，来改变风机的工况，一般取十个测量工况（包括全开和全闭工况），每一工况稳定后记下读数。
流体力学泵与风机[总结]
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流体力学泵与风机方程式（Z+p/γ）=C 从物理学：Z项是单位重量液体质点相对于基准面的位置势能，p/γ项是单位重量液体质点的压力势能，Z+p/γ项是单位重量液体的总势能，（Z+p/γ）=C表明在静止液体中，各液体质点单位重量的总势能均相等。
从水力学：Z为该点的位置相对于基准面的高度，称位置水头，p/γ是该点在压强作用下沿测压管所能上升的高度，称压强水头，Z+p/γ称测压管水头，它表示测压管液面相对于基准面的高度，（Z+p/γ）=C表示同一容器的静止液体中，所有各点的测压管液头均相等。
——————————————等压面：①在连通的同种静止液体中，水平面必然是等压面②静止液体的自由液面是水平面，该自由液面上各点压强均为大气压钱，所以自由液面是等压面③两种不同液体的分界面是水平面，故该面也是等压面——————————————绝对压强=相对压强+真空压强——————————————压强的量度单位：①用单位面积上所受的压力来表示，单位N/m2，或Pa②用液柱的高度来表示，mH2O、mmHg、mmH2O，h=p/γ③用大气压的倍数来表示，单位为工程大气压和标准大气压，1atm=101.325kPa。
——————————————流线：同一时刻流场中一系列流体质点的流动方向线，即在流场中画出的一条曲线，在某一瞬时，该曲线上的任意一点的流速矢量总是在该点与曲线相切。
迹线：某一流体质点在连续时间内的运动轨迹。
——————————————能量方程式的意义（物理意义）：z表示单位重量流体的位置势能，简称位能，简称位能，p/γ表示单位重量流体的压力势能，简称压能，av2/2g表示单位重量流体的平均势能，简称动能，hw表示克服阻力所引起的单位能量损失，简称能量损失，z+p/γ表示单位势能，z+p/γ+av2/2g表示单位总机械能。
（几何意义）方程式中各项的单位都是米，具有长度量纲[L]表示某种高度，可以用几何线段来表示，流体力学上称为水头，z称为位置水头，p/γ称为压强水头，av2/2g 称为流速水头，hw称为水头损失，z+p/γ称为测压管水头（Hp），z+p/γ+av2/2g称为总水头（H）——————————————沿程水头损失：在管路中单位水流的沿程能量损失。
《泵与风机》第二章—泵与风机的性能
1）摩擦损失：沿程阻力损失； h f K q
2）涡流损失： 摩擦损失+涡流损失：
2 h j K2qV
2 1 V
hf hj K q4 (qV qVd )
2
总流动损失：
hh h f h j hs
最 小 流 动 损 失
无 冲 击 损 失 hh hf+hj hs
P
qV p PM K K tm g 1000 tm g P
K: 原动机的容量富裕系数
二. 损失和效率
机械损失ΔPm
与叶轮转动相关
容积损失ΔPV
经过叶轮与流体泄露 量相关
流动损失ΔPh
经过叶轮与流体流量 相关
Pe P Pm P Ph V
（一）机械损失ΔPm和机械效率ηm
qV p 对风机而言， P 1000
η: 泵和风机的总效率
kW
一. 功率
3)原动机功率Pg 对泵而言，
原动机的输出功率。
对风机而言,
ηtm: 传动效率
gqV H Pg 1000tm qV p Pg 1000tm
传动效率 1.00 0.98 0.95
kW
kW
传动方式 电动机直连传动 联轴器直连传动 三角皮带传动（滚动轴承
( P Pm ) P V V ( P Pm ) qV g (qV q) H T qV q
q: 泄露流量，m3/s ≈4%～10%qVT
gqV H T
1) 叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露
泄漏量的计算
μ1－流量系数； △H1－间隙两侧的能头差，m； A1=πDwb－间隙的环形面积，m2；
'
u22 u2 cot 2 K( qV ,T ) g g D2b2
离心泵的曲线
离心泵的曲线
离心泵的曲线是用来描述离心泵性能的一种图形表示。
它展示了离心泵在不同工况下的流量、扬程和效率之间的关系。
通常，离心泵的曲线包括以下几个主要参数：
1. 流量-Q：表示单位时间内通过泵的液体体积。
通常以立方米每小时（m³/h）或升每秒（L/s）来表示。
2. 扬程-H：表示泵能够提供的压力。
通常以米（m）为单位。
3. 效率-η：表示泵转化输入功率为输出功率的能力。
通常以百分比形式表示。
离心泵的曲线通常由以下几条线组成：
1. H-Q曲线（等速曲线）：在恒定转速下，流量与扬程之间的关系曲线。
当流量增大时，扬程会逐渐降低。
2. η-Q曲线（效率曲线）：在恒定转速下，效率与流量之间的关系曲线。
通常在设计流量附近效率较高，而在低流量和高流量处效率较低。
3. NPSHr曲线（净正吸入头曲线）：表示给定流量下泵要求的最低净正吸入头。
当净正吸入头低于该值时，泵可能会产生气穴或性能下降。
4. NPSHa曲线（净正吸入头可利用余量曲线）：表示给定流量下实际系统提供的净正吸入头与NPSHr之间的差值。
当可利用余量大于零时，系统运行正常。
不同型号和尺寸的离心泵有不同的曲线特征，根据具体工程要求选择合适的泵型和工作点是非常重要的。
通风机的性能曲线与工况调节
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的联合运行
• 如果第一台风机的压出管作为第二台风机的吸入 管，气由第一台风机压入第二台风机，气以同一 流量依次通过各风机，称为风机的串联运行。 特点：各台设备流量相同，而总扬程或总压头等 于各台设备扬程或压头之和。 应用于以下场合： ① 用户需要的压头大，而大压头的泵或风机制造 困难或造价太高； ② 改建或扩建系统时，管路阻力加大，而需要增 大压头。
H Hst SQ2
式中 H——管路中对应某一流量下所需要的压头（或
称扬程），mH2O； Hst ——静压头（或称静扬程），表达式为
H st
(z2
p2
)
(
z1
p2 )
S——管路的阻抗，s2/m5；
Q——管网的流量，m3/s。
4
通风机的性能曲线与工况调节
管路特性曲线与工作点
风机管路特性曲线的函数关系式为：
8
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机的工况调节
工况点是由泵或风机的性能曲线与管路特性曲线的交点决 定的，其中之一发生变化时，工况点就会改变。所以工况 调节的基本途径是： ① 改变管道系统特性 ② 改变风机压头性能曲线 ③节流调节 ④压出管上阀门节流
图 阀门调节的工况分析
9
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
1
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
图 离心式泵与风机的性能曲线
(a)前向叶轮；(b)后向叶轮
2
通风机的性能曲线与工况调节
风机的性能曲线
图 4-72No5型离心式风机的性能曲线
3
通风机的性能曲线与工况调节
泵与风机性能
△ PV=△ PV1+ △ PV2+ △ PV3
主要预防措施
维持动静部件间的最佳间隙，随着运行时间延长， 间隙增大，效率会降低。 增大间隙中的流阻
增加密封的轴向长度，可增大间隙内沿程阻力 在间隙入口和出口采取节流措施，增大间隙内流动 的局部阻力 采取不同形式的密封环（课本P60）
泄漏量： q A 2 g H 容积效率： v
总损失： 机械效率：
Pm P Pdf
m
P Pm gqvT H T P P
m 1 0.07
1 ns 100
7 6
与比转数的关系：
随着比转数减少（叶轮直径增加），机械损失增加，机 械效率减小。
2、容积损失（泄漏损失）
原因 程度
功率 需讨论 损失 效率
及相互间关系。
1、机械损失
轴封、轴承的机械摩擦损失△P ；叶轮前、后盖板与流体摩擦产生 的圆盘摩擦损失△Pdf 。 机械摩擦损失△P（动静部分之间）：与轴封、轴承的结构形式、润 滑状况、流体密度等有关。一般为轴功率的1~3%。 圆盘摩擦△Pdf（叶轮与壳体之间流体内耗）：圆盘与流体相对运动， 以及叶轮两侧流体的涡流。一般为轴功率的2~10%。图2-2 圆盘摩擦损失大小（经验公式）：
Pdf Ku D 10ΔPdf∝n3D25
3 2 2 2 －6
即与叶轮外径的五次方成正比，与叶轮转速的三次方成正比，与流体 密度成正比。圆盘摩擦系数K=f(Re、B/D2 、粗糙度）（其中B为间 隙），一般可取K=0.85。
主要预防措施：
采用合理的叶轮，对高压泵与风机，采用多级 叶轮，而非增大叶轮直径来提高能头。必要时 提高转速，减小叶轮直径。 提高比转数，P57 保持接触面光滑，减少摩擦。
离心风机或泵的管路性能曲线及工作点(精)
H 2＝SQ
• 所以
2
管路流动特性： H＝H1＋H 2＝
p 2 p1
＋H Z＋SQ 2。
离心式风机与泵的管路性能曲线及工作点
• 一、管路特性曲线 管路流动特性： H＝H ＋H ＝ p 2 p1 ＋H ＋SQ 2。 1 2 Z • 具体地讲，
• S＝H2/Q2＝ H2`/Q`2，“`”表示设计值，如是算出S。
250
500 750 Q（m 3/h）
1000
离心式风机与泵的管路性能曲线及工作点
• 例题讨论： • 1、压力增加了50％，风量相应减少了(690－570)/690=17%。 说明压力急剧增加，风量的减少与压力的增加不成比例。也就是 说当管网计算压力与实际应耗压力有某些偏差时，对实际风量的 影响并不突出。 2、由于管路系统与风机联合运行，实际上的工作流量均不 能等于500 m3/h。 为了使风机供给的风量能够符合实际风量的要求，可采取以 下办法： p 1 ①减少或增加管网的阻力 2 如通过改变管径、阀门调节，使管网特 性改变，进而满足流量要求。图中，1→2， Q 表示管路阻力损失降低。
7 2 9 .7 8 08
(p2-p1)/γ +H Z
• 方法是：将两 • 条特性曲线绘在一 • 张图上，求出交点。
HZ p2
η 泵或风机 η －Q QA
A
2 , 0 8 7 .8 7 5 8
Q
离心式风机与泵的管路性能曲线及工作点
• 例题： • 当某管路系统风量为500m3/h时，系统阻力为300Pa，今预选 一个风机的特性曲线如图。①计算风机实际工作点；②当系统阻 力增加50％时的工作点；③当空气送入有正压 150Pa 的密封舱时 的工作点。 1000
几种泵的特性曲线
代化的液体输送机械；由于泵内的流动不受搅拌且无脉动， 因此可以安静平稳地运转，工作噪声低。
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
3．罗茨鼓风机 用途：在火 力发电厂中，常 用于气力输灰， 锅炉本体除尘， 烟气脱硫，煤粉 沸腾燃烧，离子 交换器逆洗等系 统中。
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五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
3．罗茨鼓风机
安全运行：与其他容积式泵一样，必须在罗茨鼓风机排气 管路上配置安全阀、逆止阀和闸阀。安全阀应尽量靠近鼓风 机布置，逆止阀可以装得稍远一点，闸阀在鼓风机启动及工 作时应全开。 发展趋势：主要是进一步提高效率、降低噪声、增强可靠 性及扩大应用范围。
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五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
2．齿轮泵和螺杆泵
用途：用于输送流
量小、输出压强高的高 粘性流体。 在火力发电厂中， 润滑系统常采用齿轮泵， 而螺杆泵则常用作
输送润滑油及调节油，也可作为锅炉燃料油输送泵。
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五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
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。
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五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性
1．活塞泵和柱塞泵
特点：①在理论上，这种泵可以达到任意大的扬程；② 通过改变转速调节流量，通过排出阀开启度调节扬程；③ 当需要产生很高压强时（10MPa以上），采用柱塞泵。
①．冲角增加，曲线上升；
离心泵与风机
3、吸入室( suction room)
离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。
轴承一般包括两种形式:滑动轴承(Sleeve bearing)和滚动轴承(Ball bearing)。
滑动轴承用油润滑。一种润滑系统包括一个贮油池和一个油环，后者在轴转动时在轴表面形成一个油层使油和油层不直接接触。另一种系统就是利用浸满油的填料包来润滑。大功率的泵通常要用专门的油泵来给轴承送油。(如图所示)。
(一)离心式风机的构造特点
离心式风机输送气体时，一般的增压范围在9.807Kpa(1000mH2O)以下根据增压大小，离心风机又可分为：
(1)低压风机：增压值小于l000Pa(约100mmH2))；
(2)中压风机：增压值自l000至3000Pa(约100至300mmH2O)
(3)高压风机：增压值大于3000Pa(约300mmH2O以上)。
螺旋形机壳
环形机壳
5、密封装置(sealing instrument)
密封装置主要用来防止压力增加时流体的泄漏。密封装置有很多种类型，用得最多的是填料式密封和机械式密封。
填料密封是将一些松软的填料用一定压力压紧在轴上达到密封目的。填料在使用一段时间后会损坏，所以需要定期检查和置换。这种密封形式使用中有小的泄漏是正常且有益的。
(3)环形吸入室图所示，吸入室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑，轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。环形吸入室主要用于节段式多级泵中。
几种泵的特性曲线
五、泵与风机性能曲线的比较
（二）离心式、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较 2、Psh-qV 性能曲线的比较
离心式和轴流式泵与风机的PshqV 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。
由上表数据即可绘制出管路性能曲线如上图中的红色线
所示。
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红色线和泵本身的性能曲线 H-qV 的交点即为该循环水泵在此
系统输水时的运行工况点。由图 不 难 查 出 ， 其 工 作 参 数 为 ： qV =3100m3/h，H =38m， =90%。
所以该循环水泵工作时所需 要的轴功率为：
已知：管道的直径d =600mm， 管长l=250m，局部阻力的等值长度 le=350m，管道的沿程阻力系数 =0.03，水泵房进水池水面至循环 水管出口水池水面的位臵高差 Hz=24m（设输送流体的密度 =998.23kg/m 3 ，进水池水面压强
和循环水管出口水池水面压强均为大气压）。
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五、泵与风机性能曲线的比较
（四）液环泵的性能曲线特性 液环泵亦称纳什海托（Nash· Hytor）泵，即纳什型泵， 属于离心容积式泵，其性能特性介于离心泵和容积泵之间。 在火力发电厂中，液环泵常作为凝汽器的抽气装臵和用于负 压气力除灰系统。
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泵与风机的运行工况点
一、管路系统性能曲线 二、泵与风机的运行工况点 三、泵与风机运行工况点的稳定性 四、泵与风机运行工况点变化的影响因素
H c H z h w 24 19 . 16 q V
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2.5离心式泵与风机的理论性能曲线
本节研究泵或风机所具备的技术性能的表达方式。
泵与风机的扬程、流量、功率、效率和转速等性能是互相影响的，当一个参数变化时，其他的都随之变化，这种函数关系用曲线表示，就是泵与风机的性能曲线。
通常用以下三种形式来表示这些性能之间的关系：
(1)泵或风机所提供的流量和扬程之间的关系，用）
（Q H 1f =来表示：(2)泵或风机所提供的流量和所需外加轴功率之间的关系，用）
（Q N 2f =来表示；(3)泵或风机所提供的流量与设备本身效率之间的关系，用）（T T Q H 1f =及）（T T Q N 2f =来表示。
理论性能曲线是从欧拉方程出发，研究无损失流动这一理想条件下及的关系。
如叶轮出口前盘与后盘之间的轮宽为b 2,则叶轮在工作时所排出的理论流量应为：
2
22r T v b D Q επ=(2-15)
式中符号同前。
将式(2-15)变换后代入(2-13)可得：
对于大小一定的泵或风机来说，转速不变时，上式中u 2，g ，ε，D 2及B 2均为定值，故上式可改写为：
(2-16)式中g
u 2
2=A ，222b επD 1g u B ∙=均为常数，而cot β2代表叶型种类，也是常量。
此时说明在固定转速下，不论叶型如何，泵或风机理论上的流量与扬程关系是线形的。
同时还可以看出，当Q T ＝0时，H T ＝g
u 22=A 。
图2-8为3种不同叶型的泵和风机理论上的流量-扬程曲线。
显然由所代表的曲线斜率是不同的，因而3种叶型具有各自的曲线倾向。
下面研究理论上的流量与外加功率的关系。
在无损失流动条件下，理论上的有效功率就是轴功率，可按式(1-4)计算，即：
当输送某种流体时=常数。
用式(2-16)代人此式可得：
(2-17)
可见对于不同的值具有不同形状的曲线。
但当Q T =0时，3种叶型的理论轴功率都等于零，3条曲线同相交于原点(见图2-9)。
图2-83种不同叶型的泵图2-93种不同叶型的泵和风机理论上的流量-扬程曲线和风机理论上的流量-功率曲线对于具有径向叶型的叶轮来说=90°，，功率曲线为一条直线。
当叶轮为前向叶型时,β2>90°，cotβ2<0,式中括号内第二项为正，功率曲线是一条向上凹的二次曲线。
后向叶型的叶轮中，β2<90°，cotβ2>0,括号内第二项为负，功率曲线为一条向下凹的曲线。
根据以上分析，可以定性地(只能是定性地)说明不同叶型的曲线倾向。
这对以后研究泵或风机的实际性能曲线是很有意义的。
因为从图2-8中的Qt-Ht曲线和图2-9中的Q T-JVt曲线可以看出，前向叶型的风机所需的轴功率随流量的增加而增长得很快。
因此，这种风机在运行中增加流量时，原动机超载的可能性要比径向叶型风机大得多，而后向叶型的风机几乎不会发生原动机超载的现象。
在理想条件下，各项损失为零，因此效率恒为100%。
应当指出，这一节内容都是在无能量损失的条件下分析的，因此所得出的Q T-H T曲线和Q T-N T曲线都属于泵或风机的理论性能曲线。
只有在计人各项损失的情况下，才能得出它们的实际性能曲线。