第三章 离心式泵与风机的性能

第三章 离心式泵与风机的性 能对泵与风机性能的掌握是至关重要 的，因为泵与风机性能的好坏直接 影响着它能否满足生产过程的需要， 以及生产过程的安全性、可靠性和 经济性。性能参数和性能曲线是泵 与风机性能的具体体现。本章讨论 的是离心式泵与风机的性能。

第一节 功率、效率和损失

第一节 功率 泵与风机的功率分有效功率、轴功率、原动机功 率等，没有明确指明时，泵与风机的功率一般是 指泵与风机的轴功率。 注意：(1)在公式中流量的单位均为m3/s,风 机全压p的单位均为Pa,计算时应注意流量和风 机全压的单位。 (2)电动机的容量一般是指电动机的铭牌额定 输出功率，在工程实际中，进行计算后，应查阅 有关电动机产品系列，选用容量等级等于或略大 于16.8kW的电动机，对于本题可选用容量为18.5 kW的电动机。

第二节 损失和效率 泵与风机的损失按其性质可以分为机械损 失、容积损失和流动损失三种。 损失的大小可以用损失掉的功率和相应的 效率来衡量

机械损失 包括两部分： (1)一部分是轴承和轴封处的机械摩擦损失 ΔPm,1,主要与轴承、轴封的结构形式以及流 体密度有关； (2)另一部分是叶轮的圆盘摩擦损失ΔPm,2, 其大小与叶轮直径的五次方、转速的三次方成正 比，与叶轮腔室的具体结构也有关系。 这两种损失都有一个共同的特点，就是它们的大 小与泵(或风机)的流量和扬程(或全压)无关。

容积损失 由于泵与风机动静部件之间存在着一定的间隙， 从叶轮那里得到能量的流体会从间隙的高压侧流 向低压侧，并把部分能量消耗在克服流经间隙时 的摩擦阻力，从而导致的能量损失称为容积损失。 容积损失主要与泄漏流量有关，而泄漏流量主要 与间隙大小、长度等结构形式以及间隙两侧的压 差有关。 发生泄漏的主要部位是叶轮入口密封环处和轴向 推力平衡装置处 对于多级泵的级间泄漏，应注意分析泄漏流体的 流经线路，只有当泄漏流体流经叶轮内部时，这 股泄漏才属于容积损失，否则属于圆盘摩擦损失。

流动损失 包括三部分：①流体在流经泵与风机时，流体必 然与各部分流道的壁面发生摩擦，由此而产生的 流动摩擦损失；②由于泵与风机流道断面的变化 和转弯，使得流体速度分布不均匀，局部区域产 生漩涡和二次回流，由此而产生的扩散损失；③ 当流体在叶片入口处的流动角β1与叶片进口安装 角β1e不等时而产生的冲击损失 前两部分可以归并成,即与流量的平方成正比，k3 与流道结构有关；最后一部分可以写成，其中为 无冲击工况流量

,k4主要与叶片头部的形状有关。

第二节 离心式泵与风机的性能曲线 泵与风机的性能曲线一般是指一定转速下(多为额定转速) 其它性能参数随流量变化的关系曲线。 对于泵，这些曲线主要有：q-H曲线、q-P曲线、q-η曲线 以及汽蚀性能参数与流量的关系曲线； 对于风机，这些曲线主要有： q-p曲线、 q-p曲线、q-P曲 线、 q-η曲线和q-η曲线 曲线、曲线和曲线反映着泵与风机的工作效率和经济性； 泵的汽蚀性能曲线反映着泵是否会发生汽蚀，是衡量泵运 行可靠性的一种性能曲线。 熟悉离心式泵与风机性能曲线的典型形状，这样才能在实 际工作中分析其运行特性。

离心式泵与风机性能曲线的分析 最佳工况点与经济工作区 离心泵在空载情况下防止汽化 空载条件下启动 后弯式叶轮流量与扬程性能曲线的三种基 本形状 前弯式叶轮的某些特点

离心式风机的性能曲线分析

第三节 相似理论及相似理论在泵与 风机中的应用 应用主要是：①利用模型试验结果进行新 产品的设计和试制，以减小制造费用和试 验费用；②在现有效率高、性能良好、结 构简单的泵与风机中，选出合适的作为模 型，按照相似关系设计出新的泵与风机， 这种设计方法简单可靠；③运用相似理论 可以换算出不同转速、不同几何尺寸及不 同流体密度时的性能参数和曲线。

相似条件 几何相似是指相似对象的双方(一个可称之为模型，另一 个可称之为原型)各对应点的几何尺寸成比例且比值相等， 各对应几何角、叶片数相等。几何相似容易理解和接受。 运动相似是指模型和原型各对应点的各相应的速度方向相 同，大小成比例且比值相等，对应流动角相等，可以简单 地理解为流道各对应点的速度三角形是相似三角形，且各 相似三角形的相似比相等。几何相似是运动相似的必要条 件，即运动相似必然几何相似。 动力相似是指模型和原型各对应点的各相应的力方向相同， 大小成比例且比值相等。但是，对于泵与风机，由于其中 的流速较高，流动在阻力平方区，即进入了自模化区，自 动满足了动力相似的要求，这方面的知识可复习一下《工 程流体力学》的有关章节。

相似定律及其特例 满足流动相似的工况(即已经满足几何相 似和运动相似)称之为相似工况。 相似定律是指相似工况之间泵与风机主要 性能参数间的关系。

无因次性能曲线及通用性能曲线 泵与风机主要性能参数的数值大小，不仅与泵与 风机的结构形状有关，而且与几何尺寸、转速和 流体密度等有关，这样就不便于比较不同型式泵 与风机的

性能差别，为此，把性能参数中几何尺 寸、转速和流体密度的影响消去，就形成了无因 次性能参数，用无因次性能参数绘制出的曲线称 为无因次性能曲线，同一种结构形状(即同一种 型式、或同一系列)的泵与风机，仅用同一组无 因次性能曲线来表示，无因次性能曲线在风机中 得到广泛应用。