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第十二章 离心式泵与风机的设备性能 第一节 离心式泵与风机的理论性能曲线 泵与风机的性能是由流量Q、压头H、轴功率N、效率(及转速n等参数表示的。这些参数之间存在着一定的函数关系，当一个参数变化时，其它参数都随之而变化。这种函数关系用曲线表示，就是泵与风机的性能曲线。 在泵与风机运转时，转速n一般由原动机转速所决定，基本不变。流量Q随着用户需要而经常变化。所以性能曲线通常是在转速一定的情况下，以流量为自变量，讨论其它性能参数的变化。性能曲线有以下三种： (1) 压头与流量之间的关系H=f1(Q)； (2) 轴功率与流量之间的关系N=f2(Q)； (3) 效率与流量之间的关系(=f3(Q)。 理论性能曲线是从欧拉方程式出发，研究理想条件下的性能曲线。假设流体沿径向流入叶轮，欧拉方程式为 (11－14) (11－4) (11－15) (11－5) (11－14) 对于大小一定的泵或风机，转速不变时，上式中u2、(2、D2、b2、(2均为定值，上式可简写为 (12－1) 式(12－1)QT=0时，HT=g。直线的形状与出口安装角(2有关。对于三种叶型分别为： 后弯式叶轮(2＜90°，cot(2＞0，B＞0，当QT增大时，HT减小，HT－QT 前弯式叶轮(2＞90°，cot(2＜0，B＜0 ，当QT增大时，HT增大，HT－QT 径向式叶轮(2=90°，cot(2=0，B=0，当QT增大时，HT不变，HT－QTl2－1 图12－1 图12－2 a－b－c－ a－b－c－ 由于假设没有能量损失，理论轴功率等于有效功率，即 将式(12－1) (12－2) (12－2)QT=0时，三种叶轮的理论功率都等于零，理论功率曲线都交于原点。 对于径向式叶轮(2=90°，cot(2=0，B=0，理论功率曲线是一条直线。 对于前弯式叶轮，(2＞90°，cot(2＜0，B＜0，理论功率曲线是向上凹的二次曲线。 对于后弯式叶轮，(2＜90°，cot(2＞0，B＞0，理论功率曲线是向下凹的二次曲线。见图12－2 在理想条件下，各项损失为零，因此效率恒为100%。 以上分析，可以定性地说明不同叶型的泵与风机性能曲线的变化趋势，对于研究实际性能曲线是有意义的。同时理论性能曲线还可以解释泵与风机在运转中产生一些问题的原因。如由理论功率曲线可以看出，前弯式叶轮的轴功率随流量增加而迅速增长，因此这种风机在运行中，电机很容易超载，而后弯式叶轮几乎不会发生超载。 第二节 泵与风机的损失与效率 泵与风机在运行中的损失，按产生的原因，可分为三种：机械损失，容积损失和水力损失。由于流体在泵与风机内的流动情况十分复杂，现在还不能用数学方法进行准确的计算。但是从理论上分析这些损失，指出它产生的原因及影响因素，可以找出减少损失的途径。 一、机械损失和机械效率 机械损失包括轴承和轴封的摩擦损失及叶轮转动时其表面与机壳内流体之间发生的圆盘摩擦损失。机械损失中圆盘损失占主要部分。 圆盘损失与叶轮外径、转速及圆盘外侧与机壳内侧的粗糙度等因素有关。叶轮外径愈大，转速愈大，圆盘损失也愈大。 机械损失功率的大小，可用机械效率来衡量，机械效率用下式表示 (12－3) ΔNm—机械损失功率，包括轴承轴封摩擦损失功率ΔNm1和圆盘摩擦损失功率ΔNm2，即 其中 ， 二、容积损失和容积效率 在泵与风机中，由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，间隙两侧产生压力差，从而使流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称为容积损失或泄漏损失。流体泄漏主要发生在以下地方：叶轮进口处与机壳之间的间隙；轴与机壳之间即轴封处的间隙；以及水泵为平衡轴向推力而设置的平衡孔等。如图12－3 图12－3 12－4 1－；2－；3－；(a)