内功率：消耗于流体的功率。 Ni ( P ph )(Q q) Nr 轴功率：泵与风机轴上的输入功率。
Ns Ni Nm Nm为机械传动损失。
5.5 泵与风机的损失与效率
内效率：有效功率与内功率之比
i
Ne PQ N i P P Q Q N r 1 P P Q Q N r PQ PQ 1 1 1 1 r PQ h e Ni 1 1 1
转轴与涡壳间的泄漏损失。
内泄漏损失：
流体由高压区流回低压区引起的损失； 平衡孔回流损失。
5.5 泵与风机的损失与效率
泄漏效率：实际流量与理论流量之比。
Q Q e QT Q q
泄漏量：
q 2D1u2
δ ：间隙大小。
P 3
5.5 泵与风机的损失与效率
3 轮阻损失与轮阻效率
第5章 泵与风机的理论基础
主要内容
离心式泵与风机的基本结构、工作原理与性能 参数 离心式泵与风机的基本方程---欧拉方程 性能曲线及叶型对性能的影响 相似律与比转数
5.1 泵与风机
5.1 泵与风机
5.1 泵与风机
5.1 泵与风机
5.1 泵与风机
5.1 泵与风机
5.2 泵与风机的基本结构
5.5 泵与风机的损失与效率
流动损失
vi vi H h i 或ph i 2g 2
2 2
流动效率：实际扬程与理论扬程之比
H H T H h P PT Ph h 或h HT HT PT PT
5.5 泵与风机的损失与效率
2 泄漏损失与泄漏效率 外泄漏损失：
5.4 欧拉方程
轴向涡流对流速分布的影响
5.4 欧拉方程
轴向涡流对流速分布的影响：速度分布不 均匀。
叶片两侧形成压差，导致阻力矩耗能。 相对速度出口反向偏离，进口同向偏离。
5.4 欧拉方程
轴向涡流对流速分布的影响：
相对速度出口反向偏离，进口同向偏离。
5.4 欧拉方程
理想状态



K：电机容量储备系数
5.5 泵与风机的损失与效率
静压效率：
Pst Q Pst Q Pst 1 : 静压总效率： st PQ Ns P

Pst Q Pst Q Pst 2 : 静压内效率： st i PQ Ni P
i
5.5 泵与风机的损失与效率
作业：
防止液体泄漏或空气进入水泵。
5.2 泵与风机的基本结构
叶轮结构形式示意图
5.2 泵与风机的基本结构
叶片结构形式示意图
5.2 泵与风机的基本结构
叶片形状示意图
5.2 泵与风机的基本结构
进风口形式示意图
5.2 泵与风机的基本结构
离心泵的基本机构
5.2 泵与风机的基本结构
离心式泵与风机的性能参数 1）流量 Q (m3/s, m3/h)
单位时间内(mH2O,Pa)
单位重量或单位体积的流体获得的能量。
3）有效功率：
有效功率Ne:单位时间内流体由泵或风机获得 的能量； Ne=ρ ｇQH=QP
5.3 泵与风机工作原理及性能参 数
2 2 2 1 2 2
2 1
5.4 欧拉方程
动压水头增量
H Td
v v 2g
2 2
2 1
扬程相同时，动压头增量不宜过大，想想为什么？
5.5 泵与风机的损失与效率
1 流动损失与流动效率
流体在进口前预旋,改变叶片传给流体的理论功 和进口相对速度的大小及方向，影响气流角与 叶片安装角的一致性，使扬程下降； 泵与风机非设计工况运行，使相对速度并非沿 叶片切向，形成撞击损失； 叶轮进口至出口的摩擦损失； 边界层分离及涡流损失等。
2 2 2 2 2 w u v 2 u v cos u v 2 2 2 2 2 2 2 2 2u 2 vu 2 2 2 2 2 2 w1 u1 v1 2u1v1 cos1 u1 v1 2u1vu1
2 2 2 u2 v2 w2 u2 vu 2 2 2 2 2 u v w u v 1 1 1 1 u 1 2
h e
1 r
i
5.5 泵与风机的损失与效率
求解上式，可得内效率：
Ne i her Ni
5.5 泵与风机的损失与效率
机械传动效率：
内功率与轴功率之比
Ni N s N m m Ns Ns
5.5 泵与风机的损失与效率
全压效率：
有效功率与轴功率之比.
5.4 欧拉方程
基本假定：
1）恒定流，即流动不随时间变化。 2）不可压缩流体。即流体密度不变。 3）叶片数目无限多，厚度无限薄。
叶片入口和出口无突变，沿圆周各点速度相等， 即流体轴向对称。
4）理想流动（无能量损失）。
5.4 欧拉方程
推导欧拉方程
理论依据：动量矩定理 质点系对某一转轴的动量矩对时间的变化率， 等于作用于该质点系的所有外力对该轴的合力 矩M 。
离心泵叶轮形式
5.2 泵与风机的基本结构
思考题1：
离心水泵有轴封装置，而离心风机没有，为什 么？
思考题2：
水泵启动时，为什么要求灌满水？
5.3 泵与风机工作原理及性能参 数
离心式泵与风机的工作原理
过程：流体受到离心力的作用——经叶片
被甩出叶轮——挤入机（泵）壳——流体 压强增高——排出——叶轮中心形成真 空——外界的流体吸入叶轮——不断地输 送流体。
H T
实际状态
1 (u2T vu 2T u1T vu1T ) g
1 H T (u2T vu 2T u1T vu1T ) g
HT K 1 H T
K称为环流系数。说明轴向涡流的影响，有限多 叶片比无限多叶片作功小。 离心式泵与风机，K值一般在0.78~0.85之间。
2 2 2 1 2 1 2 2 2 2
2 1
由于叶片间流道展宽、相对速度降低 获得的压能增量，代表叶轮中动能转 化为压能的份额。由于相对速度变化 不大，较小。
5.4 欧拉方程
欧拉方程的物理意义
u u w w v v HT 2g 2g 2g
2 2 2 1 2 1 2 2 2 2
离心式泵与风机的性能参数 4） 轴功率 N：
电动机传给泵和风机轴上的功率。
5）效率η (%)
有效功率与轴功率之比。
6）转速 n (r/min)
5.4 欧拉方程
1 绝对速度、相对速度、圆周速度
v wu
相对 速度 圆周 速度
绝对 速度
流体相对静止大地的速度为绝对速度；流 体相对叶轮的速度为相对速度；叶轮相对 于静止大地的速度为圆周速度。
2 2 2 1
5.4 欧拉方程
对比两式：
P2 P v v 1 HT HTj HTd 2g
2 2 2 1
u u w w v v HT 2g 2g 2g
2 2 2 1 2 1 2 2 2 2
2 1
得到静压水头：
H Tj
P2 P 1

u u w w 2g 2g
请画出开启式、封闭式压缩机的能量传输过程 图，并列出各种效率的表达式。
作业：查阅GB50189－2005和GB50736－ 2012关于风机单位风量耗功率、空调冷热 水系统水泵输送能效比和热水采用暖系统 水泵耗电输热比的规定。
则有：
切向分 速度
5.4 欧拉方程
欧拉方程的物理意义
u u w w v v HT 2g 2g 2g
2 2 2 1 2 1 2 2 2 2
2 1
第一项是离心力作功，使流体 自进口到出口产生一个向外的 压能增量，轴流机为零
5.4 欧拉方程
欧拉方程的物理意义
u u w w v v HT 2g 2g 2g
轮阻效率： 叶轮旋转引起流体与叶轮前、后盘外侧面和轮 缘与周围流体的摩擦损失。 Ni N r r Ni Ni为内功率，即实际消耗于流体的功率。
轮阻损失：
Nr u D
3 2
2 2
5.5 泵与风机的损失与效率
有效功率：流体经过泵与风机后单位时间 获得的能量 PQ
Ne 1000
1 离心式风机的基本结构
5.2 泵与风机的基本结构
1）叶轮
前盘、叶片（前向、后向和径向）、后盘和轴盘。
2）机壳
蜗壳、进风口等。
3）进气箱 4）前导器 5）扩散器 6）电动机
5.2 泵与风机的基本结构
离心式泵的基本结构
1）叶轮 2）泵壳 3）泵座 4）轴封装置
5.3 泵与风机工作原理及性能参 数
离心式泵与风机的工作原理 实质：能量的传递和转化过程。电动机高 速旋转的机械能——被输送流体的动能和 势能。 在这个能量的传递和转化过程中，必然伴 随着能量损失，这种损失越大，该泵或风 机的性能就越差，工作效率越低。
5.3 泵与风机工作原理及性能参 数
理想状态下，有效功率等于轴功率
5.4 欧拉方程
合外力矩M：M QT (r2 vu 2T r1 vu1T )
轴功率N：N M gQT HT
圆周速度 u：u r
欧拉方程：H T 1 (u2T vu 2T u1T vu1T ) g
5.4 欧拉方程
速度三角形
工作角
安装角
5.4 欧拉方程
速度三角形
径向分速度 －－流量 切向分速度 －－压力
vu
u
5.4 欧拉方程