泵与风机
指导导师：金花 制作者：罗鹏飞
绪论
第一节 泵与风机在国民经济中的应用
泵与风机广泛的应用在国民经济的各个方面，如农田灌溉和排涝， 采矿工业中井下通风和坑道排水，水力采煤中的液体输送，冶金工业 中冶炼炉的鼓风及流体的输送，石油工业中的输油和注水，化学工业 中的流体介质输送、城市给排水以及舰艇、航空航天的动力系统等。
1、叶轮
叶轮是能实现能量转换的主要部件，其作用是将原动机的机械能传递给流体， 使流体获得压力能和动能。叶轮水力性能的好坏，对泵的影响很大。 叶轮一般是由前盖板、叶片后盖板和轮板组成。叶轮有封闭式、半开式和开式 三种，如图0-14所示。 封闭式叶轮又分为单吸式和双吸式两种，如图0-14(a）和(b)所示。双吸式叶轮 流量大于单吸式叶轮，且基本上不产生轴向力并具有改善汽蚀性能的优点。叶片型式 有圆柱形叶片和扭曲（双曲率）叶片。圆柱形叶片流动效率较低，因此，为提高泵效 率一般均采用扭曲叶片。
3、压出室
压出室是指叶轮出口或导叶出口至压水管法兰接头间的空间，其作用是收集 从叶轮流出的高速流体，然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮进口。
螺旋形压出室，又称蜗壳， 如图0-18所示。

环形压出室，如图0-19所 示。
它收集从叶轮流出的液体，同时在 螺旋形的扩散管中将液体的部分动 能转换 Nhomakorabea压力能。
Pe P
四、转速
泵或风机轴每分钟转数，称为转速，用n表示，单位为 r/min.
五、汽蚀
汽蚀余量是标志泵汽蚀性能的重要参数，用NPSH表示。 性能参数反映了泵与风机的整体性能，在铭牌上标有额 定工况下的各参数。
第五节 泵与风机的发展趋势
泵与风机的发展趋势
大容量、高参数化 高速化 高效率 高可靠性 低噪声 自动化
第二节 泵与风机的分类
泵与风机的用途广泛，种类繁多，因此分类 方法也很多，但目前只采用两种分类方法。
1、按产生压力的大小分类
2、按工作原理分类
（一）叶片式泵与风机
1、离心式泵与风机 离心式泵与风机的工作原理是利用旋转叶轮带动流体一起旋转，借离心力的 作用，使流体的压力能和动能得到增加，流体沿轴向进入叶轮转90℃后沿径向流 出。图0-4为离心泵示意图。
3）浮动环密封。浮动环密封的结构如图0-25所示，主要由浮动环、支承环（浮动 套）、弹簧等组成。浮动环密封是以浮动环与支承环的密封端面在液体压力及弹 簧力的作用下，保持紧密接触来实现径向密封的；
4）迷宫式密封。迷宫式密封是一种非接触型的流体动力密封，其机理是利用流体 流过转子与静子间的微小间隙产生的节流降压效应来实现密封。迷宫式密封有多 种不同型式，图0-26为金属迷宫式密封的示意图，与静子固接的金属密封片与转 轴之间形成的多级突扩——突缩的间隙，对轴向泄漏实施多级降压、节流，从而 实现密封。图0-27为螺旋迷宫式密封的示意图。 迷宫式密封在工作时动、静部件间无接触、无磨损，使用寿命长，在大容量机组 的给水泵上应用广泛。
四、离心式叶轮叶片形式的分 析 当叶轮以 进入叶轮时，其理论扬程为
1 90
H T
u 2 v 2u g
由图1-7（a）速度三角形得
（1）径向式导叶，如图 0-20所示

（2）流道式导叶，如图 0-21所示
它由螺旋线、扩散管、过渡 区和反导叶组成
正反导叶是一个连续的整体，正导 叶进口到反导叶出口形成单独的流 道，各流道内的液体各不相混合。
5、密封装置
密封装置分为密封环和轴端密封。 （1）密封环。密封环又称口环。由于叶轮出口的压力较高，入口压力较低，则由叶 轮流出的流体将有一部分反流回叶轮进口。为防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间 的间隙泄漏至吸入口，在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环。密封环如图0-22所示 几种结构型式，一般泵常采用平环式及角接式，高压泵则常采用迷宫式。

第一章 泵与风机的叶轮理论
第一节 离心式泵与风机的工作原理
一、离心式泵与风机的工作原 理
离心式泵与风机工作时，叶轮带动流体一起旋转，借离心力的作用，使流体获 得能量。因此，叶轮是实现机械能转换为流体能量的重要部件。为阐明其工作 原理，取一内缘何外缘封闭的叶轮，如图1-1所示，其中流体只能和叶轮一起做 旋转运动，不能再叶轮流道中流出。
二、流体在也轮中的运动及速 度三角形
1. 叶轮的叶片数为无限多，叶片厚度为无 限薄，即认为流体质点严格地沿叶片的形 线流动，流体质点的运动轨迹与叶片的形 线重合。应用此假设的叶轮称为理想叶轮。 2. 通过旋转叶轮的流体为理想的不可压缩 流体，不考虑黏性和压缩性。 流体在叶轮中的运动情况，可用叶轮的轴 面投影图和平面投影图反映出来。这两个 投影图表示了叶轮的几何形状。如图1-2 所示，轴面又称子午平面，是通过轴线的 平面。轴面投影是用圆弧投影法，即以轴 线为圆心，把叶片旋转投影到轴面上所得 到的投影图。平面是垂直于轴线的平面， 平面投影是把前盖板去掉后的投影图。
式中 ——流体密度，kg/ m 。 水在常温20℃时的密度为10kg/ m ，空气在 3 常温20℃时的密度为1.2kg/ m 。 由于空气的密度很小，且随温度、压力的变化而变化，所以风机的流量是以在 标准状况（t=20℃，p=101.3kPa）下，单位时间内流过风机入口处的体积流量 q v 表示的。若工作状况下的流量为 q v1，密度为 1 ，则标准状况下的流量为
2、轴流式泵与风机
轴流式泵与风机的工作原理，是利用叶轮上的翼型叶片在流体旋转所产生 的升力使流体的能量增加。液体沿轴向进入叶轮并沿轴向流出。图0-6为轴流泵示 意图。
3、斜流式泵
斜流式又称混流式，是介于轴流式和离心式之间的一种叶片泵，斜流泵的工作原理 是：部分利用了离心力，部分利用了升力，在两种力的共同作用下，输送流体，并 提高其压力，流体轴向进入叶轮后，沿圆锥面方向流出。图0-8为导叶式斜流泵示 意图，可作为大容量机组的循环水泵。
（二）容积式泵与风机
因工作方式的不同，容积式泵与风机可 分为往复式和回转式两种。
1、往复式泵与风机
往复式泵与风机的工作原理是利用工作容积周期性的改变来输送流体，并提 高其压力。往复式泵与风机包括活塞式、柱塞式及隔膜式三类，现以活塞式为例说 明其工作过程。图0-9为活塞泵示意图，活塞泵主要由泵缸和活塞组成，活塞由曲 柄、连杆带动，将原动机的回转运动变为往复运动。

q m q v
3
3
qv
1
1.2
q v1
二、扬程（全压）
单位重力作用下的液体通过泵后所获得的能量 增加值，称为扬程，用H表示，单位为m。 单位体积的气体通过风机所获得的能量增加值， 称为全压（全风压），用p表示，单位为Pa。
三、轴功率与效率
泵与风机在一定工况下运行时原动机传递到泵或风机 转轴上的功率，称为轴功率，用P表示，单位为kW。单位 时间内通过泵与风机的流体所获得的功率称为有效功率， 用P表示。 泵与风机的效率为有效功率与轴功率之比，即
3、集流器与进气箱
集流器装在叶轮进口，其作用是以最小的阻力损失引导气流均匀地充满叶轮入 口，集流器有圆筒形、圆锥形和锥弧形等形式，如图0-32所示。
第四节 泵与风机的主要参数
一、流量 泵与风机都在单位时间内输送的流体量称为流量，它可以用体积流量 q v 表 3 3 示，也可以用介质流量 q m 表示。体积流量 q v 的常用单位是 m /s、m /h、L/s； 质量流量 q m 的常用单位为kg/s、t/h。 体积流量与质量流量的关系为
环形压出室的流道断面面积相等， 因此，各处流速不想等，流动损失 大，故效率低于螺旋形压出室。
4、导叶
多级泵的流液是从前一级叶轮流进次级叶轮的额，两级之间必须装有导叶。导叶 的作用是，汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的情况下，引入次级叶轮 的进口或压出室，同时在导叶内吧部分动能转化为压力能。

电能是国民经济中至关重要的能源，热力发电在电力生产中占据主导 的地位，泵与风机是热电厂重要的辅机。下面着重介绍泵与风机在热力发 电厂中的应用。图0-1是热力发电厂的系统简图。
在热力发电厂的电力生产过程中，如果泵与风机发生故障，则直接影响到主 机主炉的正常工作，严重时会造成停机停炉的重大事故，特别是当今机组向大容量、 单元制方向发展、由事故造成的损失更大。 另外由于泵与风机用途广泛、数量大，其耗电量约占全国发电量的20%~30%， 在热力发电厂里，厂用电量约占电厂发电量的10%左右，泵与风机又占电厂用电量 的70%~80%。由此可见，泵与风机对电厂的安全、经济运行起着十分重要的作用。 此外，核电站在20世纪80年代迅速的发展了起来，与热力发电站的电力生产 过程基本相同，其常规岛部分也是一个汽水循环系统，如图0-2所示。
叶轮带动流体的旋转运动，称牵连运动，其速度又称牵连 速度，又称圆周速度，用u表。流体相对于叶轮的运动称相 对运动，其速度称为相对速度，用w表示。流体相对于静止 机壳的运动称绝对运动，其速度称绝对速度，用v表示，如 图1-3所示。绝对速度应为相对速度和圆周速度的矢量和， 即
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三、能量方程
（2）离心式风机的主要部件

1、叶轮 叶轮是风机的主要部件，由前盘、后盘、 叶片及轮毂组成。叶片有前弯式、径向式 后弯式三种，如图0-28所示。
2、蜗壳
蜗壳的作用是汇集从叶轮流出的气体并引向风机的出口，同时，将气体的部分 动能转换为压力能。为了提高风机效率，蜗壳的外形一般采用阿基米德螺旋线或对 数螺旋线，但为了加工方便，也常作成近似阿基米德螺旋线。蜗壳轴面为矩形，且 宽度不变，如图0-30所示。 在蜗壳出口附近有“舌状”结构，称为蜗舌，其作用是防止部分气流在蜗壳内 循环流动。蜗舌分为平舌、浅舌、深舌三种，如图0-31所示。它的几何形状、蜗舌 尖部的圆弧半径r′以及距叶轮的最小距离t，对风机性能、效率和噪声等均有很大的 影响。
2、回转式泵与风机
回转式泵与风机是利用一个或几个特殊形状的回转体如齿轮、螺杆或其 他形状的转子在壳体内作旋转运动来输送流体并提高其压力。图0-10为齿轮泵 示意图。图0-11为三螺杆泵示意图。