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。

一、重点、难点提示1．重点（1）功率、效率和损失（2）性能曲线（3）相似定律和比例定律（4）比转速（5）汽蚀2．难点（1）三种损失的产生原因、影响因素和减少损失的主要措施（2）如何由理论流量与理论扬程（或理论全压）性能曲线定性分析得到实际性能曲线（3）相似定律（特别是比例定律）的应用（4）比转速的概念和计算（5）汽蚀性能参数之间的关系和计算3．考核目标（1）熟知有效功率、轴功率和原动机功率的概念及计算公式，能熟练进行计算。

（2）能画出泵与风机能量平衡图，并能标示出各损失、相应效率和功率。

（3）理解三种损失产生的原因，知道各损失的大小主要与哪些因素有关，知道提高各相应效率的主要措施。

（4）知道离心式泵与风机性能曲线的典型形状和特点，知道热力发电厂主要的泵对q~曲线形状的要求。

HV（5）知道三个相似条件的含义，熟记相似定律公式，明确相似定律的使用条件，能熟练地应用比例定律进行计算，能正确地画出不同转速下的性能曲线，知道通用性能曲线的绘制方法和示意形状。

（6）理解比转速的含义，熟记比转速的计算公式，记住对比转速计算的几点说明，了解比转速的主要用途。

（7）了解风机无因次性能曲线的作用，掌握风机无因次性能参数与有因次性能参数之间的转换关系，掌握风机无因次性能曲线与有因次性能曲线之间的转换关系，能根据风机无因次性能曲线计算、选择风机的型号。

（8）理解泵发生汽蚀的主要原因，掌握泵发生汽蚀时的主要特征与危害，掌握有关汽蚀性能参数的基本概念、计算关系式，能根据泵的汽蚀性能参数计算确定泵的几何安装高度，记住泵发生汽蚀的判别式，能根据泵的汽蚀性能参数和泵的运行情况计算判断是否发生汽蚀，熟悉热力发电厂中主要泵的抗汽蚀措施。

二、知识点精析1．功率、效率和损失（1）功率功率是比较熟悉的物理参数，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。

有效功率是指单位时间内流经泵与风机的流体实际得到的能量。

轴功率是指由原动机传递到泵与风机轴上的功率，它是泵与风机的输入功率。

原动机功率又分原动机输出功率和输入功率，没有明确指明时，原动机功率是指原动机输出功率，热力发电厂中泵与风机的原动机主要是电动机，大容量机组的锅炉给水泵常采用小型汽轮机作为原动机。

泵与风机各种功率的计算式汇总如表3－1所示。

表3－1 泵与风机各种功率计算公式汇总表上述公式中流量V q 的单位均为m 3/s ，风机全压p 的单位均为P a ，计算时应注意流量和风机全压的单位。

上述公式虽然较多，但是理解了泵与风机的流量、扬程（全压）和各种功率的概念后，记忆非常简单。

在解题计算时，经常有人把泵功率计算式中的分子H gq V ρ与风机功率计算式中的分子p q V 混为一谈，虽然计算结果多数是正确的，但是这属于有关概念不清楚，因为泵没有全压p 这个性能参数，风机也没有扬程H 这个性能参数。

【例题3－1】某台IR125-100-315型热水离心泵的流量为240 m 3/h ，扬程为120m ，泵效率为77％，热水温度为80℃，密度为970kg/ m 3，试计算该泵有效功率和轴功率的大小。

解：06667.03600240==V q （m 3/s ） 该泵有效功率为：1.76100012006667.081.99701000=⨯⨯⨯=Hgq P V e ρ＝（kW ）该泵轴功率为：9.9877.01.76===ηeP P （kW ） 【例题3－2】某台离心通风机的额定参数为：流量44090 m 3/h ，全压105mmH 2O ，风机效率0.88。

采用联轴器直联传动，ηtm =0.98，取电动机容量富余系数k=1.15，问该风机应选用多大容量的电动机？解：25.12360044090==V q （m 3/s ） 1029797.9105=⨯=p （P a ）电动机的容量应为：8.1698.088.010********.1215.11000=⨯⨯⨯⨯==tm V g p q k P ηη（kW ） 说明：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，进行了上述计算后，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。

风机全压单位换算是1 mmH 2O 等于9.797P a ，工程计算时可取10P a 。

【例题3－3】某电厂循环水泵的电动机输入功率为1720 kW ，电动机效率为0.90，直联传动效率为0.98，泵的扬程为20m ，循环水的密度为1000 kg/m 3，问该循环水泵的流量为多少立方米/小时（取泵的效率为0.78）？解： 由公式gtm V g H gq P ηηηρ1000'=得： 6.0312081.91000172090.098.078.010001000'=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==gHP q g g tm V ρηηη（m 3/s ） 21712=（m 3/h ）（2）损失与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，三种损失与三种效率的关系可以用下列一组公式来表示，根据容积效率和流动效率的含义，式中还列出了容积效率与泄漏流量、流动效率与扬程（或全压）的关系。

P P P P P P P m m m m 21∆-∆-=∆-=η （3－1） VV V VT V m V m V q q q q q P P P P P ∆+==∆-∆-∆-=η （3－2） ()泵T V m e V m h V m h H H P P P P P P P P P P P =∆-∆-=∆-∆-∆-∆-∆-=η （对于风机时为T p p ） （3－3）h V m e PP ηηηη== （3－4） 机械损失包括两部分：一部分是轴承和轴封处的机械摩擦损失ΔP m ，1，主要与轴承、轴封的结构形式以及流体密度有关；另一部分是叶轮的圆盘摩擦损失ΔP m ，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。

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（对于风机由于轴向推力较小，多采用轴向推力轴承平衡轴向推力，因此一般没有这方面的泄漏），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（在多级泵的导叶中也会存在冲击损失）。

前两部分可以归并成23V q k ,即与流量的平方成正比，k 3与流道结构有关；最后一部分可以写成()24d V V q q k ，-，其中d V q ，为无冲击工况流量，k 4主要与叶片头部的形状有关。

各流动损失与流量的关系见教材中的图3－7。

圆盘摩擦损失、容积损失和流动损失与比转速的关系如图3－1所示。

对图3－1可以这样理解：随着比转速的增大，泵与风机在型式上逐渐由离心式过渡到轴流式，叶轮流道形状逐渐由窄长过渡到短而宽，叶轮轮盘相对地在逐渐减小，一方面会使圆盘摩擦损失逐渐减小，另一方面会使叶轮产生的流体压升降低，即泄漏间隙两侧的压降会降低，因而容积损失逐渐减小。

比转速较小时，由于叶轮流道窄长而且弯曲度较大，因此流动损失较大；比转速较大时，由于叶轮流道短而宽，叶片对流体的作用力变弱，流体流动容易紊乱，因此流动损失也较大，中等比转速的泵与风机才具有较低的流动损失。

从图3－1可以看出很低比转速的泵与风机其效率一般很低。

【例题3－4】单项选择题[在下列四个备选的答案中选择一个正确答案填入（ ）内] 损失比转数图3－1 三种损失与比转数的关系示意图（1）某台水泵在运行过程中，出现了轴承润滑不良，轴承处的机械摩擦比较严重，转速没有明显变化，这时相应地会出现（ ）。

A ． 流量减小、扬程降低、电动机功率增大；B ． 流量减小、扬程降低、电动机功率减小；C ． 流量减小、扬程降低、电动机功率变化不明显；D ． 流量和扬程不变、电动机功率增大。

（2）d V q ，为无冲击工况的流量，下列叙述哪一个是正确的（ ）：A ． 流量大于d V q ，时，叶片入口产生正冲击角，冲击旋涡发生在叶片非工作面；B ． 流量大于d V q ，时，叶片入口产生负冲击角，冲击旋涡发生在叶片非工作面；C ． 流量大于d V q ，时，叶片入口产生负冲击角，冲击旋涡发生在叶片工作面；D ． 流量大于d V q ，时，叶片入口产生正冲击角，冲击旋涡发生在叶片工作面。

答案：（1）D ，因为机械损失的大小与泵（或风机）的流量和扬程（或全压）无关， 即泵的有效功率不变，容积损失和流动损失也不变，轴承摩擦引起的机械损失增加必然引起轴功率的增加，因此电动机功率增大。

（2）C ，教材中有该题说明。

类似这方面的问题不应死记硬背，应充分理解基本概念：流动角β1、安装角β1e 、冲击角α，再结合不同流量时进口速度三角形和教材中的图3－6。

2．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V q 变化的关系曲线。

对于泵，这些曲线主要有：H q V -曲线、P q V -曲线、η-V q 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：p q V -曲线、st V p q -曲线、P q V -曲线、η-V q 曲线和st V q η-曲线。

其中H q V -曲线、p q V -曲线和st V p q -曲线是最主要的性能曲线，它反映着泵与风机能否满足生产过程的需要；P q V -曲线、η-V q 曲线和st V q η-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。