八-流体机械的性能曲线和运行调PPT课件.ppt
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1、 流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用第三篇 流体机械的应用第八章 流体机械的性能曲线 第十一章 泵与风机的现场技术测定线 第十章 流体机械的应用举例第九章 流体机械的选型计算1.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用第八章 流体机械的性能曲线第一节 流体机械的性能曲线 第四节 流体机械的运行调节第三节 流体机械的联合运行第二节 管路特性曲线及其工况点第五节 流体机械的旋转失速与喘振2.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用第一节 流体机械的性能曲线 泵或风机的主要性能参数有流量qV、扬程H(或全压PtF)、功率P和效率。这些参数之间有着一定的相互联系,反映这些
2、性能参数间变化关系的曲线,称为泵与风机的特性曲线。扬程与流量之间的关系曲线扬程与流量之间的关系曲线功率与流量之间的关系曲线功率与流量之间的关系曲线效率与流量之间的关系曲线效率与流量之间的关系曲线常用的特性曲线有以下三种:3.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用性能曲线的作用能直观的反映泵与风机的总体性能,对泵与风机的安全、经济运行意义重大。作为设计及修改新、老产品的依据,是相似设计的基础4.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用(一)、流量扬程曲线()理论特性曲线()由无限多叶片时的理论能头可得:显然,这是一个直线方程,和呈直线关系变化,且直线的斜率由a a 来确定,。一
3、、离心式泵与风机的性能曲线5.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用对于三种叶型分别为:u后弯式叶轮当增大时,减小,流量扬程关系曲线是一条向下倾斜的直线。B0u径向式叶轮B0当增大时,减小,流量扬程关系曲线是一条水平的直线。u前弯式叶轮 当增大时,减小,流量扬程关系曲线是一条向上倾斜的直线。前弯式径向式后弯式6.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用实际特性曲线以上的直线为理想状况的流量扬程性能曲线,由于考虑到有限叶片数和流体粘性的影响,需对上述曲线进行修正。考虑滑移系数HT=KHT 考虑叶轮中流动损失考虑叶轮中冲击损失考虑叶轮中泄漏损失qVT-q=qVqVOHT-qVTH
4、T-qVTH-qVThf+hjhsH-qVqqVd7.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用常用的泵或风机实际压头曲线有三种类型:陡降型、缓降型与驼峰型qVu 陡降型性能曲线的泵或风机宜用于流量变化较小的情况。u 缓降型曲线的泵或风机可用于流量变化大而要求压头变化不大的情况。u 具有驼峰型性能曲线的泵或风机,可能出现不稳定工况。这种不稳定工况是应避免的。陡降型缓降型驼峰型8.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用(二)、流量-功率特性曲线1.理论特性曲线假设没有能量损失,理论轴功率等于有效功率 式中 可见对于不同的2 2值具有不同形状的曲线,当qVT=0时。三种叶轮的理论功
5、率都等于零,理论功率曲线都交于原点。9.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用u 对于径向式叶轮 u 对于前弯式叶轮 u 对于后弯式叶轮 理论功率曲线是一条直线。理论功率曲线是向上凹的二次曲线。理论功率曲线是向下凹的二次曲线。PTqVT10.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 根据以上分析,可以定性地说明不同叶型的泵或风机性能曲线的变化趋势,对于研究实际性能曲线是很有意义的。同时理论性能曲线还可以解释泵或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。1
6、1.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用2.实际特性曲线由于存在机械损失,实际轴功率大于理论功率。u以后弯式叶片为例,由上式可知,在理论功率性能曲线上加上机械损失功率 Pm 即得理论流量的特性曲线。(Pm随流量变化很小,可以认为是一恒定的值)说明:PqVqu再考虑容积损失的影响,再考虑容积损失的影响 P-qVT理论的P-qV曲线 PmPv12.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用(三)、流量效率特性曲线.理论特性曲线在理想条件下,各项损失为零,因此效率恒为100%。.实际特性曲线泵或风机的效率曲线,可由扬程曲线及功率曲线计算出来,即13.流体机械原理、设计及应用流体机械
7、原理、设计及应用由上式可见,当qV=0和H=0时,都等于零。因此,-H-H曲线是一条通过坐标原点与横坐标轴相交于两点的曲线.这是理论分析的结果,实际上-H性能曲线不可能下降到与横坐标轴相交,因而曲线也不可能与横坐标轴相交.实际的性能曲线位于理论曲线的下放。曲线上最高效率点即为泵或风机的设计工况点。泵或风机在此工况下工作最经济,能量损失最小。一般以maxmax作为高效区,只要在此范围内工作,就认为是经济的。qVmax理论实际maxqVd 效率曲线14.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用(四)、性能曲线的分析1.最佳工况点和经济工作区u 当qV=0时,实际功率并不等于零。因为空载运转
8、时,机械摩擦损失仍然存在。一般离心式泵或风机的实际功率随流量加大而增大,空载功率最小,所以离心式泵或风机应空载启动,以免电机超载。u若现场的凝结泵和给水泵闭阀启动,则这部分功率将导致泵内水温有较大的温升,易产生泵内汽蚀,故凝结泵凝结泵和给水泵不允许空载运行和给水泵不允许空载运行。2.离心泵的空载起动和防止汽蚀15.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用3.离心式泵与风机性能曲线的比较 对前向式和径向式叶轮,能头性能曲线为一具有驼峰的或呈型的曲线,且随 2a 曲线弯曲程度。K点左侧为不稳定工作区。对对后后向向式式叶叶轮轮,能头曲线总的趋势一般是随着流量的增加能头逐渐降低,不会出现型。u
9、H-qV 性能曲线的比较16.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。常见的有陡陡降型降型、平坦型平坦型和驼峰型驼峰型三种基本类型。陡降型缓降型驼峰型qV17.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 (1 1)陡降型曲线)陡降型曲线 其特点是:当流量变化很小时能头变化很大。例如火力 发电厂自江河、水库取水的循环水泵,就希望有这样的工作性能。因为,随着季节的变化,江河、水库的水位涨落差非常大,同时水的清洁度也发生变化,均会影响到循环水泵的工作性能(扬程),因而要求循环水泵应具有当扬程变化较大时而流量变化较小的特性。18.流体机械原理、设计
10、及应用流体机械原理、设计及应用 (2 2)平坦型曲线)平坦型曲线 其特特点点是是:当当流流量量变变化化较较大大时时,能能头头变变化化很很小小。如如火火力力发电厂的给水泵、凝结水泵发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。因为,汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的,特别是对调峰机组,负荷变化更大。但是,由于主机安全经济性的要求,汽包的压强或凝汽器内的压强变化不能太大,因而要求给水泵、凝结水泵应具有流量变化很大时,扬程变化不大的特性。19.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用 (3 3)有驼峰的性能曲线)有驼峰的性能曲线 其特点是:在峰值点 左侧出现不稳定工作区,故设计时应尽量避免
11、这种情况,或尽量减小不稳定区。经验证明,对离心式泵合理的选择叶片安装角2a 和叶片数z,可以避免性能曲线中的驼峰。20.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用uP-qV 性能曲线的比较前前向向式式、径径向向式式叶叶轮轮的的轴轴功功率率随随流流量量的的增增加加迅迅速速上上升升。当泵与风机工作在大于额定流量时,原动机易过载。而而后后向向式式叶叶轮轮的的轴轴功功率率随随流流量量的的增增加加变变化化缓缓慢慢,且且在在大大流流量量区区变变化化不不大大。因而当泵与风机工作在大于额定流量时,原动机不易过载。21.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用u -qV 性能曲线的比较前向式叶轮的
12、效率较低,但在额定流量附近,效率下降较慢;后后向向式式叶叶轮轮的的效效率率较较高高,但但高高效效区区较较窄窄;而径向式叶轮的效率居中。因此,为了提高效率,泵几乎不采用前向式叶轮,而采用后向式叶轮。即使对于风机,也趋向于采用效率较高的后向式叶轮。22.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用二、轴流式泵与风机性能曲线1 1、性能曲线的趋势分析 冲角增加,曲线上升;叶顶和叶根分别出现二次回流,曲线回升。边界层分离,叶根出现回流,曲线下降,但趋势较缓;2 2、性能曲线的特点 存在不稳定工作区,曲线形状呈型;空载易过载;高效区窄。23.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用3.离心式
13、、混流式及轴流式泵与风机性能曲线的比较 H-qV 性能曲线的比较 离心式泵与风机的H-qV 曲线比较平坦,而混流式、轴流式泵与风机的H-qV曲线比较陡。因此,前者适用于流量变化时要求能头变化不大的场合,而后者宜用于当能头变化大时要求流量变化不大的场合。24.流体机械原理、设计及应用流体机械原理、设计及应用P-qV 性能曲线的比较离心式和轴流式泵与风机的P-qV 曲线随着流量的增加其变化趋势刚好相反,前者呈上升趋势,而后者则急剧下降。因此,为了减小原动机容量和避免启动电流过大,启动时,轴流式泵与风机阀门应处于全开状态,而离心式泵与风机阀门则原则上应处于关闭状态。25.流体机械原理、设计及应用流体
14、机械原理、设计及应用 -qV 性能曲线的比较为了克服轴流式泵与风机轴功率变化急剧和高效区窄的缺点,提高调节效率,常常将其叶轮叶片设计成可调的。这样,当流量变化时,通过调节叶轮叶片的角度,使轴流式泵与风机仍具有比较高的效率。26.流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用第二节 管路特性曲线及工作点一、管路系统性能曲线 流量计调阀阀门真空计p”pHZ压强表泵泵的系统装置对于泵Hst-称为管路系统的静能头;即,管路系统的静能头为零。对于风机 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用HcqVHz泵的管网特性曲线图PcqV风机的管网特性曲线图 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用
15、应用二、工作点1 1、同比例的性能曲线的交点;2 2、实质:反映了两者的能量供与求的平衡关系。HcqV泵性能曲线管网特性曲线qVMHMM 流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用三、运行工况点的稳定性泵运行工况点的稳定性KOqVHMHc-qVH-qV1 1、稳定工况点条件是:2 2、不稳定工况点条件是:3 3、有驼峰不稳定工作区喘振。注意:具有驼蜂形性能曲线的泵或风机运行时会出现不稳定工况点,对于这一类泵或风机应使工况点保持在曲线的下降段,以保证运行的稳定性。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用第三节 流体机械的联合工作u设计制造一台新的高压泵或风机比较闲难,而现有的泵或风
16、机的容量已足够,只是扬程不够时。一、串联运行u在改建或扩建后的管道阻力加大,要求提高扬程以输出较多流量时。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 3、串联运行的特点:串联各泵所输送的流量均相等;而串联后的总扬程为串联各泵所产生的扬程之和。即:2、串联运行的目的:一般来说,泵串联运行的主要目的是提高扬程,但实际应用中还有安全、经济的作用。1、什么是串联运行:前一台泵向后一台泵的入口输送流体的运行方式。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用CHc-qVH-qV、MBBBqVBqVM2M2qVHO同性能泵串联运行M1qVHO不同性能泵串联运行4、串联运行工况点 5、串联运行时应注
17、意的问题 2 2 安全性:安全性:经常串联运行的泵,应由qVmaxHg(或Hd)防止汽蚀;对于离心泵和轴流泵,应按Pshmax Pgr 驱动电机不致过载。1 1 宜适场合:宜适场合:Hc-qV 较陡,H-qV 较平坦。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 4 4 启动程序启动程序(离心泵):启动时,首先必须把两台泵的出口阀门都关闭,启动第一台,然后开启第一台泵的出口阀门;在第二台泵出口阀门关闭的情况下再启动第二台。3 3 经济性:经济性:对经常串联运行的泵,应使各泵最佳工况点的流量相等或接近。在选择设备时,按C点选择泵。5 5 泵的结构强度:泵的结构强度:由于后一台泵需要承受前一台
18、泵的升压,故选择泵时,应考虑到两台泵结构强度的不同。6 6 串联台数:串联台数:串联运行要比单机运行的效果差,由于运行调节复杂,一般泵限两台串联运行;由于风机串联运行的操作可靠性差,故一般不采用串联运行方式。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用二、并联运行(以泵为例)u 当扩建机组,相应需要的流量增大,而原有的泵与风机仍可以使用时。u 电厂中为了避免一台泵或风机的事故影响主机主炉停运时.u 由于外界负荷变化很大流量变化幅度相应很大为了发挥泵与风机的经济效果,使其能在高效率范围内工作,往往采用两台或数台并联工作,以增减运行台数来适应外界负荷变化的要求时。流体机械原理、设计及流体机械原
19、理、设计及应用应用 并联各泵所产生的扬程均相等;而并联后的总流量为并联各泵所输送的流量之和。即:1、什么是并联运行:两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体时的运行方式。2、并联运行的目的:一般来说,并联运行的主要目的包括:增大流量;台数调节;一台设备故障时,启动备用设备。3、并联运行的特点 泵并联后的性能曲线的作法:把并联各泵的性能曲线H-qV上同一扬程点的流量值相加。流体机械原理、设计及流体机械原理、设计及应用应用 4、并联运行工况点qVChEO-qVhFO-qV B 2 B 1 B2B1CqVBBqVMMMHc-qVH-qVqVHO同性能泵并联运行H(m)qVO不同性能泵并联运行EFO
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