流体机械泵与风机

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1、第1章绪论1.1泵与风机在制冷空调和船舶上的应用泵与风机是将原动机（如电动机、汽轮机等）提供的机械能转换成流体的机械能，以达到输 送流体或造成流体循环流动等目的的机械。通常，把提高液体机械能的机械称为泵，把提高气 体机械能的机械称为风机。泵与风机是国民经济各个部门都广泛应用的通用机械。例如，船舶上水和油的输送；人们 日常生活中的采暖、通风、给水、排水；航空航天事业中的卫星上天、火箭升空和超音速飞机 的翱翔蓝天；农业中的排涝、灌溉；石油工业中的输油和注水；其他工业比如化学工业中高温、 腐蚀性流体的排送等都离不开泵与风机。据统计，在全国的总用电量中，有30%左右是泵与风 机耗用的，其中泵的耗电占2

2、1%左右。1.1.1在制冷空调领域的应用在中央空调系统中，必须有多台泵与风机同时配合主机工作，才能使整个系统正常运转。 作为空调冷源设备的冷水机组，其冷冻水或其他载冷剂的循环离不开冷冻水栗或载冷剂循环 泵。如果冷水机组采用的是水冷式冷凝器，冷却水泵则必不可少，同时，其附属设备冷却塔中 还要用到轴流风机；如果采用的是风冷式冷水机组，其冷凝器的强制冷却离不开风机。空调系 统中的风机除了提供送风或抽风的动力外，还用于提供新风、排放污浊空气、提供空气幕实现 冷热空气的隔离等。图1-1是一典型中央空调循环水系统的工作示意图。室气堂询机房衿却塔4蚪咚择海水上水 |素汽 制冷系统!调节隅调节阀（早室内梆水进

3、行*交揍）| 新H j图1-1中央空调循环水系统工作示意图1.1.2在船舶领域的应用船用泵是指符合船舶规范规定和船用技术条件要求的各种供船舶使用的泵。在船上它经常 被用来输送海水、淡水、污水、滑油和燃油等各种液体。为达到这一目的就需提高被输液体的 压力能、位能，或克服液体在管路中流动的阻力，因此从本质上说，泵是用来提高液体械能的 设备。船用泵在现代船舶上有着十分广泛的应用，根据其用途的不同，可分为：(1) 船舶动力装置用泵。有燃油泵、润滑油泵、海水泵、淡水泵、舵机或其他液压甲板机 的液压泵、锅炉装置的给水泵、制冷装置的冷却水泵、海水淡化装置的海水泵和凝水泵等。(2) 船舶通用泵。有舱底水泵、压

4、载水泵、消防水泵、日用淡水泵、日用海水泵、热水循 泵；还有兼作压载、消防、舱底水泵用的通用泵。(3) 特殊船舶专用泵。某些特殊用途的船舶，还设有为其特殊营运要求而设置的专用泵；例 如油轮的货油泵、挖泥船的泥浆泵、喷水推进船上的喷水推进泵、无网渔船上的捕鱼泵等，图1-2为国产CDW25-0.35电动双缸四作用往复泵。其型号含义为:C船用；D-电动； W往复泵；25额定流量(m3/h)； 0.35额定排出压力(MPa)。该泵主要由电动机、 减速器、曲柄连杆机构、阀箱、泵体及润滑油泵等组成。图1-2CDW型电动往复泵1-减速器;2,8,19,20-油管；3-联轴器;4-电机;5-曲轴;6-滑油泵;7

5、-连杆;9-十字头;10-油 盘；11-缸套；12,25-排出阀；13-固定螺栓；I4,26-吸入阀；15-活塞；16-安全阀；17-滑油箱；18-泵缸体；21-螺塞；22-十字头销；23-定位弹簧圈；24-锁紧螺帽电动机4为防滴式交流电动机，安装在泵的顶部并固定在曲柄箱上，其转向必须与机体上 的方向一致，以防自带的润滑油泵6反转而不能供油。电动机通过挠性联轴节3,再经两级齿 轮减速器1减速（也有采用皮带减速传动）后，带动曲轴5回转。曲轴为整体锻造，并由两个互 成90的曲拐组成，这样使得两个活塞相差半个行程，当某缸瞬时流量最大时，另一缸瞬时 流量却最小，而且不论曲轴在何种位置，泵缸均有液体排出

6、，这样可减小流量和耗功的波动。 曲轴由三个滚柱轴承支承，其中右侧一个是可作轴向移动的自位轴承。拆卸曲轴时必须拆卸减 速器的壳体,才能将曲轴经减速器侧的圆孔取出。连杆7的大端轴承与曲柄销相连，小端经十 字头9与活塞杆相连。这样，当电动机带动曲轴回转时，通过曲柄连杆机构将曲轴的回转运动 转变为活塞15的往复运动。曲柄连杆机构由来自中心油孔的滑油润滑。泵缸18的缸体由灰铸铁浇铸而成，内镶青铜缸套11，以防海水腐蚀。活塞由青铜制成。 在活塞外周装有活塞环以起密封作用，活塞环有金属（灰铸铁、青铜、钢）和非金属（夹布胶 木、塑料等）两类，可根据所输送液体的性质、温度和压力加以选择。当活塞环采用青铜和非 金

7、属材料时，其内侧常加衬弹簧，以增强弹力。泵出口的安全阀16安装在阀箱上，用以限制泵的最大排出压力。调整安全阀弹簧张力即 可改变其开启压力。其开启压力应为泵额定排出压力的1.1 1.15倍。当泵排出管路阀门全闭 时，安全阀的排放压力（全流压力）一般应不大于额定排出压力加0.25MPa。安全阀在泵出厂时 即经试验合格并加以铅封。1.2泵与风机的分类根据泵与风机的工作原理，通常可以将它们分类如下。1.2.1容积式容积式泵与风机在运转时，机械内部的工作容积不断发生变化，从而吸人或排出流体。按 其结构不同，又可再分为：1）往复式这种机械借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体，如活塞

8、泵 （pistonpump）等；2）回转式机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出 流体，如齿轮泵（gearpump）、螺杆泵（screwpump）等。1.2.2叶片式叶片式泵与风机的主要结构是可旋转的、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮的旋转对 流体作功，从而使流体获得能量。根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种：（1）离心式泵与风机。（2）轴流式泵与风机。（3）混流式泵与风机，这种风机是前两种的混合体。(4) 贯流式风机。1.2.3其他类型的泵与风机目转式1 ft Kfll如喷射泵(jetpump)、旋祸泵(scrollpump)、真空泵(vacu

9、umpump)等。图1-3是泵与风机 按照工作原理的分类图。i薜兼、掘力驱动泵谒流式rm按的分类mi域些的分琵应式素.卧式蒙,特子亲-齿粕装.轩泵.罗快最，潸片案根据增压能力大小，风机又可分为：(1) 低压风机:增压值小于1000Pa(100mmH20以下)。(2) 中压风机:增压值 10003000Pa(100300mmH20)。(3) 高压风机:增压值大于3000Pa(300mmH20以上)。低压和中压风机大都用于通风换气、排尘系统和空气调节系统。高压风机则用于一冶设备的强制通风及某些气力输送系统。我国还生产了许多专门用于排尘、输送煤粉、锅 风、排酸雾和防爆、防腐用的各种专用风机。1.3泵

10、与风机的主要评价参数制冷空调专业常用泵是以不可压缩的流体为工作对象的。而风机的增压程度不高(通常只 有9807Pa或1000mmH2O以下)，所以本书内容都按不可压缩流体进行论述。1.3.1泵的扬程与风机的全压和静压泵的扬程的定义是:泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值。也就单位 重量的流体通过泵所获得的有效能量，单位是m。显然，单位重量流量的流体所获得的能量增量可用流体能量方程来计算。如分别取泵或风 机的人口与出口为计算断面，如图1-4所示，列出它们的表达式可得：式中：p 一压强/Pa；Y 水的容重/ (N/m3)；U 一水流速度/(m/s)。下角“1”和“2”分别表示设备的人

11、口和出口断面的参数。两式相减，就可以求出叶轮工作时单位重量流量的流体所获得的能量增量)(1-1)图水弗的进出口断面能快示自图风机的压头(全压)系指单位体积气体通过风机所获得的能量增量，单位为Pa。由于1Pa= 里，故风机的p表示压强又称全压。m 2风机的静压p定义为风机全压减去风机出口动压，即假设Z=Z2时有式中：(p 气体密度/(kg/m3)。从上式看出：风机静压，不是风机出口的静压九，也不是风机出口与进口静压差P 2-p11.3.2流量Q单位时间内泵与风机所输送的流体量称为流量。常用体积流量表示，单位为“m3/s”或“m 3/h”。严格讲，风机的体积流量，特指风机进口处的体积流量：重量流量

12、和体积流量的关系 为（1-3）1.3.3功率及效率如前所述，泵的扬程H是指单位重量流体通过泵所获得的有效能量。所以在单位时间内通 过泵的流体所获得的总能量叫有效功率，以符号*表示。-（1-4）而风机的全压p是指单位体积气体通过风机所获得的有效能量。所以其Ne等于：（1-5）式中Y为输送液体的容重/（N/m3）；流量Q用m3/s计；扬程H以m，压头p以N/m2为单位。为表示输入的轴功率N被流体的利用程度，用泵或风机的全效率（简称效率）n来计量。即：* =此定（1-6）将式（1-6）加以变换，并用式（1-4）代入可以得到轴功率的计算式（1-7）同理，其静压效率的表达式为（1-8）通常泵或风机的效率，是由试验确定的。1.3.4转速n指泵或风机叶轮每分钟的转数即“r/min”。此外，对于泵，还有泵的比转速（或型式数）、气蚀余量（或吸上真空高度）等；对于风机， 还有风机的比转速及无因次性能参数等，这些将分别在以后的有关章节中讨论。随着科学技术 的不断进步，栗与风机正向着大容量、高转速、高效率及自动化等方向发展。