泵与风机的损失与效率

泵与风机内流体的实际流动并非理想过程,即运行中存在损失,按其产生原因分为三类:水力损失、容积损失和机械损失。研究机内损失问题,可以进一步将上述泵或风机的理论特性曲线过渡到实际的特性曲线。由于流动情况十分复杂,现在还不能精确计算这些损失,但从理论上分析这些损失,指出其产生的原因和影响因素,可以找出减少损失的途径,提高工作效率。

(1)水力损失　流体流经泵或风机时,必然产生水力损失。这种损失同样也包括局部水头损失和沿程水头损失。水力损失的大小与过流部件的几何形状、壁面粗糙度以及流体的黏性密切相关。主要由进口损失ΔH 1、撞击损失ΔH 2和叶轮中的水力损失ΔH 3组成。于是,总水力损失ΔH=ΔH 1+ΔH 2+ΔH 3。

水力损失常以水力效率ηH来衡量,则

式中,H为泵或风机的实际扬程。

(2)容积损失(或泄漏损失)　由于运动部件和固定部件之间存在着间隙,因此叶轮工作时,间隙两侧的压力差会使流体从高压区通过缝隙泄漏到低压区。这部分回流到低压区的流体流经叶轮时,显然也获得了能量,但未能有效利用。回流量的多少取决于叶轮增压大小,取决于固定部件与运动部件间的密封性能和缝隙的几何形状。对于离心泵来说,还有流过为平衡轴向推力而设置的平衡孔的泄漏回流量等。通常用容积效率ηV来表示容积损失的大小。如以q表示泄漏的总回流量,则式中,Q为泵或风机的实际流量。

(3)机械损失　泵与风机的机械损失包括轴承和轴封的摩擦损失,还包括叶轮转动时其外表与机壳内流体之间发生的所谓圆盘摩擦损失。泵的机械损失中圆盘摩擦损失常占主要部分,圆盘损失与叶轮外径、转速以及圆盘外侧与机壳内侧的粗糙度等因素有关。叶轮外径越大,转速越大,则圆盘损失越大。

泵或风机的机械损失常用机械效率ηm来表示

式中,ΔN m表示轴承、轴封和圆盘摩擦在内的机械损失功率;N eT表示理论有效功率。

(4)泵与风机的总效率　泵与风机的总效率等于实际有效功率与轴功率之比,即

由此可见泵与风机的总效率等于机械效率、容积效率与水力效率三者的乘积。通常情况下,离心式泵的总效率约为60%~90%,离心式风机的总效率约为50%~90%。