比轉數

物理公式之一

比轉數是在一系列各種流量、風壓(或揚程)的風機或水泵中,假想一標準風機或水泵,標準風機產生的風壓為9.81Pa。風量為1m3/s;標準水泵的揚程為1m,流量為75L/s(升/秒)。

基本概念


比轉數的定義圖
比轉數的定義圖
什麼是比轉數?(Specific speed) 比轉數又稱比轉速,
在設計風機或水泵時,常從相似理論中引伸出一個綜合性參數——比轉數。比轉數是在
一系列各種流量、風壓(或揚程)的風機或水泵中,假想一標準風機或水泵,標準風機產生的風壓為9.81Pa。風量為1m3/s;標準水泵的揚程為1m,流量為75L/s(升/秒)。此時,風機或水泵應該具有的轉數即為比轉數ns。凡以此標準相似比例製造的風機(或水泵),都稱為這個比轉數ns系列風機(或水泵)。
比轉數較全面地反映了風機(或水泵)的特性,綜合了風機(或水泵)的流量、全壓、轉速三者之間的關係。比轉數大,說明風機(或水泵)在同流量下,風壓(或揚程)低;比轉數小,說明風機(或水泵)在同流量下,風壓(或揚程)高。
對於同系列相似的風機,不論其尺寸大小,其比轉數是相等的。不同系列相似的風機有不同的比轉數。比如,離心式風機的比轉數一般小於軸流式風機的比轉數。

公式定義


比轉數與葉輪型的關係圖
比轉數與葉輪型的關係圖
水輪機動力式泵通風機透平機械常用的一個重要參數,又稱比轉速。比轉數的概念最早在研究水輪機時引用,以後又廣泛應用於動力式泵和通風機。由於各國採用的計量單位不同,比轉數定義和計算得到的比轉數值也不相同。表1表示中國對比轉數的定義。表中 n為轉速(轉/分); qV為流量(立方米/秒); N為功率(千瓦); H為水輪機的水頭或泵的揚程(米); p為全壓(帕)。①水輪機的比轉數在數值上等於幾何相似的水輪機在1米水頭下發出1千瓦功率時的轉速。幾何相似是指兩機器通流部分所有對應尺寸之比為常數,對應角度相等。②泵的比轉數在數值上等於幾何相似的泵在流量為0.075立方米/秒、揚程達1米時的轉數。③通風機的比轉數在數值上等於幾何相似的通風機在全壓為1帕,流量為1立方米/秒時的轉速。比轉數並不具有轉速的物理概念,它是由相似條件得出的一個綜合性參數,但它本身不是相似準則。保持相似的兩台機器,比轉數相等;然而兩機器比轉數相等卻不一定相似。比轉數隨運行工況而變,一般所指的機器比轉數是按最高效率點或額定工況點的參數計算的。

主要分類


比轉數可以作為機器分類、系列化和相似設計的依據。比轉數小反映機器的流量小,全壓(或揚程、水頭)高;反之,比轉數大則機器的流量大,全壓(或揚程、水頭)低。前者適合離心式,後者適合軸流式,混流式(斜流式)介於兩者之間,所以可用比轉數大小劃分機器類型。在設計機器時先按給定的參數計算比轉數,再根據比轉數大小決定機器類型。
比轉數大小也反映葉輪的形狀。表2為不同類型泵的比轉數與葉輪形狀的關係。比轉數越大葉輪外徑就越小,而寬度越大。反之,比轉數越小,則葉輪外徑越大,寬度越小。在一定流量和全壓(或揚程、水頭)下,比轉數與機器轉速成正比。提高轉速可減小葉輪外徑,增加寬度;而降低轉速,則須增加葉輪外徑,減小寬度。
在編製機器系列時,適當地選擇流量、全壓(揚程、水頭)和轉速的組合,可使比轉數在系列型譜上均勻分佈。以比轉數為基礎安排機器系列,可大大減少機器模型的數目。在進行機器的相似設計時,可選擇1台比轉數相等或接近的、性能良好的機器作為模型機器,再將模型機器的幾何尺寸按比例放大或縮小,得到新機器的幾何尺寸。