水泵与水泵站(水利) (2).ppt

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1、“十五”国家级规划教材 水泵及水泵站水泵及水泵站 (第三版)主编 刘竹溪 刘景植 中国水利水电出版社中国水利水电出版社 绪 论 一、水泵定义:水泵是输送和提升液体的机器。它是把原动机的机械能传递给被输送液体，使液体获得动能或势能的增加从而被提升或者被输送的机械。第一节 水泵及水泵站的作用和地位 n n二、二、二、二、水泵应用水泵应用水泵应用水泵应用:广泛应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以广泛应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等国民经济的各个部门。及农林等国民经济的各个部门。n n三、三、水泵在城市给排水工程中的应用：水泵在城市给排水工程中的应用：水泵在城市给排水工程中的应

2、用：水泵在城市给排水工程中的应用：城市给排水系统工艺基本流程：城市给排水系统工艺基本流程：城市给水和排水系统工艺基本流程n n四、四、四、四、水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用n n1 1、灌溉泵站、灌溉泵站 2 2、排涝泵站、排涝泵站 3 3、灌排、灌排结合结合第二节 国内外机电排灌事业发展概况（自行阅读）第一章第一章 泵的基础知识泵的基础知识n n第一节 泵的定义和分类n n一、泵的定义：n n二、水泵分类：水泵按其作用原理可分为以下 三类三类：n n(1)叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的

3、叶轮高速旋转而完成的。属于这一类的有离心泵、轴流泵、混流泵 n n(2)(2)容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的周期性改变来完成的。一般使工作作室容积的周期性改变来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。如：喷雾器等如：喷雾器等 n n容积泵的特点是工作流量稳定，基本不受工作压力变化的影响，常用来做为计量泵使用。n n(3)其它类型水泵：这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。属于这一类螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵。三、叶片式水泵的分类与型号n n叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋

4、转来完成能量的转叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转换和传递的。叶轮叶片的形状则影响着水泵对水流换和传递的。叶轮叶片的形状则影响着水泵对水流换和传递的。叶轮叶片的形状则影响着水泵对水流换和传递的。叶轮叶片的形状则影响着水泵对水流的作用力及水流的出流方向，根据叶轮出水的水流的作用力及水流的出流方向，根据叶轮出水的水流的作用力及水流的出流方向，根据叶轮出水的水流的作用力及水流的出流方向，根据叶轮出水的水流方向的不同可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和方向的不同可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和方向的不同可

5、将叶片式水泵分为径向流、轴向流和方向的不同可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流斜向流斜向流斜向流3 3种。种。种。种。n n来看一下这三种不同情况下，来看一下这三种不同情况下，来看一下这三种不同情况下，来看一下这三种不同情况下，叶片式水泵图叶片式水泵图n na,离心泵：叶轮出流方向为径向，叶轮叶片对水流的作用力为离心力。n nb,轴流泵：叶轮出流方向为轴向，液体质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力。n nc,混流泵：叶轮出流方向为斜向，它是上述两种叶轮的过渡形式，液体质点在这种水泵叶轮中流动时既受离心力的作用，又有轴向升力的作用。n n再来认识一下这几种水泵的外形:单级单吸式离心泵 单级

6、双吸式离心泵大型单级双吸式离心泵卧式蜗壳式混流泵轴流泵轴流泵混流泵四、四、叶片泵的叶片泵的工作工作原理原理n n1 1，离心泵的工作原理：离心泵在启动之前，应先，离心泵的工作原理：离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，然后，驱动电机，使用水灌满泵壳和吸水管道，然后，驱动电机，使叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入水作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入水泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。在泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。在这同时，水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真这同时，水泵叶轮中心

7、处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大气压力作用下，沿吸水空，吸水池中的水便在大气压力作用下，沿吸水管而源源不断地流入叶轮吸水口，又受到高速转管而源源不断地流入叶轮吸水口，又受到高速转动叶轮的作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这动叶轮的作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这样，就形成了离心泵的连续输水样，就形成了离心泵的连续输水 。离心泵的工作原理n n2 2 2 2，轴流泵轴流泵轴流泵轴流泵的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 空气动力学中机翼的升力理论空气动力学中机翼的升力理论空气动力学中机翼的升力理论空气动力学中机翼的升力理论P PB BA AP Pn n3 3 3 3，混流泵的工作

8、原理混流泵的工作原理混流泵的工作原理混流泵的工作原理第二节第二节第二节第二节 叶片叶片叶片叶片泵泵泵泵的的的的主要零部件主要零部件主要零部件主要零部件n n本节主要介绍离心泵与轴流泵的主要部件。本节主要介绍离心泵与轴流泵的主要部件。n n一、离心泵的主要零部件一、离心泵的主要零部件n n离心泵的部件离心泵的部件组成组成组成组成主要有：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴主要有：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平衡装置封装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平衡装置。n n1 1，叶轮叶轮n n叶轮的作用叶轮的作用n n叶轮是离心泵最重要的部件，通常由盖板、叶片、轮毂等叶轮是

9、离心泵最重要的部件，通常由盖板、叶片、轮毂等组成组成a,单吸式叶轮 1-前盖板；2一后盖板；3一叶片 4一叶槽；5一吸入口；6轮毂；7泵轴b,双吸式叶轮 1-吸入口；2一轮盖；3一叶片 4一轮毂；5一轴孔叶轮按其叶轮按其叶轮按其叶轮按其盖板盖板盖板盖板情况可分封闭式叶轮、敞开式叶情况可分封闭式叶轮、敞开式叶情况可分封闭式叶轮、敞开式叶情况可分封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮轮和半开式叶轮轮和半开式叶轮轮和半开式叶轮3 3种形式种形式种形式种形式 封闭式封闭式封闭式封闭式开敞式开敞式开敞式开敞式半开敞式半开敞式半开敞式半开敞式2、泵 轴n n泵轴是泵轴是用来支承和固定用来支承和固定并带动叶轮旋

10、转的，常用材并带动叶轮旋转的，常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度抗扭强度和和足够的刚度足够的刚度，其挠度不超过允许值；工作转速不能，其挠度不超过允许值；工作转速不能接近产生共振现象的临界转速。接近产生共振现象的临界转速。3、泵、泵 壳壳 泵壳一般由泵盖、壳体（蜗壳）、出水接管组成泵壳的作用：1，使水流平顺地进入叶轮2，汇集叶轮甩出的流体 泵壳通常铸成泵壳通常铸成蜗壳形蜗壳形，其过水部分要求有良，其过水部分要求有良好的水力条件。泵壳顶上设有充水和放气好的水力条件。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在水泵起动前用来充水及排的螺孔，以便在水泵起动前用来

11、充水及排走泵壳内的空气。走泵壳内的空气。泵壳的材料一般有铸铁、铸钢、不锈钢等泵壳的材料一般有铸铁、铸钢、不锈钢等4、泵座泵座 n n泵座的作用是用来支承和固定水泵的。n n泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。n n上述的零件中，叶轮和泵轴是离心泵中的转动部件，泵壳和泵座是离心泵中的固定部件。n n轴封装置位于泵轴穿过泵壳处，作用是密封水泵的转动部件和固定部件之间的间隙，防止水泵内的高压水（单吸式离心水泵、混流泵、轴流泵）向泵外泄漏，或者是为了防止泵外的空气向泵内渗入（双吸式离心泵）破坏水泵进水口处的真空状态。n n轴封装置主要有两种形式：填料密封和机械密封。n n（1）填料密封装置也称填料盒（

12、见构造示意图）。5、轴封装置、轴封装置叶轮叶轮水泵水泵轴轴固定部固定部分与转分与转动部分动部分的间隙的间隙 n n（2）机械密封也称端面密封。6、减漏环减漏环 n n减漏环位于叶轮吸入减漏环位于叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁口的外圆与泵壳内壁的接缝处的接缝处减漏减漏环环减漏减漏环环 n n减漏环的作用是减少回流损失，同时承受磨损，所以也称为承磨环。由于其位于水泵叶轮的进口处，也称为口环。n n7、轴承体n n支承水泵的转动部分（叶轮和泵轴）n n8、联轴器n n将原动机械和水泵的轴联接起来的装置n n原动机械与水泵之间的联接和传动方式一般有：n n（1）皮带传动（皮带轮、皮带）n n（2）联轴器传

13、动（弹性联轴器、刚性联轴器）n n9 9、轴向力平衡装置轴向力平衡装置 平衡孔平衡孔1 1 排出压力；排出压力；2 2加装的减漏环加装的减漏环3 3平衡孔；平衡孔；4 4泵壳上的减漏环泵壳上的减漏环二、轴流泵的主要部件二、轴流泵的主要部件第三节第三节 机电排灌常用泵的典机电排灌常用泵的典型结构型结构n n一、离心泵的典型结构型式n n离心泵：按吸水方式分-单吸式与双吸式n n按叶轮个数分-单级和多级1 1，单级单吸卧式离心泵的基本构造单级单吸卧式离心泵的基本构造单级单吸卧式离心泵的基本构造单级单吸卧式离心泵的基本构造 单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵1一叶轮，一叶轮，2一泵轴；一泵轴；3一

14、键，一键，4一泵壳，一泵壳，5一泵座一泵座6一灌水孔，一灌水孔，7一放水孔：一放水孔：8一接真空表孔，一接真空表孔，9一接压力表孔，一接压力表孔，10一泄水孔，一泄水孔，1l一填料盒，一填料盒，12一减漏环，一减漏环，13一轴承座，一轴承座，14压盖调节螺栓，压盖调节螺栓，15传动轮（皮带轮或联轴器）传动轮（皮带轮或联轴器）单级单吸式离心泵2，单级双吸式离心泵的构造单级双吸式离心泵的构造单级双吸离心泵结构图单级双吸离心泵结构图1 1泵体；泵体；2 2 泵盖；泵盖；3 3叶轮；叶轮；4 4泵轴；泵轴；5 5密度封环；密度封环；6 6轴套：轴套：7 7填料盒；填料盒；8 8填料；填料；9 9水封环

15、；水封环；1010压盖；压盖；1111轴套螺母：轴套螺母：1212轴承体；轴承体；1313固定螺固定螺钉；钉；1414轴承体压盖；轴承体压盖；1515滚动轴承；滚动轴承；1616联轴器；联轴器；1717轴承端；轴承端；1818挡挡水圈；水圈；1919螺杆；螺杆；2020键键单级双吸式离心泵3，多级泵多级泵n n多级泵是指一个泵轴上串装两个以上的叶轮的水泵，叶轮的个数即为水泵的级数。二、轴流泵的典型结构二、轴流泵的典型结构n n轴流泵主要有立式、卧式和斜式三种结构形式n n轴流泵的叶片的安装形式有固定式、半调节式和全调节式三种，固定式主要用于小口径的轴流泵（小于300mm）三、三、混流泵的典型结

16、构混流泵的典型结构n n混流泵混流泵根据其压水室的不同，通常可分为蜗壳式和根据其压水室的不同，通常可分为蜗壳式和导叶式两种导叶式两种。n n蜗壳式与单吸式离心泵蜗壳式与单吸式离心泵相似相似n n导叶式与立式轴流似导叶式与立式轴流似。n n工作原理：介于离心泵和轴流泵之间。工作原理：介于离心泵和轴流泵之间。混流泵混流泵第四节 泵的基本性能参数n n水泵的水泵的6 6个性能参数个性能参数：1 1、流量、流量(抽水量抽水量)水泵在单位时间内所输水泵在单位时间内所输送的液体数量送的液体数量。用字母用字母Q Q表示，常用的体积流量单位是表示，常用的体积流量单位是m m3 3h h或或L Ls s。常用的

17、重量流量单位是。常用的重量流量单位是t th h。2 2、扬程、扬程(总扬程总扬程)水泵对单位重量水泵对单位重量(1kg)(1kg)液体所液体所作功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增作功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。用字母值。用字母H H表示，其单位为表示，其单位为kgkg m mkgkg，也可折，也可折算成被送液体的液柱高度算成被送液体的液柱高度(m)(m)；工程中用国际压力；工程中用国际压力单位帕斯卡单位帕斯卡(Pa)(Pa)表示表示 。n n3 3、轴功率、轴功率泵轴得自原动机所传递来的泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以功率称为轴功率，以N N表示。表示。原动机为

18、电力拖动时，轴功率单位以原动机为电力拖动时，轴功率单位以kwkw表示。表示。有效功率有效功率单位时间内流过水泵的液单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率，以体从水泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母字母N Nu u表示泵的有效功率为表示泵的有效功率为n n4 4、效率、效率水泵的有效功率与轴功率之比水泵的有效功率与轴功率之比值，以值，以表示。表示。t t：运行时间：运行时间h h 1 1：水泵的效率：水泵的效率 2 2：电机的效率：电机的效率)(10221kwhtQHW=hhgNNu=hn n例：某水厂取水泵站，供水量例：某水厂取水泵站，供水量Q Q8.648.6410104

19、 4m m3 3d d，扬程，扬程H=30mH=30m；水泵及电机的；水泵及电机的效率均为效率均为7070，则该泵站工作，则该泵站工作10h10h其电耗值其电耗值？n n 5 5、转速、转速水泵叶轮的转动速度，通常以每水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示，以字母分钟转动的次数来表示，以字母n n表示表示n n常用单位为常用单位为r rmin(rpm)min(rpm)。n n在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次次min)min)n n6.6.允许吸上真空高度允许吸上真空高度(Hs)(Hs)及气蚀余量及气蚀余量(Hsv)(Hsv)允许吸上

20、真空高度允许吸上真空高度(Hs)(Hs)指水泵在标准状指水泵在标准状况下况下(即水温为即水温为2020、表面压力为一个标推大、表面压力为一个标推大气压气压)运转时，水泵所允许的最大的吸上真空运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度高度 (即水泵吸入口的最大真空度即水泵吸入口的最大真空度)。单位为。单位为mHmH2 20 0。水泵厂一般常用。水泵厂一般常用HsHs来反映离心泵的吸水来反映离心泵的吸水性能。性能。气蚀余量气蚀余量(Hsv)(Hsv)指水泵进口处，单位重指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。量液体所具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流泵

21、、锅炉水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流泵、锅炉给水泵等的吸水性能。单位为给水泵等的吸水性能。单位为mHmH2 20 0。气蚀余量。气蚀余量在水泵样本中也有以在水泵样本中也有以hh来表示的。来表示的。水泵的铭牌水泵的铭牌水泵的铭牌水泵的铭牌型号型号:12SH-28A扬程：扬程：10m流量：流量：684m3/h转数：转数：1450r/min效率：效率：78%轴功率：轴功率：28kW允许吸上允许吸上真空高度：真空高度：4.5m总量：总量：660kg水泵型号水泵型号 水泵种类水泵种类水泵种类水泵种类型号举例型号举例型号举例型号举例型号说明型号说明型号说明型号说明备备备备注注注注轴轴轴轴流流流流泵泵泵泵

22、半调半调半调半调节轴节轴节轴节轴流泵流泵流泵流泵900ZLB-70900ZLB-70900ZLB-70900ZLB-7036ZLB-7036ZLB-7036ZLB-7036ZLB-70ZLB ZLB ZLB ZLB 立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵900-900-900-900-泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，mmmmmmmm70 -70 -70 -70 -水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为70070070070036 36 36 36 泵出口直径泵出口直径泵出口直径泵出口直径,in,in,in,in全调全调全调全调节轴节轴节轴节轴

23、流泵流泵流泵流泵1200ZLQ-1001200ZLQ-1001200ZLQ-1001200ZLQ-100ZLQ-ZLQ-ZLQ-ZLQ-立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵1200 1200 1200 1200 泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，mmmmmmmm100-100-100-100-水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为100010001000100048ZLQ-10048ZLQ-10048ZLQ-10048ZLQ-1004848-泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，inininin第二章 叶片泵的基本理论n n离心泵的

24、基本方程式是反映离心泵的扬程与离心泵叶轮中流体运动状况之间的关系的n n在下面的讨论中我们以离心泵为例进行分析,得到的结论对所有叶片泵都适用n n首先来分析一下离心泵叶轮中流体的运动情况,来看一下离心泵的抽水过程:离心泵的工作过程n n第一节第一节第一节第一节 离心泵的叶片理论离心泵的叶片理论离心泵的叶片理论离心泵的叶片理论n n1 1 1 1、速度矢量三角形速度矢量三角形速度矢量三角形速度矢量三角形(1)(1)相对速度相对速度uWCCWu+=圆周速度圆周速度绝对速度绝对速度即即:(2)(2)速度矢量三角形速度矢量三角形(牵连速度牵连速度)(3)(3)绝对速度的切向分绝对速度的切向分速度速度C

25、uCu和法向分速度和法向分速度CrCr叶轮出口速度三角形叶轮出口速度三角形法向分速度Cr切向分速度Cu C与u的夹角 C与W的夹角222222cotcosbaruCuCC-=222sinaCCr=（a)a)后弯式后弯式(9090)（b)b)径向式径向式(90)（c)c)前弯式前弯式(90)按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种:n n2 2 2 2、基本基本基本基本方程式的推导方程式的推导方程式的推导方程式的推导三点假定三点假定三点假定三点假定：(1)(1)(1)(1)液流是恒定流；液流是恒定流；液流是恒定流；液流是恒定流；(2)(2)(2)(2)叶槽中，

26、液流均匀一致，叶轮同半径处液流的叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的同名速度相等。同名速度相等。同名速度相等。同名速度相等。(3)(3)(3)(3)液流为理想液体，也即无粘滞性液流为理想液体，也即无粘滞性液流为理想液体，也即无粘滞性液流为理想液体，也即无粘滞性。n n(1)(1)(1)(1)质点的动量矩与动量矩定律质点的动量矩与动量矩定律质点的动量矩与动量矩定律质点的动量矩与动量矩定律n n质点的动量矩质点的动量矩质点的动量矩质点的动量矩 L=m V*R,L=m V*R,L=m V*R,L=m V*R,则作用在

27、质点上的所有外力对则作用在质点上的所有外力对则作用在质点上的所有外力对则作用在质点上的所有外力对转动中心转动中心转动中心转动中心O O O O的力矩的力矩的力矩的力矩MoMoMoMo为：为：为：为：n n(2)(2)(2)(2)外力矩外力矩外力矩外力矩M M M M与功率与功率与功率与功率N N N N的关系的关系的关系的关系n n W=FW=F S S 或或或或 dW=FdW=FdS=FS=FRdRd n n 而而而而:M=F:M=F:M=F:M=FR,R,dW=MdW=M d d Mo=dLdtN=dWdt=Md dt=M(3)叶轮中液体的动量矩与功率：叶轮中液体的动量矩与功率：取一个叶轮

28、流槽来进行分析叶轮中液流质点动量矩的变化取一个叶轮流槽来进行分析叶轮中液流质点动量矩的变化1 1、按动量矩定理可得、按动量矩定理可得:2 2、等式两边同乘以角速度、等式两边同乘以角速度:M=QT(C2uR2-C1uR1)=Nh代入化简后得到代入化简后得到:C C2 2ThQTHNg=dtdL=dt(C2uR2-C1uR1)dm经分析最后得到经分析最后得到:M=QT(C2uR2-C1uR1)而而:上式即为叶片泵的基本方程式上式即为叶片泵的基本方程式()uuTCuCugH11221-=n n3 3 3 3、基本基本基本基本方程式的方程式的方程式的方程式的讨论讨论讨论讨论（1 1 1 1）为了提高水

29、泵的扬程和改善吸水性能，离心泵在）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，离心泵在）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，离心泵在）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，离心泵在设计时常取设计时常取设计时常取设计时常取 90909090，即，即，即，即u u u u=0=0=0=0 则则则则（2 2 2 2）由于）由于）由于）由于 则增加转速则增加转速则增加转速则增加转速(n)(n)(n)(n)相加大轮径相加大轮径相加大轮径相加大轮径(D(D(D(D2 2 2 2)，可以提高水泵之扬，可以提高水泵之扬，可以提高水泵之扬，可以提高水泵之扬程。程。程。程。gCuHuT22=6022Dnup=(3)(3)(3)(

30、3)离心泵的理论扬程与液体的容重无关离心泵的理论扬程与液体的容重无关离心泵的理论扬程与液体的容重无关离心泵的理论扬程与液体的容重无关但当输送不同容重的液体时，水泵的扬程相同但当输送不同容重的液体时，水泵的扬程相同但当输送不同容重的液体时，水泵的扬程相同但当输送不同容重的液体时，水泵的扬程相同,但但但但水泵所消耗的功率将是不同的。水泵所消耗的功率将是不同的。水泵所消耗的功率将是不同的。水泵所消耗的功率将是不同的。n n4 4 4 4、基本基本基本基本方程式的修正方程式的修正方程式的修正方程式的修正假定假定假定假定1 1 1 1 基本满足。基本满足。基本满足。基本满足。假定假定假定假定2 2 2

31、2“反旋现象反旋现象反旋现象反旋现象”。假定假定假定假定3 3 3 3 有水力损耗有水力损耗有水力损耗有水力损耗h h水力效率水力效率;p p修正系数。修正系数。pHHTT+=1pHHHThTh+=1hhn n5.15.15.15.1离心泵装置离心泵装置离心泵装置离心泵装置 水泵装置也称抽水装置水泵装置也称抽水装置水泵装置也称抽水装置水泵装置也称抽水装置.如图所示如图所示如图所示如图所示 该装置由该装置由该装置由该装置由:吸水管路系统、水泵、吸水管路系统、水泵、吸水管路系统、水泵、吸水管路系统、水泵、出水管路系统、动力设备及传动出水管路系统、动力设备及传动出水管路系统、动力设备及传动出水管路系

32、统、动力设备及传动设备等组成设备等组成设备等组成设备等组成 水泵的装置效率是指整个抽水装水泵的装置效率是指整个抽水装水泵的装置效率是指整个抽水装水泵的装置效率是指整个抽水装置的效率置的效率置的效率置的效率,由水泵效率、动力机由水泵效率、动力机由水泵效率、动力机由水泵效率、动力机效率、传动效率、管路效率等组效率、传动效率、管路效率等组效率、传动效率、管路效率等组效率、传动效率、管路效率等组成。成。成。成。装置效率反映了整个抽水系统对装置效率反映了整个抽水系统对装置效率反映了整个抽水系统对装置效率反映了整个抽水系统对能量的利用程度，是最值得关注能量的利用程度，是最值得关注能量的利用程度，是最值得关

33、注能量的利用程度，是最值得关注的。的。的。的。5 5、离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程 n n5.25.2 水泵装置的总扬程水泵装置的总扬程n n1 1，绝对压强（力）：，绝对压强（力）：，绝对压强（力）：，绝对压强（力）：n n以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点n n2 2，相对压强（力）：，相对压强（力）：，相对压强（力）：，相对压强（力）：n n以一个工程大气压力为压力零点以一个工程大气压力为压力零点以一个工程大气压力为压力零点以一个工程大气压力为压力零点n

34、n3 3，1 1工程大气压力工程大气压力工程大气压力工程大气压力=1kg/cm=1kg/cm2 2=9.8N/cm=9.8N/cm2 2=10mH=10mH2 2OOn n4 4，1 1标准大气压力标准大气压力标准大气压力标准大气压力=1.033kg/cm=1.033kg/cm2 2=10.33mH=10.33mH2 2OOn n5 5，真空：，真空：，真空：，真空：n n当某处的绝对压力小于一个大气压力时，即认当某处的绝对压力小于一个大气压力时，即认当某处的绝对压力小于一个大气压力时，即认当某处的绝对压力小于一个大气压力时，即认为该处存在真空。为该处存在真空。为该处存在真空。为该处存在真空。

35、n n 真空值真空值真空值真空值Pv=Pa-PPv=Pa-Pn n 真空度真空度真空度真空度=Pv/Pa*100%=Pv/Pa*100%（1 1 1 1）总扬程的表达式一）总扬程的表达式一）总扬程的表达式一）总扬程的表达式一:设：水泵进口断面设：水泵进口断面1-1的断面比能为的断面比能为E1 水泵出口断面水泵出口断面2-2的断面比能为的断面比能为E2则水泵的扬程：则水泵的扬程：H=E2-E1代入断面比能的表达式可得：合并一下：合并一下：而：而：用Hd表示压力表读数换算成的水柱高度，用Hv表示真空表的读数换算成的水柱高度，则：代入到公式可得：忽略水泵进口断面和出口断面的流速水头差和两个断面间的垂

36、直高差，则上式可以简化为：水泵基准面吸水池自由表面出水池自由表面水泵进口断面水泵出口断面HST（2）总扬程表达式二）总扬程表达式二:先来看一下水泵装置中的几个典型的断面。压水地形高度Hsd吸水地形高度Hss静扬程HST再看几个断面之间的几何再看几个断面之间的几何高度：高度：吸水地形高度吸水地形高度Hss压水地形高度压水地形高度Hsd静扬程静扬程HsT下面进行分析：下面进行分析：列吸水池断面与水泵进口断面的能量方程：设 Z0=0，Z1=Hss-Z/2,而：P0=Pa,P1-Pa=-Pv则有：也即：同理：列水泵出口断面与出水池水面同理：列水泵出口断面与出水池水面之间的能量方程可得到：之间的能量方程

37、可得到：将得到的将得到的H HV V与与H Hd d表达式代入之前所得到下表达式代入之前所得到下式中：式中：化简后得到：化简后得到：例：水泵流量例：水泵流量例：水泵流量例：水泵流量Q=120 Q=120 Q=120 Q=120 L L/s/s/s/s，吸水管管路长度，吸水管管路长度，吸水管管路长度，吸水管管路长度L L1 1 1 1=20m=20m=20m=20m；压水管管路长度压水管管路长度压水管管路长度压水管管路长度L L2 2 2 2=300m=300m=300m=300m；吸水管径；吸水管径；吸水管径；吸水管径D D D Ds s s s=350mm=350mm=350mm=350mm

38、，压，压，压，压水管径水管径水管径水管径D D D Dd d d d=300mm=300mm=300mm=300mm；吸水水面标高；吸水水面标高；吸水水面标高；吸水水面标高58.0m58.0m58.0m58.0m；泵轴标；泵轴标；泵轴标；泵轴标高高高高60.0m 60.0m 60.0m 60.0m；水厂混合池水面标高；水厂混合池水面标高；水厂混合池水面标高；水厂混合池水面标高90.0m 90.0m 90.0m 90.0m。求水泵扬程。求水泵扬程。求水泵扬程。求水泵扬程。n注：注：is s=0.0065,=0.0065,id d=0.0148=0.0148；吸水管的局部水头损失为吸水管的局部水头

39、损失为1m,1m,压水管的局部水头损失按压水压水管的局部水头损失按压水管沿程损失的管沿程损失的15%15%计计.VD第三章 叶片泵的特性曲线n n3.13.1离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线：在在在在一一一一定定定定转转转转速速速速下下下下，离离离离心心心心泵泵泵泵的的的的扬扬扬扬程程程程、功功功功率率率率、效效效效率率率率等等等等随随随随流流流流量量量量的的的的变变变变化化化化关关关关系系系系称称称称为为为为特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线。它它它它反反反反映映映映泵泵泵泵的的的的基基基基本本本本性性性性能能能能的的的的变变变变化化化化规规规规律律律律，可可

40、可可做做做做为为为为选选选选泵泵泵泵和和和和用用用用泵泵泵泵的的的的依依依依据据据据。各各各各种种种种型型型型号号号号离离离离心心心心泵泵泵泵的的的的特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线不不不不同同同同，但但但但都有共同的变化趋势。都有共同的变化趋势。都有共同的变化趋势。都有共同的变化趋势。即当即当即当即当n=C(n=C(常数常数常数常数)时时时时:H=H(Q)N=N(Q)H=H(Q)N=N(Q)=(Q)Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q)=(Q)Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q)=(Q)Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q)=(Q)Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q)这四条曲线就是离心泵

41、的特性曲线这四条曲线就是离心泵的特性曲线这四条曲线就是离心泵的特性曲线这四条曲线就是离心泵的特性曲线n n3.23.23.23.2理论特性曲线的定性分析理论特性曲线的定性分析理论特性曲线的定性分析理论特性曲线的定性分析Q QT T泵理论流量泵理论流量(m(m3 3s)s)。也即不考虑泵体内容积损失。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等如漏泄量、回流量等)的水泵流量；的水泵流量；F F2 2叶轮的出口面积叶轮的出口面积(m(m2 2)；C C2r2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m(ms)s)。由离心泵的基本方程式:而:C2u=u2-C2rctg 则:

42、上式表明在理论上，离心泵的扬程和流量为线性关系。（1）当 0 HT随着QT的增大而减小。（2）当=90时：ctg=0 HT=A，此时水泵的扬程与流量无关，始终为一 常数。（3）当 90时：ctg0 HT随着QT的增大而增大。0QTHTu22g n n由于水泵的有效功率由于水泵的有效功率NNu u=QH,=QH,轴功率轴功率 N=QH/N=QH/n n所以，所以，n n当当 909090 时，时，QQ增大，增大，H H也增大，也增大，NN增大更快。增大更快。n n由于后两种情况下，对动力设备的要求很高，目由于后两种情况下，对动力设备的要求很高，目前没有办法匹配这样的的动力设备，所以对水泵前没有办

43、法匹配这样的的动力设备，所以对水泵而言，都是采用而言，都是采用 9090 n n下面就下面就 9090 时的情况讨论一下离心泵的理论特时的情况讨论一下离心泵的理论特性曲线向实际的性曲线向实际的H HQQ曲线演变的过程。曲线演变的过程。n n当当 9090 时，理论时，理论HHT TQQT T曲线是一条向下的直线曲线是一条向下的直线（如图）。（如图）。n n（1 1）首先：由于在推导离）首先：由于在推导离心泵的基本方程式时，我心泵的基本方程式时，我们假设水泵内的水流为均们假设水泵内的水流为均匀流，而实际上流动是不匀流，而实际上流动是不均匀的，泵内存在反旋现均匀的，泵内存在反旋现象，这使得水泵的真

44、正的象，这使得水泵的真正的理论扬程没有基本方程式理论扬程没有基本方程式反映的那么高，需对反映的那么高，需对HHT T进进行修正：行修正：u22g这使得HTQT直线在H轴上的截距变小，直线从I变到II（如图）I线:HTQTII线:HTQTpHHTT+=1 n n（2 2）基本方程式的另一假设）基本方程式的另一假设是理想流体，而实际液体具有是理想流体，而实际液体具有粘性，在水泵内部会产生粘性，在水泵内部会产生水力水力水力水力损失损失损失损失。包括：。包括：n n 内摩阻损失内摩阻损失h h1 1:这部分水这部分水力损失与流量（流速）的平方力损失与流量（流速）的平方成正比关系，可以表示为：成正比关系

45、，可以表示为：h h1 1=K=K1 1QQT T2 2n n 从曲线从曲线II II上扣除这部分水力上扣除这部分水力损失后，得到曲线损失后，得到曲线IIIIIIu22gI线:HTQTII线:HTQT线h1 n n冲击损失h2：冲击损失的大小是跟水泵的流量QT偏离设计工况下流量Q0的大小相关的，即：u22gI线:HTQTII线:HTQT线h1h2=K2（QT -Q0）2 Q0是水泵的设计流量。再从曲线III上面扣除对应流量下的这部分水力损失后，就得到了曲线；线 n n（3 3）水泵在工作过程中存）水泵在工作过程中存在一种损失称为容积损失。在一种损失称为容积损失。容积损失容积损失q q的大小跟扬

46、程的大小跟扬程有关，扬程越大，表示叶轮有关，扬程越大，表示叶轮出口的压力越高，这样在水出口的压力越高，这样在水泵的高压低压区的压力差就泵的高压低压区的压力差就越大，回流量也就越大，反越大，回流量也就越大，反之回流量小，因此，扬程越之回流量小，因此，扬程越大，由于回流所造成的损失大，由于回流所造成的损失也就越大。也就越大。n n 这样在曲线这样在曲线上再扣除这上再扣除这部分由于回流而产生的损失部分由于回流而产生的损失后，就得到了曲线后，就得到了曲线u22gI线:HTQTII线:HTQT线h1线V线:HQ曲线表示出了水泵的实际的HQ曲线的形态。n n(1)(1)(1)(1)机械损失与机械效率机械损

47、失与机械效率机械损失与机械效率机械损失与机械效率M M M M：n n(2)(2)(2)(2)水力损失与水力效率水力损失与水力效率水力损失与水力效率水力损失与水力效率h h h h：泵体内两部分水力损失必然要泵体内两部分水力损失必然要泵体内两部分水力损失必然要泵体内两部分水力损失必然要消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。n n(3)(3)(3)(3)容积损失与容积效率容积损失与容积效率容积损失与容积效率容积损失与容积效率v v v v：在水泵工作过程中存在着泄漏在水泵工作过程中存在着泄漏

48、在水泵工作过程中存在着泄漏在水泵工作过程中存在着泄漏和回流问题，存在容积损失。和回流问题，存在容积损失。和回流问题，存在容积损失。和回流问题，存在容积损失。n n总效率总效率总效率总效率关于水泵内部的能量损失，我们在给大家归纳分析一下关于水泵内部的能量损失，我们在给大家归纳分析一下：n n3.3实测特性曲线的讨论实测特性曲线的讨论n n1，水泵的性能实验，水泵的性能实验n n2，离心泵实测特性曲线的特征，离心泵实测特性曲线的特征(1)Q(1)Q(1)Q(1)QHH曲线：曲线：曲线：曲线：扬程扬程扬程扬程H H H H是随流量是随流量是随流量是随流量Q Q Q Q的增大而下降。的增大而下降。的增

49、大而下降。的增大而下降。水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范围内围内围内围内(一般不低于最高效率点的一般不低于最高效率点的一般不低于最高效率点的一般不低于最高效率点的10101010左右左右左右左右)都是属于效都是属于效都是属于效都是属于效率较高的区段，在水泵样本中，

50、用两条波形线率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线“”标标标标出。出。出。出。(2)Q(2)Q(2)Q(2)QNN曲线：曲线：曲线：曲线：轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线为上轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线为上轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线为上轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线为上升型曲线升型曲线升型曲线升型曲线 在在在在Q Q Q QN N N N曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量不同流量不同流量不同流量Q Q