水泵与水泵站第二章.ppt

第二章 叶片式水泵,2.1 离心泵的工作原理与基本构造 2.2 离心泵的主要零件 2.3 轴流泵及混流泵的构造与工作原理 2.4 叶片泵的基本性能参数 2.5 叶片泵的基本方程式 2.6 叶片泵的特性曲线 2.7 相似定律及比转速,2.1 离心泵的工作原理与基本构造,2.1.1两个例子 (1)在雨天，旋转雨伞，水滴沿伞边切线方向飞出，旋转的雨伞结水滴以能量，旋转的离心力把雨滴甩走，如图所示。,(2)在垂直平面上旋转一个小桶，旋转的离心力给水以能量，旋转的离心力把水甩走，如图所示。,2.1.2 工作原理 离心泵基本构造及工作原理,2.2 离心泵的主要零件,离心泵是由许多零件组成的，离心泵的组成主要有：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。,单级单吸卧式离心泵 1-叶轮；2-泵轴；3-键；4-泵壳；5-泵座；6-灌水孔；7-放水孔，8-接真空表孔，9-接压力表孔，10-泄水孔，11-填料盒；12-减漏环；13-轴承座；14-压盖调节螺栓；15-传动轮,单级单吸卧式离心泵,单级单吸卧式离心泵,1、叶轮 叶轮：单吸式、双吸式,l前盖板；2后盖板；3叶片；4叶槽；5吸水口；6轮毂；7泵轴,1吸入口；2轮盖；3叶片 4轮毂；5轴孔,2、泵轴 3、泵壳 4、泵座,铸铁水泵配件、泵轴,泵键,5、轴封装置：泵轴与泵壳间 (1)填料密封,压盖填料型填料盒 1轴封套；2填料；3水封管；4水封环；5压盖,(2)机械密封,DY101型系列机械密封,112型系列机械密封,6、减漏环(承磨环) 叶轮吸入口的外缘与泵壳内壁的接缝处,1、泵壳；2、镶在泵壳上的减漏环； 3、叶轮；4、镶在叶轮上的减漏环,7、轴承座,ZHZ滑动轴承,滚动轴承,8、联轴器,ZML膜片及连轴器,9、轴向力平衡措施,平衡孔 1 排出压力；2加装的减漏环 3平衡孔；4泵壳上的减漏环,IS型单级单吸离心泵,单级双吸离心泵,单级双吸离心泵结构图 1泵体；2 泵盖；3叶轮；4泵轴；5密度封环；6轴套：7填料盒；8填料；9水封环；10压盖；11轴套螺母：12轴承体；13固定螺钉；14轴承体压盖；15滚动轴承；16联轴器；17轴承端；18挡水圈；19螺杆；20键,2.4 叶片泵的基本性能参数,水泵的6个性能参数： 1、流量(抽水量)水泵在单位时间内所输送的液体数量。 用字母Q表示，常用的体积流量单位是m3h或Ls。常用的重量流量单位是th。,2、扬程(总扬程) 水泵对单位重量(1kg)液体所作功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。 用字母H表示，其单位为kgmkg，也可折算成被送液体的液柱高度(m)；工程中用国际压力单位帕斯卡(Pa)表示 。,3、轴功率泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以N表示。 原动机为电力拖动时，轴功率单位以kw表示。 有效功率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，以字母 表示泵的有效功率为,4、效率水泵的有效功率与轴功率之比值，以表示。 t：运行时间h 1：水泵的效率 2：电机的效率,例：某水厂取水泵站，供水量Q8.64104m3d，扬程H=30m；水泵及电机的效率均为70，则该泵站工作10h其电耗值？,5、转速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n表示常用单位为rmin。 在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次min),6允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv) 允许吸上真空高度(Hs)指水泵在标准状况下(即水温为20、表面压力为一个标推大气压)运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度 (即水泵吸入口的最大真空度)。单位为mH20。水泵厂一般常用Hs来反映离心泵的吸水性能。 气蚀余量(Hsv)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。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mH20 。气蚀余量在水泵样本中也有以h来表示的。,2.5 叶片泵的基本方程式,2.5.1叶轮中液体的流动情况,(1)相对速度W； 圆周速度u； (牵连速度) 绝对速度C (2)C与u的夹角； C与W的夹角,（a) 后弯式 (90),（b)径向式 ( 90),（b) 前弯式 ( 90),离心泵叶片形状,叶轮出口速度三角形,2.5.2 基本方程式的推导 三点假定： (1)液流是恒定流； (2)叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的同名速度相等。 (3)液流为理想液体，也即无粘滞性。,恒定元流的动量方程对某固定点取矩，可得到恒定元流的动量矩方程 单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化(流出液体的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差)等于作用于该控制面内所有液体质点的外力矩之和。,取进出口轮缘(两圆柱面)为控制面。 组成M的外力有： 1、叶片迎水面和背水面作用于水的压力P2及Pl； 2、作用叶轮进出口圆柱面上的水压力P3及P4，它们都沿着径向，所以对转轴没有力矩； 3、作用于水流的摩擦阻力P5及P6，但由于是理想液体，故不予考虑； 4、重力的合力矩等于零,1、对轮心取矩,2、叶轮对流体所作功率,3、理论扬程,2.5.3基本方程式的讨论 （1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取 90，既u=0 则 （2） 则增加转速(n)相加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬程。,(3)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，水泵所消耗的功率将是不同的。 (4) 水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程(H1)，另一部分为动扬程(H2)，它在流出叶轮时，以比动能的形式出现。,2.5.4基本方程式的修正 假定1 基本满足。 假定2 “反旋现象”。 假定3 有水力损耗,2.6 离心泵的特性曲线,2.6.1离心泵的特性曲线 特性曲线：在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。,2.6.2理论特性曲线的定性分析,QT泵理论流量(m3s)。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量； F2叶轮的出口面积(m2)； C2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(ms)。,1、 90 (1)直线QT-HT (2)直线I (3)扣除水头损失() 摩阻、冲击 (4)扣除容积损失(Q-H线),2、(90) 从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增大，并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样的离心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它对电动机的工作是不利的。,结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(20-30左右)。这种形式叶片的特点是随扬程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的流量Q与轴功率N关系曲线(Q-H曲线)，也将是一条比较平缓上升的曲线，这对电动机来讲，可以稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。,2.6.2 实测特性曲线的讨论,(1)扬程H是随流量Q的增大而下降。 (2)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围内(一般不低于最高效率点的10左右)都是属于效率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线“ ”标出。 (3)轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。(“闭闸启动”),(4)在QH曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量Q时的轴功率值。 电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大。 (5) 水泵的实际吸水真空值必须小于QHS曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。 (6) 水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损失愈大，水泵的扬程(H)和流量(Q)都要减小，效率要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发生改变。,2.7 相似定律与比转速,2.7.叶轮相似定律 几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。 b2、b2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度； D2、D2m实际泵与模型泵叶轮的外径； 比例。,运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似。 在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。,叶轮相似定律有三个方面： 1、第一相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系。 2、第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。 3、第三相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。,2.7.2相似定律的特例比例律 把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：,2.7.3 比转数(ns) 、模型泵：在最高效率下，当有效功率Nu735.5W，扬程Hm1m，流量 这时该模型泵的转速，就叫做与它相似的实际泵的比转数ns 。,将模型泵的Hm1m，Qm0.075m3s代入 注：(1)Q和H是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵的设计工况点。 (2)比转数ns是根据所抽升液体的容重9800Nm3时得出的。 (3)Q和H是指单吸、单级泵的流量和扬程。 (4)比转数不是无因次数，它的单位是“rmin”。,2、对比转数的讨论 (1)比转数(ns) 反映实际水泵的主要性能。 当转速n一定时，ns越大，水泵的流量越大，扬程越低。 ns越小