水泵与水泵站(水利).ppt

“十五”国家级规划教材 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,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,二、水泵应用: 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。 三、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：,城市给水和排水系统工艺基本流程,四、水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用 1、灌溉泵站 2、排涝泵站 3、灌排结合 第二节 国内外机电排灌事业发展概况 （自行阅读）,第一章 泵的基础知识,第一节 泵的定义和分类 一、泵的定义： 二、水泵分类：水泵按其作用原理可分为以下 三类： (1)叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的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,(2)容积式水泵：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,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。 (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,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、轴向流和斜向流3种。 来看一下这三种不同情况下，,叶片式水泵图,a,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。 b,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。 c,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。,再来认识一下这几种水泵的外形:,单级单吸式离心泵,单级双吸式离心泵,大型单级双吸式离心泵,卧式蜗壳式混流泵,轴流泵,混流泵,四、 叶片泵的工作原理,1，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 。,离心泵的工作原理,2，轴流泵的工作原理 空气动力学中机翼的升力理论,3，混流泵的工作原理,第二节 叶片泵的主要零部件,本节主要介绍离心泵与轴流泵的主要部件。 一、离心泵的主要零部件 离心泵的部件组成主要有：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。 1，叶轮 叶轮的作用 叶轮是离心泵最重要的部件，通常由盖板、叶片、轮毂等组成,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,叶轮按其盖板情况可分封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮3种形式,封闭式,开敞式,半开敞式,2、泵 轴,泵轴是用来支承和固定并带动叶轮旋转的，常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度，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。,3、泵 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,泵壳通常铸成蜗壳形，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的螺孔，以便在水泵起动前用来充水及排走泵壳内的空气。 泵壳的材料一般有铸铁、铸钢、不锈钢等,4、泵座,泵座的作用是用来支承和固定水泵的。 泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。 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。,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。 轴封装置主要有两种形式：填料密封和机械密封。 （1）填料密封装置也称填料盒（见构造示意图）。,5、轴封装置,叶轮,水泵轴,（2）机械密封也称端面密封。,6、减漏环,减漏环位于叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处,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。,7、轴承体 支承水泵的转动部分（叶轮和泵轴） 8、联轴器 将原动机械和水泵的轴联接起来的装置 原动机械与水泵之间的联接和传动方式一般有： （1）皮带传动（皮带轮、皮带） （2）联轴器传动（弹性联轴器、刚性联轴器）,9、轴向力平衡装置,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,二、轴流泵的主要部件,第三节 机电排灌常用泵的典型结构,一、离心泵的典型结构型式 离心泵：按吸水方式分-单吸式与双吸式 按叶轮个数分-单级和多级,1，单级单吸卧式离心泵的基本构造,单级单吸卧式离心泵 1一叶轮，2一泵轴；3一键，4一泵壳，5一泵座6一灌水孔，7一放水孔：8一接真空表孔，9一接压力表孔，10一泄水孔，1l一填料盒，12一减漏环，13一轴承座，14压盖调节螺栓，15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,单级双吸式离心泵,3，多级泵,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,轴流泵主要有立式、卧式和斜式三种结构形式 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、 混流泵的典型结构,混流泵根据其压水室的不同，通常可分为蜗壳式和导叶式两种。 蜗壳式与单吸式离心泵相似 导叶式与立式轴流似。 工作原理：介于离心泵和轴流泵之间。,混流泵,第四节 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Nu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(rpm)。 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。,水泵的铭牌,水泵的铭牌,型号:12SH-28A 扬程：10m 流量：684m3/h 转数：1450r/min 效率：78% 轴功率：28kW 允许吸上 真空高度：4.5m 总量：660kg,水泵型号,第二章 叶片泵的基本理论,离心泵的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 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 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,第一节 离心泵的叶片理论 1、速度矢量三角形,(1)相对速度,圆周速度,绝对速度,即:,(2)速度矢量三角形,(牵连速度),(3)绝对速度的切向分速度Cu和法向分速度Cr,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,（a) 后弯式 (90),（b)径向式 ( 90),（c) 前弯式 ( 90),按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种:,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。,(1)质点的动量矩与动量矩定律 质点的动量矩 L=m V * R,则作用在质点上的所有外力对转动中心O的力矩Mo为： (2)外力矩M与功率N的关系 W=FS 或 dW=FdS=FRd 而:M=FR, dW=Md,(3)叶轮中液体的动量矩与功率： 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、按动量矩定理可得:,2、等式两边同乘以角速度:,M=QT(C2uR2- C1uR1)=Nh,代入化简后得到:,经分析最后得到:,M=QT(C2uR2- C1uR1),而:,上式即为叶片泵的基本方程式,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，离心泵在设计时常取 90，即u=0 则 （2）由于 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，水泵的扬程相同,但水泵所消耗的功率将是不同的。,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,h水力效率; p修正系数。,5.1离心泵装置 水泵装置也称抽水装置.如图所示 该装置由:吸水管路系统、水泵、出水管路系统、动力设备及传动设备等组成 水泵的装置效率是指整个抽水装置的效率,由水泵效率、动力机效率、传动效率、管路效率等组成。 装置效率反映了整个抽水系统对能量的利用程度，是最值得关注的。,5、 离心泵装置的总扬程,5.2 水泵装置的总扬程 1，绝对压强（力）： 以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点 2，相对压强（力）： 以一个工程大气压力为压力零点 3，1工程大气压力=1kg/cm2=9.8N/cm2=10mH2O 4，1标准大气压力=1.033kg/cm2=10.33mH2O 5，真空： 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。 真空值Pv=Pa - P 真空度=Pv/Pa*100%,（1）总扬程的表达式一:,设：水泵进口断面1-1的断面比能为E1 水泵出口断面2-2的断面比能为E2 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：,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:,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高度：,吸水地形高度Hss,压水地形高度Hsd,静扬程HsT,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 之间的能量方程可得到：,将得到的HV与Hd表达式代入之前所得到下式中：,化简后得到：,例：水泵流量Q=120 L/s，吸水管管路长度L1=20m；压水管管路长度L2=300m；吸水管径Ds=350mm，压水管径Dd=300mm ；吸水水面标高58.0m；泵轴标高60.0m ；水厂混合池水面标高90.0m 。 求水泵扬程。,注：is=0.0065,id=0.0148 ； 吸水管的局部水头损失为1m,压水管的局部水头损失按压水管沿程损失的15%计.,V,D,第三章 叶片泵的特性曲线,3.1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。 即当n=C(常数)时: H=H(Q) N=N(Q) =(Q) Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q) 这四条曲线就是离心泵的特性曲线,3.2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)。,由离心泵的基本方程式:,而:,C2u=u2-C2rctg ,则:,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。,由于水泵的有效功率Nu=QH,轴功率 N=QH/ 所以， 当 90时，Q增大，H也增大，N增大更快。 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，所以对水泵而言，都是采用 90 下面就 90时的情况讨论一下离心泵的理论特性曲线向实际的HQ曲线演变的过程。,当 90时，理论HTQT曲线是一条向下的直线（如图）。 （1）首先：由于在推导离心泵的基本方程式时，我们假设水泵内的水流为均匀流，而实际上流动是不均匀的，泵内存在反旋现象，这使得水泵的真正的理论扬程没有基本方程式反映的那么高，需对HT进行修正：,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:HTQT,II线:HTQT,（2）基本方程式的另一假设是理想流体，而实际液体具有粘性，在水泵内部会产生水力损失。包括： 内摩阻损失h1:这部分水力损失与流量（流速）的平方成正比关系，可以表示为：h1=K1QT2 从曲线II上扣除这部分水力损失后，得到曲线III,线,h1,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：,h2=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,（3）水泵在工作过程中存在一种损失称为容积损失。容积损失q的大小跟扬程有关，扬程越大，表示叶轮出口的压力越高，这样在水泵的高压低压区的压力差就越大，回流量也就越大，反之回流量小，因此，扬程越大，由于回流所造成的损失也就越大。 这样在曲线上再扣除这部分由于回流而产生的损失后，就得到了曲线,V线:HQ,曲线表示出了水泵的实际的HQ曲线的形态。,(1)机械损失与机械效率M： (2)水力损失与水力效率h：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。 (3)容积损失与容积效率v：在水泵工作过程中存在着泄漏和回流问题，存在容积损失。 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：,3.3 实测特性曲线的讨论 1，水泵的性能实验 2，离心泵实测特性曲线的特征,(1)QH曲线：扬程H是随流量Q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。 (2)QN曲线：轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线为上升型曲线,在QN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。 (3)Q曲线：是一个有极大值的曲线。 (4)QHs曲线: 曲线为下降型,设计流量之前较平缓,之后下降速度变快。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。 (5) 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。,3,轴流泵的实测特性线曲线的特征 (1)QH曲线 (2)QN曲线 (3)Q曲线 (4)Qh曲线,QH,N,QN,Q0,Q,Qh,4,混流泵的实测特性曲线的特征 其变化趋势介于离心泵与轴流泵之间,第五章 叶片泵的运行工况与调节,5.1水泵运行工况的确定 1,工况点 水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称水泵瞬时工况点。 决定离心泵装置工况点的因素 （1）水泵本身型号(即水泵本身的性能曲线)； （2）水泵实际转速； （3）管路系统及进出水构筑物条件。,2.管路系统的特性曲线 管路总水头损失可表示为:,h=S1Q2+S2Q2=SQ2,称为管道水头损特性曲线,当我们通过水泵装置提升某一流量QK时，管道消耗的水头损失为hK，如图。 此时，单位重量的流体从水泵获得的能量必须满足（1）克服水头损失hK;(2)使液体的位能增加HST。根据定义这就是水泵的扬程。也就是说，要通过该水泵装置提升QK流量的流体时，水泵的扬程必须为: HK=HST+hk=HST+SQK2,Qk,hk,HST,hk,HK,管道系统特性曲线H=HST+h,管道系统特性曲线也称需要扬程曲线,M,K,D,HST,QM,Q-h+HST,Q-H,h,3.图解法求离心泵装置的工况点 （）直接法,离心泵装置的工况点,HM,K1,M,QM,Q-h,Q-H,（）折引法,离心泵装置的工况点,Q-H,M1,HM,4.离心泵装置工况点的改变 泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之一或者同时改变即可实现流量的调节。 (1)改变管道系统特性曲线 a,管道系统的阻力参数改变-闸阀开启度改变： 闸阀调节或称节流调节 b,静扬程的改变。,优点：调节流量，简便易行，可连续变化 缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。,QA,A,QB,B,节流调节,B1,A点为闸阀全开时候的工作点，称极限工作点,QB是调节后的工作点，是通过关小阀门增大管路的S值，来获得的,而在QB流量下工作时，原来管道系统所需要的扬程为HB1，但现在水泵的扬程为HB，多出的部分即为线段BB1的长度，这就是闸阀上额外消耗掉的能量,HB,（2）改变水泵的性能曲线 a,通过改变水泵的转速变速调节 b,通过改变水泵叶轮的外径变径调节 c,通过改变轴流泵的叶片安装角度变角调节,5.数解法求离心泵装置的工况点 从以上图解法求水泵装置的工况点可以知道:水泵的工况点就是以下两条曲线的交点: 其中装置的管道系统特性曲线在装置给定后可以求出,而水泵的特性曲线是实测后描点绘制出来的,并没有一个精确的曲线方程.为了可以数解,可以有近似的曲线方程来拟合QH曲线。,拟合Q-H曲线形式： 方法(1) H水泵的实际扬程(MPa)； Hx水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)； Sx泵体内虚阻耗系数; 方法(2)最小二乘法：,例1:某提水泵站一台12sh-9 型离心泵装置，高效区范围附近的性能参数如表所示，进水池水位为102m，出水池水位为122m，进水管阻力参数为8.51s2/m5，出水管阻力参数为62.21s2/m5，求水泵的工作参数,例2:某离心泵装置，其进出水管路直径为 200 mm ，管路全长为280m ，局部水头损失为沿程水头损失的 25 % ，该装置的净扬程测得为30m，管路糙率为 0.013 ，试计算其运行流量为 150 m3 / h 时的该泵工作扬程。,6 水泵并联及串联运行工况,水泵并联工作： (1) 增加供水量； (2) 通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水； (3) 水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。,一、 并联工作的图解法 1、并联特性曲线：两台(或多台)泵并联后的总和流量，等于某场程下各台泵流量之和。（同扬程下流量叠加原理）,Q,0,H,该曲线称并联特性曲线,2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作,步骤： (1)绘制两台水泵并联后的总和(Q-H)l+2曲线 (2)绘制管道系统特性曲线,求并联工况点M。 (3)求每台泵的工况点N,结论： (1)NN1,2，因此，在选配电动机时，要根据各泵单独工作的功率来配套。 (2)QQ1,2，2QQ1+2，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。,5台同型号水泵并联,多台同型号泵并联时:,注意： (1)如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。 (2)如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。,Q-HST+hoc,3、不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作,步骤： (1)绘制两台水泵的(Q-H)、(Q-H) 曲线 (2)绘制两台水泵折引至O点的(Q-H) 曲线 (3)绘制OC段管道系统特性曲线,求并联工况点E (4)求每台泵的工况点,4、如果两台同型号并联工作的水泵，其中一台为调速泵，另一台是定速泵。 在调速运行中可能会遇到两类问题： (1) 调速泵的转速n1与定速泵的转速n2均为已知，试求二台并联运行时的工况点。其工况点的求解可按不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作所述求得。,(2)只知道调速后两台泵的总供水量为QP(HP为未知值)，试求调运泵的转速n1值(即求调速值)。 如下图:假定I号为调速泵,II号为定速泵.两台水泵型相同.定速泵转速为n时的性能曲线已知,Q-HST+hoc,Qp,Q,H,QI,一定一调:,5、一台水泵向两个并联工作的高地水池输水 （1）水泵向两个高地水池输水,（2）水泵与高水池D并联工作，共同向低水池C输水,二、 水泵串联工作,各水泵串联工作时，其总和（Q-H）性能曲线等于同一流量下扬程的叠加。,注： 多级泵，实质上就是n级水泵的串联运行。随着水泵制造工艺的提高，目前生产的各种型号水泵的扬程，基本上已能满足给水徘水工程的要求，所以，一般水厂中已很少采用串联工作的形式。,例:在图示装置中,I号与II号泵为同型号水泵, I号定速运行, II号泵可调速运行,水泵的额定转速n=970r/min,此时,其性能曲线可表示为 H=Hx-SxQ2(Hx=76.25m,Sx=100S2/m5) 设SAC=10 S2/m5,SBC=10 S2/m5,SCD=5 S2/m5, HST=40m,若要求总供水量QCD=1.2m3/s,II号泵的转速应为多少?,5.2 水泵装置的调速运行工况,一.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； 性线比例常数。,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。,二、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：,1、比例律应用的图解方法 (1)已知水泵nl时的(QH)l曲线，试用比例律翻画转速为n2时的(QH)2 曲线。 (2)已知水泵转速为nl时的(QH)l曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。现问；如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少?,(1)在(QH)l线上任取a、b、c、d、e、f点； 利用比例律求(QH)2上的a、b、c、d、e、f作(QH)2曲线。 同理可求(QN)2曲线。,（Q-H）2,问题(2)：求“相似工况抛物线” 求A点：相似工况抛物线与(QH)l线的交点。 求n2,求n2时的效率(Q)2曲线。 在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等的，将已知图中a、b、b、d等点的效率点平移即可。,定速运行与高速运行比较： 泵站调速运行的优点表现于 (1)省电耗(即NB2NB2)。 (2)保持管网等压供水(即HST基本不变),2、比例律应用的数解方法 (1) (2),例:已知水泵的转速n1=950r/min，其QH 曲线高效段方程H=45.8334583.333Q2，管道系统特性曲线方程为H=10+17500Q2（H 以m 计，Q 以m3/s）。试求 （1）水泵装置的工况点； （2）当所需水泵的流量为 Q=0.028m3/s，求水泵转速n2 值,三、相似准数比转数(ns) 、模型泵：在最高效率下，当有效功率Nu735.5 W(1HP)，扬程Hm1m，流量 m3s。 这时该模型泵的转数，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1000kgm3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”。,ns与水泵相似性的关系: 比转数相等是水泵相似的必要条件。 例:一台 sh 型泵，已知其设计流量为45L/s，设计扬程为 78m ，额定转速为 1450r / min ，试计算其比转数,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，水泵的流量越小，扬程越高。,(2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转数而变的。用比转数ns可对叶片泵进行分类。 要形成不同比转数ns，在构造上可改变叶轮的外径(D2)和减小内径(D0)与叶槽宽度(b2)。,(3)相对性能曲线 ns越小：QH曲线就越平坦； Q0时的N值就越小。因而，比转数低的水泵，采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小； 效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。,四、调速途径及调速范围 1、调速途径 (1)电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目的。 采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以大量节约电能，并可使电动机空载(或轻载)启动 ，热能损耗多。 (2)电机本身的转速可变。 改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。,2、在确定水泵调速范围时，应注意如下几点： (1)调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数。 (2)水泵的调速一般不轻易地调高转速。 (3)合理配置调速泵与定速泵台数的比例。 (4)水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内。,5.3 离心泵装置换轮运行工况,一、切削律,注意：切削律是建于大量试验资料的基础上。如果叶轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。 此切削限量与水泵的比转数有关。,二、切削律的应用 1、切削律应用的两类问题 (1)已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。 (2)已知要水泵在B点工作，流量为QB，扬程为HB，B点位于该泵的(Q-H)曲线的下方。现使用切削方法，使水泵的新持性曲线通过B点，要求：切削后的叶轮直径D2 是多少?需要切削百分之几?是否超过切削限量?,(1)解决这一类问题的方法归纳为“选点、计算、立点、连线”四个步骤。,Q,H,Q-H,Q-H,0,(2) 求“切削抛物线” 求A点坐标：切削抛物线与(QH) 线的交点。 求D2： 切削量百分数,2、应用切削律注意点 (1)切削限量 (2)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。,(3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可改善叶轮的工作性能。,(4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大。,水泵的高效率方框图,离心泵性能曲线型谱图,例:水泵装置如图所示，水泵流量为Q=0.3m3/ s，输水管及吸水管管径均为300mm，全长为300m，管道摩阻系数为=0.028，局部阻力系数之和为=12，抽送清水=9810N/m3，水泵的效率=70，其他标注见图。试计算水泵扬程及轴功率。,例:某给水设施装置如图所示，已知水泵型号为14SA-10，其性能曲线方程为：H=76.25-100Q2，管道阻力系数SAB=180 S2/m5 ，SBC=100 S2/m5 ， (1)当水泵与密闭压力水箱同时向管道上B点的处的楼房供水时，B点的实际水压为20m水头，问B点出流流量为多少 (2)当水泵向密闭压力水箱输水时，B点处楼房的用水量为40L/S，问水泵的流量及扬程为多少？输入水箱的流量又是多少？,例:在图示装置中,I号与II号泵为同型号水泵, I号定速运行, II号泵可调速运行,水泵的额定转速n=970r/min,此时,其性能曲线可表示为H=76.25-100Q2,设SAC=10 S2/m5,SBC=10 S2/m5,SCD=5 S2/m5, HST=40m,若要求总供水量QCD=1.2m3/s,II号泵的转速应为多少?,水泵吸水性能,一、 吸水管中压力的变化及计算,(1)把液体提升Hss高度,(3) 流速水头,(4)产生流速水头差值,(5)供应叶片背面足点压力下降值,: 表示吸水井中能量余裕值; :是泵壳进口外部的压力下降值 ; :反映了泵壳进口内部的压力下降值，此值中 是叶轮进口和进口附近叶片背面(背水面)的压头差， 通常不小于3m,由水泵的构造和工况而定的。,二 、气穴和气蚀 1、气穴现象：当叶轮进口低压区的压力PkPva 时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。汽泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，汽泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向汽泡中心，在汽泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到几十兆帕。此时，可以听到汽泡冲破时炸裂的噪音，这种现象称为气穴现象。,2、气蚀 (1)气蚀现象：一般气穴区域发生在叶片进口的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之，应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。在这同时，由于水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽，最后，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。水泵叶轮进口端产生的这种效应称为“气蚀”。,(2)气蚀两个阶段： 气蚀第一阶段，表现在水泵外部的是轻微噪音、振动和水泵扬程、功率开始有些下降。 气蚀第二阶段，气穴区就会突然扩大，这时，水泵的H、N、就将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。,(3)气蚀的危害 水泵性能恶化甚至停止出水； 水泵过流部件发生破坏； 产生噪音和振动； (4)气蚀影响对不同类型的水泵不同,ns较高,ns较低,三、 水泵最大安装高度 1、水泵最大安装高度,2、允许吸上真空高度Hs (1)水泵铭牌或样本中，对于各种水泵都给定了一个允许吸上真空高度Hs，此Hs即为Hv的最大极限值。在实用中，水泵的Hv超过样本规定的Hs值时，就意味着水泵将会遭受气蚀。 水泵厂一般在样本中，用Q-Hs曲线来表示该水泵的吸水性能。此曲线是在大气压为l0.33mH20，水温为20时，由专门的气蚀试验求得的。它是该水泵吸水性能的一条限度曲线。 Hs与当地大气压(Pa)及抽升水的温度(t)有关: 当地大气压越低，水泵的Hs 值就将越小 水温越高，水泵的Hs值也将越小。,(2)水泵厂所给定的Hs值修正：,Hs修正后采用的允许吸上真空高度(m) HS水泵厂给定的允许吸上真空高度(m) ha安装地点的大气压(即 )(mH20)； hav实际水温下的饱和蒸汽压力(表28)。,四、气蚀余量(NPSH) 对轴流泵、热水锅炉给水泵等，其安装高度通常是负值，叶轮常须安在最低水面下，对于这类泵常采用“气蚀余量”这名称来衡量它们的吸水性能。,由气蚀基本方程式：,而：Hv =Ha P1/,代入上式中，并化简后就可以得到：,式子左边表示在水泵进口处，单位重量流体所具有的超过工作温度下液体饱和蒸汽压力的能量，是保证水泵不产生气蚀时，在水泵进口处流体所具有的全部可利用的能量，称为总气蚀余量。 式子的右边代表了水泵在某一工况下的总动能增量，它需要用总气蚀余量来提供。代表了水泵在某一工况下所必须的气蚀余量，这个值可以通过气蚀实验测出水泵在发生气蚀的临界点时的总气蚀余量来等效的代替。也即刚发生气蚀时，总气蚀余量和必须的气蚀余量是相等的。,水泵样本中给出的气蚀余量是水泵的必要气蚀余量，它比上式右边表示的值略大（出于安全的考虑） 在实际工作中（设计中），需要保证水泵的实际的总气蚀余量大于样本中给出的必要气蚀余量，水泵才不会发生气蚀即：,而P1/=Ha Hv,可得：Hv=Ha-Hva-Hsv +,也即：Hss+hs=Ha-Hva-Hsv 或者：Hss=Ha-Hva-Hsv-hs 上式就是利用水泵样本给出的必要气蚀余量Hsv来计算水泵的最大安装高度的公式。 式中：Ha 是吸水池水面的压力头 va是工作温度下水的饱和蒸汽压力 hs是吸水管路的水头损失,2、（NPSH）r和（NPSH）a (1)必要气蚀余量（NPSH）r 样本中所提供的气蚀余量：由h和避免气蚀的余裕量(0.3mH20左右)两部分所组成。 (2)装置气蚀余量（NPSH）a 由气蚀余量公式计算出的是该水泵装置的实际的气蚀余量。 在工程中（NPSH）a =（NPSH）r+(0.40.6mH20),五、 水泵的吸水性能比较 (1)允许吸上真空高度Hs： 离心泵的吸水性能通常是用允许吸上真空高度Hs来衡量的。 Hs值越大，说明水泵的吸水性能越好，或者说，抗气蚀性能越好。 (2)气蚀余量（NPSH）r ： 水泵厂样本中要求的气蚀余量越小，表示该水泵的吸水性能越好。,例:已知某离心泵的叶轮外径为466mm，水泵装置的吸水管管径为300mm，吸水池最低水位为1001.5m，吸水池设计水位为1003.0m，出水池水位假设不变为1050.0m，水泵的Q-H曲线可用方程H=76.25-100Q2表示（式中流量的单位是m3/s），Hs=4.5m，吸水管路的阻力系数Ss=10S2/m5，压水管路的阻力系数Sd=20 S2/m5，当地大气压力为90Kpa，工作水温下水的饱和蒸汽压为0.64m（水在20C时其饱和蒸汽压为0.24m，在0C时为0.06m），请计算： (1)当吸水池水位为设计水位时，若要使水泵的工作流量为350L/S，应换上多大直径的叶轮可以满足要