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水泵及水泵站 v叶片式水泵: 工作原理、基本方程式、性能曲线、 比转数、工况点、多台泵联合运行、汽蚀、 安装高度。 给水泵站： 排水泵站： 1 流体输送机械 流体输送机械 为流体提供能量的机械。 泵 输送液体机械； 水泵按作用原理分三类: 1.叶片式水泵利用装有叶片的叶轮,在高速旋转时完 成对液体的输送。属于这一类的主要有离心泵、轴流 泵、混流泵等。 2.容积式水泵：依靠改变泵体工作室的容积来达到输 送液体的目的。有活塞式往复泵、柱塞式往复泵、转 子泵等。 .其它类型水泵：把不属于上述两类的水泵全部归纳 为本类。主要有螺旋泵、射流泵（又称水射器）、水 锤泵、水轮泵、气升泵等。 2 图 叶片式泵结构示意图 （a）离心泵示意图 1叶轮；2压出室；3吸入室；4扩散 室 （b）轴流泵示意图 1叶轮；2导流器；3泵壳 （c）混流泵示意图 1叶轮；2导叶 3 离心泵的分类 v按吸水方式可分为单面吸水泵（叶轮一 面进水）和双面吸水泵（叶轮两面进水 ）； v按装置方式分为卧式泵（泵轴水平安装 ）和立式泵（泵轴竖直安装）； v按叶轮级数分为单级泵（单个叶轮）和 多级泵（多个叶轮串联）； v按输送水质分为清水泵、污水泵和耐腐 蚀泵； 4 离心泵的工作原理 工作原理： 在离心力的作用下，高速流体在涡形通道截面逐 渐增大，动能转变为静压能，液体获得较高的压 力，进入压出管;与此同时，叶轮中央液体被离心 力甩向外部，产生真空，因此在水源水面大气压 的作用下，水就通过吸水管进入进水口，或者说 水从进水口“吸”进来。这样连续不断地出水和 进水就构成了水泵的连续工作。 5 离心泵的基本构造 v1.叶轮 v 一般可分为单吸式叶轮和双吸式叶轮两种。 通常大流量的离心泵大都采用双吸式叶轮。 图 单吸式叶轮 图 双吸式叶轮 1前盖板；2后盖板；3叶片； 4叶槽； 1吸入口；2轮盖；3叶片； 5吸水口；6轮毂；7泵轴 4轮毂；5轴孔 6 按其盖板型式分类: 图 叶轮形式 （a）封闭式叶轮； （b）敞开式叶轮 （c）半开式叶轮 v封闭式两侧都有盖板，适用于输送洁净水的清水泵； v半开式只有一块盖板 v敞开式无完整的盖板 没有封闭的流道，它们的特点是杂物 不容易堵塞流道，且易检修和去除污 物，适用于抽送泥浆、污水等含有杂 物的液体。 7 离心泵的基本性能参数 1.流量-水泵在单位时间内所输送液体的体积 ，以符号Q表示。 m3/h; 2.扬程-单位重量液体通过水泵后其能量的增 值，即单位能的增值。以符号H表示. m. 8 水泵扬程的确定 v当设计新建输水系统，所需要的水泵扬程为: v v式中：H0 静扬高； vhw1 吸水管的水头损失； vhw2 压水管的水头损失； vhw 吸、压水管的水头损失之总和。 9 对于运转中的水泵，所需扬程H为 如果p1为真空度，p1则为负 值， h W = 0 10 11 离心泵的基本性能参数 3轴功率-原动机输送给水泵的功率，以符号 N表示，常用单位为千瓦。 v有效功率-水泵传输给液体的功率。有效功率 通常以符号Nu表示，计算公式为 v轴功率与有效功率之差，即为在水泵中损失掉 的功率。对于水泵来说，轴功率就是输入功率 ，有效功率就是输出功率。 12 离心泵的基本性能参数 4效率 v水泵的有效功率与轴功率之比值，即 v由此可得到水泵的轴功率： 13 离心泵的基本性能参数 5转速 v水泵叶轮的转动速度，以符号n表示。单位为转/分钟。 v各种水泵都是按一定的转速来进行设计的，如果使用时水泵 的实际转速不同于设计转速时，则水泵的其它性能参数（如 流量Q、扬程H、轴功率N等）也将会按一定的规律变化。 6允许吸上真空高度及气蚀余量 v允许吸上真空高度是指水泵在标准状况下（即20，一个标 准大气压）运转时，水泵所允许的最大吸上真空高度。以符 号HS表示，单位为米水柱。 v气蚀余量是指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸 汽压力的富裕能量。以符号HSV表示，单位为米水柱。 14 离心式清水泵 v型号 12Sh-28A 转数 1450转/分 v扬程 10米 效率 78% v流量 684米3/小时 轴功率 23.9千瓦 v允许吸上真空高度 4.5米 重量 660公斤 v出厂编号 出厂日期 v生产厂家 v铭牌上型号12Sh-28A的意义： v12吸水口直径为12英寸。 vSh单级双吸卧式离心清水泵。 v28比转数被10除的整数，即比转数为280左右。 vA表示该水泵的叶轮已经切削小了一档。 15 离心泵的基本方程式 v液体在离心泵中的运动 v分解为两种运动速度; v一种是随着叶轮旋转而旋转的速度，称为牵连速度，用u表 示； v另一种是相对于叶轮的速度，称为相对速度，用W表示。 v两个速度的合成，即为液体相对于固定的泵壳的运动速度， 称为绝对速度，用C表示。 16 v液体牵连速度方向和叶轮上的圆周切线方向一致， 液体相对速度方向和叶片方向相切，而液体绝对速 度的方向则为牵连速度和相对速度合成速度的方向 。 v可以绘制水泵叶轮中任何一个位置上的液体速度三 角形，最有用的是液体在叶轮进口和出口的速度三 角形。其中，足标“1”表示叶轮进口，“2”表示 叶轮出口。 17 v根据出水角 的大小不同，可分为三种类型: v当 90时，叶片与旋转方向呈前弯式； v当 =90时，叶片与旋转方向呈径向式； v当 90时，叶片与旋转方向呈后弯式。 v 角的大小反映了叶片的弯度，是构成叶片形状和叶 片性能的一个重要数据。在实际工程中，使用的叶片大多 为后弯式叶片。 18 离心泵基本方程式 v基本方程式的推导。作以下假定： v液流是恒定流。运动要素均不随时间变化； v液流为理想液体。不考虑水头损失； v叶片厚度为无穷薄，叶片的数量为无穷多。叶槽 中叶轮同半径处液流的同名速度相等。 v下标T表示理想情况下的参数 当 19 基本方程式的讨论 v为了使水泵的扬程最大，应使C1u=0。即进口处 液体必须径向流入叶轮即 ， v理论扬程HT的大小取决于圆周速度u2和切向速度 C2u，由于 所以增大叶轮直径D2，提高转速n，减小 ， 都可 以提高离心泵的扬程。 20 基本方程式的讨论 v离心泵的理论扬程与被输送介质的容重 无关，即同一台离心泵，输送不同的流 体，所产生的理论扬程值是完全一样的 。但水泵所消耗的功率却是不相同的。 流体容重越大，水泵消耗的功率也越大 。因此，当输送流体的容重不同，而理 论扬程相同时，原动机所须供给的功率 消耗是完全不相同的。 21 离心泵的特性曲线 一、离心泵的理论特性曲线 v在转速n一定时，HT、NT、与QT的关系曲线。 v HTQT性能曲线 HT QT 22 vNTQT性能曲线 NT QT 23 离心泵的特性曲线 二、离心泵的实际特性 曲线 当转速n一定时 考虑了水力损失、容 积损失和机械损失 H、N、 与Q的关系曲 线 最高效率点为工作点 24 性能曲线的比较 vQH性能曲线形状大致 有两种(驼峰型不稳定工 作应尽量避免) v较平坦的-流量变化大 而扬程变化小. 可用于自来水厂二 级泵站。 较陡降的-扬程变化大 而流量变化小 可用于自来水厂一 级泵站。 H Q 25 离心泵装置的工况 一、管路系统特性曲线 26 二、水箱出流工况点 v1常规方法: 能量线与管道特性曲线重合.既: 2.折引法; 能量线减去管道特性曲线.既: 27 三、离心泵装置的工况点（图解法） Q H 泵特性曲线 管路特性曲线 工作点 M HM QM 28 29 三、离心泵装置的工况点的变化 v离心泵装置的工况点，是建立在水泵和管道系统 能量平衡上。而一旦这种平衡关系被破坏，则离 心泵装置的工况点也必然会改变。 工况点的调节从两方面考虑： v改变管道性能曲线水位变化、阀门调节等 v改变水泵的性能曲线改变水泵转速、切削叶 轮等。 v利用水泵出水阀门进行工况点的调节，称阀门调 节。是一种作为临时性或小型泵调节的常用方法 30 数解法求工况点 v把水泵性能曲线与管道性能曲线联立。 v从而求出流量和扬程。 31 水泵相似律 一、水泵叶轮相似的条件 v几何相似相似泵的各对应尺寸成同一比例，且相应的 叶片倾斜角相等。 式中 任一线性尺寸的比例尺； D1、D2、b 为实际泵的叶轮内径、外径及宽度； D1m、D2m、bm 为模型泵的叶轮内径、外径及宽度。 v运动相似相似泵的两叶轮对应点上水流的同名速度方 向一致，大小成比例。即 v两水泵对应的速度三角形相似。 32 相似定律 v在相似工况下，两泵性能参数之间的关系称为相似定律。 而所谓的相似工况，即在两者效率相等的前提下，既满足 几何相似，同时又满足运动相似时的工况情况。 1流量之比： v流量之比与转速的一次方及叶轮直径的三次方成正比。 2扬程之比： v扬程之比与转速和叶轮直径的平方成正比。 3轴功率之比： v轴功率之比与转速的三次方及叶轮直径的五次方成正比。 33 离心泵相似律的应用 比例定律：两台泵几何尺寸一样，或同一台 泵 34 比转数ns v比转数对水泵叶轮进行分类 v比转数的意义是：在最高效率下，将水泵的几何尺寸按比 例缩小，缩小到当有效功率Nu=1马力，扬程Hm=1m，流 量Qm=75Nu/Hm=0.075m3/s，这时模型泵的转数就称为 比转数 v各变量的单位为： n转/分；Qm3/s；Hm。 v应用时应注意： 1Q、H为最高效率时的参数，即设计工况点； 2Q、H是指单级、单吸泵的参数。若为多级泵，如四级泵 ，则扬程应取H/4；若为双吸泵，流量应取Q/2。 35 例 已知12sh-13型泵，额定参数为：Q=220L/s， H=32.2m，n=1450转/分，试核算其比转数ns。 解： 由于是双吸式水泵，所流量应取Q/2=110L/s， v例 一台D型多级泵，叶轮级数为8级，已知最高 效率时Q=280m3/h，H=520m，n=1450转/分，求 比转数ns。 v解： 泵的单级扬程为，所以有： 36 比转数的意义 v比转数ns小，表示流量Q小，扬程H大；而ns大， 则表示Q大，H小。因此，知道了ns，就可大致知 道Q与H的关系。如12sh-6和12sh-28，前者比转 数ns=60，后者为280，由于进口直径一样，就可 知流量差不多一样大。而由于前者比转数比后者 小，所以，应该前者的H大，后者的H小。查样本 可知，H1=90m，H2=12m。 v根据比转数的大小，对叶片泵进行分类： ns=50350，为离心泵； ns=350500，为混流泵； ns=5001200，为轴流泵。 37 38 比转数的意义 v比转数ns的不同，还能反映水泵特性曲线的 形状不同。 v曲线：随着ns的增大，曲线逐渐变陡 。 39 QN曲线：随着ns的增大，曲线逐渐平坦，但ns大到 一定数值时，曲线重新变陡。所以，ns小的叶片泵， 为避免启动电流过大，应闭闸启动。 Q曲线：比转数ns小，曲线平坦，高效区宽，经济 性能好。而比转数ns愈大，高效区愈窄。 40 离心泵并联工作 v并联工作几台水泵向一条公共管道供水 特点： v增加供水量； v增强供水可靠性； v调节水量方便。 v并联工作计算规则： v流量规则：Q并=Q1+Q2； v扬程规则：H并=H1=H2。 41 42 离心泵串联工作 v串联工作后一台水泵的吸水管接在前一 台水泵的压水管上。 v特点：增加扬程，有时还可增加流量。 v串联工作计算规则： v流量规则：Q串=Q1=Q2； v扬程规则：H串=H1+H2。 v多级泵多个叶轮 v串联起来的水泵。 43 44 离心泵汽蚀现象 汽蚀现象叶轮旋转时，如进口处的压强降到等于或 小于液体汽化压强时，就会有蒸汽及溶解在液体中的 气体大量逸出，形成许多由蒸汽和气体混合的小气泡 。并随液体流到高压区时，气泡受压会突然破裂，液 体质点从四周向气泡中心作加速运动，质点互相撞击 。形成强烈地局部水击现象，瞬间的局部水击压力可 达数十MPa。若这种撞击在金属表面的附近发生，就 会对金属产生频率高、压力大的水击作用。导致叶轮 表面产生腐蚀，出现蜂窝状的麻点和孔洞。 汽蚀危害汽蚀产生时，水泵将有很大的噪音和震动 ，水泵性能明显变坏，流量Q、扬程H、效率急剧下 降，甚至抽不上水。 45 汽蚀余量 v汽蚀余量NPSH 水泵进口处单位重量 液体所具有的超过液体汽化压力的余裕能 量。 v要求的汽蚀余量越小，表示该泵的吸水性 能越好。 v计算公式： v防止水泵发生汽蚀的根本措施是降低水泵 的安装高度。 46 离心泵的安装高度 离心泵的安装高度HSS 1.允许吸上真空度HS 47 Hs的校正 如果水泵不在标准条件下运转，必须根据 变化了的实际条件把HS值进行修整。 ha 实际大气压；m； hva 实际温度下水的汽化压力；m HS 水泵厂给定的允许吸上真空高度； m HS 修正后的允许吸上真空高度； m 48 例题：某离心泵在样本中查得允许吸上真空度为6m，现 将泵安装在海拔高度500m处，水温40度，问 （1）修正后的Hs? （2）若吸入管路压头损失为1m，流速水头为0.2m，该 泵安装在离水面5m高处是否合适？ 解： 水40，ht = 0.75mH2o, 500 m处 ha = 9.70 mH2O， Hs=Hs - (10.33 -ha) - (ht - 0.24) =6 - (10.33-9.70)-(0.75-0.24) = 4.88m 49 Hss = Hs v2/ 2g hf = 4.88 0.2 1 = 3.68 m 计算的允许安装高度值(3.68m)低于实际安 装高度值(5m),因此泵安装高度不合适。 50 例题： 用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密 度530 kg / m3，罐内液面恒定，且上方绝 对压强为86.5 kPa ，吸入管压头损失为 1.6m，饱和蒸汽压为65 kPa，泵的气蚀余 量3.5m，确定泵的安装高度。 51 po = 86.5 kPa pv = 65 kPa hf =1.6 m h= 3.5 m Hss = -0.96 m 泵应安装于罐液面下0.96m之下 解： 52 v例 一台6Sh6离心泵，输送流量Q=45L/s时，允许 吸上真空高度HS=5m。若安装在海拔1500m的地区 ，输送水温为30C的清水，水泵进水口直径 D=150mm，吸水管水头损失为1.2m，试计算最大安 装高度HS。 v解：水温为30C时，ht=0.43m v 海拔1500m时，ha=8.6m v该水泵在安装现场的允许吸上真空高度为： v则水泵的最大安装高度HSS为： 。 53 轴 流 泵 v轴流泵比转数ns=5001200。 属于中、大流量，中、小扬程。 工作原理空气动力学中机翼的升力理论。 轴流泵性能特点： 1、扬程随流量的增大而急剧减小； 2、功率随流量的增大而减小，须开闸启动； 3、效率与流量的曲线呈驼峰形，高效区小； 4、吸水性能通常用汽蚀余量。 改变工况点的方法，采用变角调节。固定式,半调式 和全调式 54 v混流泵比转数ns=350500； v混 流 泵 v流量和扬程均介于离心泵与轴流泵之间; v工作原理离心力和空气动力学中机翼的升 力理论。 v有蜗壳式和导叶式两种 v蜗壳式接近离心泵; v导叶式接近轴流泵. 55 v往复式泵,它适用于小流量、高扬程的情况下输送粘 性较大的液体，如高压锅炉补给水泵、混凝土泵等。 v往复式泵主要由泵缸（工作室）、活塞（或柱塞） 和吸、压水阀等组成。 活塞往复一次，缸体内只吸入一次和排出一次水， 这种泵就称为单作用往复式泵，单作用往复式泵和压 缩机的理论流量为： 如果是双作用往复式泵，则它的理论流量是单作用泵 的两倍。 v流量 v往 复 式 泵 56 v性能特点和应用 v扬程取决于管路系统中的压力、原动机的功率以及缸 体本身的机械强度，理论上可达无穷大值。供水量受缸 体容积的限制，因此，往复泵的性能特点是高扬程、小 流量的容积式水泵。 v必须开闸启动。 v不能用闸阀来调节流量。 v适应性较强，由于流量不受压力高低的影响，所以在 小流量范围内，几乎能满足工程上的任何使用要求。 v流体的吸入和排出不连续，严重时可能会造成运转中 产生振动和冲击现象。 57 1.工作原 理 射流泵出口处液体所具有的比能（即射流泵的扬程）（m）； 被抽液体的流量（m3/s）； 喷嘴的过流断面积（m2）； 射流泵的工作性能： 流量比: 工作液体的流量； 压头比: 喷嘴前工作液体所具有的比能； 断面比: 混合室的过流断面积。 58 v射流泵优点有： v构造简单、尺寸小、重量轻、价格便宜； v便于就地加工，安装容易，维修简单； v无运动部件，启闭方便，当吸水口完全露出水面后 ，断流时无危险； v可以抽升污泥或其它含颗粒液体； v可以与离心泵联合串联工作从大口井或深井中取水 。 v缺点是效率较低。 59 v在给水排水工程中一般用于： v用作离心泵的抽气引水装置； v在水厂中利用射流泵来抽吸液氯和矾液，俗称“水老鼠”； v在地下水除铁曝气的充氧工艺中，利用射流泵作为带气、充气 装置，射流泵抽吸的始终是空气，通过混合管进行水气混合，以 达到充氧目的。称为加气阀； v在排水工程中，作为污泥消化池中搅拌和混合污泥用泵。近年 来，用射流泵作为生物处理的曝气设备及气浮净化法的加汽水设 备发展异常迅速； v与离心泵联合工作以增加离心泵装置的吸水高度。在离心泵的 吸水管末端安装射流泵，利用离心泵压出的压力水作为工作液体 ，这样可使离心泵从深达3040米的井中提升液体； v在土方工程施工中，用于井点来降低基坑的地下水位等。 60 给水泵站 v泵站分类： v按设置位置：地面式、地下式、半地下式。 v按操作方式：手动、半自动、全自动、遥控 。 v按系统中的作用： 取水泵站：一级泵站，高比转数； 送水泵站：二级泵站，低比转数； 加压泵站：分区供水，局部加压； 循环泵站：企业内部循环使用。 61 泵站供配电 v电力负荷等级： 一级负荷大中城市水厂，不影响生产； 二级负荷部分城市水厂，允许短时断水； 三级负荷城镇水厂，只供生活用水小厂。 v电压选择： 380V小规模水厂，100kW; 10kV大多数中小型水厂； 35kV大型水厂。 变电所有三种类型： 独立变电所、附设变电所、室内变电所。 常用电动机三相交流异步电动机。 电动机调速同步调速（变极、变频）、转差率调速。 62 水泵机组布置 v水泵机组布置： 纵向排列、横向排列、横向双行排列； 水泵机组基础： 主要考虑：基础高度、基础之间的距离、 主要通道的宽度、辅助泵布置等。 63 吸水管路和压水管路 v吸水管路的要求： 1、不漏气； 2、不积气； 3、不吸气。 吸水管路中的流速应遵循有关规定，不能太 大。 压水管路的要求： 压水管路中的流速可适当放大。 64 泵站水锤水泵机组由于突然原因造成开阀 停车时，管路中压力突然升高的水力现象。 防护措施： 适当布置管路防止水柱分离、设置水锤消 除器、空气缸、缓闭阀等。 泵站噪声令人烦恼、心神不安、对人体 有危害的声音。 噪声源：空气动力性、机械性、电磁性。 噪声的防止：吸声（材料）、消声（设备本 身）、隔声（隔断）、隔振（橡胶垫）。 65