水泵扬程及特性曲线.ppt

2.4 离心泵的基本方程式,2.4.1水在叶轮中的运动状态 1.坐标系统：动坐标参考系统旋转着的叶轮 静坐标参考系统固定的泵座 2.运动状态： 1）圆周运动（牵连运动）U 2）相对运动W 3）绝对运动C,叶轮出口速度三角形,（a) 后弯式 (90),（b)径向式 ( 90),（b) 前弯式 ( 90),离心泵叶片形状,2.4.2 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。 J2-J1=M,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,2.4.3基本方程式的讨论 （1）适用于一切叶片泵 由公式知：H只与进出口流速有关，与内部运动状态、速度分布、叶片形状和安装位置无关 （2）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能， 取 90，即u=0 则 （3） 则增加转速(n)相加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬程。,(4)离心泵的理论扬程公式适用多种液体的 H方程与液体性质无关，也就是说基本方程式适用于一切液体，但当输送不同容重的液体时，其单位要用被输送的液体的液柱高来表示；另外水泵所消耗的功率将是不同的。 (4) 动扬程与势扬程的分配 水泵的扬程由两部分能量组成，一部分 为势扬程(H1)，表示液体流经叶轮后的单位压能增量；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。,动扬程与势扬程的分配,水从叶轮获得的能量由动能和势能两部分组成，它们是如何分配的呢？ 由速度三角形： 代入基本方程 则得,2.4.4基本方程式的修正 假定1 恒定流，认为基本满足。 假定2 理想流体 实际液体存在的冲击损失、流动的摩阻损失等使得扬程下降，实际应用中利用水利效率h来修正 假定3 液流均匀一致 “反旋现象”。 要做到液流均匀一致，只有做到叶片无限多、无限薄才能实现，而这是不可能的，叶轮的叶片一般为2-8片，所以叶轮同一圆周上的速度分布不均匀，会出现反旋现象，用反旋系数p来修正，修正后的扬程为：,h水力效率; p修正系数。,2.5.1离心泵装置 水泵配上管路及一切附件后的“系统” 2.5.2水泵的总扬程基本计算方法： （1）进出口压力表表示（工作扬程） （2）用扬升液体高度和水头损失表示 （设计扬程）, 2.5 离心泵装置的总扬程,Hss水泵吸水地形高度，水泵泵轴与吸水池测压管水面的高差 Hsd压水地形高度，高地水池测压管水面与水泵泵轴之间的高差 HsT吸水池测压管水面与高地水池测压管水面之间的高差，即静扬程 hs吸水管路损失 hd压水管路损失 hhs+hd Pv水泵进口真空表读数 Pd水泵出口压力表读数,（1）公式推导（列1-1，2-2比能量方程式）:,2.5.2.1 水泵装置的工作扬程,（2）基本计算公式 Hd： 以水柱高度表示的压力表读数（m） Hv： 以水柱高度表示的真空表读数（m）,2.5.2.2水泵装置的设计扬程 （1）基本计算公式: HST：水泵的静扬程（mH2O） h：水泵装置管路中水头损失之总和（mH2O）,（2）公式推导（列0-0，1-1能量方程）:,同理（列2-2，3-3能量方程式）：,注：本节中所介绍的求水泵扬程公式，对于其它各种布置形式的水泵装置也都适用，包括自灌式。 自灌式水泵的公式推求，请大家自学。,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：i1=0.0065, i2=0.0148 ； 吸水进口采用滤水网，90弯头一个， DN=350*300mm渐缩管一个； 压水管按长管计，局部水头损失占沿程10%。, 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)。,2.6.3水泵内部的能量损失,(1)水力效率T：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。 (2)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。 (3)机械效率M：机械性的摩擦损失 总效率,水功率NT,N”,图示 水泵内部功率损失,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),2.6.4理论特性曲线的修正,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。,2.6.5 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