水泵与泵站课件修课件.ppt

水泵与泵站,讲授人：梁丽珍QQ：870417154（乘风）,（一）课程地位水泵与泵站是在给水排水工程中如同人的心脏一样，将水增压、提升、输送，起到不可或缺和不可代替的作用。该课程的良好掌握，有利于各种污水处理工程设计和污水处理设备的选型。（二）课程设置目的使学生通过本课程的学习，掌握水泵的基本理论与泵站的结构及设计方法，为学习各专业课和今后从事专业工作打下基础，以便解决本专业工程中的有关液体输送的问题。,课程的性质和任务,（三）水力学回顾,1.水力学的定义：水力学是研究液体处于静止和运动状态下的力学规律，并探讨运用这些规律解决工程实际问题的一门科学。水力学又是力学的一个分支。2.水力学的任务：研究以水为代表的，液体机械运动规律及其在工程中的应用。,（四）水力学由以下内容构成,水力学所研究的基本规律：两大主要组成部分，水静力学和水动力学。,水静力学：关于液体平衡的规律，它研究液体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于液体上的各种力之间的关系。,水动力学：关于液体运动的规律，它研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动要素之间的关系，以及液体的运动特性与能量转换等等。,3.帕斯卡原理,2.等压面等压面就是等势面等压面与质量力正交,（五）水力学知识回顾,液体静力学,1.静压强特性静压强作用的垂向性静压强的各向等值性,4.重力作用下的平衡方程（三个方程式）测压管的定义、特性及使用方法液体平衡规律,5.压强的表示方法三种6.作用在平面上的总静压力两种计算方法解析法公式斜面或垂面,（五）水力学知识回顾,液体静力学,平面,水动力学,总流的连续性方程,总流的伯努利方程,总流的动量方程,水动力学,短管自由出流,短管淹没出流,圆管均匀流沿程水头损失与剪应力的关系,1.明渠均匀流特性、形成条件2.过流断面的几何要素水面宽、过流断面面积、湿周、水力半径,明渠水流,GsinFf,基本公式,3.水力最优断面和允许流速,4.明渠流态临界流数据的计算（hc、ic）三种流态的判别（vc、hc、ic、Fr、de/dh）5.水跃与水跌共轭水深计算水跃长度计算6.棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线的分析,明渠水流,1.堰的分类2.宽项堰溢流3.实用堰,堰流,（六）水泵及水泵站绪论,水泵分类,液体输送机械按其工作原理分类为：动力式(叶轮式)包括离心式、轴流式输送机械，它们是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量的。,容积式(正位移式)包括往复式、旋转式输送机械，它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量的。其它类型指不属于上述两类的其它型式，如喷射式等,系列化、标准化程度日益完善的同时，向专业化、特殊用泵化发展向大型化、高速化发展泵站自动化水平逐步提高,水泵及水泵站的地位与作用,我国水泵与水泵站的现状与发展趋势,第2章叶片式水泵的构造,离心泵轴流泵混流泵,2.1离心泵,离心泵在生产和工程中应册最为广泛，这是因为离心泵具有以下优点：(1)结构简单，操作容易，便于调节和自控；(2)流量均匀，效率较高；(3)流量和压头的适用范围较广；(4)适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。,(一)离心泵的工作原理,1叶轮2泵壳3泵轴4吸入口5吸入管6底阀7滤网8排出口9排出管10调节阀,图1离心泵装置简图,离心泵的装置简图如图1所示，它的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴上，泵轴可由电动机带动旋转泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，而在吸入管路底部装有底阀。泵壳侧旁的排出口与排出管路相连接，其上装有调节阀。,(一)离心泵的工作原理,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得了能量以提高压强。,气缚现象：离心泵启动时，若泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。,(二)离心泵的分类与主要部件,1、单级单吸离心泵即一个叶轮，单面吸水。型号：IB100-80-200IS90-65-11253B31、BA,2、单级双吸离心泵，即一个叶轮、双面吸水。型号：250S-3020Sh-6A,3、多级单吸离心泵，即多个叶轮、单面吸水。型号：D46-5012,（三）离心泵的主要零件,离心泵由两个主要部分构成：一是包括叶轮和泵轴的旋转部件；二是由泵壳，填料函和轴承组成的静止部件。,1.叶轮,叶轮是离心泵的关键部件，因为液体从叶轮获得了能量，或者说叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高,(a)闭式(b)半闭式(c)开式图2离心泵的叶轮,1.叶轮,叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种，如图3所示。,（a）单吸式（b）双吸式图3离心泵的吸液方式,2.泵壳,离心泵的泵壳通常制成蜗牛形；故又称为蜗壳，如图4中的1所示。,为了减少液体直接进入泵壳时因碰撞引起的能量损失，在叶轮与泵壳之间声时还装有一个固定不动而带有叶片的导轮，如图4中的3所示。,图4泵壳与导轮1-泵壳2-叶轮3-导轮,3.其它部件,泵轴减漏环（密封环）轴封装置（填料盒）轴承轴向力平衡措施,2.2轴流泵,（一）轴流泵的工作原理轴流泵是利用叶轮在水中旋转时产生的推力将水提升的，这种泵由于水流进入叶轮和流出导叶都是沿轴向的，故称轴流泵。如下图。,（二)轴流泵的基本构造,轴流泵按泵轴的安装方式分为立式、卧式和斜式三种，它们的结构基本相同。目前使用较多的是立式轴流泵。主要零部件有：喇叭管、叶轮、导叶体、出水弯管、轴和轴承、填料函等。,2.3混流泵,混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵，它是靠叶轮旋转而使水产生的离心力和叶片对水产生的推力双重作用而工作的。,第三章叶片式水泵的性能,工作参数基本方程式基本性能曲线叶轮相似律及相似准数,1.流量Q(L/s、m3/s、m3/h)流量是水泵在单位时间内所输送液体的体积。,2.扬程H（m）扬程是单位重量液体通过水泵后能量的增值，即单位能的增值。H=H0+hf+hj=H0+hw,3.功率（KW）单位时间内水泵所做的功。分为有效功率和轴功率,3.1工作参数,2019/12/13,32,可编辑,3.1有效功率Pe（KW）指水泵的输出功率，水所获得的功率。Pe=QH/1000,3.2轴功率P（KW）原动机输送给水泵的功率,即水泵的称为轴功率。P=Pe/,4.效率指水泵的有效功率与轴功率之比。通常用效率来反映能量损失。,水泵的能量损失和效率包括以下几项：,(1)容积损失与容积效率容积损失是指泵的泄漏所造成的损失。,图离心泵的泄漏损失,(2)机械损失与机械效率由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的摩擦而引起的能量损失称为机械损失，可用机械效率来反映这种损失，其值一般为0.960.99。,(3)水力损失粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力，统称为水力损失。额定流量Q，下离心泵的水力效率一般为0.80.9。,图11水力效率与流量的关系,水泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称为总效率。因此总效率为上述三个效率的乘积。由上面的牢性分析可知，水泵的效率在某一流量(对正确设计的泵，该流量与设计流量相符合)下为最高，而小于或大于该流量时都将降低。通常将最高效率下的流量称为额定流量。水泵的效率与泵的类型、尺寸、制造精密程度、液体的流量和性质等有关。一般小型水泵的效率为5070，大型泵可高达90。,5.转速n（r/min）水泵叶轮的转动速度,6.允许吸上真空高度Hs（mH2O）允许吸上真空高度是指水泵在标准状况下（20C，一个标准大气压，即101.325kPa）运转时，水泵所允许的最大吸上真空度。,7.汽蚀余量Hsv（mH2O）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。,3.2基本方程式,水泵的理论压头是指在理想情况下水泵可能达到的最大压头。,理想情况就是：(1)叶轮为具有无限多叶片(叶片的厚度当然为无限薄)的理想叶轮，因此液体质点将完全沿着叶片表面而流动。(2)被输送的液体是理想液体，因此无粘性的液体在叶轮内流动时不存在流动阻力。,(一)水流在叶槽中的流动及速度三角形,图5液体在离心泵中的流动,a表示绝对速度与圆周速度两矢量之间的夹角，表示相对速度与圆周速度反方向延线的夹角，一般称之为流动角。,及的大小与叶片的形状有关。,由余弦定律得知：,由此可知，叶片的形状影响液体在泵内的流动情况以及水泵的性能。,(二)基本方程式的推导,动量矩定理：“单位时间内，对于流动流体某一中心的动量矩的增量，等于作用于其中心的力矩的增量。”,图5液体在离心泵中的流动,离心泵叶片进口和出口间的力矩增量：,图5液体在水泵中的流动,l1=R1cos1，l2=R2cos2,N=M=HrQTg,水泵的基本方程式,（三）基本方程式的适应条件,只适应于恒定流，水流均匀一致，即叶片无限多，无限薄的情况和理想液体。方程只与叶片进出口速度三角形有关，与叶片形状无关，因此适应于所有叶片泵。表明理论扬程于液体的重度无关；适应于各种理想流体。重度从功率上可以体现。,(四)离心泵基本方程式的讨论,理论流量可表示为在叶轮出口处的液体径向速度和叶片末端圆周出口面积之乘积，即：,图5液体在离心泵中的流动,1叶片几何形状的影响,根据流动角的大小，可将叶片形状分为后弯、径向和前弯叶片三种，如图6所示。,（a）后弯叶片（b）径向叶片（c）前弯叶片,图6叶片形状及出口速度三角形,后弯叶片20,Hl90度，ctg2u22/g,2当理论流量和叶片几何尺寸(b2，2)一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速、直径的增加而加大。,3在水泵的设计中，为提高理论压头，般使1=90度，则cost1=0,说明水泵的理论压头由两部分组成，一部分是液体流经叶轮后所增加的静压头，以Hp表示，另一部分是流体流经叶轮后所增加的动压头，以Hc表示。,Hp,Hc,4轴流泵由于u2=u1，基本方程式中没有离心力引起的压能增值。5叶轮内部水流情况在量的方面影响着理论扬程。,（五）基本方程的修正,理想液体及流道中液流均匀一致的假定与实际液流有些不符。因此，将基本方程应用于实际运行中的离心泵，必须加以适当修饰。,实际叶轮的叶片数是有限的，叶轮半径处液流的同名速度存在差异。,当叶轮旋转时，流到中的液流，由于惯性，有一种相对于叶轮作反向旋转的趋势；叶轮两侧存在着压强差，在流道中形成反旋现象。,(一)离心泵的特性曲线,离心泵的主要性能参数是流量Q、压头H、轴功率N及效率，其间的关系由实验测得，测出的一组关系曲线称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线。,图12离心泵特性曲线,3.3基本性能曲线,HT=A-BQ,(一)离心泵的特性曲线,叶槽中水流不均匀的影响水泵内部水头损失的影响水泵内泄漏和回流的影响,各种型号的离心泵有其本身独自的特性曲线，但它们都具有以下的共同点：,(1)H-Q曲线表示泵的压头与流量的关系。离心泵的压头一般是随流量的增大而下降(在流量极小时可能有例外),图12离心泵特性曲线,离心泵的实测性能曲线及其分析,(2)N-Q曲线表示泵的轴功率与流量的关系。离心泵的轴功率随流量的增大而上升，流量为零时轴功率最小。,(3)-Q曲线表示泵的效率与流量的关系。,图12离心泵特性曲线,离心泵在一定转速下有最高效率点，通常称为设计点。泵在与最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济，所以与最高效率点对应的Q、H、N植称为最佳工况参数。,液体物性的影响,1密度的影响,离心泵的压头，流量均与液体的密度无关，故泵的效率亦不随液体的密度而改变，所以离心泵特性曲线中的H-Q及-Q曲线保持不变。,泵的轴功率随液体密度而改变。因此，当被输送液体的密度与水的不同时，原离心泵特性曲线中的N-Q曲线不再适用，此时泵的轴功率可重新计算。N=QH/102,2粘度的影响,若被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度，则泵体内部液体的能量损失增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大，亦即泵的特性曲线发生改变。,【例】采用本题附图所示的实验装置来测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min，以20清水为介质测得以下数据：,流量，l/s15泵出口处表压，Pa2.55105泵入口处真空度，Pa2.67104功率表测得电动机所消耗的功率，kW6.2泵由电动机直接带动，电动机的效率为93。试求该泵在输送条件下的压头，轴功率和效率。,解：(1)泵的压头真空计和压强表所在处的截面分别以1-1和2-2表示，在两截面间列以单位重量液体为衡算基准的柏努利方程式，即：两测压口间的管路很短，其间流动阻力可忽略不计，即Hf1-2=0。故泵的压头为：(2)泵的轴功率功率表测得的功率为电动机的输入功率，由于泵为电动机直接带动，传动效率可视为100，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。因电动机本身消耗部分功率，其效率为93%，于是电动机输出功率为：电动机输入功率电动机效率=6.20.93=5.77kW泵的轴功率为，N=5.77kW（3）泵的效率,（二）轴流泵及混流泵的实测性能曲线,与离心泵相比，轴流泵具有下列性能特点：Q-H曲线是随流量的减少而变陡Q-P曲线也是陡降曲线Q-曲线呈驼峰形轴流泵的吸水性能,3.4叶轮相似律及相似