《泵与泵站》02(第2章 叶片式泵)

.,第2章叶片式泵,2.1离心泵的工作原理与基本结构2.2离心泵的主要零件2.3叶片泵的基本性能参数,.,2.1离心泵的工作原理与基本结构,工作原理,.,2.1离心泵的工作原理与基本结构,基本结构,.,2.1离心泵的工作原理与基本结构,离心泵基本结构,.,2.1离心泵的工作原理与基本结构,离心泵的工作过程,启动前，将泵壳和吸水管道灌满水驱动电机，使叶轮高速旋转液体收到离心力作用被甩出叶轮，经过泵壳流入压水管道，由压水管道输入管网同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成真空，吸水池中的液体在大气压的作用下源源不断的流入叶轮吸水口，从而实现离心泵的连续输水。,.,2.2离心泵的主要零件,离心泵基本结构,.,2.2离心泵的主要零件,叶轮,是离心泵的主要零件，其设计根据水力计算决定常用材质：铸铁、钢、青铜（材质的性能决定了水泵的使用寿命，价格）叶轮的种类按吸水方式分：单吸式双吸式，吸水量较大按叶轮盖板情况分：封闭式，输送较洁净的液体敞开式，输送含有一定悬浮物、杂质的液体半开式,.,2.2离心泵的主要零件,叶轮,.,2.2离心泵的主要零件,叶轮,.,2.2离心泵的主要零件,泵轴,作用：用来旋转叶轮常用材质：碳素钢、不锈钢（要有足够的抗扭强度和刚度）泵轴和叶轮的连接：采用键连接，平键只能传递扭矩不能固定叶轮轴向位置叶轮轴向位置的固定：大中型泵常用轴套和并紧轴套的螺母来定位,.,2.2离心泵的主要零件,泵壳,泵外面的蜗壳形外壳2个特点：蜗壳形（保持良好的水力条件，沿蜗壳断面的水流速度为常数）锥形渐扩管（降低水流速度，速度水头转化为压力水头）,.,2.2离心泵的主要零件,泵座,作用：固定泵体，连接水泵与基础3个孔：测压螺孔：吸水管法兰上，安装真空表；压水椎管法兰上，安装压力表放水螺孔：泵壳底部，作用为泵停车检修时放空积水泄水螺孔：泵座横向槽底，作用为排填料盒渗漏的水滴,.,2.2离心泵的主要零件,轴封装置,泵轴和泵壳的间隙处设置的密封装置轴封装置应用较多的为填料密封和机械密封,.,2.2离心泵的主要零件,轴封装置,填料密封,.,2.2离心泵的主要零件,轴封装置,机械密封,.,2.2离心泵的主要零件,轴封装置,机械密封,DY101型系列机械密封,112型系列机械密封,.,2.2离心泵的主要零件,减漏环,.,2.2离心泵的主要零件,轴承座,.,2.2离心泵的主要零件,轴承座,.,2.2离心泵的主要零件,联轴器（“靠背”轮）,.,2.2离心泵的主要零件,联轴器（“靠背”轮）,.,2.2离心泵的主要零件,轴向力平衡措施,.,2.3叶片泵的基本性能参数,叶片泵的基本性能，由6个性能参数表示：,流量,扬程,轴功率,效率,转速,允许吸上真空高度及汽蚀余量,.,2.3叶片泵的基本性能参数,流量（抽水量）,定义：泵在单位时间内输送的液体数量表示符号：Q单位：体积流量单位m3/h，L/s重量流量单位t/h,.,2.3叶片泵的基本性能参数,扬程（总扬程）,定义：泵对单位重量（1kg）液体所作的功表示符号：H单位：m，Pa,.,2.3叶片泵的基本性能参数,扬程（总扬程）,内涵：表征液体经过泵后的比能增加,式中：E1液体流入泵时具有的比能E2液体流出泵时具有的比能,.,2.3叶片泵的基本性能参数,轴功率,定义：泵轴得自原动机所传递来的功率表示符号：N单位：kW,.,2.3叶片泵的基本性能参数,补充内容,有效功率：单位时间内流过泵的液体从泵那里得到的能量，用Nu表示,式中：液体密度，kg/m3g重力加速度，m/s2Q流量，m3/sH扬程，m,.,2.3叶片泵的基本性能参数,补充内容,配套功率：泵所要求的原动机的输出功率，用Np表示。一般在泵的产品样本中可以查出。,式中：k备用系数，k1d传动设备的效率,.,2.3叶片泵的基本性能参数,效率,定义：泵的有效功率Nu和轴功率N的比值表示符号：单位：%,.,2.3叶片泵的基本性能参数,效率,效率的定义式：,一般来说，有效功率是已知的，通过上式，可以求泵的轴功率：,（kW）,（HP）,.,2.3叶片泵的基本性能参数,效率,进而，计算泵的电耗：,式中：1泵的效率2电机的效率t泵的运行时间,.,2.3叶片泵的基本性能参数,效率,效率的内涵：衡量原动机输入功率在泵内部的损失。,泵内的损失,容积损失,机械损失,水力损失,机械效率,容积效率,水力效率,泵的总效率,.,2.3叶片泵的基本性能参数,转速,定义：泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动次数表示。表示符号：n单位：r/min,.,2.3叶片泵的基本性能参数,允许吸上真空高度,定义：泵在标准状况下（20，1atm）运行时，泵所允许的最大吸上真空高度。表示符号：Hs单位：mH2O内涵：一般用来反映离心泵的吸水性能,.,2.3叶片泵的基本性能参数,汽蚀余量,定义：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。表示符号：Hsv，h单位：mH2O内涵：一般用来反映轴流泵等的吸水性能,.,2.3叶片泵的基本性能参数,叶片泵的基本性能，由6个性能参数表示：,.,2.2叶片泵的基本性能参数,水泵的铭牌,铭牌上简明列出：泵在设计转速下运行，效率最高时的流量、扬程、轴功率、允许吸上真空高度及汽蚀余量,.,第2章叶片式泵,2.4离心泵的基本方程式,.,2.4.1叶轮中液体的流动情况,离心泵叶轮中水流速度,复合的圆周运动,静坐标系固定不动的泵壳动坐标系旋转的叶轮,3个速度,相对速度W（相对于动坐标系叶轮）,牵连速度u（相对于静坐标系泵壳）,绝对速度C（速度W和u的合成）,4个角度,2个坐标系,出水角,出水工作角,进水工作角,进水角,.,2.4.1叶轮中液体的流动情况,速度三角形,径向分速度：,切向分速度：,.,2.4.1叶轮中液体的流动情况,离心泵叶片的形状,离心泵常用后弯式叶片，2在2030之间,.,2.4.2基本方程式的推导,三点假设,假设1：液槽内液流为恒定流，即槽内各点运动要素不随时间变化,假设2：液流均匀一致，叶槽内同半径处速度相等，即液流为均匀流,假设3：液流为理想流体，即无粘性，无能量损失,.,2.4.2基本方程式的推导,动量矩定理,动量矩：某质点相对于固定点（或轴）的动量矩等于质点的动量与其相对于固定点（或轴）的（垂直）距离的乘积。,.,2.4.2基本方程式的推导,动量矩定理,动量矩定理：某质点或质点系对于某点（或轴）的动量矩在单位时间内的变化量，就等于作用于该质点或质点系的所有外力对该点或该轴的力矩之和。,.,2.4.2基本方程式的推导,某一液槽内动量矩的变化：,在恒定流状态下，dt时段内流出叶槽的水流与流入叶槽的水流具有相等的质量dm，则：,.,2.4.2基本方程式的推导,单位时间动量矩的变化：,根据动量矩定理：,（式1）,.,2.4.2基本方程式的推导,液流所受的外力：,叶片迎水面和背水面作用于液流的压力P1、P2,作用于ab和cd面上的水的压力P3、P4,作用于液流的摩擦阻力P3、P4,（沿径向方向，对泵轴没有力矩）,（理想流体，可忽略摩擦阻力）,.,2.4.2基本方程式的推导,将式1推广到所有叶槽：,.,2.4.2基本方程式的推导,将式1推广到所有叶槽：,离心泵的基本方程式,.,2.4.3基本方程式的讨论,（1）为提高水泵扬程和改善吸水性能，一般使，。,（2）水流通过水泵时，扬程与u2有关。,提高n，加大D，可以提高HT,2越小，HT越大,.,2.4.3基本方程式的讨论,（3）离心泵的理论扬程与水的容重无关。,（2）离心泵的理论扬程可分为势扬程和动扬程。,注意：当输送液体的密度不同，而理论扬程HT相同时，泵所消耗的功率不同。,.,2.4.3基本方程式的修正,（1）关于液流为恒定流的假定基本能够满足。,（2）“反旋现象”，修正系数p。,（3）实际液流具有粘性，有能量损失，用水力效率修正。,.,2.4.3基本方程式的修正,.,2.4.3基本方程式的修正,实际扬程,可以看出，离心泵的实际扬程与叶轮直径D、转速n、出口绝对速度C、出口角2以及水力效率等因素有关，因此，水泵扬程是随着水泵运行工况而变化的。,.,第2章叶片式泵,2.5离心泵装置的总扬程,.,2.5.1几个重要概念,离心泵装置,总扬程，H,静扬程，HST,泵吸水地形高度，Hss,泵压水地形高度，Hsd,HST,HSS,HSd,泵吸水井的设计水面与水塔（或密闭水箱）最高水位之间的测压管高差。,泵吸水井（池）水面的测压管水面至泵轴间的垂直距离。,泵轴至水塔的最高水位或密闭水箱页面的测压管水面之间的垂直距离。,泵配上管路及一切附件后的系统。,泵的扬程,.,2.5.2运行中泵的总扬程计算,根据佰努利方程的物理意义：,则：,泵进口处1-1断面比能：,泵出口处2-2断面比能：,.,2.5.2运行中泵的总扬程计算,又：,真空表读数,压力表读数,则：,较小，可忽略,因此：,.,2.5.3设计时泵的总扬程计算,进行泵站工艺设计时，只能根据原始资料，确定泵站的设计扬程。,.,2.5.4自灌式泵装置的总扬程计算,作业：,试证明泵的扬程公式也适用于自灌式水泵装置,.,【例题】,岸边式取水泵房，根据已知条件求水泵扬程。已知：流量，Q=120L/s管路长度，吸水管l1=20m，压水管l2=300m管径，吸水管Ds=350mm，压水管Dd=300mm标高，吸水井水面58.00m，泵轴60.00m，水厂混合池水面90.00m。管件，吸水进口采用无底阀的滤水网，90弯头一个，DN350300渐缩管一个。,.,【例题】,解：静扬程：,吸水管内流速：,查设计手册，水力坡度i1=0.0065,吸水管路沿程损失，hs1=i1l1=0.006520=0.13m,吸水管路水头损失,吸水管路局部损失，,吸水管路上各部分的局部损失系数，查手册,吸水管路总水头损失，,.,【例题】,压水管内流速：,查设计手册，水力坡度i2=0.0148,压水管路沿程损失，hd1=i2l2=0.0148300=4.44m,压水管路水头损失,压水管路局部损失为沿程损失的10%计,压水管路总水头损失，,泵的总扬程,.,第2章叶片式泵,2.6离心泵的特性曲线,.,几个概念,离心泵的特性曲线,n=常数时,在一定转速（n）的条件下，表示离心泵的基本性能参数（H、N、Hs）随流量（Q）而变化的关系式的曲线。,.,几个概念,泵的工况对应某一流量下泵的一组基本性能参数值。,泵的设计工况（额定工况）泵在效率最高时对应的一组基本性能参数值。,泵的极限工况泵在流量最大时对应的一组基本性能参数值。,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,基本方程式,HT=f（QT）,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,离心泵的理论特性曲线,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,考虑反旋,HT=f（QT）,考虑泵内水头损失,H=f（QT）,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,离心泵的理论特性曲线,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,泵内水头损失包括两部分,摩阻损失h1：在吸水室、液槽和压水室中的摩阻损失。,冲击损失h2：在非设计工况下，叶轮的进口导水器、蜗壳压水室的进水口出发生的冲击损失。,泵内水头损失用水力效率来衡量,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,考虑泵内容积损失,H=f（QT）,H=f（Q）,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,容积损失q：泵工作过程中存在着泄露和回流而产生的渗漏量。其大小与扬程有关。,容积损失用容积效率来衡量,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,离心泵的理论特性曲线,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,摩擦损失：泵工作过程中，在轴承内、填料轴封装置内、叶轮盖板和水之间的摩擦损失。,摩擦损失用机械效率来衡量,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,泵的总效率,.,2.6.1理论特性曲线的定性分析,理论特性曲线和速度三角形的关系290时的特性曲线，为什么泵都采用后弯式叶片？,关于理论特性曲线的讨论,290,2=90,290,.,2.6.2实测特性曲线的讨论,因为泵内的损失很难精确计算，因此泵的实际性能曲线一般都是采用实验方法测量得到的。,.,2.6.2实测特性曲线的讨论,HQ,NQ,Q,HsQ,.,2.6.2实测特性曲线的讨论,（1）Q-H曲线是一条不规则的下降型曲线，与理论分析结果吻合。每一流量都对应有一个H、N、Hs，在各曲线上都对应有一个点。,（2）效率最高值所对应的参数即为泵铭牌上的参数，即为额定参数。在该点左右一定范围内（最高效率的10%左右）属于效率较高的区段，称为高效段。,.,2.6.2实测特性曲线的讨论,（4）在选择配套电机时，应注意水泵实际可能达到的最大轴功率，应比轴功率略大。,泵样本中的