水泵与水泵站(水利)

1、 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。 入田 入江 取水 泵站泵站 净水 用水户 输水 污水 城市给水和排水系统工艺基本流程 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 轴流泵轴流泵 混流泵 p p b b a a p p 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 泵壳一般由泵 盖、壳体（蜗 壳）、出水接 管组成 泵壳的作用： 1，使

2、水流平顺 地进入叶轮 2，汇集叶轮甩 出的流体 叶轮叶轮 水泵水泵 轴轴 固定部固定部 分与转分与转 动部分动部分 的间隙的间隙 平衡孔平衡孔 1 1 排出压力；排出压力；2 2加装的减漏环加装的减漏环 3 3平衡孔；平衡孔；4 4泵壳上的减漏环泵壳上的减漏环 单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵 1一叶轮，一叶轮，2一泵轴；一泵轴；3一键，一键，4一泵壳，一泵壳，5一泵座一泵座6一灌水孔，一灌水孔， 7一放水孔：一放水孔：8一接真空表孔，一接真空表孔，9一接压力表孔，一接压力表孔，10一泄水孔，一泄水孔， 1l一填料盒，一填料盒，12一减漏环，一减漏环，13一轴承座，一轴承座，14压盖调节螺

3、栓，压盖调节螺栓， 15传动轮（皮带轮或联轴器）传动轮（皮带轮或联轴器） 单级单吸式离心泵 单级双吸离心泵结构图单级双吸离心泵结构图 1 1泵体；泵体；2 2 泵盖；泵盖；3 3叶轮；叶轮；4 4泵轴；泵轴；5 5密度封环；密度封环；6 6轴套：轴套：7 7填料填料 盒；盒；8 8填料；填料；9 9水封环；水封环；1010压盖；压盖；1111轴套螺母：轴套螺母：1212轴承体；轴承体；1313 固定螺钉；固定螺钉；1414轴承体压盖；轴承体压盖；1515滚动轴承；滚动轴承；1616联轴器；联轴器；1717轴承轴承 端；端；1818挡水圈；挡水圈；1919螺杆；螺杆；2020键键 单级双吸式离心

4、泵 qhnu 3 /1000:mkg取 )( 102 21 kwht qh w hh n nu h 型号型号:12sh-28a 扬程：扬程：10m 流量：流量：684m3/h 转数：转数：1450r/min 效率：效率：78% 轴功率：轴功率：28kw 允许吸上允许吸上 真空高度：真空高度：4.5m 总量：总量：660kg (1)(1)相对速度相对速度 u w c cwu += 圆周速度圆周速度 绝对速度绝对速度 即即: : (2)(2)速度矢量三角形速度矢量三角形 ( (牵连速度牵连速度) ) (3)(3)绝对速度的切向分绝对速度的切向分 速度速度cucu和法向分速度和法向分速度 crcr

5、叶轮出口速度三角形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 222222 cotcosba ru cucc- 222 sinacc r （a) a) 后弯式后弯式 ( ( 9090) ) （b)b)径向式径向式 ( 90) （c) c) 前弯式前弯式 ( 90) 按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种: : mo= dl dt n= dw dt = m d dt = m (3)叶轮中液体的动量矩与功率：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取一个叶轮流槽来进行分析叶轮中液流质

6、点动量矩的变化 1 1、按动量矩定理可得、按动量矩定理可得: : 2 2、等式两边同乘以角速度、等式两边同乘以角速度: m=qt(c2ur2- c1ur1)=nh 代入化简后得到代入化简后得到: : c c 2 2 th qthn dt dl = dt (c2ur2- c1ur1) dm 经分析最后得到经分析最后得到: m=qt(c2ur2- c1ur1) 而而: 上式即为叶片泵的基本方程式上式即为叶片泵的基本方程式 () uut cucu g h 1122 1 - g cu h u t 22 60 2 2 dn u p h h水力效率水力效率; ; p p修正系数。修正系数。 p h h t

7、 t + 1 p h hh t hth + 1 hh 5 5、 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程 ) 2 ( 2 2 11 1 2 22 2 g vp z g vp zh+-+ g vvpp zzh 2 )( 2 1 2 212 12 - + - +- va ppp- 1da ppp+ 2 设：水泵进口断面设：水泵进口断面1-1的断面比能为的断面比能为e1 水泵出口断面水泵出口断面2-2的断面比能为的断面比能为e2 则水泵的扬程：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：合并一下： 而：而： z g vv hhh vd + - + 2 2 1 2 2 d d p

8、 h v v p h vd hhh+ 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 g vvpp zzh 2 )( 2 1 2 212 12 - + - +- 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）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再看几个断面之间的几何 高度：高度： 吸水地形高度

9、吸水地形高度hss 压水地形高度压水地形高度hsd 静扬程静扬程hst s h g vp z g vp z+) 2 ( 2 2 11 1 2 00 0 svss h g v h z h+- - 22 0 2 1 22 2 1 z g v hhh sssv -+ 下面进行分析：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： hhh st + 22 2 2 z g v hhh dsdd -+ 同理：列水泵出口断面与出水池水面同理：列水泵出口断面与出水池水面 之间的能量方程可得到：之间的能量方

10、程可得到： z g vv hhh vd + - + 2 2 1 2 2 将得到的将得到的h hv v与与h hd d表达式代入之前所得到下表达式代入之前所得到下 式中：式中： 化简后得到：化简后得到： n注：注：is s=0.0065,=0.0065,id d=0.0148 =0.0148 ； 吸水管的局部水头损失为吸水管的局部水头损失为1m,1m, 压水管的局部水头损失按压水压水管的局部水头损失按压水 管沿程损失的管沿程损失的15%15%计计. . v d )cot( 2 2 2 2 b f q u g u h t t - g cu h u t 22 q qt t泵理论流量泵理论流量(m(m

11、3 3s)s)。也即不考虑泵体内容积损失。也即不考虑泵体内容积损失 ( (如漏泄量、回流量等如漏泄量、回流量等) )的水泵流量；的水泵流量； f f2 2叶轮的出口面积叶轮的出口面积(m(m2 2) )； c c2r 2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速 叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m(ms)s)。 tt bqah- 2 2 f q c t r 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。

12、（3）当 90时：ctg0 ht随着qt的增大而增大。 0 qt ht u22 g u22 g 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 p h h t t + 1 u22 g i线:htqt ii线:htqt 线 h1 u22 g i线:htqt ii线:htqt 线 h1 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 u22 g i线:htqt ii线:htqt 线 h1 线 v线:hq 曲线表示出了水泵的实际的hq曲线的形态。 t h h h h

13、n n h m h t v q q h mvh hhhh n qh h 关于水泵内部的能量损失，我们在给大家归纳分析一下关于水泵内部的能量损失，我们在给大家归纳分析一下： q0 h qh n qn q0 q qh4,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 2 sqh + jf hhh 管道水头损失特性曲线管道水头损失特性曲线 0q h h=s1q2+s2q2=sq2 称为管道水头损特性曲线 q h 0qk 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管道系统特性曲线也称需要扬程曲线 m m k k d d h hst s

14、th hst st q qm m q q h hq-h+hq-h+hst st q-hq-h hh 离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点 h hm m k k1 1 h m m h hst st q qm m q q h h q-hq-h q-hq-h 离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点 q q-h-h m m1 1 h hm m q qa a a a h h q q q qb b b b 节流调节节流调节 b b1 1 a点为闸阀全开时候的工点为闸阀全开时候的工 作点，称极限工作点作点，称极限工作点 qb是调节后的工作点，是通是调节后的工作点，是通 过关小阀门增大管路的过关小阀门增大管路的

15、s值，值， 来获得的来获得的 hb1 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 sqhh st + )(qfh 2 qshh xx - m mq aqaqahh+ 2 210 流量q(l/s) 150 175 200 225 250 275 扬程h(m) 24.3 23.8 22.5 21.0 18.8 15.8 功率p(kw) 52 53 54.2 54.9 55 54.8 效率(%) 68.8 77.1 81.5 84.4 83.8 77.8 q q 0 0 h h 该曲

16、线称并联 特性曲线 (q-h)(q-h)1+2 1+2 q q h h q-hq-h m m (q-h)(q-h)1,2 1,2 q q1+2 1+2 q q1,2 1,2 n n h h n n1,2 1,2 n n s s h h q q 步骤：步骤： (1)(1)绘制两台水泵并联后的总和绘制两台水泵并联后的总和(q-h)(q-h)l+2 l+2曲线 曲线 (2)(2)绘制管道系统特性曲线绘制管道系统特性曲线, ,求并联工况点求并联工况点m m。 (3)(3)求每台泵的工况点求每台泵的工况点n n 2 21 ) 4 1 ( + +qsshh ogaost + ogaost hhhh q q

17、 (q-h)(q-h)1+2 1+2 (q-h)(q-h)1,2 1,2 h h q-hq-h m m q q1+2 1+2 q q1,2 1,2 n n h h n n1,2 1,2 n n s s h h q q q q (q-h)(q-h)1+2 1+2 (q-h)(q-h)1,2 1,2 h h q-hq-h m m q q1+2 1+2 q q1,2 1,2 n n h h n n1,2 1,2 n n s s h h q q 5 5台同型号水泵并联台同型号水泵并联 多台同型号泵并联时多台同型号泵并联时: q-hq-hb0 b0 q-hq-ha0 a0 h hst st h q 0

18、ab c o i ii i q-hq-hst st+h +hoc oc q-hq-hb0 b0 q-hq-ha0 a0 h hst st h q 0 ab c o i ii q-hq-hst st+h +hoc oc qp q h qi 一定一调一定一调: 各水泵串联工作时，各水泵串联工作时， 其总和（其总和（q-hq-h）性能）性能 曲线等于同一流量下曲线等于同一流量下 扬程的叠加。扬程的叠加。 q-hq-hb0 b0 q-hq-ha0 a0 h hs s t t h q 0 ab c o i i i q-hq-hst st+h +hoc oc qp q h mm d d b b 2 2 2

19、 2 mmmm n n nd nd u u c c 2 2 2 2 2 2 mmv v m n n q q )( 3 h h 2 2 2 )( mmh h m n n h h h h 3 3 5 mm n n n n mm n n q q 3 )( )( 3 3 5 m mm mm n n n n h h 2 2 2 mm n n h h 2 1 2 1 n n q q 2 2 1 2 1 )( n n h h 3 2 1 2 1 )( n n n n (1)(1)在在(q(qh)h)l l线上任取线上任取a a、b b、c c、d d、e e、f f点；点； 利用比例律求利用比例律求(q(q

20、h)h)2 2上的上的a a、b b、c c、d d、e e、f f 作作(q(qh)h)2 2曲线。曲线。 同理可求同理可求(q(qn)n)2 2曲线。曲线。 q q h h q-hq-h a b d c e f （q-hq-h）2 2 2 kqh 2 1 1 2 q q n n a a1 1 q q h h q-hq-h a a2 2 求求n n2 2时的效率时的效率(q(q)2 2曲线。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，将已知图中的，将已知图中a a、b b、b b、d d等点的效率点平移即可。等点的效率点平移即

21、可。 q q h h q-hq-h a b d c e f （q-hq-h）2 2 x x h ksqn q q n n + 21 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 )(qsh n n h xx - 4 3 2 1 )()( h h q q nn m m s 075. 0 75 m u m h n q 4 3 65. 3 h qn ns nns与水泵相似性的关系: n比转数相等是水泵相似的必要条件。 n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)(2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率叶片泵叶轮的

22、形状、尺寸、性能和效率 都随比转数而变的。用比转数都随比转数而变的。用比转数n ns s可对叶片泵可对叶片泵 进行分类。进行分类。 要形成不同比转数要形成不同比转数n ns s，在构造上可改变叶，在构造上可改变叶 轮的外径轮的外径(d(d2 2) )和减小内径和减小内径(d(d0 0) )与叶槽宽度与叶槽宽度 (b(b2 2) )。 2 2 d d q q 2 2 2 ) ( d d h h 3 2 2 ) ( d d n n 注意：切削律是建于大量试验资料的基础上。如果叶注意：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，则切削前后水泵相轮的切削量控制在一定限度内时

23、，则切削前后水泵相 应的效率可视为不变。应的效率可视为不变。 此切削限量与水泵的比转数有关。此切削限量与水泵的比转数有关。 q q h h q-hq-h 1 1 2 2 4 4 3 3 5 5 6 6 q q-h-h q-nq-n q q-n-n q-q- q q- 0 0 2 kqh %100 (%) 2 22 - d dd 切削量 a a q q h h q-hq-h b b 22 d q q d 水泵的高效率方框图水泵的高效率方框图 离心泵性能曲线型谱图离心泵性能曲线型谱图 水泵 吸水井 32.00 pa 35.00 密闭水箱 表压196kpa 74.50 100.00 b c a 12

24、0.00 123.00 液面压力3.5kg/cm2 g w g vc h g v h pp sss ka 22 ) 2 ( 2 0 2 1 2 0 2 1 + - +- (2)克服吸水管中水头损失克服吸水管中水头损失 ；s h (1)把液体提升把液体提升hss高度高度 g v 2 2 1 (3) 流速水头流速水头 g vc 2 2 1 2 0 - (4)产生流速水头差值产生流速水头差值 g w 2 2 0 (5)供应叶片背面足点压力下降值供应叶片背面足点压力下降值 a p k p 吸水池水面上的压头吸水池水面上的压头 和泵壳内最低压头和泵壳内最低压头 之差用来支付：之差用来支付： : : 表示

25、吸水井中能量余裕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是叶轮进口和进口附近叶片背面( (背水面背水面) )的压头差，的压头差， 通通 常不小于常不小于3m,3m,由水泵的构造和工况而定的。由水泵的构造和工况而定的。 g w g vc h g v h pp sss ka 22 ) 2 ( 2 0 2 1 2 0 2 1 + - +- ka pp - +) 2 ( 2 1 sss h g v h g w g vc 22 2 0

26、 2 1 2 0 + - g w 2 2 0 (3)(3)气蚀的危害气蚀的危害 水泵性能恶化甚至停止出水；水泵性能恶化甚至停止出水； 水泵过流部件发生破坏；水泵过流部件发生破坏； 产生噪音和振动；产生噪音和振动； (4)4)气蚀影响对不同类型的水泵不同气蚀影响对不同类型的水泵不同 n ns s较高较高n ns s较低较低 - ssss h g v hh 2 2 1 (2)(2)水泵厂所给定的水泵厂所给定的h hs s值修正：值修正： h hs s修正后采用的允许吸上真空高度修正后采用的允许吸上真空高度(m)(m) h hs s水泵厂给定的允许吸上真空高度水泵厂给定的允许吸上真空高度(m)(m) h ha a安装地点的大气压安装地点的大气压( (