离心水泵的工作理论ppt课件

1、第五章 离心式水泵的任务实际第一节 概述第二节 离心式水泵的任务实际及特性曲线第三节 类似实际第四节 离心式水泵在管路中的任务本章小结第一节 概述一、 排水设备的义务和分类涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于大气降水、地表水、含水层水、断层水和采空区水等，对于水力采煤和水砂充填的矿井，还包括水力采煤和水砂充填后的废水。矿井涌水量：在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌量用q表示，其单位是m3/h。最大涌水量：雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为最大涌水量，用qmax表示，所对应的涌水时间为最大涌水时间，用tmax表示。正常涌水量：其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正常涌水量，用qz表示

2、，所对应的涌水时间为正常涌水时间，用tz表示。二、排水设备的组成及其作用 排水设备普通由水泵、电动机、吸水管、排水管、管路附件及仪表等组成 三、对排水设备的要求 排水设备是煤矿大型固定设备之一。普通煤矿每开采1t煤，要排出27t的矿水，有些煤矿甚至多达3040 t的矿水。排水设备的电动机功率，小的几千瓦或几十千瓦，大的几百千瓦或上千千瓦。为确保矿井平安消费，排水设备平安、可靠、经济、合理地运转具有非常重要的意义。排水设备的选用及其布置方式必需符合等相关的技术规定和要求。四、离心式水泵的组成及任务原理1、组成：离心式水泵主要由叶轮、叶片、外壳、泵轴和轴承等组成 。2、离心式水泵的任务原理五、离心

3、式水泵的分类1. 按叶轮数目分1)单级水泵 泵轴上仅装有-个叶轮2)多级水泵 泵轴上装有几个叶轮2. 按水泵吸水方式分1)单吸水泵 叶轮上仅有-个进水口2)双吸水泵 叶轮两侧各有-个进水口3. 按泵壳的构造分 1)螺壳式水泵2)分段式水泵 垂直泵轴心线的平面上有泵壳接缝3)中开式水泵 在经过泵轴心线的程度面上有泵壳接缝4. 按泵轴的位置分1)卧式水泵 泵轴呈程度位置2)立式水泵 泵轴呈垂直位置5. 按比转数分 1)低比转数水泵 比转数nS=4O802)中比转数水泵 比转数nS=8O1503)高比转数水泵 比转数nS=150300六 离心式水泵的任务参数1、 流量 水泵在单位时间内所排出水的体积

4、，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s , m3/h。2、扬程 单位分量的水经过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。1. 吸水扬程(吸水高度)泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，单位为m。2排水扬程排水高度泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。3实践扬程测地高度从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实践扬程。4) 总扬程总扬程H为实践扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的速度水头扬程之和，称为水泵的总扬程1000pxQHXP3、功率水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。1 水泵的轴功率电动机传给

5、水泵轴的功率，即水泵的轴功率输入功率2 水泵的有效功率 水泵实践传送给水的功率，即水泵的有效功率输出功率用符号表示。ZPQH10004、效率：水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号表示。 5、转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。6、允许吸上真空度或汽蚀余量 在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。 水泵吸水口处单位分量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。第二节 离心式水泵的任务实际及特性曲线一、离心式水泵实际压头及特征曲线 1. 水在叶轮中的运动分析2. 离心式水泵的实际压头方程式由于水流经叶轮时情况

6、非常复杂，为了便于分析，先作如下假设：1)水在叶轮内的流动为稳定流动，即速度图不随时间变化；2)水是不可紧缩的，即密度为一常数；3)水泵在任务时没有任何能量损失，即原动机传送给水泵轴的功率完全用于添加流经叶轮水的能量；4)叶轮叶片数目无限多且为无限薄。这样水流的相对运动方向恰好与叶片相切；叶片的厚度不影响叶轮的流量；在叶轮同一半径处的流速相等、压力一样。在上述条件下求出的压头，叫做离心式水泵的实际压头。MPZ)(11221122lclcgQlmclmcMl)coscos(1111222cucugHl水泵任务时，叶轮传送给水的实际功率为lPllHQ=水泵的轴功率PZ可用叶轮入口间水流上的外力矩M

7、和叶轮的角速度之乘积来表示，即 根据动量矩定理可知：作用在叶轮上的外力矩等于每秒钟流经叶轮出入口间水的动量矩的增量，即那么 即为离心式水泵的实际压头方程式，又称为欧拉公式。于是 )(11122uulcucugHulcugH221由此方程式可以看出：1)水从叶轮中所获得的能量，仅与水在叶轮进口及出口处的运动速度有关，与水在流道中的流动过程无关。假设水在叶轮进口时没有扭曲，即uc11 =900=0，这时公式可改写为： 2)实际扬程Hl与u2有关，而602nD2u= 因此，添加转速n和加大叶轮直径D2，可以提高水泵的实际扬程。 3)流体所获得的实际扬程Hl与流体种类无关。对于不同流体，只需叶轮进、出

8、口处流体的速度三角形一样，都可以得到一样的Hl。3. 离心式通风机实际压头与实际流量的关系式llBQAH ，guA22222cotgSuB 式中4.离心式水泵的实际压头线 离心式水泵的叶轮的叶片型式有三种，即前弯式、后弯式和径向叶片。在几何尺寸、转速以及流体进入叶片运动情况一样的条件下，三种叶片的任务形状分析如下：1)实际压头的关系根据离心式水泵欧拉方程分析可知，前弯叶片c2u u2,后弯叶片c2u 90，cot20, 故Hl = A + BQl； 实际压头随实际流量添加而增大，即Hl随着Ql的添加而添加，是一条上升的直线。 径向叶片，290 cot2B故Hl=A； 实际压头为定值不变，即Hl

9、不随着Ql的添加而变化，是一条与横坐标平行的直线。 后弯叶片20 B 0 故 Hl = A - BQl；实际压头与实际流量成反比，是一条下降的直线。三种不同叶型叶片任务特性分析比较结果见下表 不同叶型叶片任务特性的比较比较工程叶片型式前弯径向后弯实际总压头大中小静力压头/总压头小中大叶道阻力损失大中小实际总压头随实际流量变化情况升高不变降低实际功率随实际流量变化情况急剧增大逐渐增大开场增大逐渐趋缓综上分析，在实际中通常运用后弯叶片叶轮，2普通在o5o之间，叶片数普通为片。二、离心式水泵的实践压头及特性曲线 llKHH/1. 有限多叶片的影响式中 K环流系数， 普通K=0.60.9。2Qkhmm

10、2Qkhqq222QkQkQkhhhmqqmqmmq2)(eggQQkh2能量损失的影响水流经水泵过流部件时的能量损失(水力损失)主要有以下两种： 1)摩擦损失和分散器损失 摩擦损失为 分散器损失为 所以摩擦损失和分散器损失为 mqk式中 摩擦和分散损失系数。2)冲击损失和涡流损失 冲击损失和涡流损失hq的大小与水泵运转时流量Q和设计流量Qe之差的平方成正比，即 3离心式水泵实践特性曲线 三、 离心式水泵的效率根据能量损失的方式不同，可将离心式水泵的损失分为机械损失、容积损失和水力损失三种。1机械损失和机械效率 水泵在运转时存在着机械损失。它包括轴与轴承和填料间的摩擦阻力损失；叶轮在泵腔内的水

11、中转动时产生的圆盘摩擦损失；以及因级间走漏而添加的功率损耗。机械损失的大小用机械效率来衡量。水泵的机械效率为ZllZmZmPHQPPP1000/ Hl/叶轮叶片有限多时水泵的实际压头， m；Ql/叶轮叶片有限多时水泵的实际流量，即 kwkwrllcbDQQ222式中 PZ 水泵轴功率，Pm机械损失功率，叶轮叶片厚度使叶轮出口断面减少的系数，称为收缩系数。2容积损失和容积效率当水流过叶轮时，由于叶轮对水做功，使水的能量(压力能和速度能)增大。但得到能量后的水，不是全部流到排水管中，而有少量的高压水经过动静部件的间隙( 如在叶轮入口处、平衡孔或平衡盘处以及级间隙等处)重新流回到低压区，使水泵的实践

12、流量小于实际流量。这种因间隙走漏而呵斥的能量损失叫做容积损失。容积损失的大小用容积效率来衡量。水泵的容积效率为/lrQQQQQ 式中 Q、Q实践流量与走漏流量， m3/s。3水力损失和水力效率水流过水泵的进口、叶轮、导向器、机壳等过流部件时，因摩擦、分散、冲击而耗费的能量叫做水力损失。水力损失使水泵的实践压头小于实际压头。水力损失的大小用水力效率来衡量。水泵的水力效率为 /lslHH4水泵的总效率 水泵的总效率为水泵的有效功率PX(输出功率)与轴功率PZ(输入功率)的比值，即 slrmslrZllZlsllrZZxPHQPHQPQHPP100010001000/由此可见，水泵的总效率等于它的机

13、械效率、容积效率和水力效率三者之乘积。只需尽能够减少泵内各种损失，才干获得较高的水泵效率。 水泵厂消费的及工程上运用的水泵有各种不同的尺寸和转速。对于不同尺寸和转速的水泵，其任务参数各不一样。但是，彼此类似的水泵，其相应工况参数之间存在着一定的关系，这种关系对于水泵的制造和运用有着重要的意义。一、类似条件设有某两台离心式水泵，假设它们类似，那么必需满足以下条件：第三节 类似原理/22/11/22/11bbbbDDDD/11/221几何类似假设叶轮及过流部件几何外形一样，对应尺寸比值为一常数，对应的同名角相等，那么这两台水泵称为几何类似，即 2运动类似 在几何类似的两台水泵中，假设其对应点的水流

14、速度的比值为一常数，速度之间对应的角度相等，即彼此类似的水泵上各对应点处的速度三角形类似，那么这两台泵称为运动类似，即 /22/22/22/11/11/11ccuuccuu 1=1/ 2=2/ 几何类似是运动类似的先决条件，没有几何类似就没有运动类似。但几何类似不一定就运动类似，只需对于相应工况时才干运动类似，这是由于不同工况时的速度三角形不同。3动力类似 假设作用在两台泵相应点处液体上的同名力(如惯性力、压力、粘性力、重力)的比值相等，那么这两台泵称为动力类似。在动力类似的条件下，彼此的效率接近，可以以为 满足上面三个类似条件的两台水泵，称为类似水泵。但是，要满足这三个条件是很困难的，甚至是

15、不能够的。所以，类似水泵仅仅是从相对意义上来说的。/3/nnQQ2/2/1/1/2/2/1/12/2/22/)()()(nncucucunncunnHHuuuu/3/5/)(nnPPZZ二、比例定律彼此类似的水泵，在相应工况下的参数间存在着以下关系：1 流量关系 2 .扬程关系 3 .功率关系 /nnQQ2/)(nnHH3/)(nnPPZZ对于同一台水泵或两台对应尺寸相等的类似水泵，其效率相等，假设所排送液体重度也相等，上述三个公式可简化为由以上三个公式可知，对于同一台水泵，当转速改动时，在相应工况下，其流量之比等于转速之比，扬程之比等于转速比的平方，功率之比等于转速比的三次方。由于这三个公式

16、是阐明转速改动时，水泵的流量、扬程、功率与转速之间的比例关系，故称之为比例定律。432165.3HQnnSi三、 比转数比转数是水泵类似原理中的一个重要概念。假设两台类似水泵在应工况下，其工况参数间的关系为 ，即H/i。式中 Q水泵额定工况下的流量，m3/s；H水泵额定工况下的扬程，m；n水泵厂额定工况下的转速，r/min。因上述公式是对单侧进水和单个叶轮而言的，所以在计算比转数时，对于双侧进水的水泵，式中的流量是应采用该水泵流量的一半，即Q/2；对于多级水泵来说，式中的扬程运用总扬程除以叶轮的级数比转数nS反映了以下几个方面的规律： 反映了某系列离心式水泵在性能参数上的特点。比转速大，表示其

17、流量大而扬程小；反之，那么表示流量小而扬程大。 反映了某系列离心式水泵在构造上的特点。比转速大的离心式水泵，叶轮进口直径D1和出口宽度b2较大，而叶轮直径D2较小，即叶轮厚而小；反之，叶轮薄而大。因此，比转数nS的大小与叶轮的外形有一定的关系。故还可以按比转数的大小进展离心式水泵的分类。另外，比转数nS还可以作为设计新型水泵的根据。2RQHHsy545421) 1(18pppppxxxxxdlddldgR 第四节 离心式水泵在管路中的任务一、管路特性曲线和水泵的工况点 管路特性曲线水泵保送给水的压头为显然 公式叫做水泵的管路特性曲线方程式。应该指出，式中的各种系数与几何尺寸都是针对新管道的。对

18、于由于管壁挂垢使管径减少的旧管道，管路阻力系数应乘以1.7，即27 . 1 RQHHsy2. 水泵的工况点水泵是和管路衔接而任务的。水泵的流量就是从管路中流过的水量；水泵的扬程就是水流经管路时的总压头耗费。所以，假设把水泵特性曲线和管路特性曲线按同一比例画在同一坐标图上，所得的交点就是水泵的任务点，称为工况点。点所对应的参数称为工况参数。二、汽蚀景象和吸水高度1 汽蚀景象及其危害当汽蚀开展到一定程度时，将影响水泵的性能并妨碍其正常运转。主要表现为以下几方面：(1)泵的性能改动 当汽蚀初生时，对水泵外特性并无明显影响。汽蚀开展到一定程度后，水泵的功率、效率、流量和扬程等参数会有忽然的下降。当汽蚀

19、充分开展时，水流的有效过流面积会减小很多，以致引起水流中断，不能任务。(2)引起振动和噪声 汽泡破裂时，液体质点相互冲击，产生噪声和机组振动，两者相互鼓励使泵产生剧烈振动，称为汽蚀共振景象。(3)过流部件外表的破坏 汽蚀破坏可大大缩短水泵的运用寿命，剥蚀和腐蚀严重时，会产生叶片断裂或穿孔等艰苦事故。 npahnxxaaphHphhhhnpgvp22112 汽蚀余量(泵厂普通用NPSH表示) 汽蚀余量的值等于从基准面算起的泵吸入口的总水头(绝对压 力，以米水柱计)减去水的汽化压力(绝对压力，以米水柱计)，即=式中 水在该温度下的汽化压力，Pa。对于基准面的选取，ISO规范及GB规范都规定：基准面

20、为经过叶轮叶片进口边的外端所描画的圆的中心的程度面。对于卧式泵，其基准面就是泵轴中心线。水泵的汽蚀余量也可以用上式的右边表示，称之为安装汽蚀余量，用表示，即 ahrhnxxaphHprh为使泵不发生汽蚀，安装提供的汽蚀余量应大于或等于泵的允许汽蚀余量，即以上两式即为泵不发生汽蚀的条件。xHrnxahphpsHsH xxxashgvHppH2213 吸水高度欲保证水泵任务时不发生汽蚀，吸水高度老式型号的泵，反映其汽蚀性能的参数是允许吸上真空度。由上式知，水泵吸入口的真空度为 sHsHsHMsHMxHgvhHxxs22欲使水泵不发生汽蚀，必需使式中 工况点所对应的水泵允许吸上真空度；工况点所对应的

21、水泵吸入口处的真空度。 保证水泵不发生汽蚀的合理吸水高度为331081. 924. 01081. 910aassppHHsHsHapnp应该指出，从水泵性能曲线图上所查出的s值,假设与水泵运用地点的条件不符，那么应按下式加以修正：式中 修正后的允许吸上真空度，m； 水泵性能曲线上查出的允许吸上真空度，m； 安装地点的大气压，Pa； 任务水温下水的饱和蒸汽压，Pa；0.24温度20时水的汽化压力，mH2o。与水泵的运用地点的大气压力、水的温度有关。水的温度越高，水泵越容易发生汽蚀；海拔高度越高，大气压力越低，水泵也容易发生汽蚀。apap表1 不同海拔高度时的大气压力海拔高度/m-60001002

22、00300400500 /m11.311.310.210.110.09.89.7海拔高度/m600700800900100015002000 /m9.69.59.49.39.28.68.1sHsHrhrhsH表2 水在各种温度下的饱和蒸汽压温度/02030405060708090100饱和蒸汽压0.060.240.430.751.252.023.174.827.1410.33利用允许吸上真空度 计算吸水高度，不如利用汽蚀余量计算方便。与的值按10-的关系换算。三、水泵正常任务条件三、水泵正常任务条件1. 稳定任务条件稳定任务条件为保证水泵稳定任务，水泵的初始扬程与实践扬程为保证水泵稳定任务，水

23、泵的初始扬程与实践扬程sy之间应满足以下关系之间应满足以下关系sy0.9 2.泵的经济运转条件(0.850.9)max 3.泵不发生汽蚀的条件为保证水泵正常运转，实践安装的汽蚀余量应大于泵的允许汽蚀余量。总之，要保证水泵正常任务，所确定的工况点必需同时满足稳定任务条件，经济任务条件和不发生汽蚀的条件。四、离心式水泵的结合任务四、离心式水泵的结合任务 一台水泵单独在管路上任务时，假设一台水泵单独在管路上任务时，假设其流量或扬程不能满足排水要求，可以采用其流量或扬程不能满足排水要求，可以采用两台或多台水泵的结合任务。结合任务的方两台或多台水泵的结合任务。结合任务的方法有串联和并联两种。法有串联和并

24、联两种。1. 水泵的串联运转水泵的串联运转 两台或两台以上水泵依次衔接，前一两台或两台以上水泵依次衔接，前一台水泵的出口同后一台的进口直接衔接，称台水泵的出口同后一台的进口直接衔接，称为直接串联任务。假设前一台泵的出口与后为直接串联任务。假设前一台泵的出口与后一台泵的进水口中间有一段管子衔接，那么一台泵的进水口中间有一段管子衔接，那么称为间接串联任务。它们共同的特点是串联称为间接串联任务。它们共同的特点是串联时各泵流量相等并等于管路流量，而管路所时各泵流量相等并等于管路流量，而管路所需扬程为两泵扬程之和。因此，假设用一台需扬程为两泵扬程之和。因此，假设用一台等效泵代换串联的各泵，那么可在同一坐

25、标等效泵代换串联的各泵，那么可在同一坐标图上，按图上，按“等流量线上扬程相加的原那么将等流量线上扬程相加的原那么将串联的各泵扬程特性曲线相加，即得等效泵串联的各泵扬程特性曲线相加，即得等效泵的扬程特性曲线。的扬程特性曲线。水泵串联任务时应留意以下问题：水泵串联任务时应留意以下问题： (1)两泵间接串联时，其等效扬程特性曲线和工况两泵间接串联时，其等效扬程特性曲线和工况点的求法一样。但位于下部的水泵将水排至上部泵的入点的求法一样。但位于下部的水泵将水排至上部泵的入口时，应还有剩余扬程，否那么不能进展正常串联任务。口时，应还有剩余扬程，否那么不能进展正常串联任务。 (2)普通串联各泵宜选用型号一样

26、或特性曲线相近普通串联各泵宜选用型号一样或特性曲线相近的水泵。由于串联时两泵的流量一样，假设两泵差别较的水泵。由于串联时两泵的流量一样，假设两泵差别较大，那么流量较大的水泵必然在低流量下任务，不能发大，那么流量较大的水泵必然在低流量下任务，不能发扬其应有的效能，因此不经济。扬其应有的效能，因此不经济。 (3)串联任务时，假设有一台水泵发生缺点，那么串联任务时，假设有一台水泵发生缺点，那么整个系统就得停顿任务。整个系统就得停顿任务。 实际证明，水泵的串联任务由于受排水系统和水实际证明，水泵的串联任务由于受排水系统和水泵强度的限制，很少运用。泵强度的限制，很少运用。2. 并联任务 2台或2台以上的

27、泵同时向一条管路供水时称为并联任务。水泵并联后可以添加流量，所以并联普通用于一台水泵的流量不能满足要求的场所。 该当留意：两台或多台水泵并联时，各水泵应有一样或类似的特性，尤其是泵的扬程范围应大致一样，否那么扬程较高的水泵将不能发扬其效能。由于并联时各泵的扬程总是相等的，假设低扬程泵的扬程适宜，那么高扬程泵必然因扬程太低而流量过大，使工况点落在工业利用区之外。 3 串并联方式确实定 水泵串联的主要目的是为了添加扬程，并联的主要目的是为了添加流量。但在某些情况下，此结论不完全正确。五、水泵工况的调理五、水泵工况的调理 调理的目的有两个：一是使水泵的工况点一调理的目的有两个：一是使水泵的工况点一直

28、满足正常任务条件；二是使水泵的流量和扬程满直满足正常任务条件；二是使水泵的流量和扬程满足实践任务的需求。足实践任务的需求。 因工况点是由水泵的扬程特性曲线与管路特因工况点是由水泵的扬程特性曲线与管路特性曲线的交点决议的，所以要改动工况点，就可以性曲线的交点决议的，所以要改动工况点，就可以采用改动管路特性或扬程特性的方法来实现。采用改动管路特性或扬程特性的方法来实现。1. 改动管路特性曲线调理法1闸门节流法水泵需额外添加一部分能量用于抑制由闸阀关小所添加的2部分阻力损失。3管路并联调理法4旁路分流调理2 改动水泵特性曲线调理法1减少叶轮数目调理法当减少叶轮数目时，水泵特性曲线那么相应下降，工况点

29、即随之变动。假设水泵排水所需的总扬程为，每一叶轮产生的扬程为i，那么水泵所需的叶轮数目为iHHi22DDQQ222)(DDHH322)(DDPPZZ2切割叶轮外径调理法在坚持转速不变的情况下，由比例定律得： 普通说来，水泵的比转数越大，切割量应越小。不同比转数离心泵叶轮允许切割量，见下表比转数sn60120200300350350以上切割限制201511970效率下降值每切小10，下降1每切小4，下降1 切割限量与切割后的效率下降值aD2aD2 aaaDDD2222不同的叶轮该当采用以下不同的切割方式:(1)低比转数离心泵叶轮的切割量，在两个圆盘和叶片上都是相等的(假设有导水器或在叶轮出口有走漏环，那么只切割叶片，