第二章水泵的基本知识

1、第二章 水泵(shubng)的基本知识一、水泵及水泵站在给水排水事业中的作用和地位 1.市政建设方面 1)给水系统中：水库水作为(zuwi)水源 如：白龟山水厂 水源-取水泵站-净水厂-泵站-城市管网 水质符合生活饮用水指标共四十九页 2)排水系统中： a:生活污水（工业废水）排水管渠汇集排水泵站污 水处理厂排水泵站（或自流）水体 b:污水处理厂内，用活性污泥法处理时，沉渣的排除、新 鲜污泥的抽送、活性污泥的回流，均需要不同类型泵站。2.工矿企业的生产过程中 1）采矿中： 竖井的井底排水，掘进初期排水，水力掘进，水力选矿(xunkung)等 需用不同的水泵站。 2）火电站中： 维持冷凝器工作的

2、凝水泵站，锅炉上水的给水泵站，补充新水的补水泵站，水力除灰泵站。共四十九页3.农田灌溉及排涝方面(fngmin) 建立流量大、扬程低的排灌结合的泵站。目前，在我国西北 地区抽升黄河水进行高原灌溉的工程中，已建成的大型泵站中，单泵扬程一般均在70150m以上。4.在跨流域调水方面 泵站是核心工程，如： 引滦入津工程： 全长：234公里， 泵站： 4座，其中大型轴流泵（27台）和高压离心泵，水量：10多亿立方米（全年）。 南水北调工程东线： 第一期全长646km 20座泵站 500立方米/秒 第二期全长1150km 37座泵站 700立方米/秒 南水北调工程西线： 1997年长江三峡的截流成功，标

3、志着西线正式启动。共四十九页5.从经济的角度来看 城镇给水工程中： 总用电量的95%98%用来维持水泵的运转， 2%5%用在制水过程中的辅助设备上。 泵站消耗的电费，通常占自来水制水成本的40%70%，甚至更多。水泵的定义： 水泵是一种(y zhn)提升和输送液体的机器。它是一种(y zhn)将原动机的机械能转换为流体动能和势能的换能装置。共四十九页二.水泵分类 按工作原理可分为以下三大类： 1、叶片式水泵（在实际中用处最大） 特点：对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高 速旋转而完成 的，由于叶片与液体发 生力(shn l)的相互作用，完成能量的转换以 实现对液体的抽送。 如 ： 离心泵、轴流泵、

4、混流泵 优点：效率高、启动方便、工作稳定、性能 可靠、容易调节。 共四十九页单级单吸离心泵单级双吸离心泵共四十九页水环式真空泵单级单吸直联式离心泵水环式真空泵的工作(gngzu)原理图共四十九页2）容积式水泵 特点：它是靠泵体工作室容积周期性的改变压送液体的，工作室容积改变的方式有两种分别是往复运动(yndng)、旋转运动(yndng)。往复运动(yndng)的有：柱塞泵、隔膜泵。回转运动的有：转子泵、齿轮泵、刮片泵、罗茨泵。 往复泵: 利用柱塞(或活塞)在泵缸内作往复运动来改变工作室的容积而输送液体. 回转泵: 利用转子作回转运动来输送液体.共四十九页3）其它类型泵 这类水泵是除叶片泵和容积

5、式水泵以外的特殊泵 例如：螺旋泵：利用螺旋推进原理工作。 射流泵：利用高速液体(yt)（高压液体(yt)）工作。 气升泵：利用高速气体（高压气体）工作。 水锤泵：利用有压管道水击原理工作。3.水泵发展的总趋势： （1）大型化、大容量化、效率高 （2）高速化、高扬程 （3）系列化、标准化、通用化。共四十九页1.叶片式泵的特点 依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转换。2.叶片式泵的分类 由于叶轮中叶片的形状(xngzhun)不同，旋转时流体在叶轮中所受到的质量力的作用方式不同，流体流出叶轮时的方向也就不同。所以按叶轮出水的水流方向可分为： 1)径向流：离心泵。液体质点受离心力的作用(质点在叶轮中流动时

6、主要受到离心力作用)。 2)轴向流：轴流泵。液体质点受轴向升力的作用(质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力)。 3)斜向流：混流泵。质点受两种力的作用(质点在叶轮中流动时，既受离心力的作用，又有轴向升力的作用）。第一节 离心泵的工作原理(yunl)与基本构造共四十九页轴流泵混流泵DL型单级多级立式(l sh)离心泵卧式、单吸、多级、分段(fn dun)式离心泵 共四十九页共四十九页一、离心泵工作原理 在水力学中，我们知道当盛有水的敞口圆筒绕中心轴作等角速度旋转时，圆筒内的水面(shu min)便呈为抛物线的旋转抛物面。 如图：当坐标原点置于抛物面最低点时与原点相距r的D点的静水压强为 Pc=

7、Pa+22/2=Pa + r h 当r 时h ， D点所受到的 水静压力F ，离心泵是根据这一原理来工作的，所不同的是离心泵的叶轮和外壳都是经过专门的水力计算和设计来完成的。共四十九页泵轴叶轮(yln)进水口叶片(ypin)叶轮共四十九页二 、离心泵的构造及类型 离心泵主要由叶轮、泵壳、泵轴等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上安装在蜗壳形的泵壳内。泵壳的吸入口与吸入管路相连(xin lin)，出水口与压水管路连接。 共四十九页泵壳内灌满所输送的液体电机泵轴旋转叶轮旋转叶片间的液体旋转受离心力的作用使液体向叶轮外缘(wi yun)作径向运动。流体通过叶轮获得了能量，并以1525m/s的速

8、度进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。共四十九页通过讨论和进一步分析，不难理解 1）离心泵一般没有自吸收能力。 2）离心泵要能连续抽升液体须有三个基本部件： 叶轮、泵轴、泵壳。 3）离心泵工作过程(guchng)伴随着能量损失，能量损失 越大，该离心泵的性能就越差，工作效率就越 低。共四十九页1、离心泵的主要零部件 以常用单级单吸卧式离心泵为例 转动部分：叶轮、泵轴 固定部分：泵壳、泵座 交接部分：填料盒、减漏环、轴承座、联轴器 1）叶轮(又称工作轮) 作用：抽送液体 材料：铸铁

9、、铸钢和青铜，也有采用机械强度 高、耐腐蚀、耐磨(nai m)的不锈钢、塑料和陶瓷。共四十九页 叶轮分类： 1）按吸水方式分：单吸式叶轮，双吸式叶轮 2）按盖板情况分：封闭式,6-8个最多12个、 敞开式和半开式,2-5个多用于污水泵中。2）泵轴 作用：用来旋转叶轮并传递扭矩的。 材料：碳素钢、不锈钢。有足够的抗扭强度(qingd) 和足够的刚度。挠度不超过允许值。共四十九页半开式叶轮(yln)敞开式封闭式共四十九页共四十九页共四十九页共四十九页3）泵壳 作用：1)是用来汇集叶轮甩出的液体，将它平稳地 引向压水管。 2)使流体通过它时，流速降低以达到将一部分动能转变为压能的目的。 材料：选择耐

10、磨，耐腐蚀，还应有足够机械强度， 因为是耐压容器。4）泵座 泵座上有与底版或基础固定用的法兰孔、有收集轴封滴水的水槽，槽底开设有泄水螺孔，以便随时(sush)排走由填料盒内流出的渗漏水滴。共四十九页5）轴承座轴承座：作用是用来支承泵轴的。轴承是转动体的支 撑体，装于轴承座内。常用的轴承可分为滚 动轴承和滑动轴承，滚动轴承又由滚珠（荷 载小）和滚柱（荷载大）组成。材 料：1)大中型水泵采用青铜或铸铁，用油润滑冷 却。 2)用橡胶合成树脂(h chn sh zh)石墨等非金属材料制成， 用水润滑冷却。共四十九页6）联轴器(又称靠背轮) 作用：传递作用，即电机的出力是通过联轴器来传 给水泵(shub

11、ng)的（用来联结水泵(shubng)轴的电机轴的）。 分类： 刚性：实际上是两个圆法兰盘的螺栓连接。对于泵轴 和电机不同心度，在连接中无法调节，因此安装要求 精度高。 挠性：是用带有橡胶圈的钢柱销联接（大中型）。可 以调节机轴的少量偏心。避免引起轴的周期性振动。7）轴封装置 作用：用于泵轴与泵壳之间起封闭作用。共四十九页1）填料(tinlio)密封组成：轴封套、填料（阻水、阻气、石棉绳、不锈 钢、碳素线维、合成树脂）、水封管、水封环 （圆环水封通过水封管进入水封环）、压盖（通 过调节压盖来调节轴封的）。 填料的作用：阻水或阻气的密封作用。常用的填料是 浸油、浸石墨的石棉填料。目前出现各种耐高

12、 温、耐磨损以及耐强腐蚀的填料，如碳素纤维、 不锈钢纤维以及合成树脂纤维编织成的填料等。 水封水的作用： 1）辅助密封介质； 2）冷却 ； 3）润滑。共四十九页2）机械密封组成：动环（随轴一起旋转并能作轴向移动）、静环、压紧 元件和密封元件（密封圈）。密封元件的作用(zuyng)：密封、缓冲补偿作用。三道密封：（1）动环与静环界面上有一层极薄的液体膜达到 密封的。（2）动环与轴之间由动环密封圈密封。（3） 静环与压盖之间由静环密封圈密封。机械密封的种类：常见的有非平衡型、平衡型及完全平衡型 非平衡型：密封介质作用在动环上的有效面积B等于或 大于动静环端面接触面积A。 平衡型：密封介质作用在动环

13、上的有效面积B小于动 静环端面接触面积A。共四十九页8）减漏环 作用：1)承磨。 2)减少泄漏。 减漏方式：1)减小接缝间隙(jin x) 2)增加泄漏通道中的阻力9）轴向推力平衡措施 单吸式离心泵内存在此力。平衡措施： 1)钻“平衡孔”(单吸) 2)设平衡盘共四十九页2、离心泵的类型(lixng)按进水方式分：单吸、多吸按叶轮数目分：单级、多级按泵轴方向(fngxing)分：卧式、立式按比转数分：低、中、高 比转数ns 共四十九页厂家为了方便用户，每台水泵的泵壳上定有一块铭牌，铭牌上简明标出了该泵在设计转速下运转(ynzhun)，效率最高时的流量、扬程、轴功率及允许吸上真空高度或汽蚀余量值。

14、例如12sh28A型单级双吸式离心泵的铭牌为： 铭牌上各符号及数字的意义： 12表示水泵吸水口直径（in 既英寸）； sh表示单级双吸卧式离心泵； 28表示水泵的比转数被10除的整数，即水泵的比转数为280； A表示该水泵叶轮的直径已经切削小了一档。 离心式清水泵型号： 12sh28A 转速：1450 r/min扬程：10m 效率：78%流量：684 m3/s 轴功率：28kW允许吸上真空高度(god)：4.5m 重量：660kg共四十九页共四十九页第二节 离心泵的性能参数1.流量 Q 定义：指水泵在单位时间内所输送液体的体积(tj)或质量。 单位：m3/h、m3/s、L/s、Kg/s、T/h

15、2.扬程 H 定义：总扬程是指水泵对单位重量的液体所做的功（即单位 重量液体通过水泵后其能量的增值）。 单位 ： mH2O(简称m)、Pa、kPa、MPa 1mH2O=9800Pa=9.8KPa=0.0098MPa共四十九页3.轴功率 N 定义：原动机传送给泵轴的功率(输入功率)。 单位：KW4.效率 反映了泵内功率损失的大小，是一项技术经济指标。 (1)有效功率Nu：单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量(泵输出功率)。 单位：KW Nu=QH -液体(yt)重力密度（kN/m3）水通常取9.8kN/m3 Q-水泵流量 (m3/s) H-泵扬程(m)共四十九页单位为：kg m/s Nu

16、=QH式中-液体的容重（kg/m3）； Q-水泵流量 (m3/s)； H-泵扬程(yngchng)(m)。(2)效率是指有效功率与轴功率比值，用表示。水泵效率： = 水泵轴功率： N= = （ kg m/s） 或 N= （kw） 共四十九页 在工程实践中用计算运行水泵的电耗值。 电耗：W= t （kWh） 式中t为水泵运行的小时数；1及 2分别为水泵和电机的效率(xio l)值。5.转速n定义：泵叶轮的旋转速度，以每分钟转动次数表示。(往复泵 转速以活塞往复次数表示)单位 ：r/min 当n变化时，该水泵的其它性能参数也发生化。共四十九页6.允许吸上真空高度Hs及汽蚀余量Hsv (1) Hs

17、-指水泵在标准况下运转时，水泵吸入口处所允许的 最大吸上真空高度。 单位：mH2O （2）Hsv -指水泵吸入口处，单位重量液体必须具有的超过饱 和蒸汽(zhn q)压力的富余能量 。 单位： mH2O (3) Hs 与Hsv 从不同角度反映泵吸水性能的参数。 Hs 值越大，水泵吸水性能越好。 Hsv 值越小，水泵吸水性能越好。共四十九页一、水泵特性曲线表示主要性能参数之间关系的曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线.当转数一定时，通过离心泵性能试验绘制而得。在实际工程中选高效率区间运行，即节能(ji nn)，又能保证泵正常工作，因此了解泵的性能参数相当重要。 1、Q-H Q升高，H升高降低。水泵

18、铭牌上所列数据，为水泵最经济工作点。高效段：最经济点左右一定范围（10%）效率较高。用两条波形标出。2、Q-N表示不同Q时的轴功率。注意：电机功率要和水泵功率相配合。电机的配套功率Nm=KN/c c ：传动效率K：安全系数，由轴功率定。 N：水泵轴功率第三节 离心泵的选择(xunz)水泵轴功率（KW）112255101025256060100100K1.71.72.51.51.31.31.251.251.151.151.11.11.081.081.05共四十九页2、 QH曲线是一条不规则的下倾曲线 设计工况点。最高效率点，水泵(shubng)在该点工作效率最高。流量等于零点时，相应的轴功率不等于零，而为N=100kW。该功率主要消耗与水泵的机械损失上。在实际运行中，水泵在Q=0的情况下，只允许作短时间的运行。 水泵正常启动时，Q=0的情况，相当于闸阀全闭，此时泵的轴功率仅为设计轴功率的30%40%左右，而又是扬程最高,完全符合电动机轻载启动的要求。因此，离心泵通常采用“闭闸启动”。闭闸启动时间一般为35Min 。 闭闸启动：水泵启动前，压水管路闸阀是全闭的，待电动机运转正常后，压力表读数达到预定数值时，再逐步打开闸阀，使水泵工作正常运行。共四十九页3、