水泵與水泵站教案

1、水 泵 與 水 泵 站教 案合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院市政工程系二0一0年元月第一章 緒 論第一節(jié) 水泵及水泵站在給水排水事業(yè)中的作用和地位 一、水泵應(yīng)用: 廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、電力、石油、化工、市政以及農(nóng)林等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。 1，水泵在城市給排水工程中的應(yīng)用: 城市給排水系統(tǒng)工藝基本流程：給水流程:原水由取水泵站從水源地抽送至水廠，凈化后的清水由送水泵站輸送到城市管網(wǎng)中去。 排水流程:城市中排泄的生活污水和工業(yè)廢水或降水，經(jīng)排水管渠系統(tǒng)匯集后，也必須由排水泵站將污水抽送至污水處理廠(或.)，經(jīng)過處理后的污水再由排水泵站(或用重力自流)。排放入江河湖海中去，或者排入農(nóng)田作為灌溉之用。 2，水泵

2、在灌溉、防洪、排澇的應(yīng)用1）、灌溉泵站 2）、排澇泵站 3）、灌排結(jié)合第二節(jié) 水泵定義及分類 水泵定義:水泵是輸送和提升液體的機(jī)器。它是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給被輸送液體，使液體獲得動(dòng)能或勢(shì)能的增加從而被提升或者被輸送的機(jī)械。 電能或其他能量 機(jī)械能 壓能（勢(shì)能）或動(dòng)能 水泵分類：水泵按其作用原理可分為以下三類： (1)葉片式水泵：它對(duì)液體的壓送是靠裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)而完成的。屬于這一類的有離心泵、軸流泵、混流泵 (2)容積式水泵：它對(duì)液體的壓送是靠泵體工作室容積的周期性改變來(lái)完成的。一般使工作室容積改變的方式有往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種。如：噴霧器等 容積泵的特點(diǎn)是工作流量穩(wěn)定，基本不受工作壓

3、力變化的影響，常用來(lái)做為計(jì)量泵使用。 (3)其它類型水泵：這類泵是指除葉片式水泵和容積式水泵以外的特殊泵。屬于這一類螺旋泵、射流泵、水錘泵、水輪泵以及氣升泵。水泵的發(fā)展趨勢(shì) 1、大型化、大容量化 特別是取水水泵和排水水泵，直徑有7m的，我國(guó)最大水泵的單泵流量已經(jīng)達(dá)到50m3/s。 2、高揚(yáng)程、高轉(zhuǎn)速 單級(jí)揚(yáng)程已經(jīng)達(dá)到1000m。 3、系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化按照通用標(biāo)準(zhǔn)第二章 葉片式水泵葉片式水泵的分類 葉片式水泵是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)完成能量的轉(zhuǎn)換和傳遞的。葉輪葉片的形狀則影響著水泵對(duì)水流的作用力及水流的出流方向，根據(jù)葉輪出水的水流方向的不同可將葉片式水泵分為徑向流、軸向流和斜向流3種。 先看

4、一下這三種葉輪的出水的情況示意 葉輪出流為徑向流的稱為離心泵，葉輪葉片對(duì)水流的作用力為離心力。由于離心力為徑向力，水流的出流方向?yàn)閺较虺隽鳌?葉輪出流為軸向流的稱為軸流泵，液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪中流動(dòng)時(shí)主要受到的是軸向升力的作用。 葉輪出流為斜向流的稱為混流泵，它是上述兩種葉輪的過渡形式，液體質(zhì)點(diǎn)在這種水泵葉輪中流動(dòng)時(shí)既受離心力的作用，又有軸向升力的作用。第一節(jié) 離心泵的工作原理與基本構(gòu)造離心泵的工作原理：離心泵在啟動(dòng)之前，應(yīng)先用水灌滿泵殼和吸水管道，然后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使葉輪和水作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，水受到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)蝸形泵殼中的流道而流入水泵的壓水管道，由壓水管道而輸入管網(wǎng)中去。在這同時(shí)，

5、水泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大氣壓力作用下，沿吸水管而源源不斷地流入葉輪吸水口，又受到高速轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪的作用，被甩出葉輪而輸入壓水管道。這樣，就形成了離心泵的連續(xù)輸水 。第二節(jié) 離心泵的主要零部件 以給水排水工程中常用的單級(jí)單吸臥式離心泵為例說(shuō)明 ： 離心泵的組成主要有：葉輪、泵軸、泵殼、泵座、軸封裝置、減漏環(huán)、軸承座、聯(lián)軸器、軸向力平衡裝置。一、葉輪 葉輪是離心泵的主要零件，葉輪的作用就是通過其自身的高速旋轉(zhuǎn)向液體傳遞能量.葉輪通過鍵固定于泵軸之上并由泵軸帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng). 葉輪的形狀和尺寸是通過水力計(jì)算來(lái)決定的。葉輪形狀及表面的光潔度對(duì)水泵的性能影響較大. 葉輪的材料常用的

6、有:鑄鐵、鑄鋼、青銅、不銹鋼、工程塑料等。選擇葉輪材料時(shí)，除了要考慮離心力作用下的機(jī)械強(qiáng)度以外，還要考慮材料的耐磨和耐腐蝕性能。 葉輪按其吸水口的類型一般可分為單吸式葉輪與雙吸式葉輪兩種。單吸式葉輪是單邊吸水，只有一個(gè)吸水口，葉輪的前蓋板與后蓋板呈不對(duì)稱狀。雙吸式葉輪兩邊吸水，有兩個(gè)吸水口，葉輪蓋板呈對(duì)稱狀，一般大流量離心泵多數(shù)采用雙吸式葉輪 。 安裝單吸式葉輪的離心泵稱為單吸式離心泵，安裝有雙吸式葉輪的離心泵稱為雙吸式離心泵。 葉輪按其結(jié)構(gòu)又可以分為開敞式、半開敞式和封閉式葉輪。葉輪按其蓋板情況可分封閉式葉輪、敞開式葉輪和半開式葉輪3種形式 二、泵 軸 泵軸是用來(lái)固定并帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)的，常用材

7、料是碳素鋼和不銹鋼。泵軸應(yīng)有足夠的抗扭強(qiáng)度和足夠的剛度，其撓度不超過允許值；工作轉(zhuǎn)速不能接近產(chǎn)生共振現(xiàn)象的臨界轉(zhuǎn)速。三、泵 殼 泵殼一般由泵蓋、殼體（蝸殼）、出水接管組成泵殼的作用：1，使水流平順地進(jìn)入葉輪2，匯集葉輪甩出的流體泵殼通常鑄成蝸殼形，其過水部分要求有良好的水力條件。泵殼頂上設(shè)有充水和放氣的螺孔，以便在水泵起動(dòng)前用來(lái)充水及排走泵殼內(nèi)的空氣。 泵殼的材料一般有鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等四、泵座 泵座的作用是用來(lái)支承和固定水泵的。 泵座上有與底板或基礎(chǔ)固定用的法蘭孔。 上述的零件中，葉輪和泵軸是離心泵中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，泵殼和泵座是離心泵中的固定部件。五、軸封裝置 軸封裝置位于泵軸穿過泵殼處，用于

8、密封水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件之間的間隙，防止水泵內(nèi)的高壓水（單吸式離心水泵、混流泵、軸流泵）向泵外泄漏，或者是為了防止泵外的空氣向泵內(nèi)滲入（雙吸式離心泵）破壞水泵進(jìn)水口處的真空狀態(tài)。 軸封裝置主要有兩種形式：填料密封和機(jī)械密封。 填料密封裝置也稱填料盒（見構(gòu)造示意圖）。 填料盒內(nèi)有用于密封用的填料、起冷卻和潤(rùn)滑作用的水封環(huán)、調(diào)節(jié)填料松緊度的調(diào)節(jié)壓蓋等組成。 填料通常是選用彈性材料。目前最常用的就是石棉盤根。 水封環(huán)通過水封管引水泵出水側(cè)的高壓水或者引自來(lái)水，并將水分布于泵軸的四周，一方面用水冷卻填料與泵軸間磨擦產(chǎn)生的熱量，另一方面也起到潤(rùn)滑的作用，同時(shí)，分布于泵軸四周的水在軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能在軸的

9、表面形成水膜，也起到密封的作用。 調(diào)節(jié)壓蓋的作用就是用于控制填料的松緊度，不能太緊，也不能太松。 機(jī)械密封也稱端面密封。六、減漏環(huán) 減漏環(huán)位于葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處 這個(gè)接縫的上下側(cè)分別是水泵的高壓區(qū)（葉輪出水側(cè)）和低壓區(qū)（葉輪吸水側(cè)），存大壓力差，因?yàn)榱黧w會(huì)通過這個(gè)接縫回流到葉輪的進(jìn)水側(cè)，造成損失，降低了泵效。因此若想提高泵效，必須盡可能減小這一接縫，接縫過小后，在水泵工作時(shí)，葉輪就會(huì)和泵的殼體間產(chǎn)生磨擦，造成磨損，磨損后間隙就會(huì)加大，泵效下降，磨損量達(dá)到一定值后，水泵就會(huì)因?yàn)樾侍投鴪?bào)廢或者需要更換葉輪和泵殼。這顯然不經(jīng)濟(jì)。所以在這個(gè)位置安裝了一個(gè)減漏環(huán)，用于縮小這個(gè)接縫以減

10、少回流損失，同時(shí)承受磨損，磨損過大后更換該減漏環(huán)即可，而不必更換葉輪或者泵殼。所以也稱為承磨環(huán)。由于其位于水泵的進(jìn)口處，也稱為口環(huán)。 七、軸承體 支承水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分（葉輪和泵軸） 八、聯(lián)軸器 將原動(dòng)機(jī)械和水泵的軸聯(lián)接起來(lái)的裝置 原動(dòng)機(jī)械與水泵之間的聯(lián)接和傳動(dòng)方式一般有： 1，皮帶傳動(dòng)（皮帶輪、皮帶） 2，聯(lián)軸器傳動(dòng)（彈性聯(lián)軸器、剛性聯(lián)軸器） 3，通過減速（調(diào)速）設(shè)備或者裝置聯(lián)接。 九、軸向力平衡裝置 單吸離心泵由于葉輪不對(duì)稱，葉輪前后蓋板受到的水壓力不能平衡，產(chǎn)生軸向力。而一般水泵使用的軸承不能承受軸向力（采用可以承受軸向力軸承會(huì)使水泵軸承體結(jié)構(gòu)變大且復(fù)雜，增加成本費(fèi)用），因此如果這種軸向力過

11、大就會(huì)造成危害。有時(shí)會(huì)采取在單吸葉輪的后蓋板上鉆平衡孔的方法，平衡軸向力。第三節(jié) 葉片泵的基本性能參數(shù)水泵的6個(gè)性能參數(shù)： 1、流量(抽水量)水泵在單位時(shí)間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量。 用字母q表示，常用的體積流量單位是m3h或ls。常用的重量流量單位是th。2、揚(yáng)程(總揚(yáng)程) 水泵對(duì)單位重量(1kg)液體所作功，也即單位重量液體通過水泵后其能量的增值。 用字母h表示，其單位為kgmkg，也可折算成被送液體的液柱高度(m)；工程中用國(guó)際壓力單位帕斯卡(pa)表示 。3、軸功率泵軸得自原動(dòng)機(jī)所傳遞來(lái)的功率稱為軸功率，以n表示。 原動(dòng)機(jī)為電力拖動(dòng)時(shí)，軸功率單位以kw表示。有效功率單位時(shí)間內(nèi)流過水泵的液體從

12、水泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母表示泵的有效功率為 4、效率水泵的有效功率與軸功率之比值，以表示。 t：運(yùn)行時(shí)間h 1：水泵的效率 2：電機(jī)的效率 例：某水廠取水泵站，供水量q8.64104m3d，揚(yáng)程h=30m；水泵及電機(jī)效率均為70，則該泵站工作10h其電耗值？ 5、轉(zhuǎn)速水泵葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，通常以每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)來(lái)表示，以字母n表示常用單位為rmin。 在往復(fù)泵中轉(zhuǎn)速通常以活塞往復(fù)的次數(shù)來(lái)表示(次min) 6允許吸上真空高度(hs)及氣蝕余量(hsv) 允許吸上真空高度(hs)指水泵在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(即水溫為20、表面壓力為一個(gè)標(biāo)推大氣壓)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水泵所允許的最大的吸上真空高度 (即水泵

13、吸入口的最大真空度)。單位為mh20。水泵廠一般常用hs來(lái)反映離心泵的吸水性能。 氣蝕余量(hsv)指水泵進(jìn)口處，單位重量液體所具有超過飽和蒸氣壓力的富裕能量。水泵廠一般常用氣蝕余量來(lái)反映軸流泵、鍋爐給水泵等的吸水性能。單位為mh20 。氣蝕余量在水泵樣本中也有以h來(lái)表示的。水泵的銘牌：銘牌上標(biāo)明：水泵的名稱和型號(hào)，同時(shí)還標(biāo)明水泵的設(shè)計(jì)狀態(tài)下的性能參數(shù)值（流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、功率、效率、允許吸上真空高度）、重量、出廠日期及編號(hào)等相關(guān)信息。（見圖）水泵的銘牌這里重點(diǎn)給大家介紹一下水泵型號(hào)的意義：?jiǎn)挝诫x心泵型號(hào)的表示方法與意義雙吸式離心泵型號(hào)的表示方法與意義混流泵的型號(hào)表示方法與意義軸流泵的型號(hào)的

14、表示方法與意義2.4 離心泵的基本方程式 離心泵的基本方程式是反映離心泵的揚(yáng)程與葉輪中液體流動(dòng)狀態(tài)之間的內(nèi)在關(guān)系的，因此下面我們首先來(lái)分析一下葉輪中液體的運(yùn)動(dòng)情況。2.4.1葉輪中液體的流動(dòng)情況水泵啟動(dòng)后，泵內(nèi)形成負(fù)壓，吸水池內(nèi)的水在水面大氣壓力的作用下沿著吸水管1上升并進(jìn)入水泵內(nèi)部，從葉輪的進(jìn)口再進(jìn)入葉輪內(nèi)部。水流進(jìn)入葉輪后，一方面會(huì)沿著葉輪的水流通道（葉槽）向前流動(dòng)直到流出葉輪后被泵殼收集并經(jīng)水泵的出水口而流出水泵；另一方面，水流還將跟隨葉輪一起作圓周運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，水流進(jìn)入葉輪后的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是兩種簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的合成：一個(gè)是跟隨葉輪的運(yùn)動(dòng)牽連運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是相對(duì)葉輪的運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)速度（w）與

15、牽連運(yùn)動(dòng)（圓周運(yùn)動(dòng)）的速度u的矢量和就是絕對(duì)速度c，即：c=w+u這里，對(duì)于葉輪中任意一點(diǎn)處而言，該點(diǎn)處的水流質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度矢量w的方向?yàn)橐毫髁骶€在該點(diǎn)處的切線方向，而牽連運(yùn)動(dòng)速度矢量u的方向?yàn)樵擖c(diǎn)所在圓周的切線方向。絕對(duì)速度的大小和方向由w和u的方向和大小來(lái)確定：按矢量加法法則：（畫出矢量加法平等四邊形）通過矢量移動(dòng)，可以得到矢量加法的三角形。在這里也稱速度矢量三角形。在這個(gè)速度矢量三角形中有幾個(gè)量給大家介紹一下：c與u的夾角； c與w的夾角 絕對(duì)速度c可分解為沿u方向的“切向分速度cu”和沿法線方向的“法向/徑向分速度cr）兩個(gè)特殊點(diǎn)處的速度矢量三角形：葉輪進(jìn)口處和葉輪出口處分別用下

16、標(biāo)“1”和“2”表示。在離心泵的設(shè)計(jì)中，常使1=90而一般稱1為進(jìn)水角，而2為出水角根據(jù)出水角2的大小可以將離心泵的葉片形式分成三種： 離心泵葉片形狀（a) 后彎式(90) （b)徑向式( 90) （c) 前彎式( 90)2.4.2 基本方程式的推導(dǎo)為了便于基本方程式的推導(dǎo)，我們先作出三點(diǎn)假定： (1)液流是恒定流； (2)葉槽中，液流是均勻流；(3)液流為理想液體。同時(shí)我們?cè)谕茖?dǎo)的時(shí)候會(huì)用到如下一些關(guān)系：1，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量矩：l=m v * r則作用在質(zhì)點(diǎn)上的所有外力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心o的力矩mo為：mo=dldt 2，外力矩m與功率n之間的關(guān)系： w=fs或dw=fds=frd 而:m=fr, dw=

17、mdn=dwdt= md dt= m3，葉輪中液體的動(dòng)量矩與功率：首先用葉輪中的一個(gè)流槽來(lái)分析：設(shè)在t=t0時(shí)刻，葉輪某一流槽中的液流處于abcd位置，經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間dt后，該部分液流的位置發(fā)生了變化，移動(dòng)到了efgh處。在t=t0時(shí)，該部分液體質(zhì)點(diǎn)所具有的動(dòng)量矩為labcd在t=t0+dt時(shí)，該部分液體質(zhì)點(diǎn)所具有的動(dòng)量矩為lefgh則：dl= lefgh labcd =lefab-lghcd而：lefab=dmc2r2=dmc2r2cos2 =dmc2ur2lghcd= dmc1r1=dmc1r1cos1 =dmc1ur1則：dl= lefab-lghcd= dmc2ur2- dmc1u

18、r1 =dm(c2ur2- c1ur1)把整個(gè)葉輪的所有流槽的相加起來(lái)就得到整個(gè)葉輪在dt時(shí)間后的動(dòng)量矩變化：dl= dm(c2ur2- c1ur1)等式兩邊同除以dt: =dtdt(c2ur2- c1ur1)dldm =dt(c2ur2- c1ur1)dv=qt(c2ur2- c1ur1)按動(dòng)量矩定理，動(dòng)量矩對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)等于所有外力所做的功：即： m=qt(c2ur2- c1ur1)等式兩邊再同乘以角速度可以得到： m=qt(c2ur2- c1ur1)=nh而： thqthng=代入化簡(jiǎn)后得到：其中，qt為葉輪的理論流量 ht為葉輪的理論揚(yáng)程該式即是葉片泵的基本議程式。該式表明葉片泵的理論揚(yáng)

19、程只與葉輪出口處以及葉輪進(jìn)口處的速度矢量有關(guān)，而與液體的種類無(wú)關(guān)2.4.3基本方程式的討論（1）為了提高水泵的揚(yáng)程和改善吸水性能，離心泵在設(shè)計(jì)時(shí)常取 90，既u=0 則此時(shí)有：表明離心泵的理論揚(yáng)程只與葉輪出口處的速度矢量有關(guān)。（2）由于 則增加轉(zhuǎn)速(n)相加大輪徑(d2)，可以u(píng)2增大，從而提高水泵的揚(yáng)程。(3)離心泵的理論揚(yáng)程與液體的容重?zé)o關(guān)但當(dāng)輸送不同容重的液體時(shí)，水泵的揚(yáng)程相同,但水泵所消耗的功率將是不同的。2.4.4基本方程式的修正恒定流假設(shè)： 基本滿足。均勻流假設(shè)：由于存在“反旋現(xiàn)象”，流速分布不均，須進(jìn)行修正：理想液體假設(shè)：對(duì)于實(shí)際液體，由于有內(nèi)摩阻，存在水力損失：h水力效率;p修

20、正系數(shù)。 2.5 離心泵裝置的總揚(yáng)2.5.1離心泵裝置水泵裝置如圖所示：包括有：吸水管路系統(tǒng)水泵動(dòng)力設(shè)備及傳動(dòng)設(shè)備出水管路系統(tǒng)吸水管路（進(jìn)水管路）與出水管路由管道與管道附件（閥門、彎頭、管道漸縮管、漸放管等）組成。水泵裝置也稱抽水裝置。水泵的裝置效率是指整個(gè)抽水裝置的效率,由水泵效率、動(dòng)力機(jī)效率、傳動(dòng)效率、管路效率等組成。 裝置效率反映了整個(gè)抽水系統(tǒng)對(duì)能量的利用程度，是最值得關(guān)注的。2.5.2 水泵裝置的總揚(yáng)程在后面的討論學(xué)習(xí)中會(huì)經(jīng)常用到一些壓力或者壓強(qiáng)的概念。和大家一起復(fù)習(xí)一下：1， 絕對(duì)壓強(qiáng)（力）：以沒有氣體存在的絕對(duì)真空狀態(tài)作為壓力零點(diǎn)2， 相對(duì)壓強(qiáng)（力）：以一個(gè)工程大氣壓力為壓力零點(diǎn)3

21、， 1工程大氣壓力=1kg/cm2=9.8n/cm2=10mh2o4， 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力=1.033kg/cm2=10.33mh2o5， 真空：當(dāng)某處的絕對(duì)壓力小于一個(gè)大氣壓力時(shí)，即認(rèn)為該處存在真空。真空值pv=pa - p真空度=pv/pa*100% （1）總揚(yáng)程的表達(dá)式一設(shè)水泵進(jìn)口斷面1-1的斷面比能為e1 水泵出口斷面2-2的斷面比能為e2則水泵的揚(yáng)程： h=e2-e1即：也即： 而： hd是用水柱高度表示的壓力表讀數(shù)值hv是用水柱高度表示的真空表讀數(shù)值。則：如果忽略水泵進(jìn)口斷面和出口斷面的流速水頭差和兩個(gè)斷面間的垂直高差，則上式可以簡(jiǎn)化為（近似計(jì)算公式）：也即，水泵裝置的總揚(yáng)程可以近似地

22、等于出口處安裝的壓力表的讀數(shù)（米水柱高度）+水泵進(jìn)口處安裝的真空表的讀數(shù)（米水柱高度）本處同學(xué)們一定要注意：壓力與真空的概念，壓力表讀數(shù)與真空表讀數(shù)的意義。（2）總揚(yáng)程表達(dá)式二:先來(lái)看一下水泵裝置中的幾個(gè)典型的斷面。水泵基準(zhǔn)面吸水池自由表面出水池自由表面水泵進(jìn)口斷面水泵出口斷面hst壓水地形高度hsd吸水地形高度hss靜揚(yáng)程hst再看幾個(gè)斷面之間的幾何高度： 吸水地形高度hss壓水地形高度hsd靜揚(yáng)程hst（著重介紹這幾個(gè)量的定義與計(jì)算）下面進(jìn)行分析：列吸水池?cái)嗝媾c水泵進(jìn)口斷面的能量方程：設(shè) z0=0， z1=hss-z/2,而： p0=pa, p1-pa = -pv則有：也即：同理：列水泵出

23、口斷面與出水池水面之間的能量方程可得到： 將得到的hv與hd表達(dá)式代入之前所得到下式中： 化簡(jiǎn)后得到： 表示水泵裝置的總揚(yáng)程等于裝置的靜揚(yáng)程加上全部管路的水泵損失。 注：本節(jié)中所介紹的求水泵揚(yáng)程公式，對(duì)于其它各種布置形式的水泵裝置也都適用，包括自灌式。 自灌式水泵的公式推求，請(qǐng)大家自學(xué)。 n 例：水泵流量q=120 l/s，吸水管管路長(zhǎng)度l1=20m；壓水管管路長(zhǎng)度l2=300m；吸水管徑ds=350mm，壓水管徑dd=300mm ；吸水水面標(biāo)高58.0m；泵軸標(biāo)高60.0m ；水廠混合池水面標(biāo)高90.0m 。求水泵揚(yáng)程。 （is=0.0065,id=0.0148 ； 吸水管的局部水頭損失為1

24、m,壓水管的局部水頭損失按壓水管沿程損失的15%計(jì).）另：如果在水泵進(jìn)口處裝有真空表，則真空表的讀數(shù)為多少mh2o？(假設(shè)真空表的表頭位置高于水泵基準(zhǔn)面1m)如果在水泵的出口處裝有壓力表，則壓力表的讀數(shù)為多少mh2o?(假設(shè)壓力表表頭中心位置到水泵基準(zhǔn)面的垂直距離為1m) 2.6 離心泵的特性曲線 2.6.1離心泵的特性曲線 特性曲線：在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程、功率、效率等隨流量的變化關(guān)系稱為特性曲線。它反映泵的基本性能的變化規(guī)律，可做為選泵和用泵的依據(jù)。各種型號(hào)離心泵的特性曲線不同，但都有共同的變化趨勢(shì)。即當(dāng)n=c(常數(shù))時(shí): h=h(q) n=n(q) =(q) hs=hs(q)/hsv

25、=hsv(q)這四條曲線就是離心泵的特性曲線 2.6.2理論特性曲線的定性分析由離心泵的基本方程式： 其中：c2u=u2-c2rctg 則：當(dāng)n=c時(shí)，流動(dòng)為恒定流，u2是常數(shù)，出水角也是常數(shù)，葉輪的出口過水?dāng)嗝婷娣e顯然是常數(shù)，所以可以得到：表明在理論上，離心泵的揚(yáng)程和流量為線性關(guān)系。（1）當(dāng) 0ht隨著qt的增大而減小。（2）當(dāng) =90時(shí)：ctg=0ht=a，此時(shí)水泵的揚(yáng)程與流量無(wú)關(guān)，始終為一常數(shù)。（3）當(dāng) 90時(shí)：ctg0ht隨著qt的增大而增大。由于水泵的有效功率nu=qh,軸功率n=qh/所以，當(dāng) 90時(shí)，q增大，h也增大，n增大更快。 由于后兩種情況下，對(duì)動(dòng)力設(shè)備的要求很高，目前沒有

26、辦法匹配這樣的的動(dòng)力設(shè)備，所以離心泵的葉輪幾乎一律采用后彎式葉片(20-30左右)。這種形式葉片的特點(diǎn)是隨揚(yáng)程增大，水泵的流量減小，因此，其相應(yīng)的流量q與軸功率n關(guān)系曲線(n-q曲線)，也將是一條比較平緩上升的曲線，這對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)講，可以穩(wěn)定在一個(gè)功率變化不大的范圍內(nèi)有效地工作。下面就 90時(shí)的情況討論一下離心泵的理論特性曲線向?qū)嶋H的hq曲線演變的過程。 當(dāng) 90時(shí)，理論hq曲線是一條向下的直線（如圖）。（1） 首先：由于在推導(dǎo)離心泵的基本方程式時(shí)，我們假設(shè)水泵內(nèi)的水流為均勻流，而實(shí)際上流動(dòng)是不均勻的，泵內(nèi)存在反旋現(xiàn)象，這使得水泵的真正的理論揚(yáng)程沒有基本方程式反映的那么高，需對(duì)ht進(jìn)行修正：這使

27、得htqt直線在h軸上的截距變小，直線從i變到ii（如圖）（2）基本方程式的另一假設(shè)是理想流體，而實(shí)際液體具有粘性，在水泵內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生水力損失。包括： 內(nèi)摩阻損失h1:這部分水力損失與流量（流速）的平方成正比關(guān)系，可以表示為：h1=k1qt2 從曲線ii上扣除這部分水力損失后，得到曲線iii沖擊損失h2：水泵是按一定的工作狀態(tài)來(lái)設(shè)計(jì)的，這也狀態(tài)就是水泵的設(shè)計(jì)工況條件，在設(shè)計(jì)工況（條件）下工作的時(shí)候，水流的流態(tài)平順，可以認(rèn)為泵內(nèi)沒有沖擊水流，也不存在沖擊損失。但當(dāng)實(shí)際的工作條件偏離這個(gè)設(shè)計(jì)工況時(shí)，泵內(nèi)的水流形態(tài)就和設(shè)計(jì)條件下不一樣了，就會(huì)出現(xiàn)沖擊水流，產(chǎn)生沖擊損失。因此，沖擊損失的大小是跟水泵的流

28、量qt偏離設(shè)計(jì)工況下流量q0的大小相關(guān)的，即： h2=k2（qt-q0）2q0是水泵的設(shè)計(jì)流量。再?gòu)那€iii上面扣除對(duì)應(yīng)流量下的這部分水力損失后，就得到了曲線；（3）水泵在工作過程中，除了存在上述水力損失以外，還存在一部分內(nèi)部的泄漏損失，即出泵的出水流量比葉輪的出水流量要小，有一部分水流q通過泵內(nèi)存在的間隙又回流到了葉輪的進(jìn)口處，造成一部分能量的損失，這種損失稱為容積損失。而q的大小跟揚(yáng)程有關(guān)，揚(yáng)程越大，表示葉輪出口的壓力越高，這樣在水泵的高壓低壓區(qū)的壓力差就越大，回流量也就越大，反之回流量小，因此，揚(yáng)程越大，由于回流所造成的損失也就越大。 這樣在曲線上再扣除這部分由于回流而產(chǎn)生的損失后，就

29、得到了曲線曲線表示出了水泵的實(shí)際的hq曲線的形態(tài)。但以上分析都是定性的分析，要精確計(jì)算各部分的損失的大小是非常困難的，因此想通過這種方法得到可以實(shí)際使用的水泵的hq曲線幾乎是不可能。 但這樣的分析幫助我們認(rèn)識(shí)了水泵在將能量傳遞給流體后，在水泵內(nèi)部都發(fā)生了哪些損失，事實(shí)上，水泵在將能量傳遞給流體前（或者講是在傳遞的過程中）還要克服一部分損失，這部分損失稱為機(jī)械損失。關(guān)于水泵內(nèi)部的能量損失，我們?cè)诮o大家歸納分析一下：（1） 機(jī)械損失水泵從原動(dòng)機(jī)械處獲得能量（即水泵的軸功率n）后，在將這部分能量傳遞給流體的過程中，必須克服各種機(jī)械的磨擦，如泵軸與填料之間、軸承體內(nèi)的軸承磨擦、葉輪與流體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)

30、而產(chǎn)生的磨擦等。這些機(jī)械磨擦都會(huì)消耗掉一部分能量造成損失，把這種損失稱為機(jī)械損失，損失掉的功率用n1表示。水泵將余下的能量傳遞給了流體，這部分能量稱為水功率nh,則： nh=n-n1=qtht機(jī)械損失n1也稱為水泵的輪盤損失。我們用水泵的機(jī)械效率反映水泵傳遞能量的有效程度，即：nh=hmn（2）水力損失與（3）容積損失hnh=hhnnh是流體從水泵處得到的能量，但這些能量并不都能用于流體能量的增加，還必須克服掉水力損失nh和容積損失nv，兩樣可以用水力效率和容積效率來(lái)反映這兩部分損失的大?。簈n=hvn= nh-nhnh= ht= n-nvn= qt水泵的總效率為這三部分效率的乘積： h=hm

31、*hh*hv263水泵實(shí)測(cè)特性曲線的討論由于前面已經(jīng)分析過，通過精確計(jì)算水泵內(nèi)部的各種損失，從而由理論特性曲線而得到實(shí)際的可供使用的水泵的性能曲線是不可能的，但在實(shí)際使用水泵的時(shí)候必須知道水泵的性能曲線。我們使用的水泵的特性曲線都是實(shí)測(cè)得到的，也就是通過水泵性能實(shí)驗(yàn)的方法，實(shí)測(cè)出水泵的特性曲線供使用。1，水泵的性能實(shí)驗(yàn) 簡(jiǎn)單介紹水泵實(shí)驗(yàn)的裝置與實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)測(cè)特性曲線的繪制等2，離心泵特性曲線的特征（1） qh曲線的特征（2） qn曲線（3） q曲線（4） qhs曲線3，軸流泵實(shí)測(cè)特性曲線的特征4，混流泵實(shí)測(cè)特性曲線的特征 2.7 離心泵裝置定速運(yùn)行工況 2.7.1工況點(diǎn) 水泵瞬時(shí)工況點(diǎn)：水泵運(yùn)

32、行時(shí)，某一瞬時(shí)的出水流量、揚(yáng)程、軸功率、效率及吸上真空高度等稱水泵瞬時(shí)工況點(diǎn)。也即水泵工作時(shí)的某一瞬時(shí)的工作參數(shù)。稱水泵的工況點(diǎn)。水泵處于某一特定的裝置中，以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，其工作參數(shù)是恒定的也是唯一的一組。 決定離心泵裝置工況點(diǎn)的因素（1）水泵本身型號(hào)(即水泵本身的性能曲線)；（2）水泵實(shí)際轉(zhuǎn)速；（3）管路系統(tǒng)及進(jìn)出水構(gòu)筑物條件。也就是裝置條件 2.7.2管路系統(tǒng)的特性曲線 管路的總水頭損失可表示為：說(shuō)明這兩部分的損失都可以表示成：h=s1q2+s2q2=sq2這個(gè)式子表明：水泵裝置的總水頭損失的大小和通過該裝置的流量q的關(guān)系。我們把曲線h=sq2稱為管道水頭損失特性曲線。 當(dāng)我們通過水泵

33、裝置提升某一流量qk時(shí)，管道消耗的水頭損失為hk，如圖。 此時(shí)，單位重量的流體從水泵獲得的能量必須滿足（1）克服水頭損失hk;(2)使液體的位能增加hst。根據(jù)定義這就是水泵的揚(yáng)程。也就是說(shuō)，要通過該水泵裝置提升qk流量的流體時(shí)，水泵的揚(yáng)程必須為: hk=hst+hk=hst+sqk2則通過該裝置提升任一流量q時(shí)，水泵的揚(yáng)程必須滿足： h=hst+sq2=hst+h表明通過這一裝置提升液體時(shí)，水泵必須提供給液體的能量，這是由裝置條件（管徑、長(zhǎng)度、管路附件、管道材料、靜揚(yáng)程進(jìn)出水池水位差）決定的，因此稱其為管道系統(tǒng)特性曲線。也稱為需要揚(yáng)程曲線。2.7.3圖解法求離心泵裝置的工況點(diǎn)（1）直接法（2

34、）折引法2.7.4離心泵裝置工況點(diǎn)的改變由上節(jié)或知：泵的工作點(diǎn)由兩條特性曲線所決定，因而改變其中之一或者同時(shí)改變即可實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。改變水泵的工況點(diǎn)有兩類原因或者方法：(1)改變管道系統(tǒng)特性曲線 a,管道系統(tǒng)的阻力參數(shù)改變-閘閥開啟度改變： 閘閥調(diào)節(jié)或稱節(jié)流調(diào)節(jié) b,靜揚(yáng)程的改變。 介紹節(jié)流調(diào)節(jié)的方法和適用場(chǎng)合 （2）改變水泵的性能曲線 a,通過改變水泵的轉(zhuǎn)速變速調(diào)節(jié) b,通過改變水泵葉輪的外徑變徑調(diào)節(jié) c,通過改變軸流泵的葉片安裝角度變角調(diào)節(jié)分別介紹各方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合 2.7.5數(shù)解法求離心泵裝置的工況點(diǎn)從以上圖解法求水泵裝置的工況點(diǎn)可以知道:水泵的工況點(diǎn)就是以下兩條曲線的交點(diǎn): 其中

35、裝置的管道系統(tǒng)特性曲線在裝置給定后可以求出,而水泵的特性曲線是實(shí)測(cè)后描點(diǎn)繪制出來(lái)的,并沒有一個(gè)精確的曲線方程.為了可以數(shù)解,可以有近似的曲線方程來(lái)擬合qh曲線。 擬合q-h曲線形式：(1)h水泵的實(shí)際揚(yáng)程(mpa)；hx水泵在q=0時(shí)所產(chǎn)生的虛總揚(yáng)程(mpa)；hx相應(yīng)于流量為q時(shí)，泵體內(nèi)的虛水頭損失之和。 hx =sxqmmpasx泵體內(nèi)虛阻耗系數(shù);m指數(shù)。(2)最小二乘法： 2.8 離心泵裝置調(diào)速運(yùn)行工況 2.8.葉輪相似定律 幾何相似：兩個(gè)葉輪主要過流部分一切相對(duì)應(yīng)的尺寸成一定比例，所有的對(duì)應(yīng)角相等。b2、b2m 實(shí)際泵與模型泵葉輪的出口寬度；d2、d2m實(shí)際泵與模型泵葉輪的外徑； 比例

36、。運(yùn)動(dòng)相似的條件是：兩葉輪對(duì)應(yīng)點(diǎn)上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相應(yīng)點(diǎn)上水流的速度三角形相似。 在幾何相似的前題下，運(yùn)動(dòng)相似就是工況相似。 葉輪相似定律有三個(gè)方面：1、第一相似定律確定兩臺(tái)在相似工況下運(yùn)行水泵的流量之間的關(guān)系。2、第二相似定律確定兩臺(tái)在相似工況下運(yùn)行水泵的揚(yáng)程之間的關(guān)系。3、第三相似定律確定兩臺(tái)在相似工況下運(yùn)行水泵的軸功率之間的關(guān)系。 2.8.2相似定律的特例比例律 把相似定律應(yīng)用于以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同一臺(tái)葉片泵，則可得到比例律： 1、比例律應(yīng)用的圖解方法(1)已知水泵nl時(shí)的(qh)l曲線，試用比例律翻畫轉(zhuǎn)速為n2時(shí)的(qh)2 曲線。 (1)在(qh)l線上任取

37、a、b、c、d、e、f點(diǎn)；利用比例律求(qh)2上的a、b、c、d、e、f作(qh)2曲線。同理可求(qn)2曲線。qhq-ha2abdcefq-h(2)已知水泵轉(zhuǎn)速為nl時(shí)的(qh)l曲線，但所需的工況點(diǎn)，并不在該特性曲線上，而在坐標(biāo)點(diǎn)a2(q2，h2)處。現(xiàn)問；如果需要水泵在a2點(diǎn)工作，其轉(zhuǎn)速n2應(yīng)是多少?問題(2)：求“相似工況拋物線”求a點(diǎn)：相似工況拋物線與(qh)l線的交點(diǎn)。求n2a1qhq-ha2求(q)2曲線。在利用比例律時(shí)，認(rèn)為相似工況下對(duì)應(yīng)點(diǎn)的效率是相等的，將已知圖中a、b、b、d等點(diǎn)的效率點(diǎn)平移即可。定速運(yùn)行與高速運(yùn)行比較：泵站調(diào)速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)于(1)省電耗(即nb2nb2)。(2)保持管網(wǎng)等壓供水(即hst基本不變) 2、比例律應(yīng)用的數(shù)解方法(1)(2) 2.8.相似準(zhǔn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)(ns)、模型泵：在最高效率下，當(dāng)有效功率nu735.5 w(1hp)，揚(yáng)程hm1m，流量 m3s。這時(shí)該模型泵的轉(zhuǎn)數(shù)，就叫做與它相似的實(shí)際泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns