葉片泵的葉輪理論與性能

1、 第一節(jié)：離心式水泵的葉輪理論 第二節(jié)：水泵的性能 第三節(jié)：相似理論在水泵中的應(yīng)用 第四節(jié)：泵的汽蝕 第三章 葉片泵的葉輪 理論與性能 第一節(jié) 離心泵的葉輪理論 * 一、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形 * 二、能量方程式及其分析 * 三、離心式葉輪葉片型式的分析 * 四、能量方程的修正及進(jìn)出水漩渦影響 一、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形 流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)比流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)比 較復(fù)雜，故作如下假設(shè)較復(fù)雜，故作如下假設(shè) a、葉片無限多假設(shè) b、理想流體假設(shè) c、流體作定常流動(dòng)假設(shè) uwv (a) 圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng) （b） 相對運(yùn)動(dòng)相對運(yùn)動(dòng) （c） 絕對運(yùn)動(dòng)絕對運(yùn)動(dòng)

2、 流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)示意圖流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)示意圖 體旋轉(zhuǎn)運(yùn)體旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 葉輪帶動(dòng)葉輪帶動(dòng) 流流 稱圓周運(yùn)動(dòng)稱圓周運(yùn)動(dòng) 速度稱圓周速度用速度稱圓周速度用u表示表示 u方向?yàn)閳A周切線方向方向?yàn)閳A周切線方向 大小與大小與r和和n有關(guān)有關(guān) 稱相對運(yùn)動(dòng)稱相對運(yùn)動(dòng) 速度稱相對速度用速度稱相對速度用w表示表示 w方向?yàn)槿~片切線方向方向?yàn)槿~片切線方向 大小與流量流道形狀有關(guān)大小與流量流道形狀有關(guān) 作絕對運(yùn)動(dòng)作絕對運(yùn)動(dòng) 對靜止機(jī)殼對靜止機(jī)殼 稱絕對運(yùn)動(dòng)稱絕對運(yùn)動(dòng) 速度稱絕對速度用速度稱絕對速度用v表示表示 v = u + w 大小方向與大小方向與u和和w有關(guān)有關(guān) 流流 道道 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 流體沿葉流體沿葉 輪

3、輪 1. 1. 流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng) 稱絕對速度角（稱絕對速度角（u、v夾角）。夾角）。 稱流動(dòng)角（稱流動(dòng)角（w與與u反方向夾角）。反方向夾角）。 a稱葉片安裝角（葉片切線與稱葉片安裝角（葉片切線與u反方向的夾角）。流體沿葉片型線運(yùn)動(dòng)反方向的夾角）。流體沿葉片型線運(yùn)動(dòng) = a。 約約 定：下標(biāo)定：下標(biāo)1、2表示葉片表示葉片進(jìn)口進(jìn)口、出口出口參數(shù)：參數(shù)：表示無窮多葉片時(shí)的參數(shù)。表示無窮多葉片時(shí)的參數(shù)。 二、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形二、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形 由圓周、相對、絕對三速度向量組成的向量圖，稱速度三角形。由圓周、相對、絕對三速度向量組成的向量圖，稱速度三角形

4、。 v w a vm vu u v = u + w = vm + vu v可分為兩可分為兩 個(gè)垂直分量個(gè)垂直分量 vm軸面速度軸面速度 vu 周向速度周向速度 圖中圖中 速度三角形的求作：速度三角形的求作：求出 求出 u、vm、 后，即可按比例畫出速度三角形。后，即可按比例畫出速度三角形。 （1）圓周速度）圓周速度u： （2）軸面速度）軸面速度vm： （3） 角：角：葉片無窮多時(shí)，葉片無窮多時(shí)， = a u = Dn 60 vm= qVT A = qV AV （m/s） （m/s） = qV D bV （A= D b-z b 令令 ： = ） D -z D =1- z D 式中：式中：D 葉輪

5、直徑葉輪直徑 m； n 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，r/min； qVT 理論流量，理論流量，m3/s； qV 實(shí)際流量，實(shí)際流量，m3/s； V 容積效率，容積效率，% %； A 有效斷面積，有效斷面積，m； b 葉片寬度，葉片寬度，m； 圓周方向葉片長度；圓周方向葉片長度； 排擠系數(shù)。排擠系數(shù)。 2.2.速度三角形及其計(jì)算速度三角形及其計(jì)算 導(dǎo)出動(dòng)量矩變化的引證圖 v2 w2 u2 2 v1 w1 u1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 動(dòng)量矩定理：動(dòng)量矩定理：在定常流中，單位時(shí)間內(nèi)，流體質(zhì)量的動(dòng)量矩變化等于作用在該流體上的外力矩在定常流中，單位時(shí)間內(nèi)，流體質(zhì)量的動(dòng)量矩變化等于作用在該流體上的外力矩。

6、推推 導(dǎo)導(dǎo) 過過 程：程：取葉輪前后蓋板及進(jìn)口取葉輪前后蓋板及進(jìn)口1-11-1出口出口2-22-2為邊界的控制體，經(jīng)過為邊界的控制體，經(jīng)過dtdt時(shí)刻后時(shí)刻后11221122移至移至1 1 1 1 2 2 2 2 。 葉輪進(jìn)口流體對軸的動(dòng)量矩為：葉輪進(jìn)口流體對軸的動(dòng)量矩為：qvT dtv1 r1cos 1 葉輪出口流體對軸的動(dòng)量矩為：葉輪出口流體對軸的動(dòng)量矩為：qvT dtv2 r2cos 2 單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量矩的變化為：單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量矩的變化為：（qvT dtv2 r2cos 2 - -qvT dtv1 r1cos 1 ） ） =qVT（v2 r2cos 2 - - v1r1cos 1 ） ）

7、 導(dǎo)出動(dòng)量矩變化的引證圖導(dǎo)出動(dòng)量矩變化的引證圖 r1 r2 流體密度流體密度 流量流量 qVT 經(jīng)過經(jīng)過dtdt時(shí)段時(shí)段 后進(jìn)出質(zhì)量后進(jìn)出質(zhì)量 m=qvT dt 1 dt 1 1、能量方程式的推導(dǎo)（、能量方程式的推導(dǎo)（1 1） 二、能量方程式二、能量方程式(Euler(Euler方程式方程式) )及其分析及其分析 根據(jù)動(dòng)量矩定理：根據(jù)動(dòng)量矩定理：單位時(shí)間內(nèi)，流體質(zhì)量的動(dòng)量矩變化等于作用在該流體上的外力矩單位時(shí)間內(nèi)，流體質(zhì)量的動(dòng)量矩變化等于作用在該流體上的外力矩M。 M=qVT（v2r2cos2- v1r1cos1） 葉輪以等角速度葉輪以等角速度旋轉(zhuǎn)，該力矩對流體所做的功率為旋轉(zhuǎn)，該力矩對流體所

8、做的功率為M M=qVT（v2r2cos2- v1r1cos1） 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?u1=r1，u2=r2 ，M=g qVT HT v1u= v1cos1，v2 u= v2cos2 所以：所以： g qVT HT =qVT（ u2 v2 u - u1 v1u） 水泵的能量方程式：水泵的能量方程式： HT= m 由速度三角形并應(yīng)用余弦定理推導(dǎo)出能量方程式的另一表達(dá)式為：由速度三角形并應(yīng)用余弦定理推導(dǎo)出能量方程式的另一表達(dá)式為： u2v2 u- u1 v1 u g m g ww g uu g vv HT 222 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 2 1 1、能量方程式的推導(dǎo)（、能量方程式的推

9、導(dǎo)（2 2） 二、能量方程式二、能量方程式(Euler(Euler方程式方程式) )及其分析及其分析 HT表示單位重量的理想流體通過無限多葉片葉輪時(shí)所獲得的能量，單位表示單位重量的理想流體通過無限多葉片葉輪時(shí)所獲得的能量，單位m。 HT與流體的密度無關(guān)（同臺泵輸送任何密度的流體產(chǎn)生的流體柱高度相等）。與流體的密度無關(guān)（同臺泵輸送任何密度的流體產(chǎn)生的流體柱高度相等）。 能量方程不僅適用離心式泵，同樣適用軸流式泵即一切葉片泵。能量方程不僅適用離心式泵，同樣適用軸流式泵即一切葉片泵。 * *（v22- v12）/2g 是流體通過葉輪后增加的動(dòng)能，是流體通過葉輪后增加的動(dòng)能， 稱動(dòng)揚(yáng)程，用稱動(dòng)揚(yáng)程，用

10、Hd表示。表示。 * *（u22-u21）/2g 離心力作用增加的壓頭離心力作用增加的壓頭 * *（w12-w2 2）/2g 相對速度降低增加的壓頭相對速度降低增加的壓頭 稱靜（勢）揚(yáng)程，用稱靜（勢）揚(yáng)程，用Hs t表。表。 為什么離心式泵揚(yáng)程遠(yuǎn)大于軸流式？為什么離心式泵揚(yáng)程遠(yuǎn)大于軸流式？ 為什么軸流式葉片制成進(jìn)口厚出口薄的機(jī)翼型？為什么軸流式葉片制成進(jìn)口厚出口薄的機(jī)翼型？ 由于軸流式泵無第二項(xiàng)由于軸流式泵無第二項(xiàng)( (u2=u1），第三項(xiàng)又不可能很大，故能頭遠(yuǎn)低于離心式。），第三項(xiàng)又不可能很大，故能頭遠(yuǎn)低于離心式。 混流式泵雖有第二項(xiàng)但較小，故產(chǎn)生能頭介于二者之間。混流式泵雖有第二項(xiàng)但較小，

11、故產(chǎn)生能頭介于二者之間。 為提高軸流泵揚(yáng)程，盡量使為提高軸流泵揚(yáng)程，盡量使w1w2 ，故將進(jìn)口葉片做得較厚，成機(jī)翼型。，故將進(jìn)口葉片做得較厚，成機(jī)翼型。 2 2、能量方程式的分析、能量方程式的分析 二、能量方程式二、能量方程式(Euler(Euler方程式方程式) )及其分析及其分析 g ww g uu g vv H T 222 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 2 改變改變HT 的 的 因因 素素 * u 2= 1 u1 v1u u2 v2 u *1 HT ，當(dāng)，當(dāng)1=90 0時(shí)（經(jīng)向流入），時(shí)（經(jīng)向流入）， u1 v1 u =0，此時(shí)此時(shí)HT僅與僅與u2和和 v2 u 有關(guān)有關(guān)

12、， 即即 HT=u2 v2 u / g D2 HT 制造、效率受限制。制造、效率受限制。 n HT 汽蝕、材料限制。當(dāng)前采用。汽蝕、材料限制。當(dāng)前采用。 * v2 u HT 與葉片出口安裝角與葉片出口安裝角2a有關(guān)。有關(guān)。 2 2、能量方程式的分析、能量方程式的分析 二、能量方程式二、能量方程式(Euler(Euler方程式方程式) )及其分析及其分析 D2n 60 HT = u2v2 u- u1 v1 u g HT = u2v2 u g w1 u1 v1 v1u u2v2 u g 當(dāng)當(dāng)1=90 0（稱經(jīng)向流入），（稱經(jīng)向流入），HT = 由速度三角形知：由速度三角形知：v2 u= u2 -

13、v2mcot2a v2m = v2 w2 v2m 2 2a 2a v2mcot2a 2av2 u u2 qv D2b2v 所以：所以： HT = 速度三角形速度三角形 u2 （u2 - v2mcot2a） g = - = - (D2 n)2 60 2g u2 qv D2b2v g cot2a u2 g n qv 60 b2v g cot2a 當(dāng)當(dāng) 1=90 0 n 一定一定 D2 一定一定 qv 一定一定 HT僅為僅為2a的函數(shù)。的函數(shù)。 又：又： 三、離心式葉輪葉片型式的分析三、離心式葉輪葉片型式的分析 1、HT 與與2a函數(shù)關(guān)系的推導(dǎo)函數(shù)關(guān)系的推導(dǎo) 2a 2a確定了葉片的型式，一般葉片的型

14、式有以下三種： 確定了葉片的型式，一般葉片的型式有以下三種： 葉片的三種型式葉片的三種型式 2a 2a 90 90 900 0 稱前彎式葉片葉輪。 稱前彎式葉片葉輪。 2a900 w2 w2 v2 v2 2 2 v2m v2m v2m v2u v2u 離心式葉輪葉片型式離心式葉輪葉片型式 （a）后彎式葉片葉輪（）后彎式葉片葉輪（ 2a 900） 三、離心式葉輪葉片型式的分析三、離心式葉輪葉片型式的分析 2 2、離心式泵與風(fēng)機(jī)葉片的三種型式、離心式泵與風(fēng)機(jī)葉片的三種型式 v2 w2 HT = u2 （u2 - v2mcot2a） g v2 v2 w2 w2 u2u2 v2 = = v2m 2am

15、in 2amin 2aman 2aman =1 HT Hst Hd 2a900時(shí)，時(shí)，cot2a 2a- ， ，2a 2a cot 2a 2a HT 當(dāng)當(dāng)2a=2amax時(shí)，時(shí)，cot2a=-u2 /v2m，HT= 2u22 / g 各種各種2a角的速度三角形及角的速度三角形及Hd、H s t的曲線的曲線 結(jié)論結(jié)論;2a越大，越大， 流體從葉輪中獲得的能量越多，流體從葉輪中獲得的能量越多， 即即HT 越大。 越大。 三、離心式葉輪葉片型式的分析三、離心式葉輪葉片型式的分析 3、2a 對對 HT 的影響的影響 v2 w2 HT = Hst + Hd v2 v2 w2 w2 u2u2 v2 = =

16、 v2m 2amin 2amin 2aman 2aman =1 HT Hst Hd 當(dāng)當(dāng)2a=2amin時(shí)時(shí): v2 u=0，=1 表明表明H s t、Hd均為零，流體未獲能量。均為零，流體未獲能量。 當(dāng)當(dāng)2a=900時(shí)時(shí): v2 u= u2，=1/2，H s t= Hd= HT/2 表明表明H s t、Hd在獲得的總揚(yáng)程中各占一半。在獲得的總揚(yáng)程中各占一半。 當(dāng)當(dāng)2a=2amax時(shí)時(shí): v2 u= 2u2，=0 表明流體所獲得的總揚(yáng)程中全部是動(dòng)揚(yáng)程。表明流體所獲得的總揚(yáng)程中全部是動(dòng)揚(yáng)程。 各種各種2a角的速度三角形及角的速度三角形及Hd、H s t的曲線的曲線 結(jié)論：結(jié)論： 2a HT H

17、s t占比例占比例 Hd 占比例占比例 。 在在2amin2a 900范圍，范圍，H s t所占比例大于所占比例大于Hd。 在在2a= 900時(shí)，時(shí)，H s t所占比例等于所占比例等于Hd所占比例。所占比例。 在在9002a 2amax范圍，范圍，H s t占比例小于占比例小于Hd。 反作用度反作用度：靜揚(yáng)程：靜揚(yáng)程H H s t s t在總揚(yáng)程 在總揚(yáng)程H HT T中所占的比例。 中所占的比例。 = H s t / HT=1- v2 u / /（ （2 2 u2） 三、離心式葉輪葉片型式的分析三、離心式葉輪葉片型式的分析 4、2a對靜揚(yáng)程對靜揚(yáng)程Hst及動(dòng)揚(yáng)程及動(dòng)揚(yáng)程Hd的影響的影響 生產(chǎn)實(shí)

18、踐中生產(chǎn)實(shí)踐中 離心式泵均采用后彎式葉片離心式泵均采用后彎式葉片 葉輪，葉輪，2a一般為一般為200350。 離心泵采用后彎式葉片葉輪的原因離心泵采用后彎式葉片葉輪的原因 （水泵反轉(zhuǎn)不出水或出水小的原因）（水泵反轉(zhuǎn)不出水或出水小的原因） 在在n、D2、qv相同的條件下，前彎比后彎式葉片產(chǎn)生相同的條件下，前彎比后彎式葉片產(chǎn)生 的絕對速度的絕對速度v大，而流動(dòng)損失又與大，而流動(dòng)損失又與v2 成正比，所以流體在成正比，所以流體在 泵內(nèi)產(chǎn)生的能量損失前彎式比后彎式葉片大的多，即：盡泵內(nèi)產(chǎn)生的能量損失前彎式比后彎式葉片大的多，即：盡 管管HT大，但大，但h損 損也大，流體實(shí)際獲得的能頭 也大，流體實(shí)際獲

19、得的能頭H小。較大的小。較大的 損失導(dǎo)致泵的效率也較低。損失導(dǎo)致泵的效率也較低。 三、離心式葉輪葉片型式的分析三、離心式葉輪葉片型式的分析 5、理論聯(lián)系實(shí)際、理論聯(lián)系實(shí)際 無限多葉片葉輪無限多葉片葉輪 有限多葉片葉輪有限多葉片葉輪 流體按葉片型線運(yùn)動(dòng)。流體按葉片型線運(yùn)動(dòng)。 流道同一半徑斷面流道同一半徑斷面上上w分分布是均勻的。布是均勻的。 流體流體在兩葉片間流道內(nèi)流動(dòng)。在兩葉片間流道內(nèi)流動(dòng)。 兩葉片間流道內(nèi)產(chǎn)生軸向旋渦運(yùn)動(dòng)。兩葉片間流道內(nèi)產(chǎn)生軸向旋渦運(yùn)動(dòng)。 流道同一半徑斷面上相對速度分布是不均勻的。流道同一半徑斷面上相對速度分布是不均勻的。 a b c 流體在葉輪流道中的運(yùn)動(dòng)流體在葉輪流道中的

20、運(yùn)動(dòng) 軸向旋渦運(yùn)動(dòng)：軸向旋渦運(yùn)動(dòng)：當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 流體質(zhì)點(diǎn)由于本流體質(zhì)點(diǎn)由于本身的慣性，身的慣性，保保持原持原 有有狀態(tài)，因而產(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦狀態(tài)，因而產(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，稱為軸，稱為軸向旋向旋 渦渦運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 有限葉片流道內(nèi)相對速度有限葉片流道內(nèi)相對速度c c：是葉輪流道進(jìn)出口封閉產(chǎn)生軸向是葉輪流道進(jìn)出口封閉產(chǎn)生軸向旋渦旋渦運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) a a，與無限與無限 多多葉片葉輪流道內(nèi)相對運(yùn)動(dòng)葉片葉輪流道內(nèi)相對運(yùn)動(dòng) b b的合成的合成 ，即：，即： c = a + b c = a + b 四、能量方程的修正及進(jìn)出水漩渦影響 1、能

21、量方程的修正 a、關(guān)于葉片無限多假設(shè) a、葉片無限多假設(shè) b、理想流體假設(shè) c、流體作定常流動(dòng)假設(shè) 四、能量方程的修正及進(jìn)出水漩渦影響 1、能量方程的修正 a、關(guān)于葉片無限多假設(shè) a、葉片無限多假設(shè) b、理想流體假設(shè) c、流體作定常流動(dòng)假設(shè) a b c 流體在葉輪流道中的運(yùn)動(dòng)流體在葉輪流道中的運(yùn)動(dòng) v2 v2 u2 w2 w2 2a 2 v2m v2m v2m= v2m a b cd 有限葉片葉輪出口速度三角形的變化有限葉片葉輪出口速度三角形的變化 產(chǎn)生軸向旋渦運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果：產(chǎn)生軸向旋渦運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果： * *葉片正面：二速度方向相反，葉片正面：二速度方向相反，w ；背面：二速度；背面：二速

22、度 方向相同，方向相同，w ； 導(dǎo)致相對速度在同一半徑流道斷面分導(dǎo)致相對速度在同一半徑流道斷面分 布不均勻。布不均勻。 * *2 ， 22a * *在在n、qv不變的條件下，不變的條件下，abcabc abdabd。 * * v2 u ， v2 uv2 u ； HT HT 即：即： HT = u2 v2u / g =1/(1+p)HT=KHT qvk 區(qū)域工作。區(qū)域工作。 （3） 啟動(dòng)啟動(dòng) （4） qV H 三形狀三形狀 qv H 曲線三種基本形狀曲線三種基本形狀 qv H a b c K qVK qv H曲線隨曲線隨qv的增加總趨勢是下降的，在小流量時(shí)有一馬鞍形。的增加總趨勢是下降的，在小流

23、量時(shí)有一馬鞍形。 qv P曲線隨曲線隨qv的增大總趨勢是下降的，的增大總趨勢是下降的，qv=0時(shí)時(shí)P最大。最大。 qv 曲線隨曲線隨qv的增大先上升至的增大先上升至max后又下降，其高效區(qū)域較狹窄。后又下降，其高效區(qū)域較狹窄。 qv h曲線隨曲線隨qv的增大先下降至最小后又上升的。的增大先下降至最小后又上升的。 閥門全關(guān)，閥門全關(guān)，qv=0、P最大。最大。 原因有多種解釋。原因有多種解釋。 軸流式泵出口一般不安裝閥門軸流式泵出口一般不安裝閥門 性能性能 曲線曲線 變化變化 趨勢趨勢 （1） 工作工作 區(qū)域區(qū)域 （2） 空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn) 狀態(tài)狀態(tài) 馬鞍形的駝峰點(diǎn)左邊為不穩(wěn)定工作區(qū)域。馬鞍形的駝峰點(diǎn)左邊為

24、不穩(wěn)定工作區(qū)域。 馬鞍形的駝峰點(diǎn)右邊為穩(wěn)定工作區(qū)域。馬鞍形的駝峰點(diǎn)右邊為穩(wěn)定工作區(qū)域。 水泵必須在穩(wěn)定工作區(qū)域工作。水泵必須在穩(wěn)定工作區(qū)域工作。 如安裝有其他用途的閥門，如安裝有其他用途的閥門， 運(yùn)行中不可用此調(diào)節(jié)流量。運(yùn)行中不可用此調(diào)節(jié)流量。 軸流式泵，空轉(zhuǎn)狀態(tài)軸功率最大；（軸流式泵，空轉(zhuǎn)狀態(tài)軸功率最大；（P 隨隨 qv 的增大的增大 而減?。?。而減?。?。 應(yīng)閥門全開狀態(tài)下啟停機(jī)組，否則原動(dòng)機(jī)過載及損應(yīng)閥門全開狀態(tài)下啟停機(jī)組，否則原動(dòng)機(jī)過載及損 壞電器設(shè)備；壞電器設(shè)備； 軸流式泵軸流式泵a 最小時(shí)最小時(shí)P最小，故應(yīng)在最小，故應(yīng)在 a 最小時(shí)啟動(dòng)最小時(shí)啟動(dòng) 機(jī)組。機(jī)組。 （3） 啟動(dòng)啟動(dòng) （4

25、）軸流式泵高效區(qū)域狹窄）軸流式泵高效區(qū)域狹窄 可采取變角調(diào)節(jié)工況法保持高效運(yùn)行。可采取變角調(diào)節(jié)工況法保持高效運(yùn)行。 第三章 作業(yè) 8、某雙吸離心泵，總揚(yáng)程、某雙吸離心泵，總揚(yáng)程22m時(shí)，流量為時(shí)，流量為2016m3/s，軸功率為，軸功率為 147KW。求該工況下的有效功率和效率。（參考答案：。求該工況下的有效功率和效率。（參考答案：120.736KW， 82.13%） 9、某一水泵流量、某一水泵流量qv=25L/s，揚(yáng)程，揚(yáng)程H=38.96m,電動(dòng)機(jī)輸入功率為電動(dòng)機(jī)輸入功率為 12.5KW，電動(dòng)機(jī)效率為，電動(dòng)機(jī)效率為95%，泵與電動(dòng)機(jī)用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動(dòng)，其傳動(dòng)效，泵與電動(dòng)機(jī)用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動(dòng)，其傳

26、動(dòng)效 率為率為98%。求軸功率、有效功率、泵的總效率。（參考答案：。求軸功率、有效功率、泵的總效率。（參考答案： 13.426KW，9.545KW，71.09%） 第三節(jié)：相似理論在水泵中的應(yīng)用 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 研究研究 使用使用 相似理論廣泛應(yīng)用于許多學(xué)科領(lǐng)域相似理論廣泛應(yīng)用于許多學(xué)科領(lǐng)域 1 1、根據(jù)模型試驗(yàn)的成果，進(jìn)行新型水泵的設(shè)計(jì)。、根據(jù)模型試驗(yàn)的成果，進(jìn)行新型水泵的設(shè)計(jì)。 2 2、根據(jù)已知水泵的性能，確定其相似水泵的性能。、根據(jù)已知水泵的性能，確定其相似水泵的性能。 3 3、相似水泵相似工況下的性能參數(shù)換算（如變速等）。、相似水泵相似工況下的性能參數(shù)換算（如變速等）。 主要解決的問題：主要

27、解決的問題： 等方面也起著十分重要的作用。等方面也起著十分重要的作用。在水泵的在水泵的 一、相一、相 似似 條條 件件 各對應(yīng)點(diǎn)的幾何尺寸成比例，比值相等。各對應(yīng)點(diǎn)的幾何尺寸成比例，比值相等。 b1p/b1m=b2p/b2m=D1p/D1m=D1p/D1m=Dp/Dm=常數(shù)常數(shù) 1 1、幾何相似條件、幾何相似條件 幾何相似是指幾何相似是指 原型原型 和和 模型模型 各對應(yīng)角、葉片數(shù)相等各對應(yīng)角、葉片數(shù)相等. .1 1、2 2、Z Z 相等相等 泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)流體流動(dòng)相似三個(gè)條件泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)流體流動(dòng)相似三個(gè)條件 幾何相似幾何相似 運(yùn)動(dòng)相似運(yùn)動(dòng)相似 動(dòng)力相似動(dòng)力相似 即必須滿足即必須滿足 原型原型p p

28、 模型模型m m 任一對應(yīng)點(diǎn)上同一物理量間保持比例關(guān)系。任一對應(yīng)點(diǎn)上同一物理量間保持比例關(guān)系。 一、相一、相 似似 條條 件件 2 2、運(yùn)動(dòng)相似條件、運(yùn)動(dòng)相似條件 運(yùn)動(dòng)相似是指運(yùn)動(dòng)相似是指 原型原型 和和 模型模型 1p=1m 2p=2m 各對應(yīng)流動(dòng)角相等各對應(yīng)流動(dòng)角相等 各對應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同，大小成比例，比值相等各對應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同，大小成比例，比值相等 v1p / v1m= v2p / v2m= w1p / w1m= w2p / w2m= = u2p / u2m= Dpnp / Dmnm= 常數(shù)常數(shù) 一、相一、相 似似 條條 件件 3 3、動(dòng)力相似條件、動(dòng)力相似條件 動(dòng)力相似是指動(dòng)力相

29、似是指 原型原型 和和 模型模型 泵與風(fēng)機(jī)流體的流動(dòng)已在泵與風(fēng)機(jī)流體的流動(dòng)已在Re105的阻力平方的阻力平方 區(qū)即處于自動(dòng)?；瘏^(qū)。區(qū)即處于自動(dòng)?；瘏^(qū)。 該區(qū)域粘性力不起作用，阻力系數(shù)不再改變。該區(qū)域粘性力不起作用，阻力系數(shù)不再改變。 實(shí)踐證明實(shí)踐證明 Re 105 自自 動(dòng)滿足了動(dòng)動(dòng)滿足了動(dòng) 力相似要求力相似要求 方向相同方向相同 大小成比例大小成比例 比值相同比值相同 各對應(yīng)點(diǎn)的各種力各對應(yīng)點(diǎn)的各種力 慣性力、粘性力慣性力、粘性力是泵與風(fēng)機(jī)起主導(dǎo)作用的兩種力。是泵與風(fēng)機(jī)起主導(dǎo)作用的兩種力。慣性力、粘性力慣性力、粘性力的相似的相似 準(zhǔn)則是雷諾數(shù)準(zhǔn)則是雷諾數(shù)Re，Re相等既滿足動(dòng)力相似條件。但要

30、保證模型與原型的相等既滿足動(dòng)力相似條件。但要保證模型與原型的Re 相等，也是十分困難的。相等，也是十分困難的。 流體在水泵中流動(dòng)時(shí)主要受四種力的作用流體在水泵中流動(dòng)時(shí)主要受四種力的作用 1、慣性力、慣性力 2、粘性力、粘性力 3、重、重 力力 4、壓、壓 力力 該四個(gè)力同時(shí)滿足相似條件，十分困難，根據(jù)牛頓定律：三力中只要有兩該四個(gè)力同時(shí)滿足相似條件，十分困難，根據(jù)牛頓定律：三力中只要有兩 種力成比例第三力必成比例。故只要保證起主導(dǎo)作用的兩種力相似即可。種力成比例第三力必成比例。故只要保證起主導(dǎo)作用的兩種力相似即可。 二、相二、相 似似 定定 律律 a推導(dǎo)推導(dǎo) 泵的流量為：泵的流量為： 只有兩臺

31、水泵相似，且在相似工況下才具有這種關(guān)系只有兩臺水泵相似，且在相似工況下才具有這種關(guān)系 b意義意義 1、流量相似定律、流量相似定律(或流量相似關(guān)系或流量相似關(guān)系) 流量相似關(guān)系流量相似關(guān)系 功率相似關(guān)系功率相似關(guān)系 能頭相似關(guān)系能頭相似關(guān)系 水泵的相似定律反映了性能參數(shù)之間的水泵的相似定律反映了性能參數(shù)之間的相似關(guān)系相似關(guān)系 其流量之比其流量之比 與幾何尺寸之比的三次方成正比與幾何尺寸之比的三次方成正比 與轉(zhuǎn)速之比的一次方成正比與轉(zhuǎn)速之比的一次方成正比 與容積效率之比的一次方成正比與容積效率之比的一次方成正比 相似水泵在相似水泵在 相似工況下相似工況下 vmmv vbDvAq 222222 vm

32、mmmmm vpmpppp vm vp vbD vbD q q 2222 2222 mp22 幾何相似，排擠系數(shù)相等：幾何相似，排擠系數(shù)相等： 運(yùn)動(dòng)相似則有：運(yùn)動(dòng)相似則有： 在相似工況下，流量相似關(guān)系為：在相似工況下，流量相似關(guān)系為： 將上式代入（將上式代入（1）式得：）式得： mm pp mm mp nD nD v v 2 2 2 2 vm vp m p m p vm vp n n D D q q 3 2 2 (1) (2) 二、相二、相 似似 定定 律律 b意義意義 2、揚(yáng)程相似定律、揚(yáng)程相似定律(或揚(yáng)程相似關(guān)系或揚(yáng)程相似關(guān)系) 其揚(yáng)程之比其揚(yáng)程之比 與幾何尺寸之比的平方成正比與幾何尺寸之

33、比的平方成正比 與轉(zhuǎn)速之比的平方成正比與轉(zhuǎn)速之比的平方成正比 與流動(dòng)效率之比的一次方成正比與流動(dòng)效率之比的一次方成正比 相似水泵在相似水泵在 相似工況下相似工況下 a a推導(dǎo)推導(dǎo) a/c=b/d ，a/b=c/d （a-b）/b=（c-d）/d （a-b）/（c-d）=b/d 在相似工況下，揚(yáng)程相似關(guān)系為：在相似工況下，揚(yáng)程相似關(guān)系為： 運(yùn)動(dòng)相似則有：運(yùn)動(dòng)相似則有： 將上式代入（將上式代入（3）式得揚(yáng)程相似定律：）式得揚(yáng)程相似定律： h uu hT g vuvu HH 1122 hm hp ummumm uppupp m p vuvu vuvu H H 1122 1122 2 2 2 11 1

34、1 22 22 mm pp umm upp umm upp nD nD vu vu vu vu hm hp m p m p m p n n D D H H 22 2 2 （3 3） （4） 二、相二、相 似似 定定 律律 a推導(dǎo)推導(dǎo) b意義意義 3、功率相似定律、功率相似定律(或功率相似關(guān)系或功率相似關(guān)系) 其功率之比其功率之比 與幾何尺寸之比的五次方成正比與幾何尺寸之比的五次方成正比 與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比 與機(jī)械效率之比的一次方成反比與機(jī)械效率之比的一次方成反比 相似水泵在相似水泵在 相似工況下相似工況下 泵的軸功率為：泵的軸功率為： 在相似工況下，軸功率的相似關(guān)

35、系為：在相似工況下，軸功率的相似關(guān)系為： 將上式（將上式（2 2）、（）、（4 4）代入（）代入（5 5）式得功率相似定律：）式得功率相似定律： hvm vv HgqHgq P 10001000 hpvpmpmvmm hmvmmmpvpp m p Hq Hq P P mp mm m p m p M p m p n n D D P P 35 2 2 （5 5） （6 6） 二、相二、相 似似 定定 律律 4、簡化相似定律、簡化相似定律(或相似關(guān)系或相似關(guān)系) 經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)原型和模型的轉(zhuǎn)速及幾何尺寸相差不大，可以認(rèn)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)原型和模型的轉(zhuǎn)速及幾何尺寸相差不大，可以認(rèn) 為在相似工況下運(yùn)行時(shí)，各種效

36、率相等，故可得如下簡化相似定律：為在相似工況下運(yùn)行時(shí)，各種效率相等，故可得如下簡化相似定律： m p m p vm vp n n D D q q 3 2 2 22 2 2 m p m p m p n n D D H H m p m p M p m p n n D D P P 35 2 2 簡化相似定律簡化相似定律 三、相似定律的特例三、相似定律的特例 1、改變轉(zhuǎn)速時(shí)各參數(shù)的變化（比例律）改變轉(zhuǎn)速時(shí)各參數(shù)的變化（比例律） m p m p vm vp n n D D q q 3 2 2 22 2 2 m p m p m p n n D D H H m p m p M p m p n n D D P

37、 P 35 2 2 在相似工況下有比例律公式如下在相似工況下有比例律公式如下 兩臺泵兩臺泵 1 m p D D 1 m p 1 m p n n 幾何尺寸相等或同一臺泵機(jī)，即有：幾何尺寸相等或同一臺泵機(jī)，即有： 輸送相同的流體，即有：輸送相同的流體，即有： 只改變轉(zhuǎn)速，即：只改變轉(zhuǎn)速，即： m p vm vp n n q q 2 m p m P n n H H 3 m p m p n n p p 三、相似定律的特例三、相似定律的特例 2、改變幾何尺寸時(shí)各參數(shù)的變化改變幾何尺寸時(shí)各參數(shù)的變化 m p m p vm vp n n D D q q 3 2 2 22 2 2 m p m p m p n

38、n D D H H m p m p M p m p n n D D P P 35 2 2 兩臺泵兩臺泵 在相似工況下有如下關(guān)系在相似工況下有如下關(guān)系 1 m p n n 1 m p 1 m p D D 轉(zhuǎn)速相同，即有：轉(zhuǎn)速相同，即有： 輸送相同的流體，即有：輸送相同的流體，即有： 幾何尺寸不同，即：幾何尺寸不同，即： 3 2 2 m p vm vp D D q q 2 2 2 m p m p D D H H 5 2 2 m p m p D D P P 三、相似定律的特例三、相似定律的特例 3、改變密度時(shí)各參數(shù)的變化改變密度時(shí)各參數(shù)的變化 m p m p vm vp n n D D q q 3

39、2 2 22 2 2 m p m p m p n n D D H H m p m p M p m p n n D D P P 35 2 2 在相似工況下有如下關(guān)系在相似工況下有如下關(guān)系 兩臺泵兩臺泵 1 m p n n 1 2 2 m p D D 1 m p 幾何尺寸相等或同一臺泵，即有：幾何尺寸相等或同一臺泵，即有： 轉(zhuǎn)速相同，即有：轉(zhuǎn)速相同，即有： 輸送的流體不同，即：輸送的流體不同，即： 1 vm vp q q 1 m p H H m p m p P P 四、比轉(zhuǎn)數(shù)四、比轉(zhuǎn)數(shù) 意義及公式推導(dǎo)意義及公式推導(dǎo) 常數(shù) 4/34/34/3 H qn H qn H qn v m vmm p vpp

40、 將其聯(lián)立消去線性尺寸將其聯(lián)立消去線性尺寸D 后整理得：后整理得： 各種類型的泵都有自己的性能曲線，泵的葉輪形狀不同，它們的性能曲線各種類型的泵都有自己的性能曲線，泵的葉輪形狀不同，它們的性能曲線 也就不同。由于泵的類型很多，性能各異，這就需要在相似定律的基礎(chǔ)上推也就不同。由于泵的類型很多，性能各異，這就需要在相似定律的基礎(chǔ)上推 導(dǎo)出一個(gè)包括導(dǎo)出一個(gè)包括qv、H、n在內(nèi)的綜合相似特征數(shù)，用它對泵進(jìn)行比較和分類，在內(nèi)的綜合相似特征數(shù)，用它對泵進(jìn)行比較和分類， 這個(gè)相似特征數(shù)稱為比轉(zhuǎn)數(shù)，用符號這個(gè)相似特征數(shù)稱為比轉(zhuǎn)數(shù)，用符號ns表示。比轉(zhuǎn)數(shù)在泵的理論研究和設(shè)計(jì)中表示。比轉(zhuǎn)數(shù)在泵的理論研究和設(shè)計(jì)中

41、具有十分重要的意義。具有十分重要的意義。 將式將式將式將式兩端平方，兩端平方， 兩端立方兩端立方 m p m p vm vp n n D D q q 3 2 2 22 2 2 m p m p m p n n D D H H 4/3 65. 3 H qn n v s 式中常數(shù)習(xí)慣上用式中常數(shù)習(xí)慣上用ns表示，即為國際上較為通用的比轉(zhuǎn)數(shù)：表示，即為國際上較為通用的比轉(zhuǎn)數(shù)： 4/3 H qn n v s 式中式中3.65 的系數(shù)是由水輪機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)的公式推導(dǎo)而得的。的系數(shù)是由水輪機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)的公式推導(dǎo)而得的。 n 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，r /min qv 體積流量，體積流量，m3/s H 揚(yáng)程，揚(yáng)程，m 其中其中 我

42、國習(xí)慣用比轉(zhuǎn)數(shù)公式如下，我國習(xí)慣用比轉(zhuǎn)數(shù)公式如下， 四、比轉(zhuǎn)數(shù)四、比轉(zhuǎn)數(shù) 討論討論 4/3 2/65. 3 H qn n v s 4/3 )/( 65. 3 iH qn n v s 4/3 )/( 2/65. 3 iH qn n v s 1、水泵比轉(zhuǎn)數(shù)是在標(biāo)態(tài)下，用設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（最高效率點(diǎn)）參數(shù)計(jì)算所得。、水泵比轉(zhuǎn)數(shù)是在標(biāo)態(tài)下，用設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（最高效率點(diǎn)）參數(shù)計(jì)算所得。 2、比轉(zhuǎn)數(shù)是以單級單吸葉輪為標(biāo)準(zhǔn)的；、比轉(zhuǎn)數(shù)是以單級單吸葉輪為標(biāo)準(zhǔn)的； 雙吸多級葉輪用下式計(jì)算：雙吸多級葉輪用下式計(jì)算： （1）雙吸單級泵：流量應(yīng)以）雙吸單級泵：流量應(yīng)以qv /2代入得代入得 （2）單吸多級泵，揚(yáng)程應(yīng)以）單吸多級

43、泵，揚(yáng)程應(yīng)以H/i代入，代入，i為泵的級數(shù)為泵的級數(shù) （3）多級泵第一級為雙吸葉輪）多級泵第一級為雙吸葉輪 3、相似水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)一定相等；比轉(zhuǎn)數(shù)相等的水泵不一定相似。、相似水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)一定相等；比轉(zhuǎn)數(shù)相等的水泵不一定相似。 4、水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是有因次的，但習(xí)慣上不書寫比轉(zhuǎn)數(shù)的單位。不同的國家、水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是有因次的，但習(xí)慣上不書寫比轉(zhuǎn)數(shù)的單位。不同的國家 采用的單位不同，同一泵的比轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)值和單位不同，可按照有關(guān)關(guān)系采用的單位不同，同一泵的比轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)值和單位不同，可按照有關(guān)關(guān)系 式進(jìn)行換算。式進(jìn)行換算。 5 5、國外近年多使用國外近年多使用無因次比轉(zhuǎn)數(shù)無因次比轉(zhuǎn)數(shù) ；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

44、 TSO/TC在國際標(biāo)準(zhǔn)中在國際標(biāo)準(zhǔn)中 定義了定義了型式數(shù)型式數(shù)，取代了過去的比轉(zhuǎn)數(shù)，我國也將過渡到國際標(biāo)準(zhǔn)。，取代了過去的比轉(zhuǎn)數(shù)，我國也將過渡到國際標(biāo)準(zhǔn)。 ns高的泵高的泵 ，流量大、揚(yáng)程低，適應(yīng)低，流量大、揚(yáng)程低，適應(yīng)低H大大qv的場合的場合 性能上性能上 結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上 隨隨ns增加增加 ，D2 /D1 b2 / D2 離心過渡到軸流離心過渡到軸流 四、比轉(zhuǎn)數(shù)四、比轉(zhuǎn)數(shù) 應(yīng)用應(yīng)用 n不變，不變，H 高，高，qv小，比轉(zhuǎn)數(shù)小。小，比轉(zhuǎn)數(shù)小。 n不變，不變，H 小，小，qv大，比轉(zhuǎn)數(shù)高。大，比轉(zhuǎn)數(shù)高。 的特點(diǎn)的特點(diǎn) 比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù) 反映泵反映泵 2 2、葉片泵適應(yīng)范圍、葉片泵適應(yīng)范圍 ns低的泵

45、低的泵 ，流量小、揚(yáng)程高，適應(yīng)高，流量小、揚(yáng)程高，適應(yīng)高H小小qv的場合的場合 1 1、葉片泵分類的基礎(chǔ)、葉片泵分類的基礎(chǔ) 水泵選型時(shí)，由水泵選型時(shí)，由ns確定所需泵的類型確定所需泵的類型 四、比轉(zhuǎn)數(shù)四、比轉(zhuǎn)數(shù) 應(yīng)用應(yīng)用 3 3、用比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行泵的相似設(shè)計(jì)或相似計(jì)算用比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行泵的相似設(shè)計(jì)或相似計(jì)算 （2 2）用）用“n ns s” 進(jìn)行相似泵相似工況換算。進(jìn)行相似泵相似工況換算。 計(jì)算出計(jì)算出n ns s ，據(jù)此選擇性能 ，據(jù)此選擇性能 良好的模型進(jìn)行相似設(shè)計(jì)。良好的模型進(jìn)行相似設(shè)計(jì)。 （1 1）用設(shè)計(jì)參數(shù)）用設(shè)計(jì)參數(shù) qv H n 4 4、比轉(zhuǎn)數(shù)反映了水泵性能曲線的特點(diǎn)比轉(zhuǎn)數(shù)反映了水泵性能曲

46、線的特點(diǎn) 比轉(zhuǎn)數(shù)與性能曲線的關(guān)系比轉(zhuǎn)數(shù)與性能曲線的關(guān)系 相對性能曲線相對性能曲線 繪制方法：用各參數(shù)相對于最高效率繪制方法：用各參數(shù)相對于最高效率 點(diǎn)各參數(shù)百分比繪制而成。點(diǎn)各參數(shù)百分比繪制而成。 意意 義：比較不同比轉(zhuǎn)數(shù)下相對性義：比較不同比轉(zhuǎn)數(shù)下相對性 能曲線的形狀及變化趨勢。能曲線的形狀及變化趨勢。 性能比較：不同性能比較：不同ns的的泵揚(yáng)程、軸功率、泵揚(yáng)程、軸功率、 效率隨流量的變化趨勢效率隨流量的變化趨勢 第三章 作業(yè) 10、有一單級單吸離心泵，其設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)分別為：、有一單級單吸離心泵，其設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)分別為： 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 n2900 r/ min 時(shí)，輸送流體密度時(shí)，

47、輸送流體密度 =1000kg/m3，qvd = 20.28 m3 /min， Hd=120m。若用該泵輸送流體密度。若用該泵輸送流體密度1=600kg/m3的液體，求與前述工況相的液體，求與前述工況相 似工況的流量似工況的流量qv1、揚(yáng)程、揚(yáng)程H1、有效功率、有效功率Pe1各為多少？各為多少？ 11、某臺離心泵，設(shè)計(jì)工況下的參數(shù)分別為、某臺離心泵，設(shè)計(jì)工況下的參數(shù)分別為 n、qVd、 Hd 、Pd 、 d nS；當(dāng)轉(zhuǎn)速；當(dāng)轉(zhuǎn)速n1=1.2n 時(shí)，求與設(shè)計(jì)工況相似工況下的參數(shù)時(shí)，求與設(shè)計(jì)工況相似工況下的參數(shù) qV1 、H1 、P1、 1 、nS1各為多少？各為多少？ 13、有一單級雙吸離心泵，其

48、設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)分別為：、有一單級雙吸離心泵，其設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)分別為： 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 n1450 r/ min 時(shí)，時(shí)，qVd =20.28 m3 /min，Hd=120m；有一和該泵制造相似；有一和該泵制造相似 的泵，其設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)分別為：的泵，其設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)分別為：qVd = 60 m3/min ，Hd =80 m，問對應(yīng)，問對應(yīng) 的葉輪轉(zhuǎn)速的葉輪轉(zhuǎn)速n 應(yīng)為多少？應(yīng)為多少？ 第四節(jié)：泵的汽蝕 汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響 吸上真空高度 HS 汽蝕余量h 汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù) 提高泵抗汽蝕性能的措施 第四節(jié)：泵的汽蝕 汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響 汽蝕：汽蝕：液體在泵內(nèi)流動(dòng)時(shí)

49、，若局部壓力（液體在泵內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若局部壓力（pk）降低到水的飽和蒸汽壓力（降低到水的飽和蒸汽壓力（pv） 時(shí)，水就在該處發(fā)生汽化，產(chǎn)生汽泡。大量汽泡隨著水流向前運(yùn)動(dòng)，到達(dá)高壓區(qū)后時(shí)，水就在該處發(fā)生汽化，產(chǎn)生汽泡。大量汽泡隨著水流向前運(yùn)動(dòng)，到達(dá)高壓區(qū)后 受到周圍液體的擠壓而潰滅，汽泡內(nèi)的汽體又重新凝結(jié)成水，這一過程稱為汽蝕。受到周圍液體的擠壓而潰滅，汽泡內(nèi)的汽體又重新凝結(jié)成水，這一過程稱為汽蝕。 剝蝕：剝蝕：汽蝕汽泡潰滅能夠破壞任何種材料，通常把汽蝕引起的材料破壞稱為汽蝕汽泡潰滅能夠破壞任何種材料，通常把汽蝕引起的材料破壞稱為 剝蝕。剝蝕的機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的問題，對它的解釋有多種理論，一般認(rèn)為剝蝕

50、。剝蝕的機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的問題，對它的解釋有多種理論，一般認(rèn)為力學(xué)作用力學(xué)作用 是主要的。即汽泡從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，在壓力作用下潰滅，潰滅的瞬間，高壓水是主要的。即汽泡從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，在壓力作用下潰滅，潰滅的瞬間，高壓水 以極高的速度向汽泡原占有的空間沖擊，產(chǎn)生每秒幾萬次的沖擊頻率，在流道材料以極高的速度向汽泡原占有的空間沖擊，產(chǎn)生每秒幾萬次的沖擊頻率，在流道材料 極微小面積上，瞬時(shí)局部壓力可達(dá)幾十或幾百極微小面積上，瞬時(shí)局部壓力可達(dá)幾十或幾百M(fèi)pa，引起材料塑性變形和局部硬化，引起材料塑性變形和局部硬化， 并產(chǎn)生金屬疲勞現(xiàn)象，性質(zhì)變脆發(fā)生裂紋與剝落，以致表面呈現(xiàn)蜂窩狀孔洞，甚至并產(chǎn)生金屬疲

51、勞現(xiàn)象，性質(zhì)變脆發(fā)生裂紋與剝落，以致表面呈現(xiàn)蜂窩狀孔洞，甚至 會把材料壁面蝕穿。但也不排除液體中有機(jī)物、活潑氣體的會把材料壁面蝕穿。但也不排除液體中有機(jī)物、活潑氣體的化學(xué)腐蝕作用化學(xué)腐蝕作用及瞬時(shí)局及瞬時(shí)局 部溫度（部溫度（300度）形成熱電偶產(chǎn)生的度）形成熱電偶產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕作用。作用。 汽蝕現(xiàn)象：汽蝕現(xiàn)象：我們把汽泡形成發(fā)展和潰滅以致材料受到剝蝕的全部過程，稱為我們把汽泡形成發(fā)展和潰滅以致材料受到剝蝕的全部過程，稱為 汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象。 性能下降性能下降 材料破壞材料破壞 產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng) 第四節(jié)：泵的汽蝕 汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響 泵

52、汽蝕造成泵汽蝕造成 三方面危害三方面危害 性能下降：性能下降： 在汽蝕過程中，水流含有大量汽泡破壞了水流的正常規(guī)律，改變了流道過流面積和流動(dòng)方向，葉輪在汽蝕過程中，水流含有大量汽泡破壞了水流的正常規(guī)律，改變了流道過流面積和流動(dòng)方向，葉輪 與流道間能量交換穩(wěn)定性遭到破壞，能量損失增加，引起泵的與流道間能量交換穩(wěn)定性遭到破壞，能量損失增加，引起泵的流量流量、揚(yáng)程揚(yáng)程、 效率效率迅速下降，嚴(yán)重時(shí)會出迅速下降，嚴(yán)重時(shí)會出 現(xiàn)現(xiàn)斷流狀態(tài)斷流狀態(tài)。 H H H qvqvqv qVH qVHqVH qV qV qV a 離心泵離心泵 b 混流泵混流泵 c 軸流泵軸流泵 圖圖 5-1 不同比轉(zhuǎn)數(shù)泵受汽蝕影響性

53、能曲線下降的形式不同比轉(zhuǎn)數(shù)泵受汽蝕影響性能曲線下降的形式 nS小的離心泵：小的離心泵：葉槽狹長，發(fā)生汽蝕汽泡易迅速擴(kuò)散堵塞流道，引起水流斷裂，葉槽狹長，發(fā)生汽蝕汽泡易迅速擴(kuò)散堵塞流道，引起水流斷裂， 性能曲線急劇下降，出現(xiàn)斷裂工況。性能曲線急劇下降，出現(xiàn)斷裂工況。 nS中、高的離心泵和混流泵中、高的離心泵和混流泵：葉槽較寬，發(fā)生汽蝕汽泡首先存在于葉槽的某一部葉槽較寬，發(fā)生汽蝕汽泡首先存在于葉槽的某一部 位，汽蝕加重時(shí)才會堵塞流道。因此性能曲線首先平緩下降而后才急劇下降。位，汽蝕加重時(shí)才會堵塞流道。因此性能曲線首先平緩下降而后才急劇下降。 nS高的軸流泵：高的軸流泵：葉槽寬闊，發(fā)生汽蝕汽泡不會擴(kuò)

54、葉槽寬闊，發(fā)生汽蝕汽泡不會擴(kuò) 散到整個(gè)葉槽，性能曲線下降緩慢無明顯斷裂點(diǎn)。散到整個(gè)葉槽，性能曲線下降緩慢無明顯斷裂點(diǎn)。 汽蝕對不同汽蝕對不同nS泵泵 性能影響的特點(diǎn)性能影響的特點(diǎn) 材料破壞：材料破壞： 產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)：產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)： 汽泡潰滅產(chǎn)生的汽泡潰滅產(chǎn)生的力學(xué)作用、化學(xué)腐蝕作用、電化學(xué)力學(xué)作用、化學(xué)腐蝕作用、電化學(xué) 腐蝕作用腐蝕作用，初期，初期 材料表面造成剝蝕傷痕，長期運(yùn)行材料表面造成剝蝕傷痕，長期運(yùn)行 造成過流表面穿孔和斷裂。造成過流表面穿孔和斷裂。 汽泡潰滅時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)互相沖擊引起噪聲和振動(dòng)。噪聲對環(huán)境造成污汽泡潰滅時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)互相沖擊引起噪聲和振動(dòng)。噪聲對環(huán)境造成污 染；振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)

55、危及水泵裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。染；振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)危及水泵裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖圖 5-2 受汽蝕破壞的葉輪受汽蝕破壞的葉輪 第四節(jié)：泵的汽蝕 吸上真空高度吸上真空高度 HS 1、幾何安裝高度：、幾何安裝高度：指泵所在吸水池水面至泵基準(zhǔn)面的垂直高度。用符號指泵所在吸水池水面至泵基準(zhǔn)面的垂直高度。用符號Hg表示。表示。 ee s s Hg pe 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面 2、幾何安裝高度公式推導(dǎo)：、幾何安裝高度公式推導(dǎo)： 以吸水池水面為參考面列吸水池水面以吸水池水面為參考面列吸水池水面ee 和水泵進(jìn)口和水泵進(jìn)口ss斷面的伯諾利方程式得：斷面的伯諾利方程式得： wg ssee hH g v g p g v g p 22 2

56、 因吸水池較大，因吸水池較大，ve 0，上式移項(xiàng)得：上式移項(xiàng)得： w sse g h g v g p g p H 2 2 如吸水池液面壓力是大氣壓力如吸水池液面壓力是大氣壓力，pe=pa w ssa g h g v g p g p H 2 2 泵的泵的Hg與哪些參數(shù)有關(guān)？與哪些參數(shù)有關(guān)？Hg的范圍如何？的范圍如何？ 臥式離心泵的幾何安裝高度示意圖臥式離心泵的幾何安裝高度示意圖 Hg10.33m 液面壓力液面壓力 pa 泵進(jìn)口壓力泵進(jìn)口壓力 pS 泵進(jìn)口平均速度泵進(jìn)口平均速度 vS 進(jìn)水管流動(dòng)損失進(jìn)水管流動(dòng)損失 hw (1) (2) 則：則： 第四節(jié)：泵的汽蝕 吸上真空高度吸上真空高度 HS 3

57、 3、各種泵的基準(zhǔn)面：、各種泵的基準(zhǔn)面：一般規(guī)定泵的基準(zhǔn)面如下： 小型臥式泵及臥式軸流泵：為通過泵軸線的水平面 立式軸流泵：為通過葉片高度中點(diǎn)的水平面 大型臥式、立式離心泵：為通過葉片進(jìn)口最高點(diǎn)的水平面 圖 5-4 小型臥式離心泵的幾何 安裝高度示意圖 圖 5-5 小型立式離心泵的幾何 安裝高度示意圖 圖 5-6大型立、 臥式離心泵的幾何 安裝高度示意圖 ee s s Hg pe 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面 圖圖 5-7 臥式離心泵吸上真臥式離心泵吸上真 空高度示意圖空高度示意圖 vs2 2g hw HS Hg vS2/2g hw 第四節(jié)：泵的汽蝕 吸上真空高度吸上真空高度 HS 1、吸上真空高度：、吸上真

58、空高度：指泵進(jìn)口真空度換算到泵基準(zhǔn)面上的米水柱，用符號指泵進(jìn)口真空度換算到泵基準(zhǔn)面上的米水柱，用符號HS表示。表示。 2、HS的計(jì)算式：的計(jì)算式：由定義及幾何安裝高度計(jì)算式得：由定義及幾何安裝高度計(jì)算式得： HS為為 三者的和，隨任一項(xiàng)增大而增大三者的和，隨任一項(xiàng)增大而增大 4、 Hsmax的確定方法及意義：的確定方法及意義： Hsma是通過汽蝕實(shí)驗(yàn)確定的，方法是根據(jù)汽蝕實(shí)驗(yàn)是通過汽蝕實(shí)驗(yàn)確定的，方法是根據(jù)汽蝕實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)繪制數(shù)據(jù)繪制HHS關(guān)系曲線，該曲線關(guān)系曲線，該曲線H下降（下降（2+k/2）% 的點(diǎn)所對應(yīng)的的點(diǎn)所對應(yīng)的HS即為最大吸上真空高度即為最大吸上真空高度Hsmax。 Hsma是確定

59、允許吸上真空高度是確定允許吸上真空高度HS的依據(jù)。的依據(jù)。 w s g sa s h g v H g p g p H 2 2 3、最大吸上真空高度、最大吸上真空高度HSmax： 發(fā)生汽蝕臨界點(diǎn)（斷裂工況點(diǎn)）的吸上真發(fā)生汽蝕臨界點(diǎn)（斷裂工況點(diǎn)）的吸上真 空高度空高度HS稱為最大吸上真空高度稱為最大吸上真空高度Hsmax。 (3) w ssa g h g v g p g p H 2 2 4、 注意：注意： 一般情況一般情況離心泵離心泵 qV HS ，故在確定故在確定 Hg 時(shí)，取最大流量對應(yīng)的時(shí)，取最大流量對應(yīng)的HS計(jì)算。計(jì)算。 為了提高為了提高Hg應(yīng)盡量減小應(yīng)盡量減小 vS2/2g 和和 hw。

60、 減小減小vS2/2g的唯一方法是減小的唯一方法是減小 qV。 減小減小 hw 的方法是減小的方法是減小 qV 或增大進(jìn)水或增大進(jìn)水 管道直徑、縮短其長度和減少不必要管道直徑、縮短其長度和減少不必要 的附件。的附件。 e s s pe 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面 圖圖 5-8 臥式離心泵允許幾臥式離心泵允許幾 何安裝高度示意圖何安裝高度示意圖 vs2 2g hw HS Hg e 第四節(jié)：泵的汽蝕 吸上真空高度吸上真空高度 HS 1、允許吸上真空高度：、允許吸上真空高度：指為了保證泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)不發(fā)生汽蝕而允許泵進(jìn)口處的最大真空度，指為了保證泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)不發(fā)生汽蝕而允許泵進(jìn)口處的最大真空度， 以換算到泵基準(zhǔn)