離心泵與風(fēng)機的基本理論學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1離心泵與風(fēng)機離心泵與風(fēng)機(fn j)的基本理論的基本理論第一頁，共52頁。第一節(jié)：離第一節(jié)：離 心心 泵與風(fēng)機泵與風(fēng)機(fn j) (fn j) 的的 工工 作作 原原 理理1. 離心泵結(jié)構(gòu)簡介：離心泵結(jié)構(gòu)簡介： 高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定(gdng)的泵殼，葉輪上裝有若干的泵殼，葉輪上裝有若干葉片，葉輪將輸入的軸功提供給液體。葉片，葉輪將輸入的軸功提供給液體。1葉輪(yln)2泵殼3泵軸4吸入管路5底閥6壓出管路離心式水泵第1頁/共52頁第二頁，共52頁。葉輪葉輪(yln) 軸軸 612片葉片片葉片機殼等。機殼等。蝸牛蝸牛(wni)形通道；形通道；葉輪偏心放；葉輪偏心放

2、；可減少能耗，有利于動可減少能耗，有利于動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪葉輪(yln)機殼機殼底閥底閥(防止防止“氣縛氣縛”)濾網(wǎng)濾網(wǎng)(阻攔阻攔固體雜質(zhì)固體雜質(zhì))離心泵結(jié)構(gòu)簡介離心泵結(jié)構(gòu)簡介第2頁/共52頁第三頁，共52頁。2.離心泵工作離心泵工作(gngzu)原理原理 液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)在離心力作用下沿葉片間通道(tngdo)向外緣運動，速度增加、機械能提高。液體離開葉輪進入蝸殼，葉輪內(nèi)形成真空，蝸殼流道逐漸擴大、 流體速度減慢，液體動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，壓強不斷升高，最后沿切向流出蝸殼通過排出導(dǎo)管輸入管路系統(tǒng)。原動機 ： 軸 葉輪(yln)旋轉(zhuǎn)中心動能高速離開葉輪外圍靜壓能葉片間液體: 液體

3、被做功蝸殼離心力第3頁/共52頁第四頁，共52頁。 如果離心泵在啟動前殼內(nèi)充滿(chngmn)的是氣體，則啟動后葉輪中心氣體被拋時不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。 葉輪泵殼泵軸吸入口底閥濾網(wǎng)調(diào)節(jié)閥排出口吸入管排出管3.氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象(xinxing)課堂討論：如何克服(kf)離心泵啟動前的氣縛現(xiàn)象？答案：泵內(nèi)灌滿液體水的密度是空氣密度的700多倍第4頁/共52頁第五頁，共52頁。4.進出口理論離心(lxn)壓力差 在葉輪流(lnli)道內(nèi)任意半徑r處，取一寬為b，厚為dr的流體微團。見教材P9圖23第5頁/共52頁第六頁，共52頁。drdbrdF22

4、rbdrddm 葉輪(yln)以 旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力為ramaF2離心力dF作用(zuyng)在面積dA上drrdp2grrguugPP2)(221222212212葉輪出口(ch ku)與進口處的壓力差rbddA ？rds 21212rrppdrrdp1）葉輪內(nèi)、外徑2）葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度第6頁/共52頁第七頁，共52頁。第二節(jié)：流體第二節(jié)：流體(lit)在葉輪中的運動在葉輪中的運動速度速度三角形三角形絕對運動牽連運動相對運動(xin du yn dn) uv數(shù)學(xué)(shxu)表達式：牽連運動葉輪帶著流體一起旋轉(zhuǎn)運動（圓周速度）。相對運動流體沿葉輪流道的運動。絕對運動葉輪中的流體相對于地面的運動

5、。第7頁/共52頁第八頁，共52頁。下角標“1”表示葉輪葉片(ypin)進口處。下角標“2”表示葉輪葉片(ypin)出口處。絕對速度在圓周方向上的分量，稱為圓周分速；絕對速度在軸面上的投影(tuyng)，稱為軸面速度。絕對速度與圓周速度的夾角用 表示；相對速度與圓周速度反方向的夾角用 表示。葉輪葉片(ypin)進出口處的圓周分速：222111coscosvvvvuu葉輪葉片進出口處的軸面速度：222111sinsinvvvvmm速度三角形（教材P11）有關(guān)速度的規(guī)定和定義第8頁/共52頁第九頁，共52頁。1. 1. 圓周圓周(yunzhu)(yunzhu)速度速度 葉輪內(nèi)任意(rny)點的圓周

6、速度方向與所在點的圓周相切，其值由下式計算：60Dnu葉輪軸的轉(zhuǎn)速(zhun s)，r/min所求點的直徑，mnD第9頁/共52頁第十頁，共52頁。2. 2. 軸面速度軸面速度(sd) P11(sd) P11根據(jù)連續(xù)性方程(fngchng)，軸面速度為：AqvVTm流體經(jīng)過(jnggu)葉輪的流量，它等于泵或風(fēng)機實際輸送的流量加上流體在泵 或風(fēng)機中的泄漏量，m3/s；與軸面速度垂直的過流斷面面積，m2。VTqA 過流斷面：是一個回轉(zhuǎn)曲面，與所有在此曲面上的流體軸面速度相垂直。第10頁/共52頁第十一頁，共52頁。DbA過流斷面(dun min)按照下式計算：任意點處的直徑（進出口直徑）葉片(y

7、pin)的寬度Db考慮考慮(kol)葉片厚度時，則過流斷面為：葉片厚度時，則過流斷面為：bZDbA葉片數(shù)葉片在圓周方向上的厚度ZDbDZDbA)1 (DZD稱為排擠系數(shù)：葉片厚度對過流斷面的排擠程度。第11頁/共52頁第十二頁，共52頁。3. 3. 繪制繪制(huzh)(huzh)進出口速度三角形進出口速度三角形（1）葉輪進口(jn ku)速度三角形圓周分速：與葉輪前吸入室的形狀、大小有關(guān)。對于直錐形管吸入室有90, 01111vvvmul即絕對速度垂直于圓周速度，流體徑向進入葉輪，根據(jù)絕對速度和相對速度的方向、圓周速度的大小(dxio)、方向，便可作出葉輪進口速度三角形葉片進口相對速度的方向

8、即為進口安裝角的方向六個量知道其中六個量知道其中4 4個即可個即可第12頁/共52頁第十三頁，共52頁。（2）葉輪出口速度三角形 葉片出口處的相對速度(xin du s d)的方向，由于受到葉片的約束而與葉片相切，亦即葉片出口處的相對速度(xin du s d)的方向為葉片出口安裝角的方向。根據(jù)圓周速度、軸面速度的大小和方向及相對速度(xin du s d)的方向，便可作出葉輪出口速度三角形。222bDqAqvVTVTm第13頁/共52頁第十四頁，共52頁。（3）變工況時的速度(sd)三角形的變化變流量（葉片出口(ch ku)速度三角形）泵與風(fēng)機工作(gngzu)時，工況如發(fā)生變化，可以用速度

9、三角形來表達葉輪中流體速度變化的情況相對速度方相對速度方向不變向不變第14頁/共52頁第十五頁，共52頁。課后花點時間做做教材P12【例題21】1）弄清進出口寬度的變化2）理解進出口直徑(zhjng)的大小3）理解進出口安裝角大小4）理解葉輪中的流量5）熟練畫進出口處的速度三角形第15頁/共52頁第十六頁，共52頁。第三節(jié)：離心泵與風(fēng)機第三節(jié)：離心泵與風(fēng)機(fn j)的基本方程式的基本方程式流體在泵或風(fēng)機(fn j)中到底得到多少能量？離心泵與風(fēng)機(fn j)的基本方程（歐拉方程）假設(shè)：（1）泵與風(fēng)機內(nèi)流動的流體為無粘性流體。（可不計粘性能量損失）（2）葉輪上葉片厚度無限薄，葉片數(shù)無窮(wqi

10、ng)多，所以流道的寬度無限小，那么流體完全沿著葉片的彎曲形狀流動（相對流動）。Hgqv總功率）為：總能量(（揚程）：單位重量得到的能量為H注意：凡下角標有 者，均表示葉片數(shù)為無窮多葉輪的參數(shù)11cosv假設(shè)葉片無限多的意義第16頁/共52頁第十七頁，共52頁。u動量矩方程(fngchng)：在定常流動中，單位時間內(nèi)流體動量矩的變化，等于作用在流體上的外力矩。（類似于動量定律）以葉輪進口及葉輪出口為控制面，則在單位時間內(nèi)葉輪葉片(ypin)進口處流入的流體動量矩為：111cosrvqVT力臂mv單位時間內(nèi)葉輪(yln)葉片出口處流出的流體動量矩為：222cosrvqVT則作用在流體上的外力矩M

11、為：)coscos(111222rvrvqMVTmv=Ft第17頁/共52頁第十八頁，共52頁。推導(dǎo)基本(jbn)方程式圖見教材P14第18頁/共52頁第十九頁，共52頁。倘若葉輪(yln)的旋轉(zhuǎn)角速度為則有：)coscos(111222uvuvqMVT表示(biosh)葉輪旋轉(zhuǎn)時傳遞給流體的功率對于無粘性流體運動時，葉輪傳遞(chund)給流體的功率，應(yīng)該等于流體在葉輪中所獲得的功率，即：TVTHgqM 表示為單位重量無粘性的流體，通過葉片數(shù)為無窮多的工作輪時所獲得的能量，稱為無粘性流體、葉片數(shù)無窮多時泵的揚程。TH第19頁/共52頁第二十頁，共52頁。)coscos(1111222uvuv

12、gHT)(11122uuvuvug于是(ysh)：同理可得離心(lxn)風(fēng)機的全壓：)(1122uuTvuvuP對上述式子進行分析：（1）泵的揚程單位為m。 的大小與流體密度無關(guān)(wgun)，只是與轉(zhuǎn)速n，葉輪直徑D1、D2，葉片進出口安裝角 ，流量 等因素有關(guān)。而風(fēng)機的全壓 的單位為Pa，它與流體密度有關(guān)。（2）流體通過葉輪后，動能與壓力能均有提高。由進出口速度三角形得：THgg21、VTqTP請見教材P14第20頁/共52頁第二十一頁，共52頁。222222222cos2vuuv111212121cos2vuuvgguugvvHT222222111222122三角形的余弦(yxin)定律第

13、一項即為揚程中的動能(dngnng)增量，稱為動揚程第二(d r)、三項之和為壓力能的增量，稱為勢揚程。dHstHstdTHHHstdTppp風(fēng)機：第21頁/共52頁第二十二頁，共52頁。（3）若流體徑向(jn xin)進入葉輪，則有90, 01111vvvmu0cos11v)coscos(1111222uvuvgHT于是(ysh)gvuHuT22第22頁/共52頁第二十三頁，共52頁。課后（或課堂）練習(xí)： 離心泵葉輪進口寬度b1=58mm，出口寬度b2=42.5mm，葉輪葉片進口直徑D1=153mm，出口直徑D2=270mm,葉片進口安裝角為26.5o，出口安裝角為21.5o，如果液體徑向流

14、入葉輪，泵轉(zhuǎn)速為1460r/min，液體在流道中的流動與葉片彎曲方向一致。繪制葉輪進、出口速度三角形，并求葉輪中通過的流量（不計葉片厚度）和理論(lln)揚程。 請抄下來，課后一定(ydng)搞懂！第23頁/共52頁第二十四頁，共52頁。解：（1）繪制葉輪(yln)進、出口速度三角形。首先確定各速度三角形的三個獨立條件： 進口(jn ku)處： smnDu/70.11601460153. 06011smnDu/64.2060146027. 06022出口處：因葉輪(yln)徑向流入葉輪(yln)，則根據(jù)進口圓周速度及葉片進口安裝角，作葉片進口速度三角形。smuvvgm/833. 5tg1111

15、則流經(jīng)葉輪的流量：smvbDqmVT/1625. 0833. 5058. 0153. 014. 33111第24頁/共52頁第二十五頁，共52頁。出口(ch ku)速度三角形中的軸面速度為：smbDqvVTm/51. 40425. 027. 01625. 0222根據(jù)圓周速度、軸面速度的大小(dxio)和方向及相對速度的方向，便可作出葉輪出口速度三角形。泵的理論(lln)揚程: NmNvugvuvugHuuuT/.36.1919. 964.208 . 911122112219. 9538. 251. 464.205 .21ctg222muvuv第25頁/共52頁第二十六頁，共52頁。預(yù)旋的概念

16、預(yù)旋的概念(ginin)流體在進入葉輪之前的吸入管中存在一個(y )旋轉(zhuǎn)運動，這個預(yù)先的旋轉(zhuǎn)運動稱為預(yù)旋（先期旋繞）正預(yù)旋：當流體(lit)進入葉輪前的絕對速度與圓周速度的夾角是銳角，則絕對速度的圓周分速與圓周速度同向，此時的預(yù)旋為正預(yù)旋。負預(yù)旋：當流體(lit)進入葉輪前的絕對速度與圓周速度的夾角是鈍角，則絕對速度的圓周分速與圓周速度反向，此時的預(yù)旋為負預(yù)旋。（1）流量變化引起（設(shè)計工況流量）（2）葉輪前蓋板入口處逆流（某一臨界流量）（3）阻力最小路線原因原因預(yù)旋的存在會使泵的揚程略有下降，但適當設(shè)計的預(yù)旋，可以提高泵與風(fēng)機的效率。)(11122uuTvuvugH第26頁/共52頁第二十七頁

17、，共52頁。第四節(jié)：離心泵與風(fēng)機的基本第四節(jié)：離心泵與風(fēng)機的基本(jbn)方程式的方程式的修正修正1. 1. 葉片數(shù)有限葉片數(shù)有限(yuxin)(yuxin)時對基本方程式的修正時對基本方程式的修正 P18 P18 葉片數(shù)有限時，葉片有厚度，數(shù)量也有限，工作面與非工作面上流體速度有區(qū)別，于是流道內(nèi)會產(chǎn)生(chnshng)軸向漩渦，軸向漩渦的存在導(dǎo)致葉輪出口處流體的相對速度偏離了葉片的切線方向，使得流體流出角度 小于出口處的安裝角2g2葉輪流道內(nèi)復(fù)雜的公式推導(dǎo)請自己看書，教材P17P19第27頁/共52頁第二十八頁，共52頁。 結(jié)果：絕對速度減小，圓周分速減小，相對速度(xin du s d)產(chǎn)

18、生滑移，造成流體出口的旋轉(zhuǎn)不足，致使揚程下降)(11122uuTTvuvugHH第28頁/共52頁第二十九頁，共52頁。gTTZguHH222sin（1 1）斯托道拉（）斯托道拉（StodolaStodola）公式）公式(gngsh)(gngsh)修正修正 斯托道拉公式對于清水離心泵揚程的修正，誤差并不大。但對輸送含有懸浮物流體的泵，葉輪的葉片數(shù)一般(ybn)較少，或者流道很短，該公式的誤差就越大，不宜應(yīng)用。離心泵的修正離心泵的修正(xizhng):(P17)教材教材P21第29頁/共52頁第三十頁，共52頁。TTTKHPHH11（2 2）普夫列德爾（）普夫列德爾（PfleidererPfle

19、iderer）公式）公式(gngsh)(gngsh)修正修正P修正(xizhng)系數(shù)K滑移(hu y)系數(shù)ZSrP22)601 (2ga經(jīng)驗系數(shù)a請見教材P21的規(guī)定S葉片軸面投影圖中線對旋轉(zhuǎn)軸的靜矩22122rrS第30頁/共52頁第三十一頁，共52頁。（3 3）斯基克欽（）斯基克欽（StechkinStechkin）公式）公式(gngsh)(gngsh)修正修正TTKHH221)(113211rrZK離心風(fēng)機離心風(fēng)機(fn j)的修正見教的修正見教材材P22第31頁/共52頁第三十二頁，共52頁。2. 2. 粘性流體對基本粘性流體對基本(jbn)(jbn)方程式的修正方程式的修正hTHH

20、hTpphThTKHPHH11hThTKpPpp11泵泵：風(fēng)機風(fēng)機(fn j)：h流動效率(xio l)（第四章時介紹） 一般流體幾乎都是粘性流體，粘性流體在運轉(zhuǎn)的泵與風(fēng)機中流動時，有沿程阻力、局部阻力及沖擊阻力損失消耗泵與風(fēng)機的功率，使泵與風(fēng)機的揚程或全壓下降。第32頁/共52頁第三十三頁，共52頁。3. 風(fēng)機(fn j)內(nèi)氣體壓縮性的修正1111111kkpppkkppkpkpp/0不可(bk)壓縮氣體 可壓縮氣體理想(lxing)實際p1pk不考慮氣體壓縮時風(fēng)機的全壓風(fēng)機進口氣體的絕對全壓（大氣壓）等熵指數(shù)，空氣為1.4教材P21壓縮修正系數(shù)第33頁/共52頁第三十四頁，共52頁。HHH

21、TT及、之間有何區(qū)別？它們之間的相對大小如何？之間有何區(qū)別？它們之間的相對大小如何？0ppppTT和、課堂(ktng)思考練習(xí)題：花點時間做做教材(jioci)P22【例題23】TpTpp0pppppTT0無粘性流體，葉片數(shù)無窮多時風(fēng)機的全壓；無粘性流體，有限葉片數(shù)時風(fēng)機的全壓；粘性流體，有限葉片數(shù)時風(fēng)機的全壓；粘性流體，有限葉片數(shù)，并考慮氣體的壓縮性時風(fēng)機的全壓；相對大?。簾o粘性流體，葉片數(shù)無窮多時泵的揚程無粘性流體，有限葉片數(shù)時泵的揚程； 粘性流體，有限葉片數(shù)時泵的揚程； 相對大?。?THTHHHHHTT第34頁/共52頁第三十五頁，共52頁。第五節(jié)：離心泵與風(fēng)機的實際揚程第五節(jié)：離心泵與

22、風(fēng)機的實際揚程(yngchng)、全、全壓計算壓計算 泵的揚程計算是選擇泵的重要依據(jù)，這是由管網(wǎng)系統(tǒng)的安裝和操作條件決定的。計算前應(yīng)首先繪制流程草圖，平、立面布置圖，計算出管線的長度、管徑及管件型式(xn sh)和數(shù)量。一、流體流動時所需要一、流體流動時所需要(xyo)的能量的能量（1）提高單位重量液體的位能Hp=D+S（2）提高單位重量液體的壓力能（3）克服流體流動時的阻力損失gpp jfwhhhfh為沿程阻力損失；jh為局部阻力損失第35頁/共52頁第三十六頁，共52頁。于是，液體由容器A流向容器B時，單位重量的液體所需要(xyo)的能量為wphgppH 這些(zhxi)能量由泵提供，故選

23、擇泵時所需要的揚程為wphgppHH 對于風(fēng)機，因為(yn wi)氣體的重量比液體輕得多，故可忽略其位能，于是風(fēng)機全壓為wghppp )(wghp第36頁/共52頁第三十七頁，共52頁。課堂例題：把溫度 50的水提高到 30m的地方,問選擇泵時，至少應(yīng)保證泵的揚程H 是多少?設(shè)吸水池水面的表壓力為 4. 905 104Pa，全部流動損失(snsh)水頭為5m，水的密度 =988. 4kg/m3。 解：分析(fnx)題意知，泵的揚程NmNhHgPPHHwgABc/.94.295308 . 94 .98810905. 404均用表壓管網(wǎng)局部阻力(zl)計算第37頁/共52頁第三十八頁，共52頁。二

24、、運轉(zhuǎn)中泵與風(fēng)機二、運轉(zhuǎn)中泵與風(fēng)機(fn j)所提供的揚程所提供的揚程、全壓、全壓如何計算運轉(zhuǎn)中泵與風(fēng)機所提供的揚程或全壓呢？（1）泵與風(fēng)機的銘牌上都標有？（2）主要(zhyo)用在泵與風(fēng)機性能鑒定！1z2z真空表壓力表 為了計算運轉(zhuǎn)中泵提供的揚程(yngchng)，需要在泵進口及出口處裝設(shè)測量儀表，如右圖；泵吸入口處為真空裝有真空表，泵出口處裝設(shè)壓力表。第38頁/共52頁第三十九頁，共52頁。單位(dnwi)重量的液體在泵進口（真空表所在）截面處的能量E1為單位重量的液體(yt)在泵出口（壓力表所在）截面處的能量E2為121112ZgvgpE222222ZgvgpE12212212122)(

25、ZZgvvgppEEH則泵在運轉(zhuǎn)時，供給(gngj)液體的能量H為若壓力表的讀數(shù)為PB，真空表的讀數(shù)為Pm，則式應(yīng)表達為：122122122)(ZZgvvgppEEHmB第39頁/共52頁第四十頁，共52頁。課堂(ktng)例題：設(shè)一水泵流量=1. 025m3/s，排水管表壓= 3. 2MPa，吸水管真空表壓力=39.2kPa，排水管表壓比吸水管真空表壓力位置高0. 5m，吸水管和排水管直徑分別為 l00cm和 60cm，求泵的揚程 ？smdqvvmhh/31. 112025. 144;5 . 021112smdqvv/63. 36 . 0025. 1442222NmNH/.61.3316 .

26、1931. 163. 35 . 0980039200102 . 3226解：（1）泵的揚程(yngchng)，分析題意知：gvvhhpppHgmg212122221z2z真空表壓力表第40頁/共52頁第四十一頁，共52頁。第六節(jié)：離心泵與風(fēng)機第六節(jié)：離心泵與風(fēng)機(fn j)的葉片型式的葉片型式 葉片式泵與風(fēng)機(fn j)的能量傳遞，主要依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對流體做功，而葉輪對流體做功的效果，還要看葉輪中葉片的型式。離心式泵與風(fēng)機(fn j)的葉片形狀、彎曲形式對泵與風(fēng)機(fn j)的揚程、全壓、流量和效率有很大影響。第41頁/共52頁第四十二頁，共52頁。一是葉片彎曲方向(fngxing)與葉輪旋轉(zhuǎn)方

27、向(fngxing)相反，特點：葉片出口的幾何角小于90，稱為后彎式葉片；二是葉片彎曲方向(fngxing)沿葉輪的徑向展開，特點：葉片出口的幾何角等于90，稱為徑向式葉片；三是葉片彎曲方向(fngxing)與葉輪旋轉(zhuǎn)方向(fngxing)相同，特點：葉片出口的幾何角大于90，稱為前彎式葉片；哪種類型(lixng)的好？第42頁/共52頁第四十三頁，共52頁。（1）從揚程）從揚程(yngchng)的角度進的角度進行比較行比較90, 01111vvvmugvuHuT22為簡化問題(wnt)，假設(shè)進口為直錐形進口三種葉片(ypin)的出口速度三角形第43頁/共52頁第四十四頁，共52頁。1.902g后彎式gugvuHuvuTu222222隨著后彎式葉片(ypin)的 不斷減少， 亦不斷下降。若 減少到使 時， ，相應(yīng)的 此時的 為最小值。g2g2TH902g02uv0THg2第44頁/共52頁第四十五頁，共52頁。2.902g徑向(jn xin)式gugvuHuvugTu222222徑向式葉片(ypin)產(chǎn)生的揚程要比后彎式的大！第45頁/共52頁第四十六頁，共52頁。3.9