水泵與水泵站(水利)

1、一、水泵定義: 水泵是輸送和提升液體的機器。它是把原動機的機械能傳遞給被輸送液體，使液體獲得動能或勢能的增加從而被提升或者被輸送的機械。入田入江取水泵站泵站凈水用水戶輸水污水 城市給水和排水系統(tǒng)工藝基本流程單級單吸式離心泵單級雙吸式離心泵大型單級雙吸式離心泵臥式蝸殼式混流泵軸流泵軸流泵混流泵P PB BA AP Pa,單吸式葉輪 1-前蓋板；2一后蓋板；3一葉片 4一葉槽；5一吸入口；6輪轂； 7泵軸b,雙吸式葉輪 1-吸入口；2一輪蓋； 3一葉片 4一輪轂；5一軸孔 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葉輪葉輪水泵水泵軸軸固定部

2、固定部分與轉(zhuǎn)分與轉(zhuǎn)動部分動部分的間隙的間隙 平衡孔平衡孔1 1 排出壓力；排出壓力；2 2加裝的減漏環(huán)加裝的減漏環(huán)3 3平衡孔；平衡孔；4 4泵殼上的減漏環(huán)泵殼上的減漏環(huán) 單級單吸臥式離心泵單級單吸臥式離心泵1一葉輪，一葉輪，2一泵軸；一泵軸；3一鍵，一鍵，4一泵殼，一泵殼，5一泵座一泵座6一灌水孔，一灌水孔，7一放水孔：一放水孔：8一接真空表孔，一接真空表孔，9一接壓力表孔，一接壓力表孔，10一泄水孔，一泄水孔，1l一填料盒，一填料盒，12一減漏環(huán)，一減漏環(huán)，13一軸承座，一軸承座，14壓蓋調(diào)節(jié)螺栓，壓蓋調(diào)節(jié)螺栓，15傳動輪（皮帶輪或聯(lián)軸器）傳動輪（皮帶輪或聯(lián)軸器）單級單吸式離心泵單級雙吸離

3、心泵結(jié)構(gòu)圖單級雙吸離心泵結(jié)構(gòu)圖1 1泵體；泵體；2 2 泵蓋；泵蓋；3 3葉輪；葉輪；4 4泵軸；泵軸；5 5密度封環(huán)；密度封環(huán)；6 6軸套：軸套：7 7填料填料盒；盒；8 8填料；填料；9 9水封環(huán)；水封環(huán)；1010壓蓋；壓蓋；1111軸套螺母：軸套螺母：1212軸承體；軸承體；1313固定螺釘；固定螺釘；1414軸承體壓蓋；軸承體壓蓋；1515滾動軸承；滾動軸承；1616聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；1717軸承軸承端；端；1818擋水圈；擋水圈；1919螺桿；螺桿；2020鍵鍵單級雙吸式離心泵QHNu3/1000:mkg取)(10221kwhtQHWhhNNuh型號型號:12SH-28A揚程：揚程：1

4、0m流量：流量：684m3/h轉(zhuǎn)數(shù)：轉(zhuǎn)數(shù)：1450r/min效率：效率：78%軸功率：軸功率：28kW允許吸上允許吸上真空高度：真空高度：4.5m總量：總量：660kg(1)(1)相對速度相對速度uWCCWu+=圓周速度圓周速度絕對速度絕對速度即即: : (2)(2)速度矢量三角形速度矢量三角形( (牽連速度牽連速度) )(3)(3)絕對速度的切向分絕對速度的切向分速度速度CuCu和法向分速度和法向分速度CrCr葉輪出口速度三角形葉輪出口速度三角形法向分速度Cr切向分速度Cu C與u的夾角 C與W的夾角222222cotcosbaruCuCC-222sinaCCr（a) a) 后彎式后彎式(

5、(9090) )（b)b)徑向式徑向式( 90)（c) c) 前彎式前彎式 ( 90)按出水角的大小離心泵葉片形狀可分成三種按出水角的大小離心泵葉片形狀可分成三種: :Mo=dLdtN=dWdt= Md dt= M(3)葉輪中液體的動量矩與功率：葉輪中液體的動量矩與功率：取一個葉輪流槽來進(jìn)行分析葉輪中液流質(zhì)點動量矩的變化取一個葉輪流槽來進(jìn)行分析葉輪中液流質(zhì)點動量矩的變化1 1、按動量矩定理可得、按動量矩定理可得: :2 2、等式兩邊同乘以角速度、等式兩邊同乘以角速度: M=QT(C2uR2- C1uR1)=Nh代入化簡后得到代入化簡后得到: :C C2 2ThQTHNdtdL=dt(C2uR2

6、- C1uR1)dm經(jīng)分析最后得到經(jīng)分析最后得到:M=QT(C2uR2- C1uR1) 而而:上式即為葉片泵的基本方程式上式即為葉片泵的基本方程式()uuTCuCugH11221-gCuHuT226022Dnuph h水力效率水力效率; ; p p修正系數(shù)。修正系數(shù)。pHHTT+1pHHHThTh+1hh5 5、 離心泵裝置的總揚程離心泵裝置的總揚程)2(221112222gvpzgvpzH+-+gvvppzzH2)(21221212-+-+-vappp-1dappp+2設(shè)：水泵進(jìn)口斷面設(shè)：水泵進(jìn)口斷面1-1的斷面比能為的斷面比能為E1 水泵出口斷面水泵出口斷面2-2的斷面比能為的斷面比能為E

7、2則水泵的揚程：則水泵的揚程： H=E2-E1代入斷面比能的表達(dá)式可得：合并一下：合并一下：而：而：ZgvvHHHvd+-+22122ddpH vvpH vdHHH+用Hd表示壓力表讀數(shù)換算成的水柱高度，用Hv表示真空表的讀數(shù)換算成的水柱高度，則：代入到公式gvvppzzH2)(21221212-+-+-可得：忽略水泵進(jìn)口斷面和出口斷面的流速水頭差和兩個斷面間的垂直高差，則上式可以簡化為： 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（2）總揚程表達(dá)式二）總揚程表達(dá)式二:先來看一下水泵裝置中的幾個典型的斷面。壓水地形高度Hsd吸水地形高度Hss靜揚程HST再看幾個斷面之

8、間的幾何再看幾個斷面之間的幾何高度：高度：吸水地形高度吸水地形高度Hss壓水地形高度壓水地形高度Hsd靜揚程靜揚程HsTshgvpzgvpz+)2(221112000svsshgvHzH+-220212221zgvhHHsssv-+下面進(jìn)行分析：下面進(jìn)行分析：列吸水池斷面與水泵進(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：hHHST+2222zgvhHHdsdd-+同理：列水泵出口斷面與出水池水面同理：列水泵出口斷面與出水池水面之間的能量方程可得到：之間的能量方程可得到：ZgvvHHHvd+-+22122將得到的將得到的H HV

9、 V與與H Hd d表達(dá)式代入之前所得到下表達(dá)式代入之前所得到下式中：式中：化簡后得到：化簡后得到：n注：注：is s=0.0065,=0.0065,id d=0.0148 =0.0148 ； 吸水管的局部水頭損失為吸水管的局部水頭損失為1m,1m,壓水管的局部水頭損失按壓水壓水管的局部水頭損失按壓水管沿程損失的管沿程損失的15%15%計計. .VD)cot(2222bFQuguHTT-gCuHuT22Q QT T泵理論流量泵理論流量(m(m3 3s)s)。也即不考慮泵體內(nèi)容積損失。也即不考慮泵體內(nèi)容積損失( (如漏泄量、回流量等如漏泄量、回流量等) )的水泵流量；的水泵流量；F F2 2葉輪

10、的出口面積葉輪的出口面積(m(m2 2) )；C C2r2r葉輪出口處水流絕對速度的徑向分速葉輪出口處水流絕對速度的徑向分速(m(ms)s)。TTBQAH-22FQCTr由離心泵的基本方程式:而: C2u=u2-C2rctg 則:上式表明在理論上，離心泵的揚程和流量為線性關(guān)系。（1）當(dāng) 0 HT隨著QT的增大而減小。（2）當(dāng) =90時： ctg=0 HT=A，此時水泵的揚程與流量無關(guān)，始終為一 常數(shù)。（3）當(dāng) 90時：ctg0 HT隨著QT的增大而增大。0QTHTu22gu22g這使得HTQT直線在H軸上的截距變小，直線從I變到II（如圖）I線:HTQTII線:HTQTpHHTT+1u22gI

11、線:HTQTII線:HTQT線h1u22gI線:HTQTII線:HTQT線h1h2=K2（QT - Q0）2 Q0是水泵的設(shè)計流量。再從曲線III上面扣除對應(yīng)流量下的這部分水力損失后，就得到了曲線；線u22gI線:HTQTII線:HTQT線h1線V線:HQ曲線表示出了水泵的實際的HQ曲線的形態(tài)。ThHHhNNhMhTvQQhMvhhhhhNQHh關(guān)于水泵內(nèi)部的能量損失，我們在給大家歸納分析一下關(guān)于水泵內(nèi)部的能量損失，我們在給大家歸納分析一下： Q0HQHNQNQ0QQh4,混流泵的實測特性曲線的特征其變化趨勢介于離心泵與軸流泵之間2SQh +jfhhh管道水頭損失特性曲線管道水頭損失特性曲線0

12、Qhh=S1Q2+S2Q2=SQ2稱為管道水頭損特性曲線QH0QkhkHSThkHK管道系統(tǒng)特性曲線H=HST+h管道系統(tǒng)特性曲線也稱需要揚程曲線管道系統(tǒng)特性曲線也稱需要揚程曲線M MK KD DH HSTSTH HSTSTQ QM MQ QH HQ-h+HQ-h+HSTSTQ-HQ-Hhh離心泵裝置的工況點離心泵裝置的工況點H HM MK K1 1hM MH HSTSTQ QM MQ QH HQ-hQ-hQ-HQ-H離心泵裝置的工況點離心泵裝置的工況點Q Q-H-HM M1 1H HM MQ QA AA AH HQ QQ QB BB B節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)流調(diào)節(jié)B B1 1A點為閘閥全開時候的工點為閘

13、閥全開時候的工作點，稱極限工作點作點，稱極限工作點QB是調(diào)節(jié)后的工作點，是通是調(diào)節(jié)后的工作點，是通過關(guān)小閥門增大管路的過關(guān)小閥門增大管路的S值，值，來獲得的來獲得的HB1而在QB流量下工作時，原來管道系統(tǒng)所需要的揚程為HB1，但現(xiàn)在水泵的揚程為HB，多出的部分即為線段BB1的長度，這就是閘閥上額外消耗掉的能量HB2SQHHST+)(QfH 2QSHHxx-mmQAQAQAHH+2210流量Q(L/s) 150 175 200 225 250 275揚程H(m) 24.3 23.8 22.5 21.0 18.8 15.8功率P(kw) 52 53 54.2 54.9 55 54.8 效率(%)

14、68.8 77.1 81.5 84.4 83.8 77.8Q Q0 0H H該曲線稱并聯(lián)特性曲線(Q-H)(Q-H)1+21+2Q QH HQ-HQ-HM M(Q-H)(Q-H)1,21,2Q Q1+21+2Q Q1,21,2N NH HN N1,21,2N NS SH HQ Q步驟：步驟：(1)(1)繪制兩臺水泵并聯(lián)后的總和繪制兩臺水泵并聯(lián)后的總和(Q-H)(Q-H)l+2l+2曲線曲線(2)(2)繪制管道系統(tǒng)特性曲線繪制管道系統(tǒng)特性曲線, ,求并聯(lián)工況點求并聯(lián)工況點M M。(3)(3)求每臺泵的工況點求每臺泵的工況點N N221)41(+QSSHHOGAOST+OGAOSThhHHQ Q(

15、Q-H)(Q-H)1+21+2(Q-H)(Q-H)1,21,2H HQ-HQ-HM MQ Q1+21+2Q Q1,21,2N NH HN N1,21,2N NS SH HQ QQ Q(Q-H)(Q-H)1+21+2(Q-H)(Q-H)1,21,2H HQ-HQ-HM MQ Q1+21+2Q Q1,21,2N NH HN N1,21,2N NS SH HQ Q5 5臺同型號水泵并聯(lián)臺同型號水泵并聯(lián)多臺同型號泵并聯(lián)時多臺同型號泵并聯(lián)時:Q-hQ-hB0B0Q-hQ-hA0A0H HSTSTHQ0ABCoIIIIQ-HQ-HSTST+h+hococQ-hQ-hB0B0Q-hQ-hA0A0H HSTS

16、TH Q0ABCoIIIQ-HQ-HSTST+h+hococQpQHQI一定一調(diào)一定一調(diào):各水泵串聯(lián)工作時，各水泵串聯(lián)工作時，其總和（其總和（Q-HQ-H）性能）性能曲線等于同一流量下曲線等于同一流量下?lián)P程的疊加。揚程的疊加。Q-hQ-hB0B0Q-hQ-hA0A0H HS ST TH Q0ABCoIIIQ-HQ-HSTST+h+hococQpQHmmDDbb2222mmmmnnnDnDuuCC222222mmvvmnnQQ)(3hh222)(mmhhmnnHHhh335mmnnNNmmnnQQ3)()(335MmMmmnnNNhh222mmnnHH2121nnQQ22121)(nnHH321

17、21)(nnNN(1)(1)在在(Q(QH)H)l l線上任取線上任取a a、b b、c c、d d、e e、f f點；點；利用比例律求利用比例律求(Q(QH)H)2 2上的上的a a、b b、c c、d d、e e、f f作作(Q(QH)H)2 2曲線。曲線。同理可求同理可求(Q(QN)N)2 2曲線。曲線。Q QH HQ-HQ-Ha bdcef（Q-HQ-H）2 22kQH 2112QQnn A A1 1Q QH HQ-HQ-HA A2 2求求n n2 2時的效率時的效率(Q(Q)2 2曲線。曲線。在利用比例律時，認(rèn)為相似工況下對應(yīng)點的效率是相等在利用比例律時，認(rèn)為相似工況下對應(yīng)點的效率是

18、相等的，將已知圖中的，將已知圖中a a、b b、b b、d d等點的效率點平移即可。等點的效率點平移即可。Q QH HQ-HQ-Ha bdcef（Q-HQ-H）2 2xxHkSQnQQnn+212112222122)(QSHnnHxx-4321)()(HHQQnnmms075. 075mumHNQ4365. 3HQnnsnns與水泵相似性的關(guān)系:n比轉(zhuǎn)數(shù)相等是水泵相似的必要條件。n例:一臺 sh 型泵，已知其設(shè)計流量為45L/s，設(shè)計揚程為 78m ，額定轉(zhuǎn)速為 1450r / min ，試計算其比轉(zhuǎn)數(shù)(2)(2)葉片泵葉輪的形狀、尺寸、性能和效率葉片泵葉輪的形狀、尺寸、性能和效率都隨比轉(zhuǎn)數(shù)而

19、變的。用比轉(zhuǎn)數(shù)都隨比轉(zhuǎn)數(shù)而變的。用比轉(zhuǎn)數(shù)n ns s可對葉片泵可對葉片泵進(jìn)行分類。進(jìn)行分類。 要形成不同比轉(zhuǎn)數(shù)要形成不同比轉(zhuǎn)數(shù)n ns s，在構(gòu)造上可改變?nèi)~，在構(gòu)造上可改變?nèi)~輪的外徑輪的外徑(D(D2 2) )和減小內(nèi)徑和減小內(nèi)徑(D(D0 0) )與葉槽寬度與葉槽寬度(b(b2 2) )。22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN注意：切削律是建于大量試驗資料的基礎(chǔ)上。如果葉注意：切削律是建于大量試驗資料的基礎(chǔ)上。如果葉輪的切削量控制在一定限度內(nèi)時，則切削前后水泵相輪的切削量控制在一定限度內(nèi)時，則切削前后水泵相應(yīng)的效率可視為不變。應(yīng)的效率可視為不變。此切削限量與水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。此切削

20、限量與水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。Q QH HQ-HQ-H1 1 2 24 43 35 56 6Q Q-H-HQ-NQ-NQ Q-N-NQ-Q-Q Q-0 02KQH %100(%)222-DDD切削量A AQ QH HQ-HQ-HB B22DQQD 水泵的高效率方框圖水泵的高效率方框圖離心泵性能曲線型譜圖離心泵性能曲線型譜圖水泵吸水井32.00Pa35.00密閉水箱表壓196KPa74.50100.00BCA120.00123.00液面壓力3.5kg/cm2 gWgvChgvHppssska22)2(20212021+-+-(2)克服吸水管中水頭損失克服吸水管中水頭損失 ；sh(1)把液體提升把液體提

21、升Hss高度高度gv221(3) 流速水頭流速水頭gvC22120-(4)產(chǎn)生流速水頭差值產(chǎn)生流速水頭差值gW220(5)供應(yīng)葉片背面足點壓力下降值供應(yīng)葉片背面足點壓力下降值apkp吸水池水面上的壓頭吸水池水面上的壓頭 和泵殼內(nèi)最低壓頭和泵殼內(nèi)最低壓頭 之差用來支付：之差用來支付： : : 表示吸水井中能量余裕值表示吸水井中能量余裕值; ; : :是泵殼進(jìn)口外部的壓力下降值是泵殼進(jìn)口外部的壓力下降值 ; ; : :反映了泵殼進(jìn)口內(nèi)部的壓力下降值，此值中反映了泵殼進(jìn)口內(nèi)部的壓力下降值，此值中 是葉輪進(jìn)口和進(jìn)口附近葉片背面是葉輪進(jìn)口和進(jìn)口附近葉片背面( (背水面背水面) )的壓頭差，的壓頭差， 通

22、通常不小于常不小于3m,3m,由水泵的構(gòu)造和工況而定的。由水泵的構(gòu)造和工況而定的。gWgvChgvHppssska22)2(20212021+-+-kapp-+)2(21ssshgvHgWgvC22202120+-gW220(3)(3)氣蝕的危害氣蝕的危害 水泵性能惡化甚至停止出水；水泵性能惡化甚至停止出水； 水泵過流部件發(fā)生破壞；水泵過流部件發(fā)生破壞； 產(chǎn)生噪音和振動；產(chǎn)生噪音和振動； (4)4)氣蝕影響對不同類型的水泵不同氣蝕影響對不同類型的水泵不同n ns s較高較高n ns s較低較低-sssshgvHH221(2)(2)水泵廠所給定的水泵廠所給定的H Hs s值修正：值修正：H Hs s修正后采用的允許吸上真空高度修正后采用的允許吸上真空高度(m)(m)H HS S水泵廠給定的允許吸上真空高度水泵廠給定的允許吸上真空高度(m)(m)h ha a安裝地點的大氣壓安裝地點的大氣壓( (即即 )(mH)(mH2 20)0)；h havav實際水溫下的飽和蒸汽壓力實際水溫下的飽和蒸汽壓力