《泵與泵站》02(葉片式泵)2省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第2章葉片式泵2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)2.2離心泵主要零件2.3葉片泵基本性能參數(shù)1/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)工作原理2/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)3/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)離心泵基本結(jié)構(gòu)4/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)離心泵工作過程開啟前，將泵殼和吸水管道灌滿水驅(qū)動電機，使葉輪高速旋轉(zhuǎn)液體收到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)過泵殼流入壓水管道，由壓水管道輸入管網(wǎng)同時，葉輪中心處因為液體被甩出而形成真空，吸水池中液體在大氣壓作用下源源不停流入葉輪吸水口，從而實現(xiàn)離心泵連續(xù)輸水。5/83§2.2離心泵主要零件離心泵基本結(jié)構(gòu)6/83§2.2離心泵主要零件葉輪是離心泵主要零件，其設(shè)計依據(jù)水力計算決定慣用材質(zhì)：鑄鐵、鋼、青銅（材質(zhì)性能決定了水泵使用壽命，價格）葉輪種類按吸水方式分：單吸式雙吸式，吸水量較大按葉輪蓋板情況分：封閉式，輸送較潔凈液體敞開式，輸送含有一定懸浮物、雜質(zhì)液體半開式7/83§2.2離心泵主要零件葉輪8/83§2.2離心泵主要零件葉輪9/83§2.2離心泵主要零件泵軸作用：用來旋轉(zhuǎn)葉輪慣用材質(zhì)：碳素鋼、不銹鋼（要有足夠抗扭強度和剛度）泵軸和葉輪連接：采取鍵連接，平鍵只能傳遞扭矩不能固定葉輪軸向位置葉輪軸向位置固定：大中型泵慣用軸套和并緊軸套螺母來定位10/83§2.2離心泵主要零件泵殼泵外面蝸殼形外殼2個特點：①蝸殼形（保持良好水力條件，沿蝸殼斷面水流速度為常數(shù)）②錐形漸擴管（降低水流速度，速度水頭轉(zhuǎn)化為壓力水頭）11/83§2.2離心泵主要零件泵座作用：固定泵體，連接水泵與基礎(chǔ)3個孔：①測壓螺孔：吸水管法蘭上，安裝真空表；壓水椎管法蘭上，安裝壓力表②放水螺孔：泵殼底部，作用為泵停車檢修時放空積水③泄水螺孔：泵座橫向槽底，作用為排填料盒滲漏水滴12/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置泵軸和泵殼間隙處設(shè)置密封裝置軸封裝置應(yīng)用較多為填料密封和機械密封13/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置填料密封14/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置機械密封15/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置機械密封DY101型系列機械密封112型系列機械密封16/83§2.2離心泵主要零件減漏環(huán)17/83§2.2離心泵主要零件軸承座18/83§2.2離心泵主要零件軸承座19/83§2.2離心泵主要零件聯(lián)軸器（“靠背”輪）

剛性聯(lián)軸器1—泵側(cè)聯(lián)軸器；2—電機側(cè)聯(lián)軸器；3—柱銷；4—擋圈143220/83§2.2離心泵主要零件聯(lián)軸器（“靠背”輪）

21/83§2.2離心泵主要零件軸向力平衡辦法

22/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)葉片泵基本性能，由6個性能參數(shù)表示：

流量揚程

軸功率

效率轉(zhuǎn)速允許吸上真空高度及汽蝕余量23/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)流量（抽水量）

定義：泵在單位時間內(nèi)輸送液體數(shù)量表示符號：Q單位：體積流量單位m3/h，L/s重量流量單位t/h24/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)揚程（總揚程）

定義：泵對單位重量（1kg）液體所作功表示符號：H單位：m，Pa25/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)揚程（總揚程）

內(nèi)涵：表征液體經(jīng)過泵后比能增加式中：E1——液體流入泵時含有比能

E2——液體流出泵時含有比能26/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)軸功率

定義：泵軸得自原動機所傳遞來功率表示符號：N單位：kW27/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)補充內(nèi)容

有效功率：單位時間內(nèi)流過泵液體從泵那里得到能量，用Nu表示式中：

ρ—液體密度，kg/m3

g—重力加速度，m/s2

Q—流量，m3/s

H—揚程，m28/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)補充內(nèi)容

配套功率：泵所要求原動機輸出功率，用Np表示。普通在泵產(chǎn)品樣本中能夠查出。式中：k—備用系數(shù)，k>1

ηd—傳動設(shè)備效率29/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

定義：泵有效功率Nu和軸功率N比值表示符號：單位：%30/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

效率定義式：普通來說，有效功率是已知，經(jīng)過上式，能夠求泵軸功率：（kW）（HP）31/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

進而，計算泵電耗：式中：

η1—泵效率

η2

—電機效率

t—泵運行時間32/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

效率內(nèi)涵：衡量原動機輸入功率在泵內(nèi)部損失。泵內(nèi)損失容積損失機械損失水力損失機械效率容積效率水力效率泵總效率33/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)轉(zhuǎn)速定義：泵葉輪轉(zhuǎn)動速度，通常以每分鐘轉(zhuǎn)動次數(shù)表示。表示符號：n單位：r/min34/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)允許吸上真空高度定義：泵在標(biāo)準(zhǔn)情況下（20℃，1atm）運行時，泵所允許最大吸上真空高度。表示符號：Hs單位：mH2O內(nèi)涵：普通用來反應(yīng)離心泵吸水性能35/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)汽蝕余量定義：泵進口處，單位重量液體所含有超出飽和蒸汽壓力富裕能量。表示符號：Hsv，△h單位：mH2O內(nèi)涵：普通用來反應(yīng)軸流泵等吸水性能36/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)葉片泵基本性能，由6個性能參數(shù)表示：

流量揚程

軸功率

效率轉(zhuǎn)速允許吸上真空高度及汽蝕余量

泵6個性能參數(shù)之間相互關(guān)系，通慣用泵特征曲線來表示，相關(guān)內(nèi)容將在第6節(jié)介紹37/83§2.2葉片泵基本性能參數(shù)水泵銘牌銘牌上簡明列出：泵在設(shè)計轉(zhuǎn)速下運行，效率最高時流量、揚程、軸功率、允許吸上真空高度及汽蝕余量38/83第2章葉片式泵2.4離心泵基本方程式39/83§2.4.1葉輪中液體流動情況離心泵葉輪中水流速度復(fù)合圓周運動

靜坐標(biāo)系——固定不動泵殼

動坐標(biāo)系——旋轉(zhuǎn)葉輪3個速度相對速度W（相對于動坐標(biāo)系葉輪）牽連速度u（相對于靜坐標(biāo)系泵殼）絕對速度C（速度W和u合成）4個角度2個坐標(biāo)系出水角出水工作角進水工作角進水角40/83§2.4.1葉輪中液體流動情況速度三角形徑向分速度：切向分速度：41/83§2.4.1葉輪中液體流動情況離心泵葉片形狀離心泵慣用后彎式葉片，β2在20°~30°之間42/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)三點假設(shè)假設(shè)1：液槽內(nèi)液流為恒定流，即槽內(nèi)各點運動要素不隨時間改變假設(shè)2：液流均勻一致，葉槽內(nèi)同半徑處速度相等，即液流為均勻流假設(shè)3：液流為理想流體，即無粘性，無能量損失43/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)動量矩定理

動量矩：某質(zhì)點相對于固定點（或軸）動量矩等于質(zhì)點動量與其相對于固定點（或軸）（垂直）距離乘積。

44/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)動量矩定理

動量矩定理：某質(zhì)點或質(zhì)點系對于某點（或軸）動量矩在單位時間內(nèi)改變量，就等于作用于該質(zhì)點或質(zhì)點系全部外力對該點或該軸力矩之和。45/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)某一液槽內(nèi)動量矩改變：在恒定流狀態(tài)下，dt時段內(nèi)流出葉槽水流與流入葉槽水流含有相等質(zhì)量dm，則：R1R246/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)單位時間動量矩改變：依據(jù)動量矩定理：（式1）47/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)液流所受外力：R1R2葉片迎水面和背水面作用于液流壓力P1、P2作用于ab和cd面上水壓力P3、P4作用于液流摩擦阻力P3、P4（沿徑向方向，對泵軸沒有力矩）（理想流體，可忽略摩擦阻力）48/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)將式1推廣到全部葉槽：49/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)將式1推廣到全部葉槽：離心泵基本方程式50/83§2.4.3基本方程式討論（1）

為提升水泵揚程和改進吸水性能，普通使，。

（2）

水流經(jīng)過水泵時，揚程與u2相關(guān)。提升n，加大D，能夠提升HTα2越小，HT越大51/83§2.4.3基本方程式討論（3）

離心泵理論揚程與水容重?zé)o關(guān)。（2）離心泵理論揚程可分為勢揚程和動揚程。注意：當(dāng)輸送液體密度

ρ不一樣，而理論揚程HT相同時，泵所消耗功率不一樣。52/83§2.4.3基本方程式修正（1）關(guān)于液流為恒定流假定基本能夠滿足。（2）“反旋現(xiàn)象”，修正系數(shù)p。（3）實際液流含有粘性，有能量損失，用水力效率修正。53/83§2.4.3基本方程式修正54/83§2.4.3基本方程式修正實際揚程能夠看出，離心泵實際揚程與葉輪直徑D、轉(zhuǎn)速n、出口絕對速度C、出口角β2以及水力效率等原因相關(guān)，所以，水泵揚程是伴隨水泵運行工況而改變。55/83第2章葉片式泵2.5離心泵裝置總揚程56/83§2.5.1幾個主要概念離心泵裝置總揚程，H靜揚程，HST泵吸水地形高度，Hss泵壓水地形高度，HsdHSTHSSHSd泵吸水井設(shè)計水面與水塔（或密閉水箱）最高水位之間測壓管高差。泵吸水井（池）水面測壓管水面至泵軸間垂直距離。泵軸至水塔最高水位或密閉水箱頁面測壓管水面之間垂直距離。泵配上管路及一切附件后系統(tǒng)。泵揚程57/83§2.5.2運行中泵總揚程計算H＝E2－E1

依據(jù)揚程定義：依據(jù)佰努利方程物理意義：則：泵進口處1-1斷面比能：泵出口處2-2斷面比能：58/83§2.5.2運行中泵總揚程計算又：真空表讀數(shù)壓力表讀數(shù)則：較小，可忽略所以：59/83§2.5.3設(shè)計時泵總揚程計算進行泵站工藝設(shè)計時，只能依據(jù)原始資料，確定泵站設(shè)計揚程。60/83§2.5.4自灌式泵裝置總揚程計算作業(yè)：試證實泵揚程公式也適合用于自灌式水泵裝置61/83【例題】岸邊式取水泵房，依據(jù)已知條件求水泵揚程。已知：流量，Q=120L/s管路長度，吸水管l1=20m，壓水管l2=300m管徑，吸水管Ds=350mm，壓水管Dd=300mm標(biāo)高，吸水井水面58.00m，泵軸60.00m，水廠混合池水面90.00m。管件，吸水進口采取無底閥濾水網(wǎng)，90°彎頭一個，DN350×300漸縮管一個。62/83【例題】解：①靜揚程：吸水管內(nèi)流速：查設(shè)計手冊，水力坡度i1=0.0065吸水管路沿程損失，hs1=i1·l1=0.0065×20=0.13m②吸水管路水頭損失吸水管路局部損失，吸水管路上各部分局部損失系數(shù)，查手冊吸水管路總水頭損失，63/83【例題】壓水管內(nèi)流速：查設(shè)計手冊，水力坡度i2=0.0148壓水管路沿程損失，hd1=i2·l2=0.0148×300=4.44m③

壓水管路水頭損失壓水管路局部損失為沿程損失10%計壓水管路總水頭損失，④

泵總揚程64/83第2章葉片式泵2.6離心泵特征曲線65/83幾個概念

離心泵特征曲線n=常數(shù)時在一定轉(zhuǎn)速（n）條件下，表示離心泵基本性能參數(shù)（H、N、η

、Hs）隨流量（Q）而改變關(guān)系式曲線。66/83幾個概念

泵工況對應(yīng)某一流量下泵一組基本性能參數(shù)值。

泵設(shè)計工況（額定工況）泵在效率最高時對應(yīng)一組基本性能參數(shù)值。

泵極限工況泵在流量最大時對應(yīng)一組基本性能參數(shù)值。67/83§2.6.1理論特征曲線定性分析代入代入其中，F(xiàn)2、β

2、u2為常數(shù)基本方程式HT=f（QT）68/83§2.6.1理論特征曲線定性分析離心泵理論特征曲線69/83§2.6.1理論特征曲線定性分析考慮反旋HT=f（QT）考慮泵內(nèi)水頭損失H=f（QT）70/83§2.6.1理論特征曲線定性分析離心泵理論特征曲線71/83§2.6.1理論特征曲線定性分析泵內(nèi)水頭損失包含兩部分

摩阻損失△h1：在吸水室、液槽和壓水室中摩阻損失。

沖擊損失△h2：在非設(shè)計工況下，葉輪進口導(dǎo)水器、蝸殼壓水室進水口出發(fā)生沖擊損失。泵內(nèi)水頭損失用水力效率來衡量72/83§2.6.1理論特征曲線定性分析考慮泵內(nèi)容積損失H=f（QT）H=f（Q）73/83§2.6.1理論特征曲線定性分析

容積損失△q：泵工作過程中存在著泄露和回流而產(chǎn)生滲漏量。其大小與揚程相關(guān)。容積損失用容積效率來衡量74/83§2.6.1理論特征曲線定性分析離心泵理論特征曲線75/83§2.6.1理論特征曲線定性分析

摩擦損失：泵工作過程中，在軸承內(nèi)、填料軸封裝置內(nèi)、葉輪蓋板和水之間摩擦損失。摩擦損失用機械效率來衡量76/83§2.6.1理論特征曲線定性分析泵總效率77/83§2.6.1理論特征曲線定性分析

理論特征曲線和速度三角形關(guān)系

β2>90