2.1~2.6(水力學(xué)).ppt

1、第2章 葉片式泵和風(fēng)機,重點和難點： 水泵定義及分類； 離心泵的工作原理； 離心泵的基本性能參數(shù)； *離心泵 裝置工作揚程及設(shè)計揚程的計算方法； *離心泵裝置定速運行工況點的圖解及數(shù)解法； *比例律和切削律應(yīng)用中遇到的兩類問題的圖解及數(shù)解法； *離心泵并聯(lián)工作中四個模型的圖解法； *離心泵并聯(lián)工作數(shù)解法； 離心泵串連工作； *汽蝕產(chǎn)生的原因及過程； *水泵最大安裝高度及汽蝕余量的確定。,一、水泵定義:水泵是輸送和提升液體的機器。它把原動機的機械能 轉(zhuǎn)化為被輸送液體的能量，使液體獲得動能或勢能。 電能 機械能 壓能（勢能） 二、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

2、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：它對液體的壓送是靠泵體工作室容積的改變來完成的。一般使工作室容積改變的方式有往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動兩種。 (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。,其中：以葉片式水泵結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，在實際應(yīng)用中最為廣泛。 葉片式水泵中： 1、離心泵的特點小流量、高揚程。 2、軸流泵的特點大流量、低揚程。 3、混流泵的特點界于離心泵和軸流 泵之間。,2.1 離心泵工作原理與基本構(gòu)造 葉片式水泵定義：是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)以完 成其能量

3、的轉(zhuǎn)換。 葉片式水泵分類：根據(jù)葉輪出水的水流方向可將葉片式水泵分為徑向流、軸向流和斜向流三種； 徑向流的葉輪稱為離心泵，液體質(zhì)點在葉輪中流動時主要受到的是離心力作用。 軸向流的葉輪稱為軸流泵，液體質(zhì)點在葉輪中流動時主要受到的是軸向升力的作用。 斜向流的葉輪稱為混流泵，它是上述兩種葉輪的過渡形式，液體質(zhì)點在這種水泵葉輪中流動時既受離心力的作用，又有軸向升力的作用。,葉片式水泵圖,離心泵的外觀,離心泵,葉輪,IS型單吸離心泵,S型雙吸離心泵,葉輪 1、固定式 2、半調(diào)節(jié),ZLB型立式軸流泵,軸流泵,葉輪 1、低比速 2、高比速,混流泵,隔膜泵,螺桿泵,往復(fù)泵,旋渦泵,底閥和蓮蓬頭,彎管,離心泵,動

4、力機,壓力管道,出水池,離心泵抽水裝置及抽水過程,軸流泵裝置及抽水過程,軸流泵,抽水過程： 電動機裝在水泵的上層，用聯(lián)軸器與水泵直接連接。水泵出水彎管與出水管路連接。泵運行時電動機帶動葉輪在水中旋轉(zhuǎn)，進水池的水從喇叭管進入葉輪后，經(jīng)導(dǎo)葉體、出水彎管和出水管流入出水池。軸流泵抽水裝置無需設(shè)置閘閥，停泵時斷流設(shè)備也采用拍門。管路附件僅有 45彎頭一只。,兩個例子 1、在雨天，旋轉(zhuǎn)雨傘，水滴沿傘邊切線方向飛出，旋轉(zhuǎn)的雨傘結(jié)水滴以能量，旋轉(zhuǎn)的離心力把雨滴甩走，如圖所示。,一、離心泵的工作原理,2、在垂直平面上旋轉(zhuǎn)一個小桶，旋轉(zhuǎn)的離心力給水以能量，旋轉(zhuǎn)的離心力把水甩走，如圖所示。,離心泵在啟動之前，應(yīng)先

5、用水灌滿泵殼和吸 水管道，然后，驅(qū)動電機，使葉輪和水作高速旋轉(zhuǎn)運動，此時，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，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 。,離心泵的工作原理,離心泵的工作原理,離心泵工作原理動畫演示,離心泵工作原理說明,二、離心泵的特點 結(jié)構(gòu)簡單，不易磨損，運行平穩(wěn)，噪音小，出水均勻，調(diào)節(jié)方便，效率高等 三、離心泵的基本構(gòu)造 見上圖1-5所示,2.2 離心泵的主要零

6、件 一、離心泵的分類 1、按工作葉輪數(shù)目分： 單級泵：泵軸上只有一個葉輪，圖22 多級泵：泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪。泵的總揚程為幾個葉輪產(chǎn)生的沿程之和。2按工作壓力分： 低壓泵：壓力低于100m水柱 中壓泵：壓力在100650m水柱 高壓泵：壓力高于650m水柱,3、按葉輪進水方式分： 單側(cè)進水式泵：又叫單吸泵，圖22，即葉輪上只有一個進水口 雙側(cè)進水式泵：又叫雙吸泵，即葉輪兩側(cè)都有一個進水口，它的流量比單吸式泵大一倍，可以近似看作是兩個單吸泵葉輪背靠背放在一起。P101圖293，圖25。 4、按泵殼結(jié)合縫形式分： 水平中開式泵：即在通過軸心線的水平面上開有結(jié)合縫 垂直結(jié)合面縫：即結(jié)合面與

7、軸心線相垂直,5、按泵軸位置來分類 臥式泵：泵軸位于水平位置 立式泵：泵軸位于垂直位置 6、按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類 蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋型的泵殼 導(dǎo)葉泵：水從葉輪出來后，進入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉，之后進入下一機或流入出水口。 7按用途分 油泵；水泵；凝結(jié)泵；循環(huán)水泵；排灰泵,IS型單級單吸離心泵,IS型水泵系單級單吸離心水泵，供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體之用。 主要用于工業(yè)及城市給水之用，也可用于農(nóng)業(yè)灌溉。1、水溫不超過80。2、被抽送液體的PH值為6-8。,IS型單級單吸離心泵,S型泵是單級雙吸，臥式中開離心泵，供輸送清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體

8、之用。輸送液體的溫度不超過80，適合于工廠、礦山、城市、電站、農(nóng)田排灌和各種水利工程。 型號意義： 200S63A 200 泵吸入口直徑為200mm； S單級雙吸離心泵； 63 揚程為63m； A 葉輪外徑第一次 切割。,S型單級雙吸離心泵,單級雙吸中開離心泵,便拆式管道離心泵,DL型立式多級離心泵,葉輪,IS型單吸離心泵,S型雙吸離心泵,二、離心泵的主要零件，作用材料和組成 1葉輪：了解葉輪作用，材料，組成，按吸入口分類，按蓋板情況分類 2泵軸：了解泵軸作用，材料， 3泵殼：了解擴散管的作用，能量轉(zhuǎn)化過程 4泵座：知道放氣螺孔，測壓螺孔，泄水螺孔以及放水螺孔的作用 5軸封裝置：了解設(shè)置軸封裝

9、置的原因；常用的軸封裝置類型 6減漏環(huán)：了解減漏環(huán)的作用，形式 7軸承座：作用，分類；了解對于單級泵、多級泵軸向平衡力的平衡方法,單級單吸臥式離心泵 1一葉輪，2一泵軸；3一鍵，4一泵殼，5一泵座6一灌水孔，7一放水孔：8一接真空表孔，9一接壓力表孔，10一泄水孔，1l一填料盒，12一減漏環(huán)，13一軸,單級單吸臥式離心泵基本構(gòu)造,單級單吸臥式離心泵,單級單吸臥式離心泵,葉輪是離心泵的主要零件，葉輪的形狀和尺寸是通過水力計算來決定的。選擇葉輪材料時，除了要考慮離心力作用下的機械強度以外，還要考慮材料的耐磨和耐腐蝕性能。 目前多數(shù)葉輪采用鑄鐵、鑄鋼和青銅制成。葉輪一般可分為單吸式葉輪與雙吸式葉輪兩

10、種。 單吸式葉輪是單邊吸水，葉輪的前蓋板與后蓋板呈不對稱狀。雙吸式葉輪兩邊吸水。 葉輪蓋板呈對稱狀，一般大流量離心泵多數(shù)采用雙吸式葉輪 。,葉輪,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,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,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.,泵 軸,泵軸是用來旋轉(zhuǎn)泵葉輪的，常用材料是碳素鋼和不銹鋼。泵軸應(yīng)有足夠的抗扭強度和足夠的剛度，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。,鑄鐵水泵配件、泵軸,泵鍵,泵 殼,泵殼通常鑄成蝸殼形，其過水部分要求有良好

11、的水力條件。泵殼頂上設(shè)有充水和放氣的螺孔，以便在水泵起動前用來充水及排走泵殼內(nèi)的空氣。,減漏環(huán),減漏環(huán),減漏環(huán) （密封環(huán)）,葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處存在一個轉(zhuǎn)動接縫，容易發(fā)生水的回流。產(chǎn)生容積損失。,1、泵殼；2、鑲在泵殼上的減漏環(huán)； 3、葉輪；4、鑲在葉輪上的減漏環(huán),減漏環(huán)(承磨環(huán)) 葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處,軸封裝置,泵軸穿出泵殼時，在軸與殼之間存在著間隙，如不采取措施，間隙處就會有泄漏。當間隙處的液體壓力大于大氣壓力(如單吸式離心泵)時，泵殼內(nèi)的高壓水就會通過此間隙向外大量泄漏；當間隙處的液體壓力為真空(如雙吸式離心泵)時，則大氣就會從間隙處漏入泵內(nèi)，從而降低泵的吸水

12、性能。為此，需在軸與殼之間的間隙處設(shè)置密封裝置，稱之為軸封。目前，應(yīng)用較多的軸封裝置有填料密封、機械密封。,葉輪,水泵軸,固定部分與轉(zhuǎn)動部分的間隙,軸封裝置,壓蓋填料型填料盒 1軸封套；2填料；3水封管；4水封環(huán)；5壓蓋,軸封裝置：泵軸與泵殼間 (1)填料密封,DY101型系列機械密封,機械密封,112型系列機械密封,ZHZ滑動軸承,滾動軸承,軸承座,ZML膜片及連軸器,聯(lián)軸器,平衡孔 1 排出壓力；2加裝的減漏環(huán) 3平衡孔；4泵殼上的減漏環(huán),軸向力平衡措施,IS型單級單吸離心泵,單級雙吸離心泵,單級雙吸離心泵結(jié)構(gòu)圖 1泵體；2 泵蓋；3葉輪；4泵軸；5密度封環(huán)；6軸套：7填料盒；8填料；9水

13、封環(huán)；10壓蓋；11軸套螺母：12軸承體；13固定螺釘；14軸承體壓蓋；15滾動軸承；16聯(lián)軸器；17軸承端；18擋水圈；19螺桿；20鍵,離心泵裝置簡圖,三、軸流泵的基本組成,1、軸流泵的組成 軸流泵按泵軸的安裝方式分為立式、臥式和斜式三種，它們的結(jié)構(gòu)基本相同。目前使用較多的是立式軸流泵。主要零部件有：喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉體、出水彎管、軸和軸承、填料函等。 2、軸流泵的工作原理 軸流泵是利用葉輪在水中旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的推力將水提升的，這種泵由于水流進入葉輪和流出導(dǎo)葉都是沿軸向的，故稱軸流泵。如下圖。,立式軸流泵結(jié)構(gòu)圖,葉輪 1、固定式 2、半調(diào)節(jié),ZLB型立式軸流泵,四、混流泵 1、混流泵的工作原理

14、 混流泵是介于離心泵和軸流泵之間的一種泵，它是靠葉輪旋轉(zhuǎn)而使水產(chǎn)生的離心力和葉片對水產(chǎn)生的推力雙重作用而工作的。 2、混流泵的構(gòu)造 混流泵按其結(jié)構(gòu)型式可分為蝸殼式和導(dǎo)葉式兩種。蝸殼式混流泵有臥式和立式兩種。目前生產(chǎn)和使用比較廣泛的是臥式，立式多用于大型泵。蝸殼式混流泵的結(jié)構(gòu)與單級單吸離心泵相似。導(dǎo)葉式混流泵的外形和結(jié)構(gòu)與軸流泵相近，分臥式和立式兩種。,3、混流泵各組成部分的名稱及作用。,葉輪 1、低比速 2、高比速,混流泵,五、離心風(fēng)機的主要零部件,六、軸流風(fēng)機的主要零部件,2.3 水泵、風(fēng)機的基本性能 一離心泵的六個基本性能參數(shù) 1流量Q： 定義：水泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量 單位：m3

15、/h，m3/s，l/s等。 與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。 2揚程H： 定義：單位重量液體通過水泵后所獲得的能量，又叫總揚程或總水頭。 與Q、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和n有關(guān)。 單位：m 3軸功率N 定義：原動機或電動機傳給水泵泵軸上的功率。 單位：千瓦或馬力,4效率 定義：水泵的有效功率與軸功率的比值100%容積損失，水力損失，機械損失 水泵有效功率Nu定義：單位時間內(nèi)流過水泵的液體從水泵那得到的能量叫有效功率。 軸功率公式： 水泵運行電耗值計算：,5轉(zhuǎn)速n 定義：水泵葉輪轉(zhuǎn)動速度，每分鐘轉(zhuǎn)動次數(shù) 單位：r/min（10003000rpm；2900rpm常見） 6允許吸上真空高度Hs和汽蝕余量Hsv （

16、1）Hs：指水泵在標準狀況下運轉(zhuǎn)時，水泵所允許的最大的吸上真空高度，mH2O。反應(yīng)離心泵吸水性能。 （2）Hsv：指水泵入口處，單位重量液體所具有的超過飽和蒸氣壓力的富裕能量。反應(yīng)軸流泵，鍋爐泵的吸水性能。,二、水泵名牌上數(shù)值的意義 表示水泵在設(shè)計流速下運轉(zhuǎn)，效率最高時的流量，揚程，軸功率即允許吸上真空高度或汽蝕余量值。反應(yīng)的是水泵效率最高點的各參數(shù)值。是該水泵設(shè)計工況下的參數(shù)值。,三、葉片式風(fēng)機的主要性能參數(shù) 1風(fēng)量（風(fēng)機流量） 是指單位時間內(nèi)所輸送的氣體體積。它可以用Qv 表示，常用單位為m3s或m3h ，m3/min。 當溫度t0時，空氣的密度為1.293 kgm3。 2、 風(fēng)機的能頭

17、稱為全壓或風(fēng)壓，包括靜壓和動壓。 全壓系指單位體積氣體流過風(fēng)機時所獲得的總能量增加值，用符號表示，故風(fēng)機的全壓為,對風(fēng)機來說，由于輸送的是氣體(可壓縮性流體)，即使進出口風(fēng)管直徑相差不大，但流速仍可相差很大，因此，其動壓改變較大，且在全壓中所占的比例很大，有時甚至可達全壓的50以上。而克服管路阻力要由靜壓來承擔，因此風(fēng)機的風(fēng)壓需要用全壓及靜壓分別表示。 風(fēng)機的動壓為： 風(fēng)機的靜壓為： 風(fēng)機的全壓，包括靜壓和動壓兩部分即： 3軸功率N、效率、轉(zhuǎn)速 n與葉片式泵相同,2.4 離心泵、風(fēng)機的基本方程式 了解以下幾個問題： 一、流體在葉輪中是如何運動的？ 二、水泵按照葉片出水方向不同，分為哪幾類？ 三

18、、實際工程中常采用離心泵葉輪，大部分是后彎式葉片，原因是什么？ 四、基本方程式推導(dǎo) 五、基本方程式討論 六基本方程式討論,一、葉輪中流體的運動規(guī)律 為討論葉輪與流體相互作用的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，首先要了解流體在葉輪內(nèi)的運動，由于流體在葉輪內(nèi)的運動比較復(fù)雜，為此作如下假設(shè)：葉輪中葉片數(shù)為無限多且無限薄，即流體質(zhì)點嚴格地沿葉片型線流動，也就是流體質(zhì)點的運動軌跡與葉片的外形曲線相重合；為理想流體，即無粘性的流體，暫不考慮由粘性產(chǎn)生的能量損失；流體作定常流動。,當葉輪帶動流體作旋轉(zhuǎn)運動時， 流體具有圓周運動(牽連運動)， 其運動速度稱為圓周速度，用符 號u表示，其方向與圓周切線方 向一致，大小與所在半徑及轉(zhuǎn)

19、速 有關(guān)。 流體沿葉輪流道的運動，稱相對 運動，其運動速度稱相對速度， 用符號w表示，其方向為葉片的 切線方向、大小與流量及流道形 狀有關(guān)。 流體相對靜止機殼的運動，稱絕 對運動，其運動速度稱絕對速 度，用符號V表示，由這三個速 度向量組成的向量圖，稱為速 度三角形。,二、水泵按照葉片出水方向不同的分類 葉片出口安裝角2確定了葉片的型式，一般葉片的型式有以下三種： 1、當2a90，葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為前彎式葉片。,（a) 后彎式 (90),（b)徑向式 ( 90),（b) 前彎式 ( 90),離心泵葉片形狀,三、離心泵為什么一般均采用為 2a=2035范圍的后彎式葉片？ 1

20、、從壓頭性質(zhì)看：后彎式葉片的動壓頭在總水頭中所站比例較小，因而動壓頭在擴散部分變?yōu)殪o壓頭時伴隨著能量損失。 2、從水泵消耗的功率來看：后彎式葉片的離心泵在流量與揚程變化時，功率變化較小，這樣就給電動機提供了很好的工作條件。 3、從葉輪內(nèi)部損失看，徑向葉片和前彎式葉片槽道短，擴散角和彎曲度都較大，因而增加了水力損失，而后彎式相反較小。,四、對風(fēng)機可根據(jù)不同情況采用三種不同的葉片型式，其原因如下： 除了前述原因說明可以采用后彎式葉片外。前彎式葉片有以下優(yōu)點：當其和后彎式葉片的轉(zhuǎn)速、流量及產(chǎn)生的能頭相同時，可以減小葉輪外徑D2，因此，可以減小風(fēng)機的尺寸，縮小體積，減輕質(zhì)量。又因風(fēng)機輸送的流體為氣體，

21、氣體的密度遠小于液體，且摩擦阻力正比于密度，所以風(fēng)機損失的能量遠小于泵。鑒于以上原因，在低壓風(fēng)通機中可采用前彎式葉片，一般取2a=90155,假定條件： (1)液流是恒定流； (2)葉槽中，液流均勻一致，葉輪同半徑處液流的同名速度相等。 (3)液流為理想液體，也即無粘滯性。,五、基本方程式推導(dǎo)（略）,恒定元流的動量方程對某固定點取矩，可得到恒定元流的動量矩方程 單位時間里控制面內(nèi)恒定總流的動量矩變化(流出液體的動量矩與流入液體的動量矩之矢量差)等于作用于該控制面內(nèi)所有液體質(zhì)點的外力矩之和。,取進出口輪緣(兩圓柱面)為控制面。 組成M的外力有： 1、葉片迎水面和背水面作用于水的壓力P2及Pl；

22、2、作用葉輪進出口圓柱面上的水壓力P3及P4，它們都沿著徑向，所以對轉(zhuǎn)軸沒有力矩； 3、作用于水流的摩擦阻力P5及P6，但由于是理想液體，故不予考慮； 4、重力的合力矩等于零,1、對輪心取矩,2、葉輪對流體所作功率,3、理論揚程,2.4.3基本方程式的討論 （1）為了提高水泵的揚程和改善吸水性能，取 90，既u=0 則 （2） 則增加轉(zhuǎn)速(n)相加大輪徑(D2)，可以提高水泵之揚程。,(3) 離心泵的理論揚程與液體的容重?zé)o關(guān)。但當輸送不同容重的液體時，水泵所消耗的功率將是不同的。 (4) 水泵的揚程由兩部分能量組成，一部分為勢揚程(H1)，另一部分為動揚程(H2)，它在流出葉輪時，以比動能的形

23、式出現(xiàn)。,h水力效率; p修正系數(shù)。,2.4.4基本方程式的修正 假定1 基本滿足。 假定2 “反旋現(xiàn)象”。 假定3 有水力損耗,2.5 離心泵裝置的總揚程,離心泵基本方程式揭示了決定水泵本身揚程的一些內(nèi)在因素。這對于水泵的設(shè)計、選型以及深入分析各個因素對泵性能的影響是很有用處的。然而，在水泵實際應(yīng)用必然要與管路系統(tǒng)以及許多外界條件(如江河水位、水塔高度、管網(wǎng)壓力等)聯(lián)系在一起的。在下面的討論中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為“裝置”。 水泵+動力機、傳動設(shè)備水泵機組 +管道及附件 水泵裝置,離心泵裝置總揚程圖,水泵的總揚程基本計算方法： 1、進出口壓力表表示（校核） 2、用揚升液體高

24、度和水頭損失表示（設(shè)計）,1、基本計算公式 Hd： 以水柱高度表示的壓力表讀數(shù)（m） Hv： 以水柱高度表示的真空表讀數(shù)（m）,一、離心泵裝置工作總揚程的確定,以吸水面0-0為基準面，列出進水斷面11及出水斷面22的能量方程式。則揚程為,2、公式推導(dǎo):,pa-大氣壓力（MPA） PV-真空表讀數(shù)（ MPA ） Pd-壓力表讀數(shù)（ MPA ）,因此，可以把正在運行中的水泵裝置的真空表和壓力表的讀數(shù)相加，就可得該水泵的工作揚程。,1、基本計算公式: HST：水泵的靜揚程（mH2O） h：水泵裝置管路中水頭損失之總和（mH2O）,二、離心泵裝置工作總揚程的確定,列基準面00和斷面11的能量方程式：,

25、2、公式推導(dǎo):,同理：列斷面22和斷面33的能量方程式,Hss水泵的吸水地形高度； Hsd水泵的壓水地形高度； 則：H HST+ h HST 水泵的靜揚程,岸邊取水泵房 ，如圖，已知下列數(shù)據(jù)，求水泵揚程 水泵流量Q=120L/S，吸水管路L1=20m，壓吸水管路L2=300m（鑄鐵管），吸水管徑Ds=350m，壓水管徑Dd=300m，吸水井水面標高58.0m，泵軸標高60.0m，水廠混合池水面標高90.0m。 吸水進口采用無底閥的濾水網(wǎng)，90彎頭一個，DN350X300漸縮管一個。 解 水泵的靜揚程：HST90-58=32m 吸水管路中沿程損失：h1il (i可查給水排水設(shè)計手冊)， h1 0

26、.0065X200.13mDN=350mm時，管中流速v11.25m/s DN=300mm時，管中流速v2 1.70m/s 吸水管路中局部損失(h2)：,例,圖,2.6 葉片式泵 風(fēng)機的特性曲線 什么是離心泵的特性曲線？ 一、泵與風(fēng)機的功率、損失與效率 二、理論特性曲線定性分析 三實測特性曲線討論（重點） 1、離心式泵與風(fēng)機性能曲線分析 2、軸流式泵與風(fēng)機性能曲線分析,水泵 風(fēng)機的性能參數(shù)，標志著水泵風(fēng)機的性能。水泵風(fēng)機各個性能參數(shù)之間的關(guān)系和變化規(guī)律，可以用一組性能曲線來表達。對每一臺水泵和風(fēng)機而言，當水泵風(fēng)機的轉(zhuǎn)速一定時，通過試驗的方法，可以繪制出相應(yīng)的一組性能曲線，即水泵風(fēng)機的基本性能曲

27、線。 一般以流量Q為橫坐標，用揚程H、功率N、效率和允許吸上真空度Hs為縱坐標，繪QH、QN、Q、Q Hs曲線。,離心泵特性曲線,n一定,一、泵與風(fēng)機的功率、損失與效率 從原動機輸入的能量因為存在各種損失不可能全部傳遞給流體。這些損失用相應(yīng)的效率來衡量，所以效率是體現(xiàn)泵與風(fēng)機能量轉(zhuǎn)換程度的一個重要經(jīng)濟指標。為了尋求提高效率的途徑，需對泵與風(fēng)機內(nèi)部產(chǎn)生的各種能量損失進行分析。為此，本節(jié)將討論各種功率、損失、效率及其相互關(guān)系。,一、功率 功率是指單位時間內(nèi)所做的功。一般分為有效功率、軸功率與原動機功率。 1有效功率Nu 有效功率是單位時間內(nèi)通過泵或風(fēng)機的流體實際所得到的功率。 （泵） （風(fēng)機） 2

28、軸功率N 軸功率是原動機傳給泵或風(fēng)機軸上的功率。 （泵） （風(fēng)機）,3原動機功率NM 原動機功率系指原動機輸出功率。 泵用下式計算： 風(fēng)機用下式計算： 原動機輸入功率。泵用下式計算： 風(fēng)機用下式計算：,在選擇原動機時要考慮過載，故應(yīng)加一富裕量，因此選擇原動機功率為: （泵） （風(fēng)機） 式中 K電動機容量富裕系數(shù),二、損失與效率 由泵與風(fēng)機損失的性質(zhì)可將其分為三種： 機械損失 容積損失 流動損失。 軸功率減去由這三項 損失所消耗的功率等 于有效功率,(一)機械損失和機械效率 機械損失主要包括軸端密封與軸承的摩擦損失及 葉輪前后蓋板外表面與流體之間的圓盤摩擦損失兩部分。軸端密封和軸承的摩擦損失與軸

29、端密封和軸承的結(jié)構(gòu)型式以及輸送流體的密度有關(guān)。這項損失的功率約為軸功率的1一5，大中型泵中多采用機械密封、浮動密封等結(jié)構(gòu)，軸端密封的摩擦損失就更小。 圓盤摩擦損失是因為葉輪在殼體內(nèi)的流體中旋轉(zhuǎn)，葉輪兩側(cè)的流體，由于受離心力的作用，形成回流運動，此時流體和旋轉(zhuǎn)的葉輪發(fā)生摩擦而產(chǎn)生能量損失。由于這種損失直接損失了泵和風(fēng)機的軸功率，因此歸屬于機械損失。這項損失的功率約為軸功率的2一10，是機械損失中的主要部分?？偟臋C械損失功率Pm為,機械損失用機械效率m來衡量。,(二)容積損失和容積效率 泵與風(fēng)機由于轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間存在間隙，當葉輪轉(zhuǎn)動時，在間隙兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，因而使部分由葉輪獲得能量的流體從

30、高壓側(cè)通過間隙向低壓側(cè)泄漏，這種損失稱為容積損失或泄漏損失。 容積損失主要發(fā)生在以下一些地方：葉輪人口與外殼密封環(huán)之間的間隙；平衡軸向力裝置與外殼間的間隙和軸封處的間隙等。但主要是葉輪入口與外殼密封環(huán)之間及平衡裝置與外殼之間的容積損失。 容積損失用容積效率v來衡量.,(三)流動損失和流動效率 流動損失發(fā)生在吸人室、葉輪流道、導(dǎo)葉和殼體中。流體和各部分流道壁面摩擦?xí)a(chǎn)生摩擦損失；流道斷面變化、轉(zhuǎn)彎等會使邊界層分離、產(chǎn)生二次流而引起擴散損失；由于工況改變，流量qv偏離設(shè)計流量qvd時，入口流動角1與葉片安裝盧al不一致會引起沖擊損失. 影響泵與風(fēng)機效率最主要的因素是流動損失，即在所有損失中，流動損

31、失最大。流動損失用流動效率h來衡量。,(四)泵與風(fēng)機的總效率 泵與風(fēng)機的總效率等于有效功率與軸功率之比，即 風(fēng)機的總效率又稱全壓效率。因為風(fēng)機的動壓在全壓中占較大比例，故有靜壓效率。 由上述分析可知，泵與風(fēng)機的總效率等于流動效率、容積效率和機械效率三者的乘積。 因此，要提高泵與風(fēng)機的效率就必須在設(shè)計、制造及運行等各方面注意減少機械損失、容積損失和流動損失。離心式泵與風(fēng)機的總效率視其容量、型式和結(jié)構(gòu)而異，目前離心泵總效率約在0.600.90 的范圍，離心風(fēng)機約在0.700.90 的范圍內(nèi)，高效風(fēng)機可達0.90以上。軸流泵的總效率V約為0.700.89，大型軸流風(fēng)機可達0.90 左右。,三理論特性

32、曲線分析（略）,QT泵理論流量(m3s)。也即不考慮泵體內(nèi)容積損失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量； F2葉輪的出口面積(m2)； C2r葉輪出口處水流絕對速度的徑向分速(ms)。,90 (1)直線QT-HT (2)直線I (3)扣除水頭損失() 摩阻、沖擊 (4)扣除容積損失(Q-H線),（1）水力效率h：泵體內(nèi)兩部分水力損失必然要消耗一部分功率，使水泵的總效率下降。 （2）容積效率v：在水泵工作過程中存在著泄漏和回流問題，存在容積損失。 （3）機械效率M：機械性的摩擦損失 總效率,結(jié)論：目前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是隨揚程增大，水泵的流量減小

33、，因此，其相應(yīng)的流量Q與軸功率N關(guān)系曲線(Q-H曲線)，也將是一條比較平緩上升的曲線，這對電動機來講，可以穩(wěn)定在一個功率變化不大的范圍內(nèi)有效地工作。,四實測特性曲線討論（重點） 1、離心泵與風(fēng)機性能曲線討論 （1）QH曲線中掌握： 特性曲線的特點：下傾的拋物線型（QH曲線是下降的曲線，即隨流量Q的增大，揚程H逐漸減少；） 水泵高效段范圍：在效率最高點左右大約10范圍內(nèi)；泵與風(fēng)機在此區(qū)域內(nèi)工作最經(jīng)濟。 給定的流量下，均有一個與之對應(yīng)的揚程H 或全壓p，功率N 及效率值，這一組參數(shù)，稱為一個工況點。最高效率所對應(yīng)的工況點，稱最佳工況點，它是泵與風(fēng)機運行最經(jīng)濟的一個工況點。,在最佳工況點左右的區(qū)域(

34、一般不低于最高效率的0.850.9)稱為經(jīng)濟工作區(qū)或高效工作區(qū)，泵與風(fēng)機在此區(qū)域內(nèi)工作最經(jīng)濟。為此，制造廠對某些泵與風(fēng)機常提供高效區(qū)域的性能曲線。以便用戶使用時，使其在高效工作區(qū)內(nèi)運行，以提高泵與風(fēng)機的運行經(jīng)濟性。,（2）QN曲線中掌握： 曲線特點：離心泵的功率曲線是一上升的曲線，即功率隨流量的增加而增加。當流量為零時，其軸功率最小，約為額定功率的 30 左右。 為什么水泵空載運行時間不能過長？ 這時，空載功率主要消耗在機械損失上，如旋轉(zhuǎn)的葉輪與流體的摩擦，使水溫迅速升高，會導(dǎo)致泵殼變形、軸彎曲以致汽化，因此，為防止汽化，一般不允許在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下運行或不能空載運行時間太長。,閉閘啟動的概念： 在

35、空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸功率(空載功率)最小，一般為設(shè)計軸功率的30左右，為避免啟動電流過大，原動機過載，所以離心式的泵與風(fēng)機要在閥門全關(guān)的狀態(tài)下啟動，待運轉(zhuǎn)正常后，再開大出口管路上的調(diào)節(jié)閥門，使泵與風(fēng)機投入正常的運行。 選擇和水泵配套的電動機的功率應(yīng)注意事項?,（3）流量與效率曲線：曲線變化趨勢都是從最高效率點向兩側(cè)下降。離心泵的效率曲線變化比較平緩，高效區(qū)范圍較寬，使用范圍較大。 （4）流量與允許吸上真空度的曲線： 離心泵流量與允許吸上真空度曲線是一條 下降的曲線。 而離心泵流量與汽蝕余量(HSV或h)曲線是一條上升的曲線。 水泵的實際吸水真空值必須小于QHS曲線上的相應(yīng)值，否則，水泵將會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。 （5）