水泵基本参数及特性曲线讲解概述

1第一章概论——水工艺泵与泵站的作用及发展2前言学时安排：水泵基础理论（20）+泵站（16）课堂任务（1）有关基础知识（包括概念、公式定律及分析思路）；（2）介绍与专业生产联系较紧密的技能常识；（3）介绍泵业发展新动向及研究前沿课题。课后任务自学，作业参考课堂内容查阅资料课外科研3一、泵的定义定义：将其它形式的能量转化为机械能并传递给被输送介质的动能和压能的一种机械背景知识：泵是我国三大耗能机械产品（汽车、机床、水泵）之一，水泵效率提高1%即相当于我国新建了一座300MW发电厂。我国风机、泵的总用电占全国用电量的31%，占工业用电的约50%，各工业部门机泵用电量均占60%以上。例如：电力72.43%；化肥76%；炼油58.15%；油田63.3%4二、泵的分类根据不同的标准有不同的分类方法：介质性质（用途）：清水泵、污水泵、渣浆泵、油泵泵体结构：叶片泵、容积泵（往复泵或活塞泵、转子泵）、其他类型泵（螺旋泵、气升泵、射流泵、水锤泵）叶片泵按输送特性或工作原理分为：离心泵、轴流泵、混流泵小知识给排水、石油化工、航空航天、水利水电中最常用的泵为叶片泵叶片泵定义：通过高速旋转的叶轮把机械能传给被抽吸液体的机械。5离心泵6轴流泵7混流泵8三、作用和地位1、作用：输送、加压、混合水泵及水泵站是给排水工程的主体动力工程一种医用泵——人体血液体外循环泵，即是泵与给排水工程关系的最好例子，即心脏与肌体的关系，输送介质即为血液。2、泵站在给排水中的位置给水厂：取水泵站（取自水源）→净水处理工艺构筑物（过滤反冲洗）→送水泵站（至用户管网）污水处理厂：污水泵站（收集污水）→水处理工艺构筑物（回流污泥泵房、排污泵）→排水泵站（或自排入水体）输送管道工程：中途加压泵站（给水）、提升泵站（排水）9四、泵的研究现状泵应用研究所关心的两大问题工程实用性：不同类型的泵应满足各行各业工艺要求，且具有易维修及耐久性；经济运行：泵工艺制造方面造价低，实际运行费用低。主要研究泵的设计理论：提高效率、汽蚀防治、消除驼峰（小流量不稳定运行）、无过载设计等泵的优化运行研究动态特种泵的设计低比转速泵、超低比转速泵、渣浆泵（固液两相流）、高温高扬程泵（锅炉水）、低温高压泵（液态氮、液态二氧化碳）、电动潜油泵、砂泵、磁力驱动离心泵。其他特种泵如往复泵（扬程高，流量稳定）10四、泵站的研究现状节能改造措施近年来，节能改造更换耗能大的老设备；改造设备包括切割叶轮外径、减少叶轮级数，改用高效率泵和机电；合理设计选型等，进一步节能的潜力在于运行中的优化调度。设计选型的误区一般没有过多考虑经济运行，而按最不利工况选泵。实际工业生产中，各厂的原料一般达不到设计要求，减量较大，处理量时大时小，靠阀门调节流量能耗很大。第二章11第二章叶片式水泵—泵的工作原理、基本构造及主要零件第二章12第一节离心泵的工作原理与基本构造一、叶片泵发展的历史二、叶片泵特点依靠叶轮高速旋转完成能量转换三、叶片泵的分类根据水流通过叶轮时的受力方向：径向流→离心泵→主力为离心力轴向流→轴流泵→主力为轴向升力斜向流→混流泵→主力为离心力和轴向升力的合力第二章13一、工作原理P4图2-1转速↑△H↑半径↑△H↑质点绕定位的中心轴作圆周运动时受到离心力作用流面流线和流面流线第二章14二、构成P4图2-2单级单吸式离心泵，图2-3叶轮叶轮、泵壳、泵轴、轴承、进水口、扩压室、支座、轴封吸水管、出水管第二章15三、工作过程P5图2-31、离心、真空→工作、连续2、能量的转换及损失第二章16第二节离心泵主要零件根据工作原理理解主要部件的结构及其作用P5图2-4重点五大部件，结合认识实习进一步建立感性认识依次为：叶轮、泵壳、泵轴、填料函、检漏环、轴承、泵座、联轴器第二章17一、叶轮1、作用：通过其旋转时介质流体获得离心力2、形状、型式根据吸水方式分为:单吸式、双吸式（P5图2-3、P6图2-5）根据盖板数分为:封闭式、敞开式、半开式（P6图2-6）其形状（前弯式、后弯式、径向式、空间式叶片等）通过水力计算决定3、材料:铸铁、铸钢、青铜及其它新型材料（特点：耐磨、耐腐蚀、机械强度）第二章18图2--1叶轮投影图a)轴面投影b)平面投影D1、D2--叶轮的进出口直径b1、b2--叶轮的叶片进出度β1、β2--叶轮的叶片进出口安放角D0--叶轮进口直径b1D0a)b)D2D1b2β1β2第二章19二、泵壳1、作用:水流通道、导流，其渐扩面的设计应尽量减小速度梯度，保证良好的水力条件2、形状:蜗壳形、螺旋形特点：渐扩断面时流速保持常数，出口扩散管使流速降低增加压能以减小水力损失3、材料:铸铁、青铜（特点：耐压、耐磨、耐腐蚀、抗冲击）4、其他:充水、放气孔真空、压力表测压螺孔第二章20三、泵轴作用:叶轮的旋转中心，其转速不能与共振的临界转速相当或成倍数以防止共振材料:碳素钢、不锈钢(特点：抗扭强度、刚度、挠度)第二章21四、填料函作用:轴封装置，泵轴穿出泵壳时，轴与泵壳之间的缝隙组成:填料又叫盘根（阻水、阻气）；压盖（压紧填料）；水封环、水封管（水封水有水封管流入轴与填料的间隙，起冷却与润滑的作用）第二章22五、减漏环作用:减少叶轮入口的外圆与泵壳内壁接缝处高低压的交界面的泵壳内高压水向吸水口回流、承磨（承磨环）形式:单环型、双环型、双环迷宫型材料:第二章23其它零件六、轴承座作用：支承分类构造特性：滚动、滑动荷载大小：滚柱、滚珠荷载特性：径向、止推2.冷却：空冷、水冷七、泵座作用：将泵体与底板或基础相固定第二章24其它零件八、联轴器作用：(P10图2-14)连接泵轴与电机轴、传递电机出力九、轴向力平衡措施(P10图2-15、16)单吸离心泵，由于叶轮在轴向上缺乏对称性，工作是前后两侧水压力不同，产生轴向推力习题：1、理解离心泵的工作原理及工作过程2、离心泵主要部件及作用第二章25参观模型室参观内容：1.泵的型式(1)离心泵叶片、轴流泵叶片、混流泵叶片(2)双吸离心泵、单吸离心泵(3)单级离心泵、多级离心泵2.泵体构造叶片（叶轮）、泵壳、泵轴、填料函、检漏环、轴承、泵座、联轴器3.水环真空泵4.射流泵5.轴流泵装置模型6.离心泵装置7.离心泵的起动过程（抽真空启动、闸阀的操作）8.离心泵主要性能参数的测量与计算第二章26复习叶片泵工作原理离心泵泵体结构及基本零件叶轮(叶片、流道)、泵壳、泵轴、轴承、填料盒（填料、水封管、水封水）、减漏环、连轴器、轴向力平衡措施、泵座第二章27第三节叶片泵的基本性能参数(掌握定义、单位、符号及参数间的影响关系)流量——单位时间内通过水泵出口的液体数量Q（）（）•扬程——单位重量液体从泵进口到出口所增加能量H（）•轴功率——水泵从动力机实际获得的功率（泵轴传递的功率）N（kW）有效功率——轴功率扣除泵轴承摩擦及泵内水力损失、容积损失、机械损失等造成的功率损失后水泵的输出功率(Nu=rQH)sm/3sl//kgmkgm第二章28第三节叶片泵的基本性能参数效率——水泵有效功率与水泵轴功率之比转速——水泵叶轮每分钟的转速rpm注意：水泵的各项性能参数与叶轮转速有关NNu)(75)(102马力QHkwQHNmin)/(rn第二章29第三节叶片泵的基本性能参数允许吸上真空高度——水泵在给定的条件下保证不产生气蚀的最大吸上真空高度（单位：m）汽蚀余量（NPSH）——为不发生汽蚀，在水泵进口单位重量的水所具有的能量减去水的饱和气化压头后所剩余的值(单位：m)注意：满足水泵的吸水条件是保证水泵正常运行的必要条件两个概念从不同侧面反映水泵吸水性能的好坏sH第二章30本章需要了解：泵理论——描述水泵基本性能参数间的关系（扬程、功率、效率、汽蚀性能曲线、相对性能曲线等）泵的应用——水泵样本提供水泵铭牌、性能曲线、泵的构造、尺寸及安装图等泵的铭牌提供泵型号、设计工况点的扬程、流量、允许吸上真空高度（极限值）、转数、效率、轴功率、重量等第二章31第四节离心泵基本方程一、叶轮中液体的流动分析液体质点进入叶轮后做复合圆周运动第二章32叶轮中液体的流动分析1、两个坐标系（1）动坐标系：旋转的叶轮（2）静坐标系：固定不动的泵壳或泵座2、相对运动、牵连运动——实际运动相对速度——水流在液槽中以速度沿叶片而流动牵连速度——水流随叶轮以u一起作旋转运动绝对速度——水流对固定坐标而言的绝对速度uwC第二章33流动分解示意图a)c)b)ωωwvωu液体运动的轨迹a)牵连运动b)相对运动c)绝对运动第二章34叶片内流场速度矢量的分析3、速度角绝对速度与圆周速度的夹角相对速度与圆周运动的反向延长线夹角4、速度三角形推导基本方程式涉及进出、口速度三角形分别以下标“1”、“2”表示各项速度及角度5、讨论叶片形状——后弯式叶片uCuw第二章35进、出口速度三角形α1u1C1速度三角形β1w1α2C2β2w2u2Cm2Cu2第二章36后弯式叶片示意图2--16离心泵叶片形状W1u1C1α2C2C2rW2β2u2cbC1W1W1C1u1W2β2α2u2C2β2u1C2W2α2u2c为前弯式β290(b)为径向式（β2=90）(a)为后弯式（β290）（a）第二章37二、基本方程式的推导手段——建立叶轮对液体做功与液体运动之间的关系目的——推算水泵的理论扬程第二章382.1三点假定一维流动假定（流动理论）液流运动均匀一致，同半径同名速度相等恒定流假定理性流体假定（无粘性、无摩擦、不可压缩）第二章392.2液槽内液流分析(P19图2-20）第二章40方程推导液槽内水流动量矩的变化等于质量动量矩的变化用动量矩表达这一关系：通过叶轮的水流获得的能量用其动量矩的增值表示液流施加于水流的能量即为所有作用在液体上的外力矩之和式中：QT、HT——通过叶轮的理论流量、扬程)coscos(111222RCRCQMT)coscos(111222RCRCdtdmM第二章412.3理想流体假定下的理论功率：2.4功率的另一表达式→基本方程：(2-14)TTTHgQNMNTTTgQMHgCuCuHuuT1122第二章42三、基本方程式的讨论3.1减小进水角获得正值扬程基本方程为第一项，说明水流垂直流入叶轮可以提高扬程3.2理论扬程与出口圆周速度有关，提高转速、增加叶轮直径均可增加扬程3.3扬程与密度无关，但消耗功率不同190u1602Dnu叶片进口处的冲角1第二章433.4用余弦定律推导扬程的另一种表达式由相对运动能量方程，可得右式前两项为势扬程：第一项是离心力对单位重量液体所作之功，使经过叶轮的液体压能增加第二项表示由于相对速度下降水流压能的增加第三项为动扬程gCCgwwguuHT222212222212122第二章44理论分析理论分析（P18图2-19公式2-15）理论扬程基本方程=909090°（—后弯式叶片理论扬程最小）221uTCugH)(122222ctgCuugHrT=222guHT22guHT22guHT22第二章45后弯式叶片示意图2--16离心泵叶片形状W1u1C1α2C2C2rW2β2u2cbC1W1W1C1u1W2β2α2u2C2β2u1C2W2α2u2c为前弯式β290(b)为径向式（β2=90）(a)为后弯式（β290）（a）第二章46前弯、后弯、径向叶片特点——叶片进水角——叶片出水角=90°——径向式叶片90°——叶片背面向叶片工作面呈前弯式90°——叶片工作面向叶片背面呈后弯式前弯式叶片的缺点：流道短、弯度大，水力损失大；后弯式叶片的优点（P17、18）：流道平缓、长