水泵及水泵站(刘超主编)复习资料

水泵及水泵站绪论1、水泵（WaterPump）：又称抽水机，是把动力机的能量传送给水，达到提水和增大水压力的机械。即是一种转换、传送能量的机械。2、水泵站：为了安装水泵机组包括其辅助设备等，必须建设的必要建筑物。3、简述水泵在国民经济中的作用：（1）用于农业灌溉和排水，为农业生产和减灾防灾服务；（2）为工业企业生产、城镇建设、防洪减灾以及水环境工程服务；（3）洪涝、雨水、污废水的排放；（4）跨区域调水工程。4、水泵及水泵站在国内外的应用情况：（1）国内的：广泛应用于农业、工业、城镇建设、水电发展以及调水工程等；（2）国外的：多应用于提水排灌工程、渠道工程、水泵站工程以及调水工程等。注：中国有名的调水工程：引滦济津工程、山东引黄济青工程、南水北调工程。第一章泵的基础知识1、水泵的分类（按照被抽液体所增加能量性质的不同）：（1）叶片泵：是通过水泵叶轮的旋转把机械能转化为所输送的液体的能量；常见的有：离心泵、混流泵、轴流泵（2）容积泵：是依靠周期性改变密闭工作室的容积来传递能量；常见的有：往复泵、回转泵（3）其他类型泵：一般是指利用液体的能量转化为被输送的液体的能量；常见的有：水锤泵、射流泵、水轮泵。2、离心泵：依靠叶轮旋转时产生的离心惯性作用工作的，特点是扬程高、流量小，采用轴向进水，径向出水的形式。多用于农田灌排工程。注：分类：单级单吸离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵。3、轴流泵：特点是扬程低、流量大，采用轴向进水、轴向出水的形式。注：分类：（1）按安装方式：立式、卧式、斜式；（2）按叶片的安装角度能否调节：不可调节式、半调节式、全调节式。4、混流泵：特点是扬程比轴流泵大、流量比离心泵大，采用径向进水、斜向出水的形式。注：分类：按出水室的不同：（1）蜗壳式：多用于离心泵和低比转速的混流泵；（2）导叶式：多用于轴流泵和高比转速的混流泵。5、离心泵的叶轮分为：封闭式（抽清水）、半封闭式（抽污水）、开敞式（抽污水）。6、水泵的主要零部件：（1）泵轴：把动力机的功率传递给叶轮的零件；（2）叶轮：又称转轮，是直接与水接触、完成机械能传递给水并使水能量增加的零件；（3）密封环：又称减漏环，是防止经叶轮流出的高压水倒流回到泵进口；（4）轴封装置：连接泵轴与泵体，是防止运转时泵内高压水流泄出泵外，而起动时，则防止外界的空气进入泵体。常见的有：填料密封函、机械密封。注：填料通常装4-6圈，每圈填料的切口应与泵轴成30°；相邻填料的切口应错开安装，一般要相差120°。（5）轴承：用以支承泵轴的零件；离心泵多用滚（滑）动轴承、轴流泵多用橡胶轴承；（6）泵壳：又称压水室，用以安装叶轮。离心泵和混流泵（低）采用蜗壳式、轴流泵和混流泵（高）采用导叶式。7、水泵机组：水泵+动力机+传动机构；水泵装置：水泵+进水管（流）道+出水管（流）道；抽水装置：水泵+动力机+传动机构+管（流）道+各种附件。8、离心泵装置的抽水过程：通过充水或抽真空，使水从进水池通过进水管到水泵内→水泵是装置的核心，动力机通过传动机构，驱动水泵运行→水流从水泵进入出水管→通过出水管汇集到出水池。9、叶片泵性能的工作参数：（1）流量Q：单位时间内抽送液体的体积，m3/s;（2）扬程H：能量概念，单位重量的液体流过水泵后能量的增量，m；（3）功率N：①输入功率Na：轴功率，动力机传递给泵轴的功率，kW；②输出功率Ne：有效功率，水泵传递给液体的功率，kW；注：泵内损失功率：输入功率与输出功率之差，分为3类：①机械损失功率、②容积损失功率、③水力损失功率。（4）效率η：水泵有效功率与轴功率的比值；分为3类：①机械效率ηm、②容积效率ηv、③水力效率ηh。注：水泵效率等于机械效率、容积效率、水力效率的乘积。（5）转速n：水泵转子或叶轮每分钟旋转的转数，r/min；（6）汽蚀余量Δh、吸上真空高度Hs。10、吸水扬程Hx：水泵把水抽吸上来的高度，包括水力损失hx；压水扬程Hy：水泵把水压送出去的高度，包括水力损失hy；装置扬程Hst：又称净扬程或实际扬程，出水池与进水池水位间的高差;损失扬程hl：克服泵以外的进水部分和出水部分的摩擦阻力等消耗的能量。注：扬程H=Hx+Hy=Hst+hl第二章叶片泵的基本理论1、泵内流动：水流在水泵叶轮内的流动是复杂的，从叶轮进口流向叶轮出口的运动是一个复合运动，即沿着叶片的相对运动和随着叶轮旋转的圆周运动的复合运动。2、叶片泵叶槽内水流质点的三种运动：（1）相对运动ω：水流以某速度沿叶片流动，其流动的方向是在该点与叶片的骨线相切；（2）牵连运动u：又称圆周运动，水流随叶轮一起旋转，其方向是该点圆周的切线方向；（3）绝对速度v：水流质点相对于不动的泵壳的运动，即相对运动和牵连速度的合成。注：①绝对液角α：绝对速度与圆周速度的夹角；②相对液角β：相对速度与圆周速度的夹角。3、轴面分速vm：绝对速度在该质点的轴面内的投影。注：（1）轴面：泵轴线与所研究的质点所确定的平面；（2）圆周分速vu和轴面分速vm是绝对速度v分解的两个相互垂直的分速度；（3）在离心泵中，若不计轴向速度，vm就是绝对速度的径向分速度；（4）在轴流泵中，若不计径向速度，vm就是绝对速度的轴向分速度。3、叶片泵的基本方程式：注：（1）基本方程式反映了叶轮对液体所做的功与液体运动的关系；（2）表明叶轮在动力机驱动下穿给单位液体的能量，即产生的扬程，其大小与叶轮旋转速度和叶轮出口速度的圆周分速成比例。4、水泵基本方程的假设：（1）泵内水流运动恒定，水泵进出口水流流态均匀；（2）叶轮具有无限多、无限薄的叶片，水流完全沿着叶片流动；（3）水体在液槽间的流动呈轴对称，叶轮与半径处水流的同名速度液角相等，即速度三角形相同；（4）水流为无粘性理想液体，在液槽中运动时没有损失，且密度不变。5、水泵基本方程的常用结论：（1）水泵基本方程式只与叶轮进、出口的动量矩有关，与叶片的形状无关；（2）水泵基本方程式与被抽送的液体的种类无关，适合一切液体和气体；（3）水泵扬程主要取决于出口速度图，因为大多数情况下vu1=0；（4）离心泵性能随叶片的形状变化。离心泵均采用向后弯曲的叶片，出口相对液角β290°；（5）当水中漩涡与叶轮的旋转方向一致时，流量下降、扬程下降、功率下降；当水中漩涡与叶轮的旋转方向相反时，流量增加、扬程增加、功率增加。6、轴流泵叶片扭曲的原因：（1）轴流泵叶片特性是与液体流动的参数有关的；（2）轴流泵叶片的运动，是转动而不是平移，半径不同的断面，速度三角形不同；（3）而设计时要求叶片内外两个断面所产生的扬程必须相等，所以叶片的形状必须改变；（4）为此，愈靠外缘，翼型断面安放角愈小，这就决定了轴流泵叶片应具有扭曲的形状。6、水泵的相似条件：（1）几何相似：原型泵和模型泵之间对应线性尺寸的比值为一常数；（2）运动相似：原型泵和模型泵过流部分对应点液体的同名速度的比值相同，对应角相等；（3）动力相似：原型泵和模型泵过流部分对应点液体所受的同名力的比值相同。注：实际上要做到全部动力相似是困难的。所以，应找准主要的力，保证主要的、对流动起支配作用的力相似。7、水泵相似律和比例律公式（P37）注：上述推导是以效率不变的假定为前提的，故只适用于转速和线性尺寸变化不太大的情况。8、“缩尺效应”：又称“比尺影响”，是因无法做到完全的力学相似而导致的。9、水泵比转速ns：特指产生扬程为1m，有效功率为1HP（0.7355kW），流量是0.075m3/s时的水泵叶轮的转速。（公式见P38）注：（1）比转速计算结果一般不保留小数；（2）随比转速从小到大的变化，水泵类型由离心泵-混流泵-轴流泵发生有规律的变化；（3）两台水泵符合相似条件，比转速必然相等；但比转速相等，不一定符合相似条件。第三章水泵的性能1、水泵的性能：指一定转速下，水泵的流量与扬程、轴功率、效率、汽蚀余量（吸上真空高度）的关系。2、水泵性能曲线：把水泵的性能在直角坐标内用曲线的形式表达。注：（1）水泵理论性能曲线仅作为一种定性分析的结果；（2）水泵实际性能曲线一般是在实验室里或在现场测试而得的。3、离心泵性能曲线的特点：（1）实际性能曲线与理论性能曲线趋势基本上一致。其扬程-流量曲线是一条随着流量增加而先升后降的曲线；（2）功率-流量曲线是一条随着流量增加而增加的曲线。小流量时，轴功率较小。所以离心泵在启动时，可以关阀启动，平稳启动后，逐步开闸进入正常运行；（3）效率-流量曲线是一个有极大值的曲线，在某一流量下对应的效率最高，称为最高效率点。“高效区”是最高效率点下降5%-8%的两点所对应的流量点之间的范围。4、离心泵性能曲线的特点：（1）扬程-流量曲线总趋势是一条随着流量增加而减少的曲线。但在存在一个不稳定的马鞍形区域；（2）功率-流量曲线与扬程-流量曲线总趋势相似，也存在一个不稳定的马鞍形区域；（3）轴流泵在小流量时，轴功率很大，可以达额定功率的2倍左右。所以轴流泵必须开阀启动，以减小启动功率；（4）轴流泵内出现的“二次回流”现象，是由于轴流泵叶片的扭曲形状决定的。5、水泵通用性能曲线：把同一台泵不同转速或不同叶片角度时的性能曲线都画在一张图上。注：有了水泵通用性能曲线，就能方便查出该泵在不同转速（或不同安装角）、不同流量时对应的其他参数。6、水泵综合型谱图：把各种水泵通用性能曲线高效区范围内的一段均画在同一张图上。注：利用水泵综合型谱图，可以快速方便查找不同需要的泵型。7、水泵全工况（四象限）性能曲线的知识点：（1）制动工况：凡功率由动力机传给水泵，功率为正或零，而水体流过水泵后能量减少或不增加的工况；（2）凡流量与扬程的乘积为负值，则水体流过水泵后能量减少；（3）水泵全工况（四象限）性能曲线对求解水锤和飞逸转速问题非常有效。8、水泵装置性能与水泵性能差异的原因：（1）装置的管路和附件水力损失引起的；（2）进水管路对泵进口断面流速分布不均匀的不良影响导致泵性能下降及出水管路扩散损失所造成的。第四章叶片泵工况点的确定与调节1、水泵工况点：当其他条件一定时，在确定的扬程下对应的流量、功率、效率等水泵参数。2、管路水力损失hl：由于水的粘滞性及固体边壁对水流的影响，使得水流在通过管路时要消耗的能量。公式：hl=SQ2，其中S是管路阻力系数。注：该公式实际上适用于长管路、高扬程水泵装置，对低扬程水泵装置偏差较大。3、需要扬程Hr：把单位质量的水从进水池液面送到出水池液面或压力水管中心需要的能量。公式：（P54）Hr=Hst+SQ24、水泵工况点的确定：（水泵工况点一定在水泵的性能曲线上）（1）图解法：水泵性能曲线（H-Q）与需要扬程曲线（Hr-Q）的交点。该点反映了水体被提升或输送所需要的能量与泵所能提供的能量相平衡，即能量的供需平衡。（2）数解法（近似法和最小二乘法）：了解即可。5、水泵并联工作：为了适应不同时段流量的变化，安装多台水泵，合用一条出水管路。注：（1）并联工况点的确定：横加法P55；（2）选配动力机时要根据水泵单独工作时的功率选择动力机。6、水泵并联工作的特点：（1）符合经济性的要求：会减少输水管路的投资；（2）符合供水可靠性的要求：若某台泵损坏时，其他泵仍然可以工作；（3）提高泵站运行调度的灵活性。7、水泵串联工作：几台泵顺次连接，前一台泵的出水管作为后一台泵的进水管，水以同一流量依次通过各台水泵加压。工况点的确定采用“纵加法”P57.8、水泵串联运行适用场合：（1）用于一台水泵的扬程不足以供给所需要扬程的场合，如高扬程灌溉泵站；（2）在市政工程中，为了保证管网压力，同时符合经济运行，一般采用分区分压供水。9、水泵工作点调节的方法：变速调节、变径调节、变角调节。注：相关计算和内容见书P61—重点第六章水泵汽蚀及安装高程确定1、汽蚀现象：又空化、空蚀，是液体的特殊物理现象。2、水泵汽蚀现象的实质：（1）过流部位的局部区域的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，水体便在该处开始气话，产生蒸汽，形成气泡；（2）气泡随着水流向前流动，至高压区时，气泡周围的高压液体，致使气泡急骤缩小以致破裂（凝结）；（3）气泡凝结的同时，液体质点将以高速冲击空