水泵基本參數(shù)及特性曲線講解

1、1第一章 概 論水工藝泵與泵站的作用及發(fā)展2前前 言言n學(xué)時(shí)安排：水泵基礎(chǔ)理論（20）+泵站（16）n課堂任務(wù)q（1）有關(guān)基礎(chǔ)知識（包括概念、公式定律及分析思路）；q（2）介紹與專業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系較緊密的技能常識；q（3）介紹泵業(yè)發(fā)展新動向及研究前沿課題。n課后任務(wù)q自學(xué)，作業(yè)q參考課堂內(nèi)容查閱資料q課外科研3一、泵的定義一、泵的定義n定義：q將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并傳遞給被輸送介質(zhì)的動能和壓能的一種機(jī)械n背景知識：q泵是我國三大耗能機(jī)械產(chǎn)品（汽車、機(jī)床、水泵）之一，水泵效率提高1%即相當(dāng)于我國新建了一座300MW發(fā)電廠。q我國風(fēng)機(jī)、泵的總用電占全國用電量的31%，占工業(yè)用電的約50%，各工業(yè)

2、部門機(jī)泵用電量均占60%以上。q例如：電力72.43%；化肥76%；煉油58.15%；油田63.3%4二、泵的分類二、泵的分類n根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法：n介質(zhì)性質(zhì)（用途）：q清水泵、污水泵、渣漿泵、油泵n泵體結(jié)構(gòu)：q葉片泵、容積泵（往復(fù)泵或活塞泵、轉(zhuǎn)子泵）、其他類型泵（螺旋泵、氣升泵、射流泵、水錘泵）q葉片泵按輸送特性或工作原理分為：離心泵、軸流泵、混流泵q給排水、石油化工、航空航天、水利水電中最常用的泵為葉片泵q葉片泵定義：通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把機(jī)械能傳給被抽吸液體的機(jī)械。5離心泵6軸流泵7混流泵8三、作用和地位三、作用和地位n1、作用：輸送、加壓、混合q水泵及水泵站是給排水工程的主體

3、動力工程q一種醫(yī)用泵人體血液體外循環(huán)泵，即是泵與給排水工程關(guān)系的最好例子，即心臟與肌體的關(guān)系，輸送介質(zhì)即為血液。n2、泵站在給排水中的位置q給水廠：n取水泵站（取自水源）凈水處理工藝構(gòu)筑物（過濾反沖洗）送水泵站（至用戶管網(wǎng)）q污水處理廠：n污水泵站（收集污水）水處理工藝構(gòu)筑物（回流污泥泵房、排污泵）排水泵站（或自排入水體）q輸送管道工程：中途加壓泵站（給水）、提升泵站（排水）9四、泵的研究現(xiàn)狀四、泵的研究現(xiàn)狀n泵應(yīng)用研究所關(guān)心的兩大問題q工程實(shí)用性：不同類型的泵應(yīng)滿足各行各業(yè)工藝要求，且具有易維修及耐久性；q經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：泵工藝制造方面造價(jià)低，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用低。n主要研究q泵的設(shè)計(jì)理論：提高效率、汽

4、蝕防治、消除駝峰（小流量不穩(wěn)定運(yùn)行）、無過載設(shè)計(jì)等q泵的優(yōu)化運(yùn)行n研究動態(tài)q特種泵的設(shè)計(jì)q低比轉(zhuǎn)速泵、超低比轉(zhuǎn)速泵、渣漿泵（固液兩相流）、高溫高揚(yáng)程泵（鍋爐水）、低溫高壓泵（液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳）、電動潛油泵、砂泵、磁力驅(qū)動離心泵。其他特種泵如往復(fù)泵（揚(yáng)程高，流量穩(wěn)定）10四、泵站的研究現(xiàn)狀四、泵站的研究現(xiàn)狀n節(jié)能改造措施q近年來，節(jié)能改造更換耗能大的老設(shè)備；改造設(shè)備包括切割葉輪外徑、減少葉輪級數(shù)，改用高效率泵和機(jī)電；合理設(shè)計(jì)選型等，進(jìn)一步節(jié)能的潛力在于運(yùn)行中的優(yōu)化調(diào)度。n設(shè)計(jì)選型的誤區(qū)q一般沒有過多考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而按最不利工況選泵。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，各廠的原料一般達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，減量較大，處理

5、量時(shí)大時(shí)小，靠閥門調(diào)節(jié)流量能耗很大。第二章11第二章 葉 片 式 水 泵 泵的工作原理、基本構(gòu)造及主要零件第二章12第一節(jié) 離心泵的工作原理與基本構(gòu)造 n一、葉片泵發(fā)展的歷史一、葉片泵發(fā)展的歷史n二、葉片泵特點(diǎn)二、葉片泵特點(diǎn) q 依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)完成能量轉(zhuǎn)換n三、葉片泵的分類三、葉片泵的分類 根據(jù)水流通過葉輪時(shí)的受力方向：q徑向流離心泵主力為離心力q軸向流軸流泵主力為軸向升力q斜向流混流泵主力為離心力和軸向升力的合力 第二章13一、工作原理 nP4圖2-1 q轉(zhuǎn)速Hq半徑Hn質(zhì)點(diǎn)繞定位的中心軸作圓周運(yùn)動時(shí)受到離心力作用 流面流線和流面流線第二章14二、構(gòu)成 nP4圖2-2單級單吸式離心泵 ，

6、圖2-3葉輪n葉輪、泵殼、泵軸、軸承、進(jìn)水口、擴(kuò)壓室、支座、軸封n吸水管、出水管 第二章15三、工作過程 nP5圖2-3n1、離心、真空工作、連續(xù)n2、能量的轉(zhuǎn)換及損失 第二章16第二節(jié) 離心泵主要零件 n根據(jù)工作原理理解主要部件的結(jié)構(gòu)及其作用nP5圖2-4 重點(diǎn)五大部件，結(jié)合認(rèn)識實(shí)習(xí)進(jìn)一步建立感性認(rèn)識n依次為：q葉輪、泵殼、泵軸、填料函、檢漏環(huán)、軸承、泵座、聯(lián)軸器 第二章17一、葉輪n1、作用：通過其旋轉(zhuǎn)時(shí)介質(zhì)流體獲得離心力 n2、形狀、型式 q根據(jù)吸水方式分為:單吸式、雙吸式（P5圖2-3、P6圖2-5） q根據(jù)蓋板數(shù)分為:封閉式、敞開式、半開式（P6圖2-6） q其形狀（前彎式、后彎式、

7、徑向式、空間式葉片等）通過水力計(jì)算決定 n3、材料:鑄鐵、鑄鋼、青銅及其它新型材料（特點(diǎn)：耐磨、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度） 第二章18 圖2-1 葉輪投影圖 a) 軸面投影 b) 平面投影D1、D2-葉輪的進(jìn)出口直徑 b1、b2-葉輪的葉片進(jìn)出度 1、2-葉輪的葉片進(jìn)出口安放角 D0-葉輪進(jìn)口直徑b1D0a)b)D2D1b212第二章19二、泵殼 n1、作用:q水流通道、導(dǎo)流，其漸擴(kuò)面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小速度梯度，保證良好的水力條件 n2、形狀:蝸殼形、螺旋形q特點(diǎn)：漸擴(kuò)斷面時(shí)流速保 持常數(shù)，出口擴(kuò)散管使流速降低增加壓能以減小水力損失n3、材料:q鑄鐵、青銅（特點(diǎn)：耐壓、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊） n4、其他

8、:q充水、放氣孔真空、壓力表測壓螺孔 第二章20三、泵軸n作用:q葉輪的旋轉(zhuǎn)中心，其轉(zhuǎn)速不能與共振的臨界轉(zhuǎn)速相當(dāng)或成倍數(shù)以防止共振 n材料:q碳素鋼、不銹鋼(特點(diǎn)：抗扭強(qiáng)度、剛度、撓度)第二章21四、填料函n作用: 軸封裝置，泵軸穿出泵殼時(shí)，軸與泵殼之間的縫隙 n組成: q填料又叫盤根（阻水、阻氣）；壓蓋（壓緊填料）；q水封環(huán)、水封管（水封水有水封管流入軸與填料的間隙，起冷卻與潤滑的作用） 第二章22五、減漏環(huán)n作用:q減少葉輪入口的外圓與泵殼內(nèi)壁接縫處高低壓的交界面的泵殼內(nèi)高壓水向吸水口回流、承磨（承磨環(huán)）n形式:單環(huán)型、雙環(huán)型、雙環(huán)迷宮型 n材料: 第二章23其它零件n六、軸承座六、軸承座

9、q作用：支承 q分類構(gòu)造特性：滾動、滑動荷載大?。簼L柱、滾珠荷載特性：徑向、止推q2.冷卻：空冷、水冷 n七、泵座七、泵座q作用：將泵體與底板或基礎(chǔ)相固定第二章24其它零件 n八、聯(lián)軸器八、聯(lián)軸器q作用： (P10圖2-14) 連接泵軸與電機(jī)軸、傳遞電機(jī)出力 n九、軸向力平衡措施九、軸向力平衡措施q(P10圖2-15、16) 單吸離心泵，由于葉輪在軸向上缺乏對稱性，工作是 前后兩側(cè)水壓力不同，產(chǎn)生軸向推力習(xí)題：n1、理解離心泵的工作原理及工作過程n2、離心泵主要部件及作用第二章25參觀模型室 參觀內(nèi)容：n 1.泵的型式 q(1)離心泵葉片、軸流泵葉片、混流泵葉片q(2)雙吸離心泵、單吸離心泵

10、q(3)單級離心泵、多級離心泵n 2.泵體構(gòu)造 q葉片（葉輪）、泵殼、泵軸、填料函、檢漏環(huán)、軸承、泵座、聯(lián)軸器 n 3.水環(huán)真空泵 n4.射流泵n5.軸流泵裝置模型 n6.離心泵裝置 n7.離心泵的起動過程（抽真空啟動、閘閥的操作）n8.離心泵主要性能參數(shù)的測量與計(jì)算第二章26復(fù)習(xí)n葉片泵工作原理n離心泵泵體結(jié)構(gòu)及基本零件q葉輪(葉片、流道)、泵殼、泵軸、軸承、填料盒（填料、水封管、水封水）、減漏環(huán)、連軸器、軸向力平衡措施、泵座第二章27 (掌握定義、單位、符號及參數(shù)間的影響關(guān)系 )n流量單位時(shí)間內(nèi)通過水泵出口的液體數(shù)量 Q（ ）（ ）揚(yáng)程單位重量液體從泵進(jìn)口到出口所增加能量 H（ ） 軸功率

11、水泵從動力機(jī)實(shí)際獲得的功率 （泵軸傳遞的功率）N（kW） q有效功率軸功率扣除泵軸承摩擦及泵內(nèi)水力損失、容積損失、機(jī)械損失等造成的功率損失后水泵的輸出功率 (Nu=rQH)sm /3sl/kg m kgm第二章28n效率水泵有效功率與水泵軸功率之比 n轉(zhuǎn)速水泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)速 rpm 注意：水泵的各項(xiàng)性能參數(shù)與葉輪轉(zhuǎn)速有關(guān) NNu)(75)(102馬力QHkwQHNmin)/(rn第二章29n允許吸上真空高度 q水泵在給定的條件下保證不產(chǎn)生氣蝕的最大吸上真空高度（單位：m）n汽蝕余量（NPSH）q為不發(fā)生汽蝕，在水泵進(jìn)口單位重量的水所具有的能量減去水的飽和氣化壓頭后所剩余的值(單位：m)注意：

12、q滿足水泵的吸水條件是保證水泵正常運(yùn)行的必要條件 q兩個(gè)概念從不同側(cè)面反映水泵吸水性能的好壞sH第二章30本章需要了解： n泵理論描述水泵基本性能參數(shù)間的關(guān)系q（揚(yáng)程、功率、效率、汽蝕性能曲線、相對性能曲線等）n泵的應(yīng)用水泵樣本提供水泵銘牌、性能曲線、泵的構(gòu)造、尺寸及安裝圖等 n泵的銘牌提供q泵型號、設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的揚(yáng)程、流量、允許吸上真空高度（極限值）、轉(zhuǎn)數(shù)、效率、軸功率、重量等 第二章31 n一、葉輪中液體的流動分析 液體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入葉輪后做復(fù)合圓周運(yùn)動 第二章32葉輪中液體的流動分析n1、兩個(gè)坐標(biāo)系 （1）動坐標(biāo)系：旋轉(zhuǎn)的葉輪 （2）靜坐標(biāo)系：固定不動的泵殼或泵座 n2、相對運(yùn)動、牽連運(yùn)動實(shí)際運(yùn)

13、動 相對速度水流在液槽中以速度沿葉片而流動 牽連速度水流隨葉輪以u一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 絕對速度水流對固定坐標(biāo)而言的絕對速度 uwC第二章33流動分解示意圖a)c)b)wvu 液體運(yùn)動的軌跡 a) 牽連運(yùn)動 b) 相對運(yùn)動 c) 絕對運(yùn)動第二章34葉片內(nèi)流場速度矢量的分析n3、速度角 絕對速度與圓周速度的夾角 相對速度與圓周運(yùn)動的反向延長線夾角 n4、速度三角形 推導(dǎo)基本方程式涉及進(jìn)出、口速度三角形分別以下標(biāo)“1”、“2”表示各項(xiàng)速度及角度 n5、討論葉片形狀后彎式葉片 uCuw第二章35進(jìn)、出口速度三角形 1u 1C 1速度三角形1w 1 2C2 2w 2u 2Cm2Cu2第二章36后彎式葉片示意

14、圖2-16 離心泵葉片形狀W1u1C12C2C2rW22u2cbC1W1W1C1u1W222u2C22u1C2W22u2c 為前彎式 290(b)為徑向式（2=90）(a)為后彎式（290 n 90(b)為徑向式（2=90）(a)為后彎式（290葉片背面向葉片工作面呈前彎式q 90葉片工作面向葉片背面呈后彎式前彎式葉片的缺點(diǎn)：流道短、彎度大，水力損失大； 后彎式葉片的優(yōu)點(diǎn)（P17、18）：流道平緩、長、彎度小，液槽水損小 （流速梯度變化?。?一般為20至30。 122222第二章47出口葉片角對性能的影響 2對特性的影響a) 290NHQcaQ NQ-HTb第二章48四、基本方程的修正n4.1

15、 三點(diǎn)假定中恒定流的假定基本滿足 q泵在啟動與停機(jī)時(shí)，泵與系統(tǒng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)工作，特別是碰上突發(fā)事故時(shí)（如斷電和停電等）尤為如此，此外，近年來處于環(huán)保與節(jié)能考慮，人們利用風(fēng)能和太陽能泵系統(tǒng)直接進(jìn)行供水、灌溉、排澇等工作。由于風(fēng)能與太陽能的隨機(jī)特性，這種形式的泵系統(tǒng)實(shí)際上是在變速下工作。q我們采用離心泵穩(wěn)定工作特性曲線來估算非穩(wěn)定工作特性，在頻率較低、工作參數(shù)變化較小的情況下，還是可取的。第二章 第四節(jié)49四、基本方程的修正 n4.2 對一維流動假定的修正 P16 圖2-19 q葉柵的實(shí)際情況不能滿足一維流假定液槽中實(shí)際流速分布不均勻 .( 有限的葉柵使流線向逆時(shí)針方向偏離)有限數(shù)葉片出口速度三

16、角形與無窮葉片出口三角形的對比第二章504.2 對一維流假定的修正n反旋問題:q葉輪轉(zhuǎn)動時(shí)在葉輪出口附近,液流的慣性使葉片迎水面（壓力面、工作面）流速降低、壓力提高，葉片背水面（吸力面）流速提高、壓力降低，由此產(chǎn)生了反旋現(xiàn)象。反旋線相對流速分布的影響yxyx葉輪流道內(nèi)壓力的變化第二章514.2 對一維流動假定的修正q由于液流的慣性使葉片迎水面（工作面）流速提高、壓力降低，葉片背水面（壓力面）流速降低、壓力提高，由此產(chǎn)生了反旋現(xiàn)象。（尾流-射流結(jié)構(gòu)），反旋使揚(yáng)程降低，引入修正系數(shù)P )1/(PHHTT第二章 第四節(jié)524.3 對理想流體的修正n引入水力效率進(jìn)行修正 n泵殼內(nèi)的水力損耗包括葉輪進(jìn)出

17、口的沖擊、葉槽中的紊動、轉(zhuǎn)彎和摩阻損失。實(shí)際揚(yáng)程表達(dá)式： （2-22）PHHTh1第二章53小結(jié)n葉片泵的基本性能參數(shù)(6個(gè))q流量、揚(yáng)程、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、允許吸上真空高度（汽蝕余量）q水泵銘牌參數(shù)n基本方程推導(dǎo)q進(jìn)、出口速度三角形、動量矩方程、功率表達(dá)式n基本方程分析q幾個(gè)重要的角度：1（進(jìn)口沖角）、2（葉片安放角）、1（b2b2b)QHb2b2b2 D2和b2對特性的影響a) D2對性能影響 b) b2對性能影響D2D2D2Qa)HD2D2D2C 1w1 1速度三角形1 2 2u 1C 2C2uC2mw1u 2理論特性曲線 試驗(yàn)特性曲線n2.2 對理論揚(yáng)程的修正 (1)對一維流假定的修

18、正：反旋引起揚(yáng)程下降 曲線1 (2)對理想流體假定的修正： 泵內(nèi)摩阻損失 曲線2，沖擊損失 曲線3 (3)對泄漏與回流的修正：容積損失 曲線4 (4)對機(jī)械磨損的修正：機(jī)械損失對揚(yáng)程無影響，對功率有影響 （軸承、填料軸封、圓盤摩擦損失） qQQT離心泵的理論特性曲線QT-HTB290B2=90B21.2m/s 當(dāng)v1.2m/s 2SQh 3 . 5001735. 0jidlSjjjilQddlS3 . 023 . 5)/681. 01 (00148. 01.2 管路系統(tǒng)特性曲線及方程表達(dá)式 nP35圖2-29 n物理意義：曲線上任一點(diǎn)K的縱坐標(biāo)H表示水泵輸送流量Q所需提供的靜揚(yáng)程，以及為此而消

19、耗于管路中的水力損失 ，即 fsthHHfhHQQkHsthkQ-hK0二、圖解法求水箱出流工況點(diǎn) nP36圖2-30 n2.1 直接法(a)：能量線與管路系統(tǒng)特性線求交點(diǎn) q物理意義：水箱所提供總比能H與管道所消耗的總比能 數(shù)量相等 n2.2 折引法(b)：從能量線上扣除管路阻力特性曲線后與橫軸求交 q物理意義： 水箱所提供的比能H全部消耗于連接管路的摩阻 上 fhfh 直接法 折引法HQkH=Hk=hkH0QkQ kHH0Q kH=Hk=hkQ h(Q h)IKK QQ h水 箱 出 流 工 況 圖(a)(b) 三、圖解法求離心泵裝置的工況點(diǎn) n3.1 工況點(diǎn)求解步驟 P37 圖2-31（

20、直接法） 圖2-32（折引法） n直接法步驟：繪制水泵特性曲線（樣本提供）；公式計(jì)算管路阻力特性曲線；結(jié)合進(jìn)出水池水位差（凈揚(yáng)程）繪出管路系統(tǒng)特性線；交點(diǎn)M為水泵裝置工況平衡點(diǎn) 直接法求解步驟HQ0MHSTQMHST直 接 法 求 工 況n繪制水泵特性曲線（樣本提供）；公式計(jì)算管路阻力特性曲線；結(jié)合進(jìn)出水池水位差（凈揚(yáng)程）繪出管路系統(tǒng)特性線；交點(diǎn)M為水泵裝置工況平衡點(diǎn)折引法求解步驟HQHSTHMQMhQH(QH)MM1圖237 折引法求工況0n繪制水泵特性曲線（樣本提供）；公式計(jì)算管路阻力特性曲線；從泵特性曲線上扣除管路特性線所對應(yīng)的阻力損失，靜揚(yáng)程對應(yīng)的高度所求交點(diǎn)，在加上扣除的損失，即為對應(yīng)的泵流量和揚(yáng)程。3.2 動態(tài)平衡分析 nP32圖2-36n小于工況點(diǎn)流量點(diǎn)K：泵提供比能大于管路所需能耗，多余能量使流量增加，工況點(diǎn)右移直至M n大于工況點(diǎn)流量點(diǎn)D：泵提供比能小于管路所需能耗，不足能量（抽力不夠）使流量減少，工況點(diǎn)左移直至M 0HSTHQMHSTMQKD3.3 極限工況點(diǎn) n定義：管道上所有閘閥全開時(shí)水泵的工況點(diǎn)。n注意：管路特性線隨閘閥開度不止一條 n討論觀點(diǎn)：q管路特性曲線是不同閥門開度對應(yīng)管路曲