第二章葉片式水泵(一)

第二章葉片式水泵2.1離心泵的工作原理與基本構(gòu)造2.2離心泵的主要零件2.3葉片泵的基本性能參數(shù)2.4離心泵的基本方程式2.5離心泵裝置的總揚(yáng)程2.6離心泵的特性曲線2.1離心泵的工作原理與基本構(gòu)造2.1.13個例子⑴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。⑵敞口圓筒繞中心軸作等角速度旋轉(zhuǎn)時圓筒內(nèi)的水面呈拋物線上升的旋轉(zhuǎn)凹面，圓筒半徑越大，轉(zhuǎn)得越快時，液體沿圓筒壁上升的高度越大。旋轉(zhuǎn)圓筒中的水流運(yùn)動⑶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。2.1.2工作原理離心泵基本構(gòu)造及工作原理單級單吸臥式離心泵1-葉輪；2-泵軸；3-鍵；4-泵殼；5-泵座；6-灌水孔；7-放水孔，8-接真空表孔，9-接壓力表孔，10-泄水孔，11-填料盒；12-減漏環(huán)；13-軸承座；14-壓蓋調(diào)節(jié)螺栓；15-傳動輪2.2離心泵的主要零件單級單吸臥式離心泵單級單吸臥式離心泵1.葉輪葉輪：單吸式、雙吸式l前蓋板；2后蓋板；3葉片；4葉槽；5吸水口；6輪轂；7泵軸

1吸入口；2輪蓋；3葉片4輪轂；5軸孔葉輪車材料主要選用鑄鐵、鑄鋼、青銅等2.泵軸

3.泵殼4.泵座鑄鐵水泵配件、泵軸泵鍵5.軸封裝置：泵軸與泵殼間⑴填料密封壓蓋填料型填料盒1軸封套；2填料；3水封管；4水封環(huán)；5壓蓋(2)機(jī)械密封DY101型系列機(jī)械密封112型系列機(jī)械密封6、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

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)7、軸承座

ZHZ滑動軸承滾動軸承8、聯(lián)軸器

ZML膜片及連軸器9、軸向力平衡措施

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)10.IS型單級單吸離心泵主要零件11.單級雙吸式離心泵主要零件單級雙吸式離心泵圖1—吸入口；2—半螺旋形吸入室；3—蝸形壓出室；4—出水口；5—泵蓋6—泵體2.3葉片泵的基本性能參數(shù)水泵的6個性能參數(shù)：1.流量(抽水量)——水泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量。用字母Q表示，常用的體積流量單位是m3／h或L／s。常用的重量流量單位是t／h。2.揚(yáng)程(總揚(yáng)程)——水泵對單位重量(1kg)液體所作功，也即單位重量液體通過水泵后其能量的增值。用字母H表示，其單位為kg·m／kg，也可折算成被送液體的液柱高度(m)；工程中用國際壓力單位帕斯卡(Pa)表示。一個工程大氣壓＝1公斤/厘米2＝98千帕(kPa)≈0.1兆帕(MPa)3.軸功率——泵軸得自原動機(jī)所傳遞來的功率稱為軸功率，以N表示。原動機(jī)為電力拖動時，軸功率單位以kW表示。有效功率——單位時間內(nèi)流過水泵的液體從水泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母表示泵的有效功率為：4.效率——水泵的有效功率與軸功率之比值，以η表示。5.轉(zhuǎn)速——水泵葉輪的轉(zhuǎn)動速度，通常以每分鐘轉(zhuǎn)動的次數(shù)來表示，以字母n表示常用單位為r／min。6.允許吸上真空高度(Hs)及氣蝕余量(Hsv)允許吸上真空高度(Hs)——指水泵在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(即水溫為20℃、表面壓力為一個標(biāo)推大氣壓)運(yùn)轉(zhuǎn)時，水泵所允許的最大的吸上真空高度(即水泵吸入口的最大真空度)。單位為mH20。水泵廠一般常用Hs來反映離心泵的吸水性能。氣蝕余量(Hsv)——指水泵進(jìn)口處，單位重量液體所具有超過飽和蒸氣壓力的富裕能量。水泵廠一般常用氣蝕余量來反映軸流泵、鍋爐給水泵等的吸水性能。單位為mH20。氣蝕余量在水泵樣本中也有以Δh來表示的。水泵種類型號舉例型號說明備注離心泵單級單吸離心泵IS100-65-200IS——單級單吸離心泵100——吸入口直徑，mm65——排出口直徑，mm200——葉輪直徑，mmIS：國際標(biāo)準(zhǔn)單級雙吸離心泵S500-59AS——單級雙吸離心泵500——吸入口直徑，mm59——水泵揚(yáng)程A——第一次切削20Sh-6A20——吸入口直徑，inSh——單級雙吸離心泵6——比轉(zhuǎn)速的1／10β2C2rC2u2C2uW22.4離心泵的基本方程式2.4.1葉輪中液體的流動情況⑴相對速度W；圓周速度(牽連速度)u；絕對速度C⑵C與u的夾角α；C與W的夾角β（出水角）α2（a）后彎式(β２＜90°)（b）徑向式(β２

＝

90°)（c）前彎式

(β２＞

90°)離心泵葉片形狀實(shí)際工程中得離心泵葉輪大部分事后彎式葉片，出水角采用20～30度之間。葉輪出口速度三角形C2W2C2rU2C2Uα2β22.4.2基本方程式的推導(dǎo)1.三點(diǎn)假設(shè)：⑴液流是恒定流；⑵葉槽中，液流均勻一致，葉輪同半徑處液流同名速度相等。⑶液流為理想液體，也即無粘滯性。根據(jù)動量矩定理，恒定元流的動量方程對某固定點(diǎn)取矩，可得到恒定元流的動量矩方程：動量矩定理：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(diǎn)的外力矩之和。bacdfegh取進(jìn)出口輪緣為控制面。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；2.作用葉輪進(jìn)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。bacdfegh2.葉輪對流體所作功率3.理論揚(yáng)程bacdfegh⑵

則增加轉(zhuǎn)速(n)和加大輪徑(D2)，可以提高水泵之揚(yáng)程。2.4.3基本方程式的討論⑴為了提高水泵的揚(yáng)程和改善吸水性能，取α１＝90°，即Ｃ１u=0。則：⑶離心泵的理論揚(yáng)程與液體的容重?zé)o關(guān)但當(dāng)輸送不同容重液體時，水泵所消耗的功率將是不同的。⑷水泵的揚(yáng)程由兩部分組成，一部分為勢揚(yáng)程(H1)，另一部分為動揚(yáng)程(H2)，它在流出葉輪時，以比動能的形式出現(xiàn)。2.4.4基本方程式的修正假定1：水泵穩(wěn)定運(yùn)行，外界條件不變化時基本滿足。假定2：由于慣性，葉槽中存在“反旋現(xiàn)象”。假定3：由于液體有粘性，所以一定存在水力損耗。ηh——水力效率;p——修正系數(shù)。2.5.1離心泵裝置水泵配上管路及一切附件后的“系統(tǒng)”稱為裝置。2.5.2水泵的總揚(yáng)程基本計算方法：⑴進(jìn)出口壓力表表示（實(shí)際泵站讀取揚(yáng)程）⑵用提升液體高度和水頭損失表示（設(shè)計）§2.5離心泵裝置的總揚(yáng)程2.5.2

水泵裝置的工作揚(yáng)程⑴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）（2）公式推導(dǎo):2.5.3水泵裝置的設(shè)計揚(yáng)程⑴基本計算公式:HST——水泵的靜揚(yáng)程（mH2O）Σh——水泵裝置管路中水頭損失之總和（mH2O）⑵公式推導(dǎo):列0－0和1－1斷面動量方程同理列2－2和3－3斷面動量方程可得⑶思考：對于公式有沒有簡便的方法進(jìn)行推導(dǎo)？若V3≠0時公式應(yīng)該是什么形式？注：本節(jié)中所介紹的求水泵揚(yáng)程公式，對于其它各種布置形式的水泵裝置也都適用，包括自灌式?！?.6離心泵的特性曲線2.6.1離心泵的特性曲線特性曲線：在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程、功率、效率等隨流量的變化關(guān)系稱為特性曲線。它反映泵的基本性能的變化規(guī)律，可做為選泵和用泵的依據(jù)。各種型號離心泵的特性曲線不同，但都有共同的變化趨勢。離心泵的特性曲線是根據(jù)給定的n值，按η最高的要求來進(jìn)行設(shè)計的。2.6.2理論特性曲線的定性分析QT——泵理論流量(m3／s)。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(m／s)。C2W2C2rU2C2Uα2β21.β２＜90°(1)直線QT-HT(2)直線I（修正葉槽中液流不均勻的影響）1.β２＜90°(3)扣除水頭損失：摩阻損失、沖擊損失。①摩阻損失：②沖擊損失：1.β２＜90°(4)扣除容積損失(Q-H線)水泵工作過程中存在泄露和回流現(xiàn)象，泵的出水流量總是比通過葉輪的流量小，它也是能量損失的一種，我們稱其為容積損失。⑴水力效率ηh：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。⑵容積效率ηv：在水泵工作過程中存在泄漏和回流問題，即存在容積損失。⑶機(jī)械效率ηm：機(jī)械性的摩擦損失總效率ηh稱為水功率3.結(jié)論：目前離心泵的葉輪幾乎一律采用后彎式葉片(β２＝20°～30°左右)。這種形式葉片的特點(diǎn)是隨揚(yáng)程增大，水泵的流量減小，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(jī)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。2.(β２≤90°)從上式可看出，水泵的揚(yáng)程將隨流量的增大而增大（或不變），并且，它的軸功率也將隨之增大。對于這樣的離心泵，如使用于城市給水管網(wǎng)中，將發(fā)現(xiàn)它對電動機(jī)的工作是不利的。2.6.2實(shí)測特性曲線的討論14SA－10型離心泵的特性曲線高效段供給⑴揚(yáng)程H是隨流量Q的增大而下降，它將有利于泵站中電動機(jī)的選擇和與管網(wǎng)聯(lián)合工作時工況的自動調(diào)節(jié)。⑵水泵的高效段：在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵存在一最高效率點(diǎn)，稱為設(shè)計點(diǎn)。該水泵設(shè)計點(diǎn)左右的一定范圍內(nèi)(一般不低于最高效率點(diǎn)的10％左右)都是屬于效率較高的區(qū)段，在水泵樣本中，用兩條波形線“”標(biāo)出。⑶軸功率隨流量增大而增大，流量為零時軸功率最小。這符合電動機(jī)輕載啟動的要求，所以離心泵在啟動時都采用“閉閘啟動”，即啟動前先關(guān)閉閘閥，待水泵壓力表達(dá)到空轉(zhuǎn)揚(yáng)程時逐漸大卡閘閥，使泵正常運(yùn)行。⑷在Q—N曲線上各