離心式水泵的工作理論演示文稿

離心式水泵的工作理論演示文稿當前1頁，總共57頁。（優(yōu)選）離心式水泵的工作理論當前2頁，總共57頁。二、排水設備的組成及其作用排水設備一般由水泵、電動機、吸水管、排水管、管路附件及儀表等組成當前3頁，總共57頁。三、對排水設備的要求排水設備是煤礦大型固定設備之一。一般煤礦每開采1t煤，要排出2～7t的礦水，有些煤礦甚至多達30～40t的礦水。排水設備的電動機功率，小的幾千瓦或幾十千瓦，大的幾百千瓦或上千千瓦。為確保礦井安全生產(chǎn)，排水設備安全、可靠、經(jīng)濟、合理地運行具有十分重要的意義。排水設備的選用及其布置方式必須符合《煤礦安全規(guī)程》等相關的技術規(guī)定和要求。當前4頁，總共57頁。四、離心式水泵的組成及工作原理1、組成：離心式水泵主要由葉輪、葉片、外殼、泵軸和軸承等組成。2、離心式水泵的工作原理當前5頁，總共57頁。五、離心式水泵的分類1.按葉輪數(shù)目分1)單級水泵泵軸上僅裝有-個葉輪2)多級水泵泵軸上裝有幾個葉輪2.按水泵吸水方式分1)單吸水泵葉輪上僅有-個進水口2)雙吸水泵葉輪兩側各有-個進水口3.按泵殼的結構分1)螺殼式水泵2)分段式水泵垂直泵軸心線的平面上有泵殼接縫3)中開式水泵在通過泵軸心線的水平面上有泵殼接縫4.按泵軸的位置分1)臥式水泵泵軸呈水平位置2)立式水泵泵軸呈垂直位置5.按比轉數(shù)分1)低比轉數(shù)水泵比轉數(shù)nS=4O～802)中比轉數(shù)水泵比轉數(shù)nS=8O～1503)高比轉數(shù)水泵比轉數(shù)nS=150～300當前6頁，總共57頁。六離心式水泵的工作參數(shù)1、流量水泵在單位時間內(nèi)所排出水的體積，稱為水泵的流量，用符號Q表示，單位m3/s,m3/h。2、揚程單位重量的水通過水泵后所獲得的能量，稱為水泵的揚程，用符號H表示，單位為m。1）.吸水揚程(吸水高度)泵軸線到吸水井水面之間的垂直高度，稱為吸水揚程，用符號HX表示，單位為m。2）排水揚程（排水高度）泵軸線到排水管出口處之間的垂直高度，稱為排水揚程。3）實際揚程（測地高度）從吸水井水面到排水管出口中心線間的垂直高度，稱為實際揚程。4)總揚程總揚程H為實際揚程、損失揚程和在水在管路中以速度v流動時所需的（速度水頭）揚程之和，稱為水泵的總揚程當前7頁，總共57頁。3、功率水泵在單位時間內(nèi)所做的功的大小叫做水泵的功率。1）水泵的軸功率電動機傳給水泵軸的功率，即水泵的軸功率（輸入功率）2）水泵的有效功率

水泵實際傳遞給水的功率，即水泵的有效功率（輸出功率）用符號表示。當前8頁，總共57頁。4、效率：水泵的有效功率與軸功率之比，叫做水泵的效率，用符號表示。

5、轉速水泵軸每分鐘的轉速，叫做水泵的轉速。當前9頁，總共57頁。6、允許吸上真空度或汽蝕余量在保證水泵不發(fā)生汽蝕的情況下，水泵吸水口處所允許的真空度，叫做水泵的允許吸上真空度。用符號Hs表示。水泵吸水口處單位重量的水超出水的汽化壓力的富余能量，叫做水泵的汽蝕余量。當前10頁，總共57頁。第二節(jié)離心式水泵的工作理論及特性曲線一、離心式水泵理論壓頭及特征曲線

1.水在葉輪中的運動分析2.離心式水泵的理論壓頭方程式由于水流經(jīng)葉輪時情況非常復雜，為了便于分析，先作如下假設：1)水在葉輪內(nèi)的流動為穩(wěn)定流動，即速度圖不隨時間變化；2)水是不可壓縮的，即密度ρ為一常數(shù)；3)水泵在工作時沒有任何能量損失，即原動機傳遞給水泵軸的功率完全用于增加流經(jīng)葉輪水的能量；4)葉輪葉片數(shù)目無限多且為無限薄。這樣水流的相對運動方向恰好與葉片相切；葉片的厚度不影響葉輪的流量；在葉輪同一半徑處的流速相等、壓力相同。在上述條件下求出的壓頭，叫做離心式水泵的理論壓頭。當前11頁，總共57頁。水泵工作時，葉輪傳遞給水的理論功率為=水泵的軸功率PZ可用葉輪入口間水流上的外力矩M和葉輪的角速度之乘積來表示，即

根據(jù)動量矩定理可知：作用在葉輪上的外力矩等于每秒鐘流經(jīng)葉輪出入口間水的動量矩的增量，即則

即為離心式水泵的理論壓頭方程式，又稱為歐拉公式。當前12頁，總共57頁。于是由此方程式可以看出：1)水從葉輪中所獲得的能量，僅與水在葉輪進口及出口處的運動速度有關，與水在流道中的流動過程無關。如果水在葉輪進口時沒有扭曲，即

=900=0，這時公式可改寫為：

2)理論揚程Hl與u2有關，而=因此，增加轉速n和加大葉輪直徑D2，可以提高水泵的理論揚程。

3)流體所獲得的理論揚程Hl與流體種類無關。對于不同流體，只要葉輪進、出口處流體的速度三角形相同，都可以得到相同的Hl。當前13頁，總共57頁。3.離心式通風機理論壓頭與理論流量的關系式，式中4.離心式水泵的理論壓頭線離心式水泵的葉輪的葉片型式有三種，即前彎式、后彎式和徑向葉片。當前14頁，總共57頁。在幾何尺寸、轉速以及流體進入葉片運動情況相同的條件下，三種葉片的工作狀態(tài)分析如下：1)理論壓頭的關系根據(jù)離心式水泵歐拉方程分析可知，前彎葉片c2u>u2,后彎葉片c2u<u2，徑向葉片c2u=u2。所以前彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最高，后彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最低，徑向葉片居中。2)葉輪流道與效率的關系就葉輪流道阻力而言，后彎葉片因流道長，斷面變化的擴散角小，流動結構變化緩慢，所以流動能量損失最小，效率最高。相反前彎葉的流道短而寬，斷面變化的擴散角大，流動結構變化劇烈，流動阻力較大，流動損失也大，效率是三種葉片中最低的；徑向葉片的葉輪效率居中。當前15頁，總共57頁。3)理論壓頭與理論流量的關系⑴前彎葉片，β2>90o，cotβ2<0,故Hl=A+BQl；理論壓頭隨理論流量增加而增大，即Hl隨著Ql的增加而增加，是一條上升的直線。⑵徑向葉片，β2＝90o

cotβ2＝０B＝０故Hl=A；理論壓頭為定值不變，即Hl不隨著Ql的增加而變化，是一條與橫坐標平行的直線。⑶后彎葉片β2<90ocotβ2>

0

B>0故Hl=A-BQl；理論壓頭與理論流量成反比，是一條下降的直線。三種不同葉型葉片工作特性分析比較結果見下表當前16頁，總共57頁。不同葉型葉片工作特性的比較比較項目葉片型式前彎徑向后彎理論總壓頭大中小靜力壓頭/總壓頭小中大葉道阻力損失大中小理論總壓頭隨理論流量變化情況升高不變降低理論功率隨理論流量變化情況急劇增大逐漸增大開始增大逐漸趨緩綜上分析，在實踐中通常使用后彎葉片葉輪，β2一般在２０o～２5o之間，葉片數(shù)一般為５～７片。當前17頁，總共57頁。二、離心式水泵的實際壓頭及特性曲線1.有限多葉片的影響式中K——環(huán)流系數(shù)，一般K=0.6～0.9。當前18頁，總共57頁。2．能量損失的影響水流經(jīng)水泵過流部件時的能量損失(水力損失)主要有下列兩種：

1)摩擦損失和擴散器損失摩擦損失為

擴散器損失為所以摩擦損失和擴散器損失為式中

——摩擦和擴散損失系數(shù)。2)沖擊損失和渦流損失沖擊損失和渦流損失hq的大小與水泵運轉時流量Q和設計流量Qe之差的平方成正比，即

當前19頁，總共57頁。3．離心式水泵實際特性曲線當前20頁，總共57頁。三、離心式水泵的效率根據(jù)能量損失的形式不同，可將離心式水泵的損失分為機械損失、容積損失和水力損失三種。1．機械損失和機械效率水泵在運轉時存在著機械損失。它包括軸與軸承和填料間的摩擦阻力損失；葉輪在泵腔內(nèi)的水中轉動時產(chǎn)生的圓盤摩擦損失；以及因級間泄漏而增加的功率損耗。機械損失的大小用機械效率來衡量。水泵的機械效率為

當前21頁，總共57頁。Hl/——葉輪葉片有限多時水泵的理論壓頭，m；Ql/————葉輪葉片有限多時水泵的理論流量，即

式中PZ——水泵軸功率，ΔPm——機械損失功率，——葉輪葉片厚度使葉輪出口斷面縮小的系數(shù)，稱為收縮系數(shù)。當前22頁，總共57頁。2．容積損失和容積效率當水流過葉輪時，由于葉輪對水做功，使水的能量(壓力能和速度能)增大。但得到能量后的水，不是全部流到排水管中，而有少量的高壓水通過動靜部件的間隙(如在葉輪入口處、平衡孔或平衡盤處以及級間隙等處)重新流回到低壓區(qū)，使水泵的實際流量小于理論流量。這種因間隙泄漏而造成的能量損失叫做容積損失。容積損失的大小用容積效率來衡量。水泵的容積效率為式中Q、ΔQ——實際流量與泄漏流量，m3/s。當前23頁，總共57頁。3．水力損失和水力效率水流過水泵的進口、葉輪、導向器、機殼等過流部件時，因摩擦、擴散、沖擊而消耗的能量叫做水力損失。水力損失使水泵的實際壓頭小于理論壓頭。水力損失的大小用水力效率來衡量。水泵的水力效率為

當前24頁，總共57頁。4．水泵的總效率水泵的總效率η為水泵的有效功率PX(輸出功率)與軸功率PZ(輸入功率)的比值，即

由此可見，水泵的總效率等于它的機械效率、容積效率和水力效率三者之乘積。只有盡可能減少泵內(nèi)各種損失，才能獲得較高的水泵效率。

當前25頁，總共57頁。水泵廠生產(chǎn)的及工程上使用的水泵有各種不同的尺寸和轉速。對于不同尺寸和轉速的水泵，其工作參數(shù)各不相同。但是，彼此相似的水泵，其相應工況參數(shù)之間存在著一定的關系，這種關系對于水泵的制造和使用有著重要的意義。一、相似條件設有某兩臺離心式水泵，若它們相似，則必須滿足以下條件：第三節(jié)相似原理當前26頁，總共57頁。1．幾何相似若葉輪及過流部件幾何形狀相同，對應尺寸比值為一常數(shù)，對應的同名角相等，則這兩臺水泵稱為幾何相似，即

當前27頁，總共57頁。2．運動相似在幾何相似的兩臺水泵中，若其對應點的水流速度的比值為一常數(shù)，速度之間對應的角度相等，即彼此相似的水泵上各對應點處的速度三角形相似，則這兩臺泵稱為運動相似，即

α1=α1/α2=α2/

幾何相似是運動相似的先決條件，沒有幾何相似就沒有運動相似。但幾何相似不一定就運動相似，只有對于相應工況時才能運動相似，這是因為不同工況時的速度三角形不同。當前28頁，總共57頁。3．動力相似若作用在兩臺泵相應點處液體上的同名力(如慣性力、壓力、粘性力、重力)的比值相等，則這兩臺泵稱為動力相似。在動力相似的條件下，彼此的效率接近，可以認為

滿足上面三個相似條件的兩臺水泵，稱為相似水泵。但是，要滿足這三個條件是很困難的，甚至是不可能的。所以，相似水泵僅僅是從相對意義上來說的。當前29頁，總共57頁。二、比例定律彼此相似的水泵，在相應工況下的參數(shù)間存在著下列關系：1．流量關系

2.揚程關系

3.功率關系

當前30頁，總共57頁。對于同一臺水泵或兩臺對應尺寸相等的相似水泵，其效率相等，若所排送液體重度也相等，上述三個公式可簡化為由以上三個公式可知，對于同一臺水泵，當轉速改變時，在相應工況下，其流量之比等于轉速之比，揚程之比等于轉速比的平方，功率之比等于轉速比的三次方。因為這三個公式是說明轉速改變時，水泵的流量、揚程、功率與轉速之間的比例關系，故稱之為比例定律。當前31頁，總共57頁。三、比轉數(shù)比轉數(shù)是水泵相似原理中的一個重要概念。若兩臺相似水泵在應工況下，其工況參數(shù)間的關系為，即H/i。式中Q——水泵額定工況下的流量，m3/s；H——水泵額定工況下的揚程，m；n——水泵廠額定工況下的轉速，r/min。因上述公式是對單側進水和單個葉輪而言的，所以在計算比轉數(shù)時，對于雙側進水的水泵，式中的流量是應采用該水泵流量的一半，即Q/2；對于多級水泵來說，式中的揚程應用總揚程除以葉輪的級數(shù)當前32頁，總共57頁。比轉數(shù)nS反映了以下幾個方面的規(guī)律：⑴反映了某系列離心式水泵在性能參數(shù)上的特點。比轉速大，表示其流量大而揚程??；反之，則表示流量小而揚程大。⑵反映了某系列離心式水泵在構造上的特點。比轉速大的離心式水泵，葉輪進口直徑D1和出口寬度b2較大，而葉輪直徑D2較小，即葉輪厚而??；反之，葉輪薄而大。因此，比轉數(shù)nS的大小與葉輪的形狀有一定的關系。故還可以按比轉數(shù)的大小進行離心式水泵的分類。另外，比轉數(shù)nS還可以作為設計新型水泵的依據(jù)。當前33頁，總共57頁。

第四節(jié)離心式水泵在管路中的工作一、管路特性曲線和水泵的工況點⒈管路特性曲線水泵輸送給水的壓頭為顯然當前34頁，總共57頁。

公式叫做水泵的管路特性曲線方程式。應該指出，式中的各種系數(shù)與幾何尺寸都是針對新管道的。對于由于管壁掛垢使管徑縮小的舊管道，管路阻力系數(shù)應乘以1.7，即當前35頁，總共57頁。2.水泵的工況點水泵是和管路連接而工作的。水泵的流量就是從管路中流過的水量；水泵的揚程就是水流經(jīng)管路時的總壓頭消耗。所以，如果把水泵特性曲線和管路特性曲線按同一比例畫在同一坐標圖上，所得的交點就是水泵的工作點，稱為工況點。Ｍ點所對應的參數(shù)稱為工況參數(shù)。當前36頁，總共57頁。二、汽蝕現(xiàn)象和吸水高度1．汽蝕現(xiàn)象及其危害當汽蝕發(fā)展到一定程度時，將影響水泵的性能并妨礙其正常運行。主要表現(xiàn)為以下幾方面：(1)泵的性能改變當汽蝕初生時，對水泵外特性并無明顯影響。汽蝕發(fā)展到一定程度后，水泵的功率、效率、流量和揚程等參數(shù)會有突然的下降。當汽蝕充分發(fā)展時，水流的有效過流面積會減小很多，以致引起水流中斷，不能工作。(2)引起振動和噪聲汽泡破裂時，液體質點互相沖擊，產(chǎn)生噪聲和機組振動，兩者互相激勵使泵產(chǎn)生強烈振動，稱為汽蝕共振現(xiàn)象。(3)過流部件表面的破壞汽蝕破壞可大大縮短水泵的使用壽命，剝蝕和腐蝕嚴重時，會產(chǎn)生葉片斷裂或穿孔等重大事故。當前37頁，總共57頁。2．汽蝕余量(泵廠一般用NPSH表示)汽蝕余量的值等于從基準面算起的泵吸入口的總水頭(絕對壓力，以米水柱計)減去水的汽化壓力(絕對壓力，以米水柱計)，即=式中——水在該溫度下的汽化壓力，Pa。對于基準面的選取，ISO標準及GB標準都規(guī)定：基準面為通過葉輪葉片進口邊的外端所描繪的圓的中心的水平面。對于臥式泵，其基準面就是泵軸中心線。水泵的汽蝕余量也可以用上式的右邊表示，稱之為裝置汽蝕余量，用表示，即

當前38頁，總共57頁。為使泵不發(fā)生汽蝕，裝置提供的汽蝕余量應大于或等于泵的允許汽蝕余量，即≥≥以上兩式即為泵不發(fā)生汽蝕的條件。當前39頁，總共57頁。3．吸水高度欲保證水泵工作時不發(fā)生汽蝕，吸水高度≤老式型號的泵，反映其汽蝕性能的參數(shù)是允許吸上真空度。由上式知，水泵吸入口的真空度為

當前40頁，總共57頁。欲使水泵不發(fā)生汽蝕，必須使＞式中——工況點所對應的水泵允許吸上真空度；——工況點所對應的水泵吸入口處的真空度。＜

保證水泵不發(fā)生汽蝕的合理吸水高度為當前41頁，總共57頁。應該指出，從水泵性能曲線圖上所查出的Ｈs值,若與水泵使用地點的條件不符，則應按下式加以修正：式中——修正后的允許吸上真空度，m；

——水泵性能曲線上查出的允許吸上真空度，m；

——安裝地點的大氣壓，Pa；

————工作水溫下水的飽和蒸汽壓，Pa；0.24——溫度20℃時水的汽化壓力，mH2o。當前42頁，總共57頁。、與水泵的使用地點的大氣壓力、水的溫度有關。水的溫度越高，水泵越容易發(fā)生汽蝕；海拔高度越高，大氣壓力越低，水泵也容易發(fā)生汽蝕。表1不同海拔高度時的大氣壓力海拔高度/m-6000100200300400500

/m11.311.310.210.110.09.89.7海拔高度/m600700800900100015002000

/m9.69.59.49.39.28.68.1當前43頁，總共57頁。表2水在各種溫度下的飽和蒸汽壓溫度/℃02030405060708090100飽和蒸汽壓0.060.240.430.751.252.023.174.827.1410.33利用允許吸上真空度計算吸水高度，不如利用汽蝕余量計算方便。與的值按≈10-的關系換算。當前44頁，總共57頁。三、水泵正常工作條件1.穩(wěn)定工作條件為保證水泵穩(wěn)定工作，水泵的初始揚程Ｈ０與實際揚程Ｈsy之間應滿足下列關系Ｈsy≤0.9Ｈ０

2.泵的經(jīng)濟運轉條件ηＭ≥(0.85～0.9)ηmax

3.泵不發(fā)生汽蝕的條件為保證水泵正常運行，實際裝置的汽蝕余量應大于泵的允許汽蝕余量?？傊?，要保證水泵正常工作，所確定的工況點必須同時滿足穩(wěn)定工作條件，經(jīng)濟工作條件和不發(fā)生汽蝕的條件。當前45頁，總共57頁。四、離心式水泵的聯(lián)合工作一臺水泵單獨在管路上工作時，若其流量或揚程不能滿足排水要求，可以采用兩臺或多臺水泵的聯(lián)合工作。聯(lián)合工作的方法有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。1.水泵的串聯(lián)運轉兩臺或兩臺以上水泵順次連接，前一臺水泵的出口同后一臺的進口直接連接，稱為直接串聯(lián)工作。若前一臺泵的出口與后一臺泵的進水口中間有一段管子連接，則稱為間接串聯(lián)工作。它們共同的特點是串聯(lián)時各泵流量相等并等于管路流量，而管路所需揚程為兩泵揚程之和。因此，若用一臺等效泵代換串聯(lián)的各泵，則可在同一坐標圖上，按“等流量線上揚程相加”的原則將串聯(lián)的各泵揚程特性曲線相加，即得等效泵的揚程特性曲線。當前46頁，總共57頁。水泵串聯(lián)工作時應注意以下問題：

(1)兩泵間接串聯(lián)時，其等效揚程特性曲線和工況點的求法相同。但位于下部的水泵將水排至上部泵的入口時，應還有剩余揚程，否則不能進行正常串聯(lián)工作。

(2)一般串聯(lián)各泵宜選用型號相同或特性曲線相近的水泵。因為串聯(lián)時兩泵的流量相同，若兩泵差異較大，則流量較大的水泵必然在低流量下工作，不能發(fā)揮其應有的效能，因而不經(jīng)濟。

(3)串聯(lián)工作時，若有一臺水泵發(fā)生故障，則整個系統(tǒng)就得停止工作。實踐證明，水泵的串聯(lián)工作由于受排水系統(tǒng)和水泵強度的限制，很少使用。當前47頁，總共57頁。2.并聯(lián)工作

2臺或2臺以上的泵同時向一條管路供水時稱為并聯(lián)工作。水泵并聯(lián)后可以增加流量，所以并聯(lián)一般用于一臺水泵的流量不能滿足要求的場合。

應當注意：兩臺或多臺水泵并聯(lián)時，各水泵應有相同或相似的特性，尤其是泵的揚程范圍應大致相同，否則揚程較高的水泵將不能發(fā)揮其效能。因為并聯(lián)時各泵的揚程總是相等的，如果低揚程泵的揚程合適，則高揚程泵必然因揚程太低而流量過大，使工況點落在工業(yè)利用區(qū)之外。3．串并聯(lián)方式的確定水泵串聯(lián)的主要目的是為了增加揚程，并聯(lián)的主要目的是為了增加流量。但在某些情況下，此結論不完全正確。當前48頁，總共57頁。五、水泵工況的調節(jié)調節(jié)的目的有兩個：一是使水泵的工況點始終滿足正常工作條件；二是使水泵的流量和揚程滿足實際工作的需要。因工況點是由水泵的揚程特性曲線與管路特性曲線的交點決定的，所以要改變工況點，就可以采用改變管路特性或揚程特性的方法來實現(xiàn)。1.改變管路特性曲線調節(jié)法1）閘門節(jié)流法水泵需額外增加一部分能量用于克服由閘閥關小所增加的2）局部阻力損失。3）管路并聯(lián)調節(jié)法4）旁路分流調節(jié)當前49頁，總共57頁。2．改變水泵特性曲線調節(jié)法1）減少葉輪數(shù)目調節(jié)法當減少葉輪數(shù)目時，水泵特性曲線則相應下降，工況點即隨之變動。如果水泵排水所需的總揚程為Ｈ，每一葉輪產(chǎn)生的揚程為Ｈi，則水泵所需的葉輪數(shù)目為當前50頁，總共57頁。2）切割葉輪外徑調節(jié)法在保持轉速不變的情況下，由比例