《泵與泵站》02(葉片式泵)2省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

第2章葉片式泵2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)2.2離心泵主要零件2.3葉片泵基本性能參數(shù)1/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)工作原理2/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)3/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)離心泵基本結(jié)構(gòu)4/83§2.1離心泵工作原理與基本結(jié)構(gòu)離心泵工作過程開啟前，將泵殼和吸水管道灌滿水驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使葉輪高速旋轉(zhuǎn)液體收到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)過泵殼流入壓水管道，由壓水管道輸入管網(wǎng)同時(shí)，葉輪中心處因?yàn)橐后w被甩出而形成真空，吸水池中液體在大氣壓作用下源源不停流入葉輪吸水口，從而實(shí)現(xiàn)離心泵連續(xù)輸水。5/83§2.2離心泵主要零件離心泵基本結(jié)構(gòu)6/83§2.2離心泵主要零件葉輪是離心泵主要零件，其設(shè)計(jì)依據(jù)水力計(jì)算決定慣用材質(zhì)：鑄鐵、鋼、青銅（材質(zhì)性能決定了水泵使用壽命，價(jià)格）葉輪種類按吸水方式分：?jiǎn)挝诫p吸式，吸水量較大按葉輪蓋板情況分：封閉式，輸送較潔凈液體敞開式，輸送含有一定懸浮物、雜質(zhì)液體半開式7/83§2.2離心泵主要零件葉輪8/83§2.2離心泵主要零件葉輪9/83§2.2離心泵主要零件泵軸作用：用來旋轉(zhuǎn)葉輪慣用材質(zhì)：碳素鋼、不銹鋼（要有足夠抗扭強(qiáng)度和剛度）泵軸和葉輪連接：采取鍵連接，平鍵只能傳遞扭矩不能固定葉輪軸向位置葉輪軸向位置固定：大中型泵慣用軸套和并緊軸套螺母來定位10/83§2.2離心泵主要零件泵殼泵外面蝸殼形外殼2個(gè)特點(diǎn)：①蝸殼形（保持良好水力條件，沿蝸殼斷面水流速度為常數(shù)）②錐形漸擴(kuò)管（降低水流速度，速度水頭轉(zhuǎn)化為壓力水頭）11/83§2.2離心泵主要零件泵座作用：固定泵體，連接水泵與基礎(chǔ)3個(gè)孔：①測(cè)壓螺孔：吸水管法蘭上，安裝真空表；壓水椎管法蘭上，安裝壓力表②放水螺孔：泵殼底部，作用為泵停車檢修時(shí)放空積水③泄水螺孔：泵座橫向槽底，作用為排填料盒滲漏水滴12/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置泵軸和泵殼間隙處設(shè)置密封裝置軸封裝置應(yīng)用較多為填料密封和機(jī)械密封13/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置填料密封14/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置機(jī)械密封15/83§2.2離心泵主要零件軸封裝置機(jī)械密封DY101型系列機(jī)械密封112型系列機(jī)械密封16/83§2.2離心泵主要零件減漏環(huán)17/83§2.2離心泵主要零件軸承座18/83§2.2離心泵主要零件軸承座19/83§2.2離心泵主要零件聯(lián)軸器（“靠背”輪）

剛性聯(lián)軸器1—泵側(cè)聯(lián)軸器；2—電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器；3—柱銷；4—擋圈143220/83§2.2離心泵主要零件聯(lián)軸器（“靠背”輪）

21/83§2.2離心泵主要零件軸向力平衡辦法

22/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)葉片泵基本性能，由6個(gè)性能參數(shù)表示：

流量揚(yáng)程

軸功率

效率轉(zhuǎn)速允許吸上真空高度及汽蝕余量23/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)流量（抽水量）

定義：泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送液體數(shù)量表示符號(hào)：Q單位：體積流量單位m3/h，L/s重量流量單位t/h24/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)揚(yáng)程（總揚(yáng)程）

定義：泵對(duì)單位重量（1kg）液體所作功表示符號(hào)：H單位：m，Pa25/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)揚(yáng)程（總揚(yáng)程）

內(nèi)涵：表征液體經(jīng)過泵后比能增加式中：E1——液體流入泵時(shí)含有比能

E2——液體流出泵時(shí)含有比能26/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)軸功率

定義：泵軸得自原動(dòng)機(jī)所傳遞來功率表示符號(hào)：N單位：kW27/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)補(bǔ)充內(nèi)容

有效功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過泵液體從泵那里得到能量，用Nu表示式中：

ρ—液體密度，kg/m3

g—重力加速度，m/s2

Q—流量，m3/s

H—揚(yáng)程，m28/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)補(bǔ)充內(nèi)容

配套功率：泵所要求原動(dòng)機(jī)輸出功率，用Np表示。普通在泵產(chǎn)品樣本中能夠查出。式中：k—備用系數(shù)，k>1

ηd—傳動(dòng)設(shè)備效率29/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

定義：泵有效功率Nu和軸功率N比值表示符號(hào)：?jiǎn)挝唬?30/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

效率定義式：普通來說，有效功率是已知，經(jīng)過上式，能夠求泵軸功率：（kW）（HP）31/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

進(jìn)而，計(jì)算泵電耗：式中：

η1—泵效率

η2

—電機(jī)效率

t—泵運(yùn)行時(shí)間32/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)效率

效率內(nèi)涵：衡量原動(dòng)機(jī)輸入功率在泵內(nèi)部損失。泵內(nèi)損失容積損失機(jī)械損失水力損失機(jī)械效率容積效率水力效率泵總效率33/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)轉(zhuǎn)速定義：泵葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，通常以每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)表示。表示符號(hào)：n單位：r/min34/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)允許吸上真空高度定義：泵在標(biāo)準(zhǔn)情況下（20℃，1atm）運(yùn)行時(shí)，泵所允許最大吸上真空高度。表示符號(hào)：Hs單位：mH2O內(nèi)涵：普通用來反應(yīng)離心泵吸水性能35/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)汽蝕余量定義：泵進(jìn)口處，單位重量液體所含有超出飽和蒸汽壓力富裕能量。表示符號(hào)：Hsv，△h單位：mH2O內(nèi)涵：普通用來反應(yīng)軸流泵等吸水性能36/83§2.3葉片泵基本性能參數(shù)葉片泵基本性能，由6個(gè)性能參數(shù)表示：

流量揚(yáng)程

軸功率

效率轉(zhuǎn)速允許吸上真空高度及汽蝕余量

泵6個(gè)性能參數(shù)之間相互關(guān)系，通慣用泵特征曲線來表示，相關(guān)內(nèi)容將在第6節(jié)介紹37/83§2.2葉片泵基本性能參數(shù)水泵銘牌銘牌上簡(jiǎn)明列出：泵在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，效率最高時(shí)流量、揚(yáng)程、軸功率、允許吸上真空高度及汽蝕余量38/83第2章葉片式泵2.4離心泵基本方程式39/83§2.4.1葉輪中液體流動(dòng)情況離心泵葉輪中水流速度復(fù)合圓周運(yùn)動(dòng)

靜坐標(biāo)系——固定不動(dòng)泵殼

動(dòng)坐標(biāo)系——旋轉(zhuǎn)葉輪3個(gè)速度相對(duì)速度W（相對(duì)于動(dòng)坐標(biāo)系葉輪）牽連速度u（相對(duì)于靜坐標(biāo)系泵殼）絕對(duì)速度C（速度W和u合成）4個(gè)角度2個(gè)坐標(biāo)系出水角出水工作角進(jìn)水工作角進(jìn)水角40/83§2.4.1葉輪中液體流動(dòng)情況速度三角形徑向分速度：切向分速度：41/83§2.4.1葉輪中液體流動(dòng)情況離心泵葉片形狀離心泵慣用后彎式葉片，β2在20°~30°之間42/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)三點(diǎn)假設(shè)假設(shè)1：液槽內(nèi)液流為恒定流，即槽內(nèi)各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間改變假設(shè)2：液流均勻一致，葉槽內(nèi)同半徑處速度相等，即液流為均勻流假設(shè)3：液流為理想流體，即無粘性，無能量損失43/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)動(dòng)量矩定理

動(dòng)量矩：某質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于固定點(diǎn)（或軸）動(dòng)量矩等于質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量與其相對(duì)于固定點(diǎn)（或軸）（垂直）距離乘積。

44/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)動(dòng)量矩定理

動(dòng)量矩定理：某質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系對(duì)于某點(diǎn)（或軸）動(dòng)量矩在單位時(shí)間內(nèi)改變量，就等于作用于該質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系全部外力對(duì)該點(diǎn)或該軸力矩之和。45/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)某一液槽內(nèi)動(dòng)量矩改變：在恒定流狀態(tài)下，dt時(shí)段內(nèi)流出葉槽水流與流入葉槽水流含有相等質(zhì)量dm，則：R1R246/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)單位時(shí)間動(dòng)量矩改變：依據(jù)動(dòng)量矩定理：（式1）47/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)液流所受外力：R1R2葉片迎水面和背水面作用于液流壓力P1、P2作用于ab和cd面上水壓力P3、P4作用于液流摩擦阻力P3、P4（沿徑向方向，對(duì)泵軸沒有力矩）（理想流體，可忽略摩擦阻力）48/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)將式1推廣到全部葉槽：49/83§2.4.2基本方程式推導(dǎo)將式1推廣到全部葉槽：離心泵基本方程式50/83§2.4.3基本方程式討論（1）

為提升水泵揚(yáng)程和改進(jìn)吸水性能，普通使，。

（2）

水流經(jīng)過水泵時(shí)，揚(yáng)程與u2相關(guān)。提升n，加大D，能夠提升HTα2越小，HT越大51/83§2.4.3基本方程式討論（3）

離心泵理論揚(yáng)程與水容重?zé)o關(guān)。（2）離心泵理論揚(yáng)程可分為勢(shì)揚(yáng)程和動(dòng)揚(yáng)程。注意：當(dāng)輸送液體密度

ρ不一樣，而理論揚(yáng)程HT相同時(shí)，泵所消耗功率不一樣。52/83§2.4.3基本方程式修正（1）關(guān)于液流為恒定流假定基本能夠滿足。（2）“反旋現(xiàn)象”，修正系數(shù)p。（3）實(shí)際液流含有粘性，有能量損失，用水力效率修正。53/83§2.4.3基本方程式修正54/83§2.4.3基本方程式修正實(shí)際揚(yáng)程能夠看出，離心泵實(shí)際揚(yáng)程與葉輪直徑D、轉(zhuǎn)速n、出口絕對(duì)速度C、出口角β2以及水力效率等原因相關(guān)，所以，水泵揚(yáng)程是伴隨水泵運(yùn)行工況而改變。55/83第2章葉片式泵2.5離心泵裝置總揚(yáng)程56/83§2.5.1幾個(gè)主要概念離心泵裝置總揚(yáng)程，H靜揚(yáng)程，HST泵吸水地形高度，Hss泵壓水地形高度，HsdHSTHSSHSd泵吸水井設(shè)計(jì)水面與水塔（或密閉水箱）最高水位之間測(cè)壓管高差。泵吸水井（池）水面測(cè)壓管水面至泵軸間垂直距離。泵軸至水塔最高水位或密閉水箱頁(yè)面測(cè)壓管水面之間垂直距離。泵配上管路及一切附件后系統(tǒng)。泵揚(yáng)程57/83§2.5.2運(yùn)行中泵總揚(yáng)程計(jì)算H＝E2－E1

依據(jù)揚(yáng)程定義：依據(jù)佰努利方程物理意義：則：泵進(jìn)口處1-1斷面比能：泵出口處2-2斷面比能：58/83§2.5.2運(yùn)行中泵總揚(yáng)程計(jì)算又：真空表讀數(shù)壓力表讀數(shù)則：較小，可忽略所以：59/83§2.5.3設(shè)計(jì)時(shí)泵總揚(yáng)程計(jì)算進(jìn)行泵站工藝設(shè)計(jì)時(shí)，只能依據(jù)原始資料，確定泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程。60/83§2.5.4自灌式泵裝置總揚(yáng)程計(jì)算作業(yè)：試證實(shí)泵揚(yáng)程公式也適合用于自灌式水泵裝置61/83【例題】岸邊式取水泵房，依據(jù)已知條件求水泵揚(yáng)程。已知：流量，Q=120L/s管路長(zhǎng)度，吸水管l1=20m，壓水管l2=300m管徑，吸水管Ds=350mm，壓水管Dd=300mm標(biāo)高，吸水井水面58.00m，泵軸60.00m，水廠混合池水面90.00m。管件，吸水進(jìn)口采取無底閥濾水網(wǎng)，90°彎頭一個(gè)，DN350×300漸縮管一個(gè)。62/83【例題】解：①靜揚(yáng)程：吸水管內(nèi)流速：查設(shè)計(jì)手冊(cè)，水力坡度i1=0.0065吸水管路沿程損失，hs1=i1·l1=0.0065×20=0.13m②吸水管路水頭損失吸水管路局部損失，吸水管路上各部分局部損失系數(shù)，查手冊(cè)吸水管路總水頭損失，63/83【例題】壓水管內(nèi)流速：查設(shè)計(jì)手冊(cè)，水力坡度i2=0.0148壓水管路沿程損失，hd1=i2·l2=0.0148×300=4.44m③

壓水管路水頭損失壓水管路局部損失為沿程損失10%計(jì)壓水管路總水頭損失，④

泵總揚(yáng)程64/83第2章葉片式泵2.6離心泵特征曲線65/83幾個(gè)概念

離心泵特征曲線n=常數(shù)時(shí)在一定轉(zhuǎn)速（n）條件下，表示離心泵基本性能參數(shù)（H、N、η

、Hs）隨流量（Q）而改變關(guān)系式曲線。66/83幾個(gè)概念

泵工況對(duì)應(yīng)某一流量下泵一組基本性能參數(shù)值。

泵設(shè)計(jì)工況（額定工況）泵在效率最高時(shí)對(duì)應(yīng)一組基本性能參數(shù)值。

泵極限工況泵在流量最大時(shí)對(duì)應(yīng)一組基本性能參數(shù)值。67/83§2.6.1理論特征曲線定性分析代入代入其中，F(xiàn)2、β

2、u2為常數(shù)基本方程式HT=f（QT）68/83§2.6.1理論特征曲線定性分析離心泵理論特征曲線69/83§2.6.1理論特征曲線定性分析考慮反旋HT=f（QT）考慮泵內(nèi)水頭損失H=f（QT）70/83§2.6.1理論特征曲線定性分析離心泵理論特征曲線71/83§2.6.1理論特征曲線定性分析泵內(nèi)水頭損失包含兩部分

摩阻損失△h1：在吸水室、液槽和壓水室中摩阻損失。

沖擊損失△h2：在非設(shè)計(jì)工況下，葉輪進(jìn)口導(dǎo)水器、蝸殼壓水室進(jìn)水口出發(fā)生沖擊損失。泵內(nèi)水頭損失用水力效率來衡量72/83§2.6.1理論特征曲線定性分析考慮泵內(nèi)容積損失H=f（QT）H=f（Q）73/83§2.6.1理論特征曲線定性分析

容積損失△q：泵工作過程中存在著泄露和回流而產(chǎn)生滲漏量。其大小與揚(yáng)程相關(guān)。容積損失用容積效率來衡量74/83§2.6.1理論特征曲線定性分析離心泵理論特征曲線75/83§2.6.1理論特征曲線定性分析

摩擦損失：泵工作過程中，在軸承內(nèi)、填料軸封裝置內(nèi)、葉輪蓋板和水之間摩擦損失。摩擦損失用機(jī)械效率來衡量76/83§2.6.1理論特征曲線定性分析泵總效率77/83§2.6.1理論特征曲線定性分析

理論特征曲線和速度三角形關(guān)系

β2>90