Transcript 水泵与泵站课件2（1）

第二章
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叶片式水泵
2.1 离心泵的工作原理与基本构造
2.2 离心泵的主要零件
2.3 叶片泵的基本性能参数
2.4 离心泵的基本方程式
2.5 离心泵装置的总扬程
2.6 离心泵的特性曲线
2.7 离心泵装置定速运行工况
2.8 离心泵装置调速运行工况
2.9 离心泵装置换轮运行工况
2.10 离心泵并联及串联运行工况
2.11 离心泵吸水性能
2.12 离心泵机组的使用及维护
2.13 轴流泵及混流泵
2.14 给水排水工程中常用的叶片泵
2.1 离心泵的工作原理与基本构造

2.1.1两个例子
(1)在雨天，旋转雨伞，水滴沿伞边切线方向飞出，旋转
的雨伞给水滴以能量，旋转的离心力把雨滴甩走，如
图所示。
(2)在垂直平面上旋转一个小桶，旋转的离心力给水以能
量，旋转的离心力把水甩走，如图所示。

2.1.2 工作原理

离心泵基本构造及工作原理
2.2 离心泵的主要零件
离心泵是由许多零件组成的，离心泵的组
成主要有：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封
装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平
衡装置。
单级单吸卧式离心泵
1-叶轮；2-泵轴；3-键；4-泵壳；5-泵座；6-灌水孔；7-放
水孔，8-接真空表孔，9-接压力表孔，10-泄水孔，11-填料
盒；12-减漏环；13-轴承座；14-压盖调节螺栓；15-传动轮
单级单吸卧式离心泵
单级单吸卧式离心泵

1、叶轮
叶轮：单吸式、双吸式
l前盖板；2后盖板；3叶片；4叶槽；
5吸水口；6轮毂；7泵轴
1吸入口；2轮盖；3叶片
4轮毂；5轴孔

2、泵轴
泵键
铸铁水泵配件、泵轴


3、泵壳
4、泵座

5、轴封装置：泵轴与泵壳间
(1)填料密封
压盖填料型填料盒
1轴封套；2填料；3水封管；4水封环；5压盖
(2)机械密封
DY101型系列机械密封
112型系列机械密封

6、减漏环(承磨环)
叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处
1、泵壳；2、镶在泵壳上的减漏环；
3、叶轮；4、镶在叶轮上的减漏环
7、轴承座
ZHZ滑动轴承
滚动轴承

8、联轴器
ZML膜片及连轴器

9、轴向力平衡措施
平衡孔
1 排出压力；2加装的减漏环
3平衡孔；4泵壳上的减漏环
IS型单级单吸离心泵
单级双吸离心泵
单级双吸离心泵结构图
1泵体；2 泵盖；3叶轮；4泵轴；5密度封环；6轴套：7填料盒；8填料；9
水封环；10压盖；11轴套螺母：12轴承体；13固定螺钉；14轴承体压盖；
15滚动轴承；16联轴器；17轴承端；18挡水圈；19螺杆；20键
2.3 叶片泵的基本性能参数

水泵的6个性能参数：
1、流量(抽水量)——水泵在单位时间内所输送的液体
数量。
用字母Q表示，常用的体积流量单位是m3／h或L／s。
常用的重量流量单位是t／h。
2、扬程(总扬程) ——水泵对单位重量(1kg)液体所作功，
也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。
用字母H表示，其单位为kg·m／kg，也可折算成被
送液体的液柱高度(m)；工程中用国际压力单位帕斯
卡(Pa)表示 。

3、轴功率——泵轴得自原动机所传递来的功率称
为轴功率，以N表示。
原动机为电力拖动时，轴功率单位以kw表示。
有效功率——单位时间内流过水泵的液体从水
泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母 N u 表示
泵的有效功率为
Nu  QH
 : 取1000kg / m3

4、效率——水泵的有效功率与轴功率之比值，以
η表示。
Nu

N
QH
W
 t (kwh)
1021 2
t：运行时间h
η1：水泵的效率
η2：电机的效率

例：某水厂取水泵站，供水量Q＝
8.64×104m3／d，扬程H=30m；水泵及电机
的效率均为70％，则该泵站工作10h其电耗
值？

5、转速——水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转
动的次数来表示，以字母n表示常用单位为r／min。
在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次
／nlin)

6允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv)
允许吸上真空高度(Hs)——指水泵在标准状况下(即
水温为20℃、表面压力为一个标推大气压)运转时，
水泵所允许的最大的吸上真空高度 (即水泵吸入口的
最大真空度)。单位为mH20。水泵厂一般常用Hs来反
映离心泵的吸水性能。
气蚀余量(Hsv)——指水泵进口处，单位重量液体所
具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。水泵厂一般常用
气蚀余量来反映轴流泵、锅炉给水泵等的吸水性能。
单位为mH20 。气蚀余量在水泵样本中也有以Δh来表
示的。
2.4 离心泵的基本方程式

2.4.1叶轮中液体的流动情况
(1)相对速度W；
圆周速度u； (牵连速度)
绝对速度C
(2)C与u的夹角α；
C与W的夹角β
离心泵叶片形状
（a) 后弯式
(β２＜90°)
（b)径向式
(β２ ＝ 90°)
（b) 前弯式
(β２＞ 90°)
叶轮出口速度三角形
C2u  C2 cos 2  u2  C2r cot 2
C2r  C2 sin  2

2.4.2 基本方程式的推导
三点假定：
(1)液流是恒定流；
(2)叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的
同名速度相等。
(3)液流为理想液体，也即无粘滞性。

恒定元流的动量方程对某固定点取矩，可得到恒定元
流的动量矩方程
dQ(r2  u 2  r1  u1 )  r  F

 A r2  u 2u 2 dA2    A r1  u1u1dA1  (r  F )
2
1
单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化(流出液
体的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差)等于作用
于该控制面内所有液体质点的外力矩之和。
取进出口轮缘(两圆柱面)为控
制面。
组成M的外力有：
1、叶片迎水面和背水面作用于
水的压力P2及Pl；
2、作用叶轮进出口圆柱面上的
水压力P3及P4，它们都沿着径向，
所以对转轴没有力矩；
3、作用于水流的摩擦阻力P5及
P6，但由于是理想液体，故不予
考虑；
4、重力的合力矩等于零
C
α2
1、对轮心取矩
QC2 cos 2  R2  C1 cos1  R1   M
2、叶轮对流体所作功率
NT  M  Qu2C2 cos 2  u1C1 cos1 
NT  QHT
3、理论扬程

H T  u2C2 cos 2  u1C1 cos1 

1
H T  u2C2u  u1C1u 
g

2.4.3基本方程式的讨论
（1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取α１＝
90°，既Ｃ１u=0
则
u 2C2u
HT 
g
（2）
nD2
u2 
60
则增加转速(n)相加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬
程。
(3)离心泵的理论扬程与液体的容重无关
但当输送不同容重的液体时，水泵所消耗的功率将
是不同的。
(4)
HT  H1  H 2
水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程
(H1)，另一部分为动扬程(H2)，它在流出叶轮时，
以比动能的形式出现。

2.4.4基本方程式的修正
假定1 基本满足。
HT
假定2 “反旋现象”。 H ' 
T
1 p
假定3
有水力损耗
HT
H  h HT '  h
1 p
ηh——水力效率;
p——修正系数。
§ 2.5 离心泵装置的总扬程

2.5.1离心泵装置
水泵配上管路及一切附件后的“系统”

2.5.2水泵的总扬程基本计算方法：
（1）进出口压力表表示（校核）
（2）用扬升液体高度和水头损失表示（设计）

2.5.2 水泵装置的工作扬程
（1）基本计算公式
H  Hd  Hv
Hd 
pd
Hv 
pv
Hd ：

以水柱高度表示的压力表读数（m）
Hv ：

以水柱高度表示的真空表读数（m）
（2）公式推导:
v22
p1 v12
H  z2 

 ( z1   )
 2g
 2g
p2
p2  p1 v22  v12
H  ( z2  z1 ) 


2g
p1  pa  pv
pd
Hd 

p2  pa  pd
pv
Hv 

v22  v12
H  Hd  Hv 
 Z
2g
H  Hd  Hv

2.5.3水泵装置的设计扬程
（1）基本计算公式:
H  H ST  h
HST：水泵的静扬程（mH2O）
Σh：水泵装置管路中水头损失之
总和（mH2O）
（2）公式推导:
v02
p1 v12
z0  
 ( z1   )  hs
 2g
 2g
p0
z
v12
0  H ss 
 Hv 
 hs
2
2g
v12 z
H v  H ss  hs 

2g 2
 hs
同理：
v22 z
H d  H sd  hd 

2g 2
H  H d  H s  H ss  H sd  hs  hd
H  H ST  h
思考：
对于公式
H  H ST  h
有没有简便的方法进行公式
推导？

注：本节中所介绍的求水泵扬程公式，对
于其它各种布置形式的水泵装置也都适用，
包括自灌式。
自灌式水泵的公式推求，请大家自学。
H  Hd  Hd '
H  H ST   h

例：水泵流量Q=120 l /s，吸水管管路长度l1=20m；
压水管管路长度l2=300m；吸水管径Ds=350mm，压
水管径Dd=300mm ；吸水水面标高58.0m；泵轴标
高60.0m ；水厂混合池水面标高90.0m 。
求水泵扬程。
注：i1=0.0065,
i2
=0.0148 ；
吸水进口采用滤水网，90
弯头一个， DN=350*300mm
渐缩管一个； 压水管按长
管计，局部水头损失占沿
程10%。
§ 2.6 离心泵的特性曲线

2.6.1离心泵的特性曲线
特性曲线：在一定转速下，离心泵的扬程、
功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。
它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵
和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不
同，但都有共同的变化趋势。

2.6.2理论特性曲线的定性分析
uC
H T  2 2u
g
u2
QT
H T  (u2 
cot  2 )
g
F2
C2 r 
QT
F2
HT  A  BQT
QT——泵理论流量(m3／s)。也即不考虑泵体内容积损失
(如漏泄量、回流量等)的水泵流量；
F2——叶轮的出口面积(m2)；
C2r——叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m／s)。
1、 β２＜90°
(1)直线QT-HT
(2)直线I
HT  A  BQT
u22
A
g
u22
A
(1  p) g
(3)扣除水头损失(Ⅱ)
摩阻、冲击
(4)扣除容积损失(Q-H线)

(1)水力效率ηh：泵体内两部分水力损失必然要
消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。
h 

H
HT
(2)容积效率ηv：在水泵工作过程中存在着泄漏
和回流问题，存在容积损失。
Q
v 
QT

(3)机械效率ηM：机械性的摩擦损失
M 

总效率

Nh
N
QH
N
  h v  M

2、(β２＜90°)
HT  A  BQT
从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增
大，并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样
的离心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它
对电动机的工作是不利的。

结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片
(β２＝20°-30°左右)。这种形式叶片的特点是随扬
程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的流量Q与
轴功率N关系曲线(Q-H曲线)，也将是一条比较平缓上
升的曲线，这对电动机来讲，可以稳定在一个功率变
化不大的范围内有效地工作。
2.6.2
实测特性曲线的讨论
(1)扬程H是随流量Q的增大而下降。
(2)水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效
率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范
围内(一般不低于最高效率点的10％左右)都是属于效
率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线“ ”
标出。
(3)轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。
(“闭闸启动”)
(4)在Q—H曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流
量Q时的轴功率值。
电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大。
(5) 水泵的实际吸水真空值必须小于Q—HS曲线上的相
应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。
(6) 水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损
失愈大，水泵的扬程(H)和流量(Q)都要减小，效率
要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发
生改变。