水泵与水泵站课堂讲义

教学目的：通过本课程的学习，掌握常用叶片泵（离心泵及轴流泵）的基本构造、工作原理和主要性能；掌握水泵装置系统运行工况的图解法和数解法计算原理、水泵机组的调节运行与节能原理；能够完成给水排水泵站的机组选择、管道布置、辅助设施的选择与敷设任务，具有泵站的初步设计能力。

教学内容：掌握水泵的基本性能、叶片泵的基本方程及分析应用、基本性能曲线、串并联运行、汽蚀及安装高程确定、水泵机组的选配、机组设备、辅助设备布置设计、管道系统设计、水锤计算、泵房设计、井泵及井泵站等知识，掌握泵站运行管理方法及泵站经济指标的确定方法。

第1章绪论

1.1 泵与泵站在给水排水事业中的作用和地位

一、泵与泵站的作用

泵应用广泛

采矿——矿井竖井的井底排水，大型矿床地表疏干，掘进斜井的初期排水（排水泵）

电力——高压锅炉给水泵，冷热水循环本，水力清渣除灰高压泵，冷却水补给泵

农林——取水灌溉

市政建设

水的社会循环过程

水的采集——净化——输送——回收利用——再净化——再输送——再利用

发达国家“零排放”——污水处理厂处理后的水不排放回水源，重新做为城市自来水厂的第二水源启用。

二、地位

1、跨区、跨市的长距离、大流量的输配水系统工程建设

（1）“引滦入津”——原海河水因水库建设不满足天津市用水要求，把河北迁西和遵化地区滦河上游潘家口和大黑汀两个水库的水引进

天津市。工程全长234km，全年引水量达10亿余立方米，全部工程中建了4座大型泵站，分别采用多台叶片可调节型的大型轴流泵和高压离心泵进行抽升工作，安装大型离心泵27台，总装机容量2万kw。（2）南水北调——此工程是迄今为止世界上最大的水利工程，从1952 年10月毛泽东同志视察黄河时首次提出南水北调的伟大设想，到1992年10月党的十四大把南水北调列入我国跨世纪骨干工程，再到2002年12月南水北调工程正式开工。通过兴建南水北调工程，实现东、中、西三条调水线路与长江、淮河、黄河和海河四大江河的联系，构成“四横三纵”的中国大水网总体布局，实现水资源南北调配、东西互济，工程建成后总调水规模448亿立方米，几乎相当于新增加一条黄河。

2、农田灌溉

我国西北高原地区、南方丘陵地区和华北井灌地区，干旱少雨或水不能自流灌溉，采用泵进行机电提水。在抽升黄河水引向西北高原的大型灌溉工程中，已建成的大型泵站的单泵扬程一般均在70-150m以上，有时多座泵站“串联”工作，组成阶梯泵站群。

3、防洪排涝

华北的平原河网地区，华东、华中的低洼地区，因地势低易涝，需要水泵进行机电排水。

1.2 泵的定义及分类

一、泵的定义

泵是输送和提升液体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能。

泵通过能量转换将水体自低处提升到高处或压送到用水地点。

二、水泵的分类

按作用叶片式泵——靠装有叶片的叶轮高速旋转传递能量——离心泵、轴流泵、混流泵

原理不同容积式泵——靠泵体工作室容积的改变来转换能量——活塞式往复泵、柱塞式往复泵、转子泵——水枪、气压

擦车（高扬程、小流量）

其它类型泵——螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及

气升泵等——除螺旋泵是利用螺旋推进原理来提高液

体的位能以外，其它各泵都是利用高速液流或气流的动

能或动量来输送液体的

三、给水排水工程中的水泵

给水工程：水厂扬程 20-100m 离心泵

单泵流量50-10000m3/h

大型水厂多台离心泵并联工作。

排水工程：城市雨水、污水泵站扬程2-12m 轴流泵

流量﹥10000m3/h

1.3 泵及泵站运行管理的发展趋势

一、水泵的发展趋向

1、大型化、大容量化

巨星轴流泵的叶轮直径已达7m，潜水泵已达1.6m，双吸离心泵的功率已达5500kw。

2、高扬程化、高速化

目前，锅炉给水泵的单级扬程已打破1000m记录，要提高扬程就要提高泵的转速。

3、系列化、通用化、标准化

4、微型化

第2章叶片式泵

一、叶片式水泵的主要特点

依靠叶轮的高速旋转对水产生作用力，将原动机的机械能转化为水的动能和压能，从而完成能量的转换。

效率高、成本低、结构简单、使用方便、运行可靠和适用范围广。二、叶片式水泵的分类

叶轮出水径向流——水流方向与泵轴垂直——离心力作用—

—离心泵

水流方向不同轴向流——水流方向与泵轴平行——轴向升力——

轴流泵

斜向流——离心力和轴向升力共同作用——混流泵

2.1离心泵的工作原理与基本构造

一、工作原理

水泵抽取液体，分为两个过程，即吸水过程和压水过程。

1、压水过程

如图2-1所示，一个开口圆筒绕中心轴作等角速旋转时，筒内水面为抛物线上升的旋转凹面。

离心力F=mv2/R=mω2R （v=ωR）当筒内的R大，ω大时，h就越大，壁面D点所受的静水压力也越大。离心泵的压水过程就是基于这一原理。叶轮中心处的液体，在离心力的作用下，迅速甩向叶轮四周，在这一过程中，液体质点相互碰撞，甩出叶轮后，又与蜗壳形泵壳碰撞，因此，使液体的动能减小，压能增大。液体进入泵壳流道后，

由于流道断面由小变大，液体流速继续减小，直至水泵出口时，流速降到最低值，液体的压能则达到最大值。液体就是借助此压力沿着水管上升到水池的。

2、吸水过程

（1）吸水现象

例如：吸饮料时，将吸管插入瓶中，首先将管内和口腔中的空气吸走，使口腔中的气压低于饮料瓶中的水面气压，在此压力差的作用下，饮料才能源源不断地进入口中。水泵吸水，就是根据这一原理，在水泵进口处形成负压（低于吸水池液面上的压力），进水池的水才能不断地进入水泵。

（2）水泵进口处的负压形成方法

水泵启动前，将吸水管道和泵壳内注满水，随即启动水泵，叶轮进口处的液体在离心力的作用下，刹那间被甩出叶轮，当进水池的水还来不及补充时，在水泵进口处便形成局部真空（负压），此时，进水池的水面仍作用着一个大气压，于是水池的水面和水泵的进口处就形成一个压力差，进水池的水就是在此压力差的作用下源源不断地沿着吸水管进入水泵的。

3、离心泵工作原理

（1）水在大气压力作用下进入叶轮

（2）叶轮在泵轴驱动下高速旋转

（3）水在离心力作用下被甩入泵壳（完成能量交换）

（4）泵壳约束水流进入水泵出水管

二、基本构造

1、蜗壳形泵壳的吸水口与水泵的吸水管相连

2、蜗壳形泵壳的出水口与水泵的压水管相连

3、叶轮的前盖板上有进水口，安装在泵壳的吸水口内，与水泵的吸水管路相连通

三、离心泵的分类

1、叶轮进水方式单吸泵：单面吸水，前后盖板不对称——小流量

双吸泵：两面吸水，前后盖板对称——大流量2、叶轮数量单级泵：只有一个叶轮

多级泵：一根泵轴上串若干个

3、泵轴安装方式卧式泵：泵轴与地面平行

立式泵：泵轴与地面垂直

4、工作压力低压泵：P﹤100mH2o

中压泵：650mH2o﹥P﹥100mH2o

高压泵：P﹥650mH2o

2.2 离心泵主要零件