水泵基本参数及特性曲线讲解_图文

说明水流垂直流入叶轮可以 提高扬程 3.2 理论扬程与出口圆周速 度有关，提高转速、增加叶 轮直径均可增加扬程
3.3 扬程与密度无关，但消 耗功率不同
第二章
42
3.4 用余弦定律推导扬程的另一种表达式
由相对运动能量方程，可得右式前两项为势扬程：
第一项是离心力对单位重量液体所作之功，使经过叶轮 的液体压能增加
第二章
37
2.1 三点假定
一维流动假定（流动理论）液流运动均匀一致பைடு நூலகம் 同半径同名速度相等
恒定流假定 理性流体假定（无粘性、无摩擦、不可压缩）
第二章
38
2.2 液槽内液流分析(P19图2-20）
第二章
39
方程推导
液槽内水流动量矩的变化等于质量动量矩的变化 用动量矩表达这一关系：
小知识
给排水、石油化工、航空航天、水利水电中最常用的泵为叶片泵 叶片泵定义：通过高速旋转的叶轮把机械能传给被抽吸液体的机械
。
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离心泵
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轴流泵
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混流泵
7
三、作用和地位
1、作用：输送、加压、混合
水泵及水泵站是给排水工程的主体动力工程 一种医用泵——人体血液体外循环泵，即是泵与给排水工程关
叶轮、泵壳、泵轴、填料函、检漏环、轴承、泵座、联轴器
第二章
16
一、叶轮
1、作用：通过其旋转时介质流体获得离心力 2、形状、型式
根据吸水方式分为:单吸式、双吸式（P5图2-3、P6图2-5） 根据盖板数分为:封闭式、敞开式、半开式（P6图2-6） 其形状（前弯式、后弯式、径向式、空间式叶片等）通过水力
转速——水泵叶轮每分钟的转速
rpm
注意：水泵的各项性能参数与叶轮转速有关
第二章
28
第三节 叶片泵的基本性能参数
允许吸上真空高度
——水泵在给定的条件下保证不产生气蚀的最大吸上真
空高度（单位：m）
汽蚀余量（NPSH）
——为不发生汽蚀，在水泵进口单位重量的水所具有的 能量减去水的饱和气化压头后所剩余的值(单位：m)
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四、泵的研究现状
泵应用研究所关心的两大问题 工程实用性：不同类型的泵应满足各行各业工艺要求，且 具有易维修及耐久性； 经济运行：泵工艺制造方面造价低，实际运行费用低。
主要研究
泵的设计理论：提高效率、汽蚀防治、消除驼峰（小流量不 稳定运行）、无过载设计等
泵的优化运行
研究动态
我们采用离心泵稳定工作特性曲线来估算非稳定工作特 性，在频率较低、工作参数变化较小的情况下，还是可 取的。
第二章
48
四、基本方程的修正
4.2 对一维流动假定的修正 P16 图2-19
叶栅的实际情况不能满足一维流假定——液槽中实 际流速分布不均匀 .( 有限的叶栅使流线向逆时针方向
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前言
学时安排：水泵基础理论（20）+泵站（16） 课堂任务
（1）有关基础知识（包括概念、公式定律及分析思路）； （2）介绍与专业生产联系较紧密的技能常识； （3）介绍泵业发展新动向及研究前沿课题。
课后任务
自学，作业 参考课堂内容查阅资料 课外科研
泵型号、设计工况点的扬程、流量、允许吸上真空高度（ 极限值）、转数、效率、轴功率、重量等
第二章
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第四节 离心泵基本方程
一、叶轮中液体的流动分析
液体质点进入叶轮后做复合圆周运动
第二章
31
叶轮中液体的流动分析
1、两个坐标系 （1）动坐标系：旋转的叶轮 （2）静坐标系：固定不动的泵壳或泵座
注意：
满足水泵的吸水条件是保证水泵正常运行的必要条件 两个概念从不同侧面反映水泵吸水性能的好坏
第二章
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本章需要了解：
泵理论——描述水泵基本性能参数间的关系
（扬程、功率、效率、汽蚀性能曲线、相对性能曲线等）
泵的应用——水泵样本提供水泵铭牌、性能曲线、 泵的构造、尺寸及安装图等
泵的铭牌提供
特种泵的设计 低比转速泵、超低比转速泵、渣浆泵（固液两相流）、高温
高扬程泵（锅炉水）、低温高压泵（液态氮、液态二氧化碳 ）、电动潜油泵、砂泵、磁力驱动离心泵。其他特种泵如往 复泵（扬程高，流量稳定）
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四、泵站的研究现状
节能改造措施
近年来，节能改造更换耗能大的老设备；改造设备 包括切割叶轮外径、减少叶轮级数，改用高效率泵 和机电；合理设计选型等，进一步节能的潜力在于 运行中的优化调度。
2、相对运动、牵连运动——实际运动 相对速度——水流在液槽中以速度沿叶片而流动 牵连速度——水流随叶轮以u一起作旋转运动 绝对速度——水流对固定坐标而言的绝对速度
第二章
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流动分解示意图
第二章
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叶片内流场速度矢量的分析
3、速度角 绝对速度与圆周速度的夹角 相对速度与圆周运动的反向延长线夹角
九、轴向力平衡措施
(P10图2-15、16) 单吸离心泵，由于叶轮在轴向上缺乏对称性，工作是 前后两侧水压力不同，产生轴向推力
习题：
1、理解离心泵的工作原理及工作过程 2、离心泵主要部件及作用
第二章
24
参观模型室
参观内容：
1.泵的型式
4.射流泵

(1)离心泵叶片、轴流泵叶 片、混流泵叶片
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四、基本方程的修正
4.1 三点假定中恒定流的假定基本满足
泵在启动与停机时，泵与系统处于非稳定状态工作，特 别是碰上突发事故时（如断电和停电等）尤为如此，此 外，近年来处于环保与节能考虑，人们利用风能和太阳 能泵系统直接进行供水、灌溉、排涝等工作。由于风能 与太阳能的随机特性，这种形式的泵系统实际上是在变 速下工作。

=90°——径向式叶片

>90°——叶片背面向叶片工作面呈前弯式

<90°——叶片工作面向叶片背面呈后弯式
前弯式叶片的缺点：
流道短、弯度大，水力损失大；
后弯式叶片的优点（P17、18）：
流道平缓、长、弯度小，液槽水损小
（流速梯度变化小） 一般为20°至30°。
第二章
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出口叶片角对性能的影响
第二章
系的最好例子，即心脏与肌体的关系，输送介质即为血液。
2、泵站在给排水中的位置
给水厂：
取水泵站（取自水源）→净水处理工艺构筑物（过滤反冲洗）→ 送水泵站（至用户管网）
污水处理厂：
污水泵站（收集污水）→水处理工艺构筑物（回流污泥泵房、排 污泵）→排水泵站（或自排入水体）
输送管道工程：中途加压泵站（给水）、提升泵站（排水）
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一、泵的定义
定义：
将其它形式的能量转化为机械能并传递给被输送介质的 动能和压能的一种机械
背景知识：
泵是我国三大耗能机械产品（汽车、机床、水泵）之一 ，水泵效率提高1%即相当于我国新建了一座300MW发 电厂。
我国风机、泵的总用电占全国用电量的31%，占工业用 电的约50%，各工业部门机泵用电量均占60%以上。
例如：电力72.43%；化肥76%；炼油58.15%；油田 63.3%
3
二、泵的分类
根据不同的标准有不同的分类方法： 介质性质（用途）：
清水泵、污水泵、渣浆泵、油泵 泵体结构：
叶片泵、容积泵（往复泵或活塞泵、转子泵）、其他类型泵（螺旋 泵、气升泵、射流泵、水锤泵）
叶片泵按输送特性或工作原理分为：离心泵、轴流泵、混流泵
形式:单环型、双环型、双环迷宫型 材料:
第二章
22
其它零件
六、轴承座
作用：支承 分类
构造特性：滚动、滑动 荷载大小：滚柱、滚珠 荷载特性：径向、止推
2.冷却：空冷、水冷
七、泵座
作用：将泵体与底板或基 础相固定
第二章
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其它零件
八、联轴器
作用： (P10图2-14) 连接泵轴与电机轴、传递电机出力
3、材料:
铸铁、青铜（特点：耐压、耐 磨、耐腐蚀、抗冲击）
4、其他:
充水、放气孔真空、压力表测 压螺孔
第二章
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三、泵轴
作用:
叶轮的旋转中心，其转速不能与共振的临界转速相当或成倍 数以防止共振
材料: 碳素钢、不锈钢(特点：抗扭强度、刚度、挠度)
第二章
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四、填料函

5.轴流泵装置模型
(2)双吸离心泵、单吸离 6.离心泵装置
心泵
7.离心泵的起动过程（
(3)单级离心泵、多级离 心泵
抽真空启动、闸阀的操 作）
2.泵体构造
8.离心泵主要性能参数
叶片（叶轮）、泵壳、泵 轴、填料函、检漏环、轴
的测量与计算
承、泵座、联轴器
3.水环真空泵
第二章
作用: 轴封装置，泵轴穿出泵壳 时，轴与泵壳之间的缝隙
组成:
填料又叫盘根（阻水、阻气）； 压盖（压紧填料）；
水封环、水封管（水封水有水封 管流入轴与填料的间隙，起冷却 与润滑的作用）
第二章
21
五、减漏环
作用:
减少叶轮入口的外圆与泵壳内壁接缝处高低压的交界面的泵壳内 高压水向吸水口回流、承磨（承磨环）
设计选型的误区
一般没有过多考虑经济运行，而按最不利工况选泵 。实际工业生产中，各厂的原料一般达不到设计要 求，减量较大，处理量时大时小，靠阀门调节流量 能耗很大。
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第二章 叶 片 式 水 泵
—泵的工作原理、基本构造及主要零件
第二章
11
第一节 离心泵的工作原理与基本构造
一、叶片泵发展的历史 二、叶片泵特点
第二项表示由于相对速度下降水流压能的增加
第三项为动扬程
第二章
43
理论分析
理论分析（P18图2-19 公式2-15） 理论扬程基本方程
=

=90 <90°
第二章
>90 （—后弯式叶片理论扬程最小）
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后弯式叶片示意
第二章
45
前弯、后弯、径向叶片特点
——叶片进水角
——叶片出水角
通过叶轮的水流获得的能量用其动量矩的增值表示 液流施加于水流的能量即为所有作用在液体上的外力矩
之和
式中： QT 、HT ——通过叶轮的理论流量、扬程
第二章
40
2.3 理想流体假定下的理论功率： 2.4 功率的另一表达式→基本方程：(2-14)
第二章
41
三、基本方程式的讨论
3.1 减小进水角获得正值扬程 基本方程为第一项，
25
复习
叶片泵工作原理 离心泵泵体结构及基本零件
叶轮(叶片、流道)、泵壳、泵轴、轴承、填料盒（ 填料、水封管、水封水）、减漏环、连轴器、轴 向力平衡措施、泵座
第二章
26
第三节 叶片泵的基本性能参数
(掌握定义、单位、符号及参数间的影响关系 )
流量——单位时间内通过水泵出口的液体数量 Q（ ）（ ）
依靠叶轮高速旋转完成能量转换
三、叶片泵的分类 根据水流通过叶轮时的受力方向：
径向流→离心泵→主力为离心力 轴向流→轴流泵→主力为轴向升力 斜向流→混流泵→主力为离心力和轴向升力的合力
第二章
12
一、工作原理
P4图2-1
转速↑△H↑ 半径↑△H↑
质点绕定位的中心轴作圆 周运动时受到离心力作用
4、速度三角形
推导基本方程式涉及进出、口速度三角形分别以 下标“1”、“2”表示各项速度及角度 5、讨论叶片形状——后弯式叶片
第二章
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进、出口速度三角形
第二章
35
后弯式叶片示意
第二章
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二、基本方程式的推导
手段——
建立叶轮对液体做功与液体运动之间的关系
目的——
推算水泵的理论扬程
第二章
13
二、构成
P4图2-2单级单吸式离心泵 ， 图2-3叶轮 叶轮、泵壳、泵轴、轴承、进水口、扩压室、支座、轴封 吸水管、出水管
第二章
14
三、工作过程
P5图2-3 1、离心、真空→工作、连续 2、能量的转换及损失
第二章
15
第二节 离心泵主要零件
根据工作原理理解主要部件的结构及其作用 P5图2-4 重点五大部件，结合认识实习进一步建立感性认识 依次为：
• 扬程——单位重量液体从泵进口到出口所增加能量
H（
）
• 轴功率——水泵从动力机实际获得的功率
（泵轴传递的功率）N（kW）
有效功率——轴功率扣除泵轴承摩擦及泵内水力损失、容 积损失、机械损失等造成的功率损失后水泵的输出功率 (Nu=rQH)
第二章
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第三节 叶片泵的基本性能参数
效率——水泵有效功率与水泵轴功率之比
计算决定
3、材料:铸铁、铸钢、青铜及其它新型材料（特点：耐磨、 耐腐蚀、机械强度）
第二章
17
第二章
18
二、泵壳
1、作用:
水流通道、导流，其渐扩面的 设计应尽量减小速度梯度，保 证良好的水力条件
2、形状:蜗壳形、螺旋形
特点：渐扩断面时流速保 持常数，出口扩散管使流速降 低增加压能以减小水力损失