离心泵

1
Hl
1 (u 2 c 2u u1 c1u ) g
1u
1 H l u 2 c 2u g
2)理论扬程Hl与u2有关，而
u2 =
D 2 n
60
因此，增加转速n和加大叶轮直径D2，可以提高水泵的理论扬程。 3)流体所获得的理论扬程Hl与流体种类无关。对于不同流体，只 要叶轮进、出口处流体的速度三角形相同，都可以得到相同的Hl。
3．离心式水泵实际特性曲线
三、 离心式水泵的效率 根据能量损失的形式不同，可将离心式水泵的损失分 为机械损失、容积损失和水力损失三种。
1．机械损失和机械效率 水泵在运转时存在着机械损失。它包括轴与轴承和 填料间的摩擦阻力损失；叶轮在泵腔内的水中转动时产 生的圆盘摩擦损失；以及因级间泄漏而增加的功率损耗 。 机械损失的大小用机械效率来衡量。 水泵的机械效率为
1 u1 c1 2 u2 c2 / / / / / / 1 u1 c1 2 u2 c2
α1=α1/ α2=α2/
几何相似是运动相似的先决条件，没有几何相似就 没有运动相似。但几何相似不一定就运动相似，只有对 于相应工况时才能运动相似，这是因为不同工况时的速 度三角形不同。
3)理论压头与理论流量的关系 ⑴ 前弯叶片， β2 > 90º，cotβ2<0, 故 Hl = A + BQl； 理论压 头随理论流量增加而增大，即Hl随着Ql的增加而增加，是一条上 升的直线。
⑵ 径向叶片， β2＝90º cotβ2＝０ B＝０ 故Hl=A； 理 论压头为定值不变，即Hl不随着Ql的增加而变化 ，是一条与横 坐标平行的直线。 ⑶ 后弯叶片 β2< 90º cotβ2> 0 B > 0 故 Hl = A - BQl； 理论压头与理论流量成反比，是一条下降的直线。
度，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。 水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫 做水泵的汽蚀余量。
第二节 离心式水泵的工作理论及特性曲线
一、离心式水泵理论压头及特征曲线 1. 水在叶轮中的运动分析 2. 离心式水泵的理论压头方程式 由于水流经叶轮时情况非常复杂，为了便于分析，先作如下 假设： 1)水在叶轮内的流动为稳定流动，即速度图不随时间变化； 2)水是不可压缩的，即密度ρ为一常数； 3)水泵在工作时没有任何能量损失，即原动机传递给水泵轴 的功率完全用于增加流经叶轮水的能量； 4)叶轮叶片数目无限多且为无限薄。这样水流的相对运动方 向恰好与叶片相切；叶片的厚度不影响叶轮的流量；在叶轮同一 半径处的流速相等、压力相同。 在上述条件下求出的压头，叫做离心式水泵的理论压头。
水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符 号 表示。
PX
px
QH
1000

4、效率： 水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号 表示。

QH
1000PZ
5、转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。
6、允许吸上真空度或汽蚀余量
在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空
1)理论压头的关系 根据离心式水泵欧拉方程分析可知，前弯叶片c2u > u2,后弯 叶片c2u<u2 ，径向叶片c2u =u2。所以前弯叶片产生的理论 压头最高，后弯叶片产生的理论压头最低，径向叶片居中。
2)叶轮流道与效率的关系 就叶轮流道阻力而言，后弯叶片因流道长，断面变化的扩散 角小，流动结构变化缓慢，所以流动能量损失最小，效率最高。 相反前弯叶的流道短而宽，断面变化的扩散角大，流动结构变 化剧烈，流动阻力较大，流动损失也大，效率是三种叶片中最 低的；径向叶片的叶轮效率居中。
二、排水设备的组成及其作用 排水设备一般由水泵、电动机、吸水管、排水管、管路 附件及仪表等组成
三、对排水设备的要求
排水设备是煤矿大型固定设备之一。一般煤矿每开 采1t煤，要排出2～7t的矿水，有些煤矿甚至多达30～ 40 t的矿水。排水设备的电动机功率，小的几千瓦或几 十千瓦，大的几百千瓦或上千千瓦。为确保矿井安全生 产，排水设备安全、可靠、经济、合理地运行具有十分 重要的意义。 排水设备的选用及其布置方式必须符合《煤矿安全规 程》等相关的技术规定和要求。
一、相似条件 设有某两台离心式水泵，若它们相似，则必须满足 以下条件：
1．几何相似 若叶轮及过流部件几何形状相同，对应尺寸比值为一常数
，对应的同名角相等，则这两台水泵称为几何相似，即
D1 D1
/

D2 D2
/

b1 b1
/

/
b2 b2
/

1 1
2 2/
2．运动相似 在几何相似的两台水泵中，若其对应点的水流速度的 比值为一常数，速度之间对应的角度相等，即彼此相似 的水泵上各对应点处的速度三角形相似，则这两台泵称 为运动相似，即
由此可见，水泵的总效率等于它的机械效率、容积效率和 水力效率三者之乘积。只有尽可能减少泵内各种损失，才 能获得较高的水泵效率。
第三节 相似原理
水泵厂生产的及工程上使用的水泵有各种不同的尺 寸和转速。对于不同尺寸和转速的水泵，其工作参数各 不相同。但是，彼此相似的水泵，其相应工况参数之间 存在着一定的关系，这种关系对于水泵的制造和使用有 着重要的意义。
则
1 H l (u 2 c 2 cos 2 u1c1 cos 1 ) g
即为离心式水泵的理论压头方程式，又称为欧拉公式。
于是 由此方程式可以看出： 1)水从叶轮中所获得的能量，仅与水在叶轮进口及出口处的运 动速度有关，与水在流道中的流动过程无关。如果水在叶轮进口 时没有扭曲，即 =900 c =0，这时公式可改写为：
三种不同叶型叶片工作特性分析比较结果见下表
不同叶型叶片工作特性的比较
叶片型式
比较项目 理论总压头 静力压头/总压头 叶道阻力损失 理论总压头随理论流量 变化情况 前弯 大 小 大 升高 径向 中 中 中 不变 逐渐增大 后弯 小 大 小 降低 开始增大逐渐 趋缓
理论功率随理论流量变 急剧增大 化情况
3．动力相似 若作用在两台泵相应点处液体上的同名力(如惯性力、 压力、粘性力、重力)的比值相等，则这两台泵称为动力相 似。在动力相似的条件下，彼此的效率接近，可以认为

满足上面三个相似条件的两台水泵，称为相似水泵。 但是，要满足这三个条件是很困难的，甚至是不可能的 。所以，相似水泵仅仅是从相对意义上来说的。
2．容积损失和容积效率 当水流过叶轮时，由于叶轮对水做功，使水的能量(压力 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，而有少量的高压水通过动静部件的间隙( 如在叶轮入 口处、平衡孔或平衡盘处以及级间隙等处)重新流回到低压 区，使水泵的实际流量小于理论流量。这种因间隙泄漏而造 成的能量损失叫做容积损失。 容积损失的大小用容积效率来衡量。 水泵的容积效率为
Q Q r / Q Q Ql
式中 Q、ΔQ——实际流量与泄漏流量， m3/s。
3．水力损失和水力效率 水流过水泵的进口、叶轮、导向器、机壳等过流部件时 ，因摩擦、扩散、冲击而消耗的能量叫做水力损失。水 力损失使水泵的实际压头小于理论压头。 水力损失的大小用水力效率来衡量。 水泵的水力效率为
3. 离心式通风机理论压头与理论流量的关系式
Hl A BQl
式中
u2 A g
2
u2 B cot 2 gS2
，
4.离心式水泵的理论压头线 离心式水泵的叶轮的叶片型式有三种，即前弯式、后弯式和 径向叶片。
在几何尺寸、转速以及流体进入叶片运动情况相同的条件下， 三种叶片的工作状态分析如下：
水泵工作时，叶轮传递给水的理论功率为
Pl
=
Ql H l
水泵的轴功率PZ可用叶轮入口间水流上的外力矩M和叶轮的角速度
Fra Baidu bibliotek
之乘积来表示，即
PZ M
Ql
g (c 2 l 2 c1l1 )
根据动量矩定理可知：作用在叶轮上的外力矩等于每秒钟流经叶轮 出入口间水的动量矩的增量，即
M m c2 l 2 m c1l1
四、离心式水泵的组成及工作原理
1、组成：离心式水泵主要由叶轮、叶片、外壳、泵 轴和轴承等组成 。 2、离心式水泵的工作原理
五、离心式水泵的分类 1. 按叶轮数目分 1)单级水泵 泵轴上仅装有-个叶轮 2)多级水泵 泵轴上装有几个叶轮 2. 按水泵吸水方式分 1)单吸水泵 叶轮上仅有-个进水口 2)双吸水泵 叶轮两侧各有-个进水口 3. 按泵壳的结构分 1)螺壳式水泵 2)分段式水泵 垂直泵轴心线的平面上有泵壳接缝 3)中开式水泵 在通过泵轴心线的水平面上有泵壳接缝 4. 按泵轴的位置分 1)卧式水泵 泵轴呈水平位置 2)立式水泵 泵轴呈垂直位置 5. 按比转数分 1)低比转数水泵 比转数nS=4O～80 2)中比转数水泵 比转数nS=8O～150 3)高比转数水泵 比转数nS=150～300
2）排水扬程（排水高度） 泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。 3）实际扬程（测地高度） 从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。 4) 总扬程 总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速 度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程
3、功率 水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。 1） 水泵的轴功率 电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率） 2） 水泵的有效功率
sl
H Hl
/
4．水泵的总效率 水泵的总效率η为水泵的有效功率PX(输出功率)与轴功 率PZ(输入功率)的比值，即


QH
1000 Z P
Px PZ
r Ql / sl H l /
1000 Z P
Ql / H l /
1000 Z P
r sl
m r sl
综上分析，在实践中通常使用后弯叶片叶轮，β2一般在２０o～２ 5o之间，叶片数一般为５～７片。
二、离心式水泵的实际压头及特性曲线
1. 有限多叶片的影响
H l KH l
/
式中 K——环流系数， 一般K=0.6～0.9。
2．能量损失的影响
水流经水泵过流部件时的能量损失(水力损失)主要有下列两 种： 1)摩擦损失和扩散器损失 2 摩擦损失为 hm k m Q
六
离心式水泵的工作参数
1、 流量 水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示， 单位m3/s , m3/h。 2、扬程 单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示， 单位为m。
1）. 吸水扬程(吸水高度) 泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，单位为m。
PZ Pm Q / l H l m PZ 1000PZ
/
式中 PZ ——水泵轴功率， kw
kw ΔPm——机械损失功率，
Hl/——叶轮叶片有限多时水泵的理论压头， m； Ql/————叶轮叶片有限多时水泵的理论流量，即
Ql Ql D2 b2 c 2 r
——叶轮叶片厚度使叶轮出口断面缩小 的系数，称为收缩系数。
第五章
第一节 第二节 第三节 第四节 本章小结
离心式水泵的工作理论
概述 离心式水泵的工作理论及特性曲线 相似理论 离心式水泵在管路中的工作
第一节
概述
一、 排水设备的任务和分类
涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于大气降水、地表水、 含水层水、断层水和采空区水等，对于水力采煤和水砂充填的 矿井，还包括水力采煤和水砂充填后的废水。 矿井涌水量：在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌量用q 表示，其单位是m3/h。 最大涌水量：雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为最大涌 水量，用qmax表示，所对应的涌水时间为最大涌水时间，用 tmax表示。 正常涌水量：其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正 常涌水量，用qz表示，所对应的涌水时间为正常涌水时间，用tz 表示。
hq k q Q 2 扩散器损失为
所以摩擦损失和扩散器损失为
hmq hm hq kmQ 2 kqQ 2 k mq Q 2
式中 k mq ——摩擦和扩散损失系数。 2)冲击损失和涡流损失 冲击损失和涡流损失hq的大小与水泵运转时流量Q和 设计流量Qe之差的平方成正比，即
hg k g (Q Qe ) 2