水泵基本参数及特性曲线讲解

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
23
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 (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

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)
27
第二章
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 转速——水泵叶轮每分钟的转速 n(r / min) rpm
注意：水泵的各项性能参数与叶轮转速有关
九、轴向力平衡措施

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



(1)离心泵叶片、轴流泵叶 片、混流泵叶片 (2)双吸离心泵、单吸离 心泵 (3)单级离心泵、多级离 心泵



2.泵体构造
叶片（叶轮）、泵壳、泵 轴、填料函、检漏环、轴 承、泵座、联轴器


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）

形式:单环型、双环型、双环迷宫型 材料:
第二章
（a） (a)为后弯式（β2<90）
b 图2--16 离心泵叶片形状 (b)为径向式（β2=90）
c c 为前弯式 β2>90
第二章
36
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
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， 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 19

2、形状:蜗壳形、螺旋形


3、材料:


4、其他:

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 碳素钢、不锈钢(特点：抗扭强度、刚度、挠度)

材料:

第二章
20
四、填料函

作用: 轴封装臵，泵轴穿出泵壳 时，轴与泵壳之间的缝隙 组成:
Nu N
QH QH N (kw) (马力) 102 75
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 H s

——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) 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
12
一、工作原理

P4图2-1


转速↑△H↑ 半径↑△H↑
流线

质点绕定位的中心轴作圆 周运动时受到离心力作用
流面 流线和流面
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
第二章源自文库
14
三、工作过程
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

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。
第一章 概 论
——水工艺泵与泵站的作用及发展
1
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
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 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
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：

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
M dm (C 2 cos 2 R2 C1 cos 1 R1 ) dt
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（ m3 / s ）（ l / s ） 扬程——单位重量液体从泵进口到出口所增加能量 H（ kg m / kg m ） 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）
注意：

第二章
29
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


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
4
离心泵
5
轴流泵
6
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 系的最好例子，即心脏与肌体的关系，输送介质即为血液。
给水厂：


2、泵站在给排水中的位臵

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）
u 2 C2u u1C1u HT g
gQT
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， 说明水流垂直流入叶轮可以 u1 90 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
1

n D u2 3.3 扬程与密度无关，但消 60 耗功率不同
9

研究动态

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。 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。

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：

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


污水处理厂：


输送管道工程：中途加压泵站（给水）、提升泵站（排水）
8
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 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）
T 2
M Q (C

cos 2 R2 C1 cos1 R1 )
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)
NT gQT H T
HT M
NT M
2
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%
10

设计选型的误区

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

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
叶片进口处的冲角
1
第二章
42

3.4 用余弦定律推导扬程的另一种表达式
2 2 2 u2 u12 w12 w2 C2 C12 HT 2g 2g 2g
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
C u

5、讨论叶片形状——后弯式叶片
第二章
34
进、出口速度三角形
C1
w
1
C2
1
Cm2 w
2
α
β u
1
1
α
2
β
Cu2
2
u
2
速度三角形
第二章
35
后弯式叶片示意
W2 C2r C2
β2
W2
β2
C2 α C1 u1
2
W2
β2
C2 α
2
α
2
u2 W1 C1 u1 W1
u2 W1 C1
u2 u1
第二章
30
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

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

4.射流泵 5.轴流泵装臵模型 6.离心泵装臵 7.离心泵的起动过程 （抽真空启动、闸阀的 操作） 8.离心泵主要性能参数 的测量与计算

3.水环真空泵
第二章 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
17
b2
β1
β2
b1
D0
D1
D2
a)
b)
图2--1 叶轮投影图 a) 轴面投影 b) 平面投影 D1、D2--叶轮的进出口直径 b1、b2--叶轮的叶片进出 度 β1、β2--叶轮的叶片进出口安放角 D0--叶轮进口 直径 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 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 铸铁、青铜（特点：耐压、耐 磨、耐腐蚀、抗冲击） 充水、放气孔真空、压力表测 压螺孔
绝对速度——水流对固定坐标而言的绝对速度
C wu
32
第二章
流动分解示意图
v w ω ω
u ω
a)
b)
c)
a) 牵连运动
液体运动的轨迹 b) 相对运动
c) 绝对运动
第二章
33
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 w u 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