叶片式水泵讲义

叶片式水泵

第一讲基本常识

1 水泵及水泵站的作用

水泵作为通用机械用途很广如采矿，冶金，电力，石化和农业，市政等。泵站给排水工程的动力源泉。

2 水泵的定义及分类

水泵定义: 把原动机的机械能转化为液体的能量,使其获得动能或位能的机械。

叶片泵定义: 依靠叶轮的高速旋转把原动机的机械能转化为液体能量的一种机械。

叶片泵分类:依据叶片的形状和叶轮出水方向的不同划分。

离心泵:径向出流,水流质点主要受离心力作用。

轴流泵:轴向出流,水流质点主要受轴向升力的作用。

混流泵:斜向出流,水流质点既受离心力又受轴向力的作用。

3 离心泵的工作原理

离心泵起动前泵壳及进水管灌满水,起动后叶轮作高速旋转,水受到离心力的作用被甩出叶轮,由泵壳汇集流出出水管,而叶轮进口处由于水被甩出形成真空,吸水池的水在大气压的作用下进入吸水管流入叶轮,如此循环.如同雨伞旋转雨滴被甩出一样。

4 离心泵的主要部件及部位,作用

(1) 最主要部件，给水体施加能量。

单吸式叶轮: 一边进水

双吸式叶轮: 两边进水轮。

(2) 泵轴：带动叶轮旋转，传递能量。

(3) 泵壳: 蜗壳形,顶部有灌水孔,底部有放水孔.汇集水流，导流，将一部分动能转换为

压力。

(4) 泵座：固定泵壳。

(5) 填料盒: 泵轴穿出泵壳地方安装,防止漏水漏气。由轴封套,填料,水封管,水封环,压

盖组成。单吸离心泵填料盒主要作用防止漏水（安装在叶轮背面附近）；双吸离心泵填料盒主要作用防止漏气（安装在叶轮进口附近）

(6) 减漏环: 叶轮进口与泵壳之间安装,防止高压水回流和承磨,可以更换。

(7) 轴承座

(8) 联轴器：将电机轴与水泵轴连接。

5 水泵的性能参数

(1) 流量Q:单位时间内通过泵出口的水体体积 m3/s。

O

(2) 扬程H: 单位重量液体通过水泵后获得的能量 m H

2

(3) 轴功率：原动机传给泵轴上的功率KW

有效功率： N

＝γQH

u

/N＝γQH/N

(4) 效率: H＝N

u

γ－KN/m3 ，Q－m3/s ，H－m ，N－KW

(5) 转速n: r/min

(6) 允许吸上真空高度及允许气蚀余量

第二讲水泵装置扬程与离心泵基本方程式

一水泵装置扬程

1. 水泵装置: 水泵及其配套的管路和附件构成的系统。

2. 水泵装置需要扬程: 对于水泵装置，单位重量水体从进水池到达出水池所需要的能量。包括静扬程和管路水力损失。

＋h

H＝H

st

3. 水泵扬程测量计算公式: H ＝E 2－E 1

H ＝Z 2－Z 1＋(P 2－P 1 )/γ＋(V 22－V 2

1 )/2g P

2 —泵出口绝对压力 kg/cm 2 P 1—泵进口绝对压力 kg/cm 2

P 2＝P a ＋P d P d —压力表读数 P 1＝P a ＋P v P v —真空表读数 H ＝Z 2－Z 1＋H d ＋H v ＋(V 22－V 21)/2g

H ＝Z 2－Z 1＋H d －H v ＋(V 22－V 21)/2g (自灌式水泵装置)

二 离心泵基本方程式

水泵依靠叶轮旋转给液体施加能量, 所产生的扬程大小与叶轮转动有什么关系。 1. 叶轮中液体的运动

A: 坐标系:静坐标:地球 动坐标:叶轮 B. 运动分解

相对运动: 液体质点相对叶轮U 牵连运动: 叶轮对地球W

绝对运动: 液体质点对地球C C. 运动与速度合成

叶片进口速度三角形C 1＝W 1＋U 1 叶片出口速度三角形C 2＝W 2＋U 2

β1—叶片进口液体质点相对速度角

β2—叶片出口液体质点相对速度角 δ1 — 叶片进口安放角 δ2 —叶片出口安放角

2、基本方程式: 反映通过水泵的液体所获得的能量与叶轮旋转运动之间的关系

动量矩定理: 质点系对转轴的的动量矩对时间的变化率等于作用在质点系的外力对转轴的力矩之和。

三点假定: A: 液体是恒定流 B: 叶片无限多为均匀流 C: 理想液体,不可压缩,不计水力损失。

研究一个叶槽水体动量矩的变化，即dt 时间内流入流出水体dm 的动量矩变化. 利用动量矩定理则:

dm/dt(C 2COSα2R 2－C 1COSα1R 1 )＝M 对整个叶轮积分并引入流量Q T dVρ/dt＝ρQ T

ρQ T (C 2COSα2R 2－C 1COSα1R 1)＝∑M 引入功率:两端同乘ω

ρQ T (C 2COSα2R 2ω—C 1COSα1R 1ω)＝N T 引入功率:N T ＝γQ T H T (水功率)

ρQ T (C 2COSα2R 2ω－C 1COSα1R 1ω)＝γQ T H T (C 2COS α2R 2ω－C 1COS α1R 1ω)/g ＝H T 引入圆周速度U ＝R ω

(C 2COS α2U 2－C 1COS α1U 1)/g ＝H T 引入轴面分速C U ＝C ×COS α H T ＝(U 2C 2U —U 1C 1U )/g

基本方程讨论及修正

1. 一般离心泵α

1＝900, 以提高水泵的杨程, 改善吸水性能。 H

T

＝U

2

C

2U

/g α

2

＝60～

80

2. 方程与液体种类无关

3. 增大叶轮直径和提高转速可以提高扬程

4. 基本方程适用于一切叶片泵（对轴流泵和混流泵均适用）

5。理论扬程只与叶轮进出口速度有关，与叶片形状无关

6.修正:H＝η

T H

T

/(1＋P)

η

T

－－水力效率

P－－修正叶片无限多

离心泵基本方程推导采用动量矩定理。

第四讲离心泵的特性曲线与工作点确定一理论特性曲线

离心泵理论扬程: H

T ＝U

2

C

2U

/g

C

2U ＝U

2

－C

2R

ctgβ

2

，Q

T

＝F

2

C

2R

H

T ＝U

2

(U

2

－Q

T

ctgβ

2

/F

2

)＝A－BQ

T

1、当β

2<900 时叶片向后弯， H

T

～Q

T

关系曲线为下降直线，N

T

～Q

T

关系曲线平缓上升曲

线。

修正 H＝η

H H

T

/(1＋P)

水力损失及水力效率η

H ＝H/H

T

容积损失及容积效率η

V ＝Q/Q

T

，叶轮出流一部分回流到进口以及一部分漏损造成容积

损失.

机械损失与机械损失效率η

M ＝N

H

/N，轴承内磨擦以及填料内摩擦损失,叶轮旋转造成轮

盘损失,真正传给水体的功率为水功率N

H ＝γQ

T

H

T

。

水泵效率η＝γQH/N＝η

H η

V

η

M

2、当β

2>900时,叶片向前弯，N

T

～Q

T

关系曲线为急剧上升曲线。随着Q

T

增大,扬程和功

率也增大,而管网和用户需水量变化很大,则功率变化也会很大,这对电动机运行很不利。为避免叶轮进口产生旋涡，若叶片向前弯,叶槽曲线复杂,水力损失增大，因此离心泵叶片一律向后弯的形式。

二实验特性曲线

1. 定义与用途: 理论曲线很难计算,一般用实验测定有关参数并绘制实验特性曲线，用以反映它们之间的内在联系及变化规律。它是合理选择水泵,使用水泵和分析解决水泵运行过程中实际问题的依据。

2、设计工况点（额定工作点,最高效率点）：设计水泵时采用的一组参数。

水泵铭牌上表明的参数是水泵额定参数，设计参数，最高效率点的参数。水泵铭牌上表明的参数不是最大流量对应的参数。

3、高效区：在最高效率点两侧一个范围水泵的效率比较高,要求选泵和水泵运行工况在此范围内,两个端点的效率约为最高效率点的90%。

水泵选型和水泵实际运行时工况要求在此范围内。

4、离心泵关阀起动

Q＝0时, N最小,符合电动机轻载起动要求,也容易很快把水压出去。但只允许水泵短时运行,以免泵轴及泵内发热。

为什么离心泵要关阀起动？原因两个。

5、选配电动机 N

P

＝KN

N—泵实际运行时可能出现的最大轴功率（单泵运行，水源水位最高时）。

K－根据水泵功率不同选用。1.1～1.6

选配电动机的主要依据是水泵实际运行时可能出现的最大轴功率。