水泵与水泵站第1,2章PPT课件

1、入田入江取水泵站泵站净水用水户输水污水第一节 水泵及水泵站的作用和地位 一、水泵应用: 广泛应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等国民经济的各个部门。 二、水泵在城市给排水工程中的应用： 城市给排水系统工艺基本流程： 城市给水和排水系统工艺基本流程第1页/共183页 三、水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用 1、灌溉泵站 2、排涝泵站 3、灌排结合第2页/共183页第二节 水泵定义及分类 一、水泵定义: 水泵是输送和提升液体的机器。它是把原动机的机械能传递给被输送液体，使液体获得动能或势能的增加从而被提升或者被输送的机械。 二、水泵分类：水泵按其作用原理可分为以下三类： (1)叶片式水

2、泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。属于这一类的有离心泵、轴流泵、混流泵第3页/共183页 (2)容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的周期性改变来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。如：喷雾器等第4页/共183页 容积泵的特点是工作流量稳定，基本不受工作压力变化的影响，常用来做为计量泵使用。 (3)其它类型水泵：这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。属于这一类螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵。第5页/共183页三、水泵的发展趋势1、大型化、大容量化特别是取水水泵和排水水泵，直径有7m的，我国最大水泵的单泵流量已经达到50m3

3、/s。2、高扬程、高转速单级扬程已经达到1000m。3、系列化、通用化和标准化按照通用标准第6页/共183页 第二章 叶片式水泵 第7页/共183页 2.1 离心泵的工作原理与基本构造 2.2 离心泵的主要零件 2.3 叶片泵的基本性能参数 2.4 离心泵的基本方程式 2.5 离心泵装置的总扬程 2.6 离心泵的特性曲线 2.7 离心泵装置定速运行工况 2.8 离心泵装置调速运行工况 2.9 离心泵装置换轮运行工况 2.10 离心泵并联及串联运行工况 2.11 离心泵吸水性能 2.12 离心泵机组的使用及维护 2.13 轴流泵及混流泵 2.14 给水排水工程中常用的叶片泵第8页/共183页叶片

4、式水泵的分类 叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转换和传递的。叶轮叶片的形状则影响着水泵对水流的作用力及水流的出流方向，根据叶轮出水的水流方向的不同可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流3种。 来看一下这三种不同情况下，第9页/共183页叶片式水泵图第10页/共183页 a,离心泵：叶轮出流方向为径向，叶轮叶片对水流的作用力为离心力。 b,轴流泵：叶轮出流方向为轴向，液体质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力。 c,混流泵：叶轮出流方向为斜向，它是上述两种叶轮的过渡形式，液体质点在这种水泵叶轮中流动时既受离心力的作用，又有轴向升力的作用。第11页/共183页 再来认识一下这几种水泵的

5、外形:单级单吸式离心泵第12页/共183页 单级双吸式离心泵第13页/共183页大型单级双吸式离心泵第14页/共183页第15页/共183页第16页/共183页卧式蜗壳式混流泵第17页/共183页轴流泵轴流泵第18页/共183页混流泵第19页/共183页第一节 离心泵的工作原理与基本构造 1，离心泵的工作原理：离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，然后，驱动电机，使叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入水泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。在这同时，水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大气压力作用下，沿吸水管而源源不断地

6、流入叶轮吸水口，又受到高速转动叶轮的作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这样，就形成了离心泵的连续输水 。第20页/共183页离心泵的工作原理第21页/共183页2，单级单吸卧式离心泵的基本构造 单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵1一叶轮，一叶轮，2一泵轴；一泵轴；3一键，一键，4一泵壳，一泵壳，5一泵座一泵座6一灌水孔，一灌水孔，7一放水孔：一放水孔：8一接真空表孔，一接真空表孔，9一接压力表孔，一接压力表孔，10一泄水孔，一泄水孔，1l一填料盒，一填料盒，12一减漏环，一减漏环，13一轴承座，一轴承座，14压盖调节螺栓，压盖调节螺栓，15传动轮（皮带轮或联轴器）传动轮（皮带轮或联轴器）第22

7、页/共183页单级单吸式离心泵第23页/共183页第24页/共183页第25页/共183页单级双吸离心泵结构图单级双吸离心泵结构图1 1泵体；泵体；2 2 泵盖；泵盖；3 3叶轮；叶轮；4 4泵轴；泵轴；5 5密度封环；密度封环；6 6轴套：轴套：7 7填料填料盒；盒；8 8填料；填料；9 9水封环；水封环；1010压盖；压盖；1111轴套螺母：轴套螺母：1212轴承体；轴承体；1313固定螺钉；固定螺钉；1414轴承体压盖；轴承体压盖；1515滚动轴承；滚动轴承；1616联轴器；联轴器；1717轴承轴承端；端；1818挡水圈；挡水圈；1919螺杆；螺杆；2020键键第26页/共183页第27

8、页/共183页单级双吸式离心泵第28页/共183页第二节 离心泵的主要零部件 以给水排水工程中常用的单级单吸卧式离心泵为例说明 ： 离心泵的组成主要有：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平衡装置。第29页/共183页一、叶轮a,单吸式叶轮 1-前盖板；2一后盖板；3一叶片 4一叶槽；5一吸入口；6轮毂； 7泵轴b,双吸式叶轮 1-吸入口；2一轮盖； 3一叶片 4一轮毂；5一轴孔第30页/共183页叶轮按其盖板情况可分封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮3种形式 第31页/共183页第32页/共183页二、泵 轴 泵轴是用来固定并带动叶轮旋转的，常用材料是碳素钢和不锈

9、钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度，其挠度不超过允许值；工作转速不能接近产生共振现象的临界转速。第33页/共183页 泵壳一般由泵盖、壳体（蜗壳）、出水接管组成泵壳的作用：1，使水流平顺地进入叶轮2，汇集叶轮甩出的流体第34页/共183页 泵壳通常铸成蜗壳形，其过水部分要求有良好的水力条件。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在水泵起动前用来充水及排走泵壳内的空气。 泵壳的材料一般有铸铁、铸钢、不锈钢等第35页/共183页四、泵座 泵座的作用是用来支承和固定水泵的。 泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。 上述的零件中，叶轮和泵轴是离心泵中的转动部件，泵壳和泵座是离心泵中的固定部件。第36页/

10、共183页 轴封装置位于泵轴穿过泵壳处，作用是密封水泵的转动部件和固定部件之间的间隙，防止水泵内的高压水（单吸式离心水泵、混流泵、轴流泵）向泵外泄漏，或者是为了防止泵外的空气向泵内渗入（双吸式离心泵）破坏水泵进水口处的真空状态。 轴封装置主要有两种形式：填料密封和机械密封。 1,填料密封装置也称填料盒（见构造示意图）。第37页/共183页叶轮水泵轴固定部分与转动部分的间隙 第38页/共183页 2,机械密封也称端面密封。第39页/共183页第40页/共183页 六、减漏环 减漏环位于叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处第41页/共183页 减漏环的作用是减少回流损失，同时承受磨损，所以也称为承磨

11、环。由于其位于水泵叶轮的进口处，也称为口环。第42页/共183页 七、轴承体 支承水泵的转动部分（叶轮和泵轴） 八、联轴器 将原动机械和水泵的轴联接起来的装置 原动机械与水泵之间的联接和传动方式一般有： 1，皮带传动（皮带轮、皮带） 2，联轴器传动（弹性联轴器、刚性联轴器）第43页/共183页第44页/共183页第45页/共183页第46页/共183页 九、轴向力平衡装置 平衡孔平衡孔1 1 排出压力；排出压力；2 2加装的减漏环加装的减漏环3 3平衡孔；平衡孔；4 4泵壳上的减漏环泵壳上的减漏环第47页/共183页第三节 叶片泵的基本性能参数 水泵的6个性能参数： 1、流量(抽水量)水泵在单

12、位时间内所输送的液体数量。 用字母Q表示，常用的体积流量单位是m3h或Ls。常用的重量流量单位是th。第48页/共183页2、扬程(总扬程) 水泵对单位重量(1kg)液体所作的功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。用字母H表示，其单位为kgmkg，也可折算成被送液体的液柱高度(m)；工程中用国际压力单位帕斯卡(Pa)表示 。第49页/共183页 3、轴功率泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以N表示。 原动机为电力拖动时，轴功率单位以kw表示。有效功率单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母Nu表示泵的有效功率为QHNu3/1000:mkg取第50页/共183

13、页 4、效率水泵的有效功率与轴功率之比值，以表示。 t：运行时间h 1：水泵的效率 2：电机的效率)(10221kwhtQHWhhNNuh第51页/共183页 例：某水厂取水泵站，供水量Q8.64104m3d，扬程H=30m；水泵及电机的效率均为70，则该泵站工作10h其电耗值？第52页/共183页 5、转速水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示，以字母n表示 常用单位为rmin(rpm)。 在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次min)第53页/共183页 6.允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv) 允许吸上真空高度(Hs)指水泵在标准状况下(即水温为20、表面压力为一

14、个标推大气压)运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度 (即水泵吸入口的最大真空度)。单位为mH20。水泵厂一般常用Hs来反映离心泵的吸水性能。 气蚀余量(Hsv)指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流泵、锅炉给水泵等的吸水性能。单位为mH20 。气蚀余量在水泵样本中也有以h来表示的。第54页/共183页水泵的铭牌型号型号:12SH-28A扬程：扬程：10m流量：流量：684m3/h转数：转数：1450r/min效率：效率：78%轴功率：轴功率：28kW允许吸上允许吸上真空高度：真空高度：4.5m总量：总量：660kg第55页/共183页水泵

15、型号第56页/共183页 第57页/共183页第58页/共183页2.4 离心泵的基本方程式 离心泵的基本方程式是反映离心泵的扬程与离心泵叶轮中流体运动状况之间的关系的 在下面的讨论中我们以离心泵为例进行分析,得到的结论对所有叶片泵都适用 首先来分析一下离心泵叶轮中流体的运动情况,来看一下离心泵的抽水过程:第59页/共183页离心泵的工作过程第60页/共183页2.4 离心泵的基本方程式 2.4.12.4.1叶轮中液体的流动情况叶轮中液体的流动情况(1)(1)相对速度相对速度uWCCWu+=圆周速度圆周速度绝对速度绝对速度即即: : (2)(2)速度矢量三角形速度矢量三角形( (牵连速度牵连速

16、度) )(3)(3)绝对速度的切向分绝对速度的切向分速度速度CuCu和法向分速度和法向分速度CrCr第61页/共183页叶轮出口速度三角形叶轮出口速度三角形法向分速度Cr切向分速度Cu C与u的夹角 C与W的夹角222222cotcosbaruCuCC-222sinaCCr第62页/共183页（a) a) 后弯式后弯式( (9090) )（b)b)径向式径向式( 90)（c) c) 前弯式前弯式 ( 90)按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种: :第63页/共183页 2.4.2 2.4.2 基本方程式的推导基本方程式的推导三点假定：三点假定： (1)(

17、1)液流是恒定流；液流是恒定流； (2)(2)叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的同名速度相等。流的同名速度相等。(3)(3)液流为理想液体，也即无粘滞性液流为理想液体，也即无粘滞性。第64页/共183页 (1)(1)质点的动量矩与动量矩定律质点的动量矩与动量矩定律 质点的动量矩质点的动量矩 L=m V L=m V * * R, R,则作用在质点上的所有外力则作用在质点上的所有外力对转动中心对转动中心O O的力矩的力矩MoMo为：为： (2)(2)外力矩外力矩M M与功率与功率N N的关系的关系 W=FS 或 dW=FdS=FRd 而:M=F:M=FR,

18、 dW=MdMo=dLdtN=dWdt= Md dt= M第65页/共183页(3)叶轮中液体的动量矩与功率：取一个叶轮流槽来进行分析叶轮中液流质点动量矩的变化第66页/共183页1 1、按动量矩定理可得、按动量矩定理可得: :2 2、等式两边同乘以角速度、等式两边同乘以角速度: M=QT(C2uR2- C1uR1)=Nh代入化简后得到代入化简后得到: :C C2 2ThQTHNdtdL=dt(C2uR2- C1uR1)dm经分析最后得到经分析最后得到:M=QT(C2uR2- C1uR1) 而而:上式即为叶片泵的基本方程式上式即为叶片泵的基本方程式()uuTCuCugH11221-第67页/共

19、183页 2.4.32.4.3基本方程式的讨论基本方程式的讨论（1 1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，离心泵）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，离心泵在设计时常取在设计时常取 9090，既，既u u=0=0 则则（2 2）由于）由于 则增加转速则增加转速(n)(n)相加大轮径相加大轮径(D(D2 2) )，可以提高水泵，可以提高水泵之扬程。之扬程。gCuHuT226022Dnup第68页/共183页(3)(3)离心泵的理论扬程与液体的容重无关离心泵的理论扬程与液体的容重无关但当输送不同容重的液体时，水泵的扬程相同但当输送不同容重的液体时，水泵的扬程相同, ,但水泵所消耗的功率将是不同的。但

20、水泵所消耗的功率将是不同的。第69页/共183页 2.4.42.4.4基本方程式的修正基本方程式的修正假定假定1 1 基本满足。基本满足。假定假定2 2 “反旋现象反旋现象”。假定假定3 3 有水力损耗有水力损耗h h水力效率水力效率; ; p p修正系数。修正系数。pHHTT+1pHHHThTh+1hh第70页/共183页 2.5.12.5.1离心泵装置离心泵装置 水泵装置也称抽水装置水泵装置也称抽水装置. .如图所如图所示示 该装置由该装置由: :吸水管路系统、水吸水管路系统、水泵、出水管路系统、动力设备泵、出水管路系统、动力设备及传动设备等组成及传动设备等组成 水泵的装置效率是指整个抽水

21、水泵的装置效率是指整个抽水装置的效率装置的效率, ,由水泵效率、动力由水泵效率、动力机效率、传动效率、管路效率机效率、传动效率、管路效率等组成。等组成。 装置效率反映了整个抽水系统装置效率反映了整个抽水系统对能量的利用程度，是最值得对能量的利用程度，是最值得关注的。关注的。 2.5 2.5 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程第71页/共183页 2.5.22.5.2 水泵装置的总扬程水泵装置的总扬程1，绝对压强（力）：以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点2，相对压强（力）：以一个工程大气压力为压力零点3，1工程大气压力=1kg/cm2=9.8N/cm2=10mH2O4，1标准大气压力=1

22、.033kg/cm2=10.33mH2O5，真空：当某处的绝对压力小于一个大气压力时，即认为该处存在真空。 真空值Pv=Pa - P 真空度=Pv/Pa*100%第72页/共183页（1 1）总扬程的表达式）总扬程的表达式一一: :)2(221112222gvpzgvpzH+-+gvvppzzH2)(21221212-+-+-vappp-1dappp+2设：水泵进口断面1-1的断面比能为E1 水泵出口断面2-2的断面比能为E2则水泵的扬程： H=E2-E1代入断面比能的表达式可得：合并一下：合并一下：而：而：第73页/共183页 ZgvvHHHvd+-+22122ddpH vvpH vdHHH

23、+用Hd表示压力表读数换算成的水柱高度，用Hv表示真空表的读数换算成的水柱高度，则：代入到公式gvvppzzH2)(21221212-+-+-可得：忽略水泵进口断面和出口断面的流速水头差和两个断面间的垂直高差，则上式可以简化为： 第74页/共183页 水泵基准面吸水池自由表面出水池自由表面水泵进口断面水泵出口断面HST（2）总扬程表达式二:先来看一下水泵装置中的几个典型的断面。压水地形高度Hsd吸水地形高度Hss静扬程HST再看几个断面之间的几何再看几个断面之间的几何高度：高度：吸水地形高度吸水地形高度Hss压水地形高度压水地形高度Hsd静扬程静扬程HsT第75页/共183页shgvpzgvp

24、z+)2(221112000svsshgvHzH+-220212221zgvhHHsssv-+下面进行分析：下面进行分析：列吸水池断面与水泵进口断面的能量方程：设 Z0=0， Z1=Hss-Z/2,而： P0=Pa, P1-Pa = -Pv则有：也即：第76页/共183页 hHHST+2222zgvhHHdsdd-+同理：列水泵出口断面与出水池水面同理：列水泵出口断面与出水池水面之间的能量方程可得到：之间的能量方程可得到：ZgvvHHHvd+-+22122将得到的将得到的H HV V与与H Hd d表达式代入之前所得到下表达式代入之前所得到下式中：式中：化简后得到：化简后得到：第77页/共18

25、3页例：水泵流量例：水泵流量Q=120 Q=120 L/s/s，吸水管管路长度，吸水管管路长度L1 1=20m=20m；压水管管路长度；压水管管路长度L2 2=300m=300m；吸水管径；吸水管径D Ds s=350mm=350mm，压水管径，压水管径D Dd d=300mm =300mm ；吸水水面标高；吸水水面标高58.0m58.0m；泵轴标高；泵轴标高60.0m 60.0m ；水厂混合池水面标；水厂混合池水面标高高90.0m 90.0m 。 求水泵扬程。求水泵扬程。 n注：注：is s=0.0065,=0.0065,id d=0.0148 =0.0148 ； 吸水管的局部水头损失为吸水

26、管的局部水头损失为1m,1m,压水管的局部水头损失按压水压水管的局部水头损失按压水管沿程损失的管沿程损失的15%15%计计. .VD第78页/共183页 2.6 离心泵的特性曲线 2.6.12.6.1离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 特性曲线：特性曲线：在一定转速下在一定转速下，离心泵的扬程、，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。同，但都有共同的变化趋

27、势。 即当即当n=C(常数常数)时时: H=H(Q) N=N(Q) =(Q) =(Q) Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q)Hs=Hs(Q)/Hsv=Hsv(Q)这四条曲线就是离心泵的特性曲线这四条曲线就是离心泵的特性曲线第79页/共183页 2.6.22.6.2理论特性曲线的定性分析理论特性曲线的定性分析)cot(2222bFQuguHTT-gCuHuT22Q QT T泵理论流量泵理论流量(m(m3 3s)s)。也即不考虑泵体内容积损失。也即不考虑泵体内容积损失( (如漏泄量、回流量等如漏泄量、回流量等) )的水泵流量；的水泵流量；F F2 2叶轮的出口面积叶轮的出口面积(m(m2 2)

28、)；C C2r2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m(ms)s)。TTBQAH-22FQCTr由离心泵的基本方程式:而: C2u=u2-C2rctg 则:第80页/共183页上式表明在理论上，离心泵的扬程和流量为线性关系。（1）当 0 HT随着QT的增大而减小。（2）当 =90时： ctg=0 HT=A，此时水泵的扬程与流量无关，始终为一 常数。（3）当 90时：ctg0 HT随着QT的增大而增大。0QTHTu22g第81页/共183页 由于水泵的有效功率Nu=QH,轴功率 N=QH/ 所以， 当 90时，Q增大，H也增大，N增大更快。 由于后两种情况下，对动

29、力设备的要求很高，目前没有办法匹配这样的的动力设备，所以对水泵而言，都是采用 90 下面就 90时的情况讨论一下离心泵的理论特性曲线向实际的HQ曲线演变的过程。第82页/共183页 当 90时，理论HTQT曲线是一条向下的直线（如图）。 （1）首先：由于在推导离心泵的基本方程式时，我们假设水泵内的水流为均匀流，而实际上流动是不均匀的，泵内存在反旋现象，这使得水泵的真正的理论扬程没有基本方程式反映的那么高，需对HT进行修正：u22g这使得HTQT直线在H轴上的截距变小，直线从I变到II（如图）I线:HTQTII线:HTQTpHHTT+1第83页/共183页 （2）基本方程式的另一假设是理想流体，

30、而实际液体具有粘性，在水泵内部会产生水力损失。包括： 内摩阻损失h1:这部分水力损失与流量（流速）的平方成正比关系，可以表示为：h1=K1QT2 从曲线II上扣除这部分水力损失后，得到曲线IIIu22gI线:HTQTII线:HTQT线h1第84页/共183页 冲击损失h2：冲击损失的大小是跟水泵的流量QT偏离设计工况下流量Q0的大小相关的，即：u22gI线:HTQTII线:HTQT线h1h2=K2（QT - Q0）2 Q0是水泵的设计流量。再从曲线III上面扣除对应流量下的这部分水力损失后，就得到了曲线；线第85页/共183页 （3）水泵在工作过程中存在一种损失称为容积损失。容积损失q的大小跟

31、扬程有关，扬程越大，表示叶轮出口的压力越高，这样在水泵的高压低压区的压力差就越大，回流量也就越大，反之回流量小，因此，扬程越大，由于回流所造成的损失也就越大。 这样在曲线上再扣除这部分由于回流而产生的损失后，就得到了曲线u22gI线:HTQTII线:HTQT线h1线V线:HQ曲线表示出了水泵的实际的HQ曲线的形态。第86页/共183页 (1)(1)机械损失与机械效率机械损失与机械效率M M： (2)(2)水力损失与水力效率水力损失与水力效率h h：泵体内两部分水力损失必泵体内两部分水力损失必然要消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。然要消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。 (3)(3)容积损失与

32、容积效率容积损失与容积效率v v：在水泵工作过程中存在着在水泵工作过程中存在着泄漏和回流问题，存在容积损失。泄漏和回流问题，存在容积损失。 总效率总效率ThHHhNNhMhTvQQhMvhhhhhNQHh关于水泵内部的能量损失，我们在给大家归纳分析一下关于水泵内部的能量损失，我们在给大家归纳分析一下： 第87页/共183页 2.6.3实测特性曲线的讨论 1，水泵的性能实验 2，离心泵实测特性曲线的特征第88页/共183页(1)Q(1)QH曲线：曲线：扬程扬程H H是随流量是随流量Q Q的增大而下降。的增大而下降。 水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存

33、在一最高效率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一效率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范围内定范围内( (一般不低于最高效率点的一般不低于最高效率点的1010左右左右) )都是都是属于效率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形属于效率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线线“ ”标出。标出。(2)Q(2)QN曲线：曲线：轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线轴功率随流量增大而缓慢增大，曲线为上升型曲线为上升型曲线第89页/共183页 在在Q QN N曲线上各点的纵坐标，表示水泵在曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量各不同流量Q Q时的轴功率值。时的轴功率值。 电机配套功率的选择应比水泵

34、轴率稍大。电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大。 (3)Q(3)Q曲线：是一个有极大值的曲线。曲线：是一个有极大值的曲线。(4)Q(4)QHs曲线曲线: 曲线为下降型曲线为下降型, ,设计流量之设计流量之前较平缓前较平缓, ,之后下降速度变快。水泵的实际之后下降速度变快。水泵的实际吸水真空值必须小于吸水真空值必须小于Q QH HS S曲线上的相应值，曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。否则，水泵将会产生气蚀现象。(5) (5) 水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损失愈大，水泵的扬程的能量损失愈大，水泵的扬程(H)(H)和流量和流量(Q)(Q)都要减

35、小，效率要下降，而轴功率却增大，都要减小，效率要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发生改变。也即水泵特性曲线将发生改变。第90页/共183页 3,轴流泵的实测特性线曲线的特征 (1)QH曲线 (2)QN曲线 (3)Q曲线 (4)Qh曲线Q0HQHNQNQ0QQh4,混流泵的实测特性曲线的特征其变化趋势介于离心泵与轴流泵之间第91页/共183页 2.7 离心泵装置定速运行工况 2.7.12.7.1工况点工况点 水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称水泵瞬时工况点。等

36、称水泵瞬时工况点。 决定离心泵装置工况点的因素决定离心泵装置工况点的因素（1 1）水泵本身型号）水泵本身型号( (即水泵本身的性能曲线即水泵本身的性能曲线) )；（2 2）水泵实际转速；）水泵实际转速；（3 3）管路系统及进出水构筑物条件。）管路系统及进出水构筑物条件。第92页/共183页2SQh +jfhhh管道水头损失特性曲线管道水头损失特性曲线0Qhh=S1Q2+S2Q2=SQ2称为管道水头损特性曲线第93页/共183页 当我们通过水泵装置提升某一流量QK时，管道消耗的水头损失为hK，如图。 此时，单位重量的流体从水泵获得的能量必须满足（1）克服水头损失hK;(2)使液体的位能增加HST

37、。根据定义这就是水泵的扬程。也就是说，要通过该水泵装置提升QK流量的流体时，水泵的扬程必须为: HK=HST+hk=HST+SQK2QH0QkhkHSThkHK管道系统特性曲线H=HST+h管道系统特性曲线也称需要扬程曲线第94页/共183页M MK KD DH HSTSTH HSTSTQ QM MQ QH HQ-h+HQ-h+HSTSTQ-HQ-Hhh离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点H HM MK K1 1h第95页/共183页M MH HSTSTQ QM MQ QH HQ-hQ-hQ-HQ-H离心泵装置的工况点离心泵装置的工况点Q Q-H-HM M1 1H HM M第96页/共183页

38、 2.7.42.7.4离心泵装置工况点的改变离心泵装置工况点的改变 泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中泵的工作点由两条特性曲线所决定，因而改变其中之一或者同时改变即可实现流量的调节。之一或者同时改变即可实现流量的调节。 (1)(1)改变管道系统特性曲线改变管道系统特性曲线 a,a,管道系统的阻力参数改变管道系统的阻力参数改变-闸阀开启度改闸阀开启度改变：变： 闸阀调节或称节流调节闸阀调节或称节流调节 b,b,静扬程的改变。静扬程的改变。 第97页/共183页优点：调节流量，简便易行，可连续变化优点：调节流量，简便易行，可连续变化缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消缺点：关小阀门时增

39、大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。耗了部分能量，经济上不够合理。Q QA AA AH HQ QQ QB BB B节流调节节流调节B B1 1A点为闸阀全开时候的工点为闸阀全开时候的工作点，称极限工作点作点，称极限工作点QB是调节后的工作点，是通是调节后的工作点，是通过关小阀门增大管路的过关小阀门增大管路的S值，值，来获得的来获得的HB1而在QB流量下工作时，原来管道系统所需要的扬程为HB1，但现在水泵的扬程为HB，多出的部分即为线段BB1的长度，这就是闸阀上额外消耗掉的能量HB第98页/共183页 （2）改变水泵的性能曲线 a,通过改变水泵的转速变速调节 b,通过改变水泵叶轮的

40、外径变径调节 c,通过改变轴流泵的叶片安装角度变角调节第99页/共183页 2.7.52.7.5数解法求离心泵装置的工况点数解法求离心泵装置的工况点从以上图解法求水泵装置的工况点可以知道从以上图解法求水泵装置的工况点可以知道: :水泵的工况点就是以下两条曲线的交点水泵的工况点就是以下两条曲线的交点: : 其中装置的管道系统特性曲线在装置给定后可以其中装置的管道系统特性曲线在装置给定后可以求出求出, ,而水泵的特性曲线是实测后描点绘制出来而水泵的特性曲线是实测后描点绘制出来的的, ,并没有一个精确的曲线方程并没有一个精确的曲线方程. .为了可以数解为了可以数解, ,可以有近似的曲线方程来拟合可以

41、有近似的曲线方程来拟合Q QHH曲线。2SQHHST+)(QfH 第100页/共183页拟合拟合Q-HQ-H曲线形式：曲线形式：方法方法(1)(1)H H水泵的实际扬程水泵的实际扬程(MPa)(MPa)；HxHx水泵在水泵在Q=0Q=0时所产生的虚总扬程时所产生的虚总扬程(MPa)(MPa)；S Sx x泵体内虚阻耗系数泵体内虚阻耗系数; ;方法方法(2)(2)最小二乘法：最小二乘法：2QSHHxx-mmQAQAQAHH+2210第101页/共183页 例1:某提水泵站一台12sh-9 型离心泵装置，高效区范围附近的性能参数如表所示，进水池水位为102m，出水池水位为122m，进水管阻力参数为

42、8.51s2/m5，出水管阻力参数为62.21s2/m5，求水泵的工作参数流量Q(L/s) 150 175 200 225 250 275扬程H(m) 24.3 23.8 22.5 21.0 18.8 15.8功率P(kw) 52 53 54.2 54.9 55 54.8效率(%) 68.8 77.1 81.5 84.4 83.8 77.8第102页/共183页 例2:某离心泵装置，其进出水管路直径为 200 mm ，管路全长为280m ，局部水头损失为沿程水头损失的 25 % ，该装置的净扬程测得为30m，管路糙率为 0.013 ，试计算其运行流量为 150 m3 / h 时的该泵工作扬程。

43、第103页/共183页 2.8 离心泵装置调速运行工况 2.8.2.8.叶轮相似定律叶轮相似定律 几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。b b2 2、b b2m2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；D D2 2、D D2m2m实际泵与模型泵叶轮的外径；实际泵与模型泵叶轮的外径； 性线比例常数。性线比例常数。mmDDbb2222第104页/共183页 运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。

44、也即的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似。在相应点上水流的速度三角形相似。 在几何相似的前题下，运动相似就是工况相在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。似。mmmmnnnDnDuuCC222222第105页/共183页 叶轮相似定律有三个方面：叶轮相似定律有三个方面：1 1、第一相似定律第一相似定律确定两台在相似工况下运行水泵确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系的流量之间的关系。2 2、第二相似定律、第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。的扬程之间的关系。3 3、第三相似定律、第三相似定律确定两台在相似

45、工况下运行水泵确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。的轴功率之间的关系。mmvvmnnQQ)(3hh222)(mmhhmnnHHhh335mmnnNNmmnnQQ3)()(335MmMmmnnNNhh222mmnnHH第106页/共183页 2.8.22.8.2相似定律的特例相似定律的特例比例律比例律 把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：泵，则可得到比例律：2121nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNN第107页/共183页 1 1、比例律应用的图解方法、比例律应用的图解方法(1)(1)已知水泵已知水泵

46、n nl l时的时的(Q(QH)H)l l曲线，试用比例律翻画转曲线，试用比例律翻画转速为速为n n2 2时的时的(Q(QH)H)2 2 曲线。曲线。(2)(2)已知水泵转速为已知水泵转速为n nl l时的时的(Q(QH)H)l l曲线，但所需的工曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A A2 2(Q(Q2 2，H H2 2) )处。现问；如果需要水泵在处。现问；如果需要水泵在A A2 2点工作，其转速点工作，其转速n n2 2应是应是多少多少? ?第108页/共183页(1)(1)在在(Q(QH)H)l l线上任取线上任取a a、b b、c

47、c、d d、e e、f f点；点；利用比例律求利用比例律求(Q(QH)H)2 2上的上的a a、b b、c c、d d、e e、f f作作(Q(QH)H)2 2曲线。曲线。同理可求同理可求(Q(QN)N)2 2曲线。曲线。Q QH HQ-HQ-Ha bdcef（Q-HQ-H）2 2第109页/共183页问题问题(2)(2)：求：求“相似工相似工况抛物线况抛物线”求求A A点：相似工况抛物点：相似工况抛物线与线与(Q(QH)H)l l线的交线的交点。点。求求n n2 22kQH 2112QQnn A A1 1Q QH HQ-HQ-HA A2 2第110页/共183页求求n n2 2时的效率时的效

48、率(Q(Q)2 2曲线。曲线。在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等在利用比例律时，认为相似工况下对应点的效率是相等的，将已知图中的，将已知图中a a、b b、b b、d d等点的效率点平移即可。等点的效率点平移即可。Q QH HQ-HQ-Ha bdcef（Q-HQ-H）2 2第111页/共183页定速运行与高速运行比较：定速运行与高速运行比较：泵站调速运行的优点表现于泵站调速运行的优点表现于(1)(1)省电耗省电耗( (即即N NB2B2N NB2B2) )。(2)(2)保持管网等压供水保持管网等压供水( (即即H HSTST基本不变基本不变) )第112页/共183页 2 2、比

49、例律应用的数解方法、比例律应用的数解方法(1)(1)(2)(2)xxHkSQnQQnn+212112222122)(QSHnnHxx-第113页/共183页 例:已知水泵的转速n1=950r/min，其QH 曲线高效段方程H=45.8334583.333Q2，管道系统特性曲线方程为H=10+17500Q2（H 以m 计，Q 以m3/s）。试求 （1）水泵装置的工况点； （2）当所需水泵的流量为 Q=0.028m3/s，求水泵转速n2 值第114页/共183页 2.8.2.8.相似准数相似准数比转数比转数(n(ns s) )、模型泵：在最高效率下，当有效功率、模型泵：在最高效率下，当有效功率N

50、Nu u735.5 735.5 W(1HP)W(1HP)，扬程，扬程H Hm m1m1m，流量，流量 m m3 3s s。这时该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的这时该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转比转数数n ns s 。4321)()(HHQQnnmms075. 075mumHNQ第115页/共183页将模型泵的将模型泵的H Hm m1m1m，Q Qm m0.075m0.075m3 3s s代入代入 注：注：( (1)Q1)Q和和H H是指水泵最高效率时的流量和扬程，是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵的设计工况点。也即水泵的设计工况点。 (2)(2)比转数比转数n ns

51、 s是根据所抽升液体的容重是根据所抽升液体的容重1000kg1000kgm m3 3时得出的。时得出的。 (3)Q(3)Q和和H H是指单吸、单级泵的流量和扬程。是指单吸、单级泵的流量和扬程。 (4)(4)比转数不是无因次数，它的单位是比转数不是无因次数，它的单位是“r rminmin”。4365. 3HQnns第116页/共183页 ns与水泵相似性的关系: 比转数相等是水泵相似的必要条件。 例:一台 sh 型泵，已知其设计流量为45L/s，设计扬程为 78m ，额定转速为 1450r / min ，试计算其比转数第117页/共183页 2 2、对比转数的讨论、对比转数的讨论 (1)(1)比

52、转数比转数(n(ns s) ) 反映实际水泵的主要性能。反映实际水泵的主要性能。 当转速当转速n n一定时，一定时，n ns s越大，水泵的流量越大，越大，水泵的流量越大，扬程越低。扬程越低。 n ns s越小，水泵的流量越小，扬程越高。越小，水泵的流量越小，扬程越高。第118页/共183页(2)(2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转数而变的。用比转数都随比转数而变的。用比转数n ns s可对叶片泵可对叶片泵进行分类。进行分类。 要形成不同比转数要形成不同比转数n ns s，在构造上可改变叶，在构造上可改变叶轮的外径轮的外径(D(D2 2) )和减小

53、内径和减小内径(D(D0 0) )与叶槽宽度与叶槽宽度(b(b2 2) )。第119页/共183页(3)(3)相对性能曲线相对性能曲线n ns s越小：越小：Q QH H曲线就越平坦；曲线就越平坦； Q Q0 0时的时的N N值就越小。因而，比转数低的水值就越小。因而，比转数低的水泵，采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流泵，采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小；减小； 效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。第120页/共183页 2.8.42.8.4调速途径及调速范围调速途径及调速范围1 1、调速途径、调速途径 (1)(1)电机转速

54、不变，通过中间偶合器以达到改变转速电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目的。的目的。 采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以大量节约电能，并可使电动机空载以大量节约电能，并可使电动机空载( (或轻载或轻载) )启动启动 ，热能损耗多。热能损耗多。 (2)(2)电机本身的转速可变。电机本身的转速可变。 改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。多种。第121页/共183页2 2、在确定水泵调速范围时

55、，应注意如下几点：、在确定水泵调速范围时，应注意如下几点：(1)(1)调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能与调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数。其临界转速重合、接近或成倍数。(2)(2)水泵的调速一般不轻易地调高转速。水泵的调速一般不轻易地调高转速。(3)(3)合理配置调速泵与定速泵台数的比例。合理配置调速泵与定速泵台数的比例。 (4)(4)水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内。行于各自的高效段内。第122页/共183页 2.8 离心泵装置换轮运行工况 2.8.1 2.8.1切削律切削律2

56、2DDQQ222)(DDHH322)(DDNN注意：切削律是建于大量试验资料的基础上。如果叶注意：切削律是建于大量试验资料的基础上。如果叶轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。应的效率可视为不变。此切削限量与水泵的比转数有关。此切削限量与水泵的比转数有关。第123页/共183页 2.8.22.8.2切削律的应用切削律的应用 1 1、切削律应用的两类问题、切削律应用的两类问题 (1)(1)已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。变化。 (2)(2)已知要水泵在已知要水泵在B

57、 B点工作，流量为点工作，流量为Q QB B，扬程为，扬程为H HB B，B B点位于该泵的点位于该泵的(Q-H)(Q-H)曲线的下方。现使用切削方法，曲线的下方。现使用切削方法，使水泵的新持性曲线通过使水泵的新持性曲线通过B B点，要求：切削后的叶轮点，要求：切削后的叶轮直径直径D D2 2 是多少是多少? ?需要切削百分之几需要切削百分之几? ?是否超过切削限是否超过切削限量量? ?第124页/共183页(1)(1)解决这一类问题的方法归纳为解决这一类问题的方法归纳为“选点、计算、选点、计算、立点、连线立点、连线”四个步骤。四个步骤。Q QH HQ-HQ-H1 1 2 24 43 35 5

58、6 6Q Q-H-HQ-NQ-NQ Q-N-NQ-Q-Q Q-0 0第125页/共183页2KQH %100(%)222-DDD切削量A AQ QH HQ-HQ-HB B22DQQD 第126页/共183页2 2、应用切削律注意点、应用切削律注意点(1)(1)切削限量切削限量(2)(2)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。第127页/共183页(3)(3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可改善沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可改善叶轮的工作性能。叶轮的工作性能。第128页/共183页(4)(4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大。叶轮切削使水

59、泵的使用范围扩大。水泵的高效率方框图水泵的高效率方框图第129页/共183页离心泵性能曲线型谱图离心泵性能曲线型谱图第130页/共183页2.10 离心泵并联及串联运行工况 水泵并联工作：水泵并联工作：(1) (1) 增加供水量；增加供水量；(2) (2) 通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水；安全供水；(3) (3) 水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。第131页/共183页 2.10.1 2.10.1 并联工作的图解法并联工作的图解法 1 1、并联

60、特性曲线：两台、并联特性曲线：两台( (或多台或多台) )泵并联后的总和流泵并联后的总和流量，等于某场程下各台泵流量之和。（同扬程下流量量，等于某场程下各台泵流量之和。（同扬程下流量叠加原理）叠加原理）Q Q0 0H H该曲线称并联特性曲线第132页/共183页2 2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作、同型号、同水位的两台水泵的并联工作(Q-H)(Q-H)1+21+2Q QH HQ-HQ-HM M(Q-H)(Q-H)1,21,2Q Q1+21+2Q Q1,21,2N NH HN N1,21,2N NS SH HQ Q第133页/共183页步骤：步骤：(1)(1)绘制两台水泵并联后的总和绘制两