水泵与泵站课件(修)

1、水泵水泵 与与 泵站泵站讲授人：梁丽珍讲授人：梁丽珍QQ ：870417154（乘风）（乘风）（一）课程地位（一）课程地位 水泵与泵站是在给水排水工程中如水泵与泵站是在给水排水工程中如同人的心脏一样，将水增压、提升、输送，起到不可或缺同人的心脏一样，将水增压、提升、输送，起到不可或缺和不可代替的作用。该课程的良好掌握，有利于各种污水和不可代替的作用。该课程的良好掌握，有利于各种污水处理工程设计和污水处理设备的选型。处理工程设计和污水处理设备的选型。（二）课程设置目的（二）课程设置目的 使学生通过本课程的学习，使学生通过本课程的学习，掌握水泵的基本理论与泵站的结构及设计方法，为学习各掌握水泵的基

2、本理论与泵站的结构及设计方法，为学习各专业课和今后从事专业工作打下基础，以便解决本专业工专业课和今后从事专业工作打下基础，以便解决本专业工程中的有关液体输送的问题。程中的有关液体输送的问题。 课程的性质和任务课程的性质和任务（三）水力学回顾（三）水力学回顾n1.1.水力学的定义：水力学的定义： 水力学是研究液体处于静止和运动状态水力学是研究液体处于静止和运动状态下的力学规律，并探讨运用这些规律解决工下的力学规律，并探讨运用这些规律解决工程实际问题的一门科学。水力学又是力学的程实际问题的一门科学。水力学又是力学的一个分支。一个分支。n2.2. 水力学的任务：水力学的任务： 研究以水为代表的，液体

3、机械运动规律研究以水为代表的，液体机械运动规律及其在工程中的应用。及其在工程中的应用。 （四）水力学由以下内容构成（四）水力学由以下内容构成 水力学所研究的基本规律：两大主要组成水力学所研究的基本规律：两大主要组成部分，水静力学和水动力学。部分，水静力学和水动力学。 水静力学：关于液体平衡的规律，它研水静力学：关于液体平衡的规律，它研究液体处于静止（或相对平衡）状态时，作究液体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于液体上的各种力之间的关系。用于液体上的各种力之间的关系。 水动力学：关于液体运动的规律，它研究水动力学：关于液体运动的规律，它研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动液体在运动状态

4、时，作用于液体上的力与运动要素之间的关系，以及液体的运动特性与能量要素之间的关系，以及液体的运动特性与能量转换等等。转换等等。3.帕斯卡原理帕斯卡原理2.等压面等压面等压面就是等势面等压面就是等势面等压面与质量力正交等压面与质量力正交（五）水力学知识回顾（五）水力学知识回顾l液体静力学液体静力学1.静压强特性静压强特性静压强作用的垂向性静压强作用的垂向性静压强的各向等值性静压强的各向等值性4.重力作用下的平衡方程重力作用下的平衡方程（三个方程式）（三个方程式） 测压管的定义、特性及使用方法测压管的定义、特性及使用方法 液体平衡规律液体平衡规律 ghpp0cgpz5.5.压强的表示方法压强的表示

5、方法三种三种6.6.作用在平面上的总静压力作用在平面上的总静压力两种计算方法两种计算方法解析法公式解析法公式 斜面或垂面斜面或垂面（五）水力学知识回顾（五）水力学知识回顾l液体静力学液体静力学ApAghPccAyIyycccDghApAF平面平面l 水动力学水动力学2211v vAA 总流的连续性方程总流的连续性方程 总流的伯努利方程总流的伯努利方程 whgvgpzgvgpz222222221111jfwhhhgvdlhf22gvhj22总流的动量方程总流的动量方程 )()()(112211221122zzzyyyxxxvvQFvvQFvvQFvdRel 水动力学水动力学gRJlhgRgRlg

6、Axlhfwwwf短管自由出流短管自由出流 2AQcgHAv短管淹没出流短管淹没出流 2QA A Q gHvc圆管均匀流沿程水头损失与剪应力的关系圆管均匀流沿程水头损失与剪应力的关系 1.明渠均匀流明渠均匀流特性、形成条件特性、形成条件2.过流断面的几何要素过流断面的几何要素水面宽、过流断面面积、湿周、水力半径水面宽、过流断面面积、湿周、水力半径l 明渠水流明渠水流G sinFfiKRiACAvQRiCv基本公式基本公式 6/11RnC 3.水力最优断面和允许流速水力最优断面和允许流速 4.明渠流态明渠流态临界流数据的计算（临界流数据的计算（hc、ic）三种流态的判别（三种流态的判别（vc、

7、hc、ic 、Fr、de/dh）5.水跃与水跌水跃与水跌共轭水深计算共轭水深计算水跃长度计算水跃长度计算6.棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线的分析棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线的分析 l 明渠水流明渠水流1812 1812 2221 FrhhFrhh323223232)(gqgbQhhbbbhgQcccccccccccccBxCgiBAgQiRCAQ23221FrJidsdh1.堰的分类堰的分类2.宽项堰溢流宽项堰溢流 3.实用堰实用堰l 堰流堰流2/302/3022HgmbHgbmQcssBbBbHpa1/2 . 0143（六）水泵及水泵站绪论（六）水泵及水泵站绪论l水泵分类水泵分类 动力式动

8、力式(叶轮式叶轮式) 包括离心式、轴流式输送机械，它们包括离心式、轴流式输送机械，它们是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量的。是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量的。 容积式容积式(正位移式正位移式) 包括往复式、包括往复式、旋转式输送机械，它们是利用活旋转式输送机械，它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获塞或转子的挤压使流体升压以获得能量的。得能量的。其它类型其它类型 指不属于上述两类的指不属于上述两类的其它型式，如喷射式等其它型式，如喷射式等 n系列化、标准化程度日益完善的同时，向专业化、特殊用系列化、标准化程度日益完善的同时，向专业化、特殊用泵化发展泵化发展n向大型化、高速化发展向大型化、高速

9、化发展n泵站自动化水平逐步提高泵站自动化水平逐步提高l水泵及水泵站的地位与作用水泵及水泵站的地位与作用l我国水泵与水泵站的现状与发展趋势我国水泵与水泵站的现状与发展趋势第第2章章 叶片式水泵的构造叶片式水泵的构造n离心泵离心泵n轴流泵轴流泵n混流泵混流泵2.1 离心泵离心泵离心泵在生产和工程中应册最为广泛，这是因为离离心泵在生产和工程中应册最为广泛，这是因为离心泵具有以下优点：心泵具有以下优点： (1)结构简单，操作容易，便于调节和自控；结构简单，操作容易，便于调节和自控； (2)流量均匀，效率较高；流量均匀，效率较高； (3)流量和压头的适用范围较广；流量和压头的适用范围较广； (4)适用于

10、输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。(一一)离心泵的工作原理离心泵的工作原理1 1叶轮叶轮2 2泵壳泵壳 3 3泵轴泵轴4 4吸入口吸入口 5 5吸入管吸入管6 6底阀底阀7 7滤网滤网 8 8排出口排出口 9 9排出管排出管 1010调节阀调节阀图1 离心泵装置简图 离心泵的装置简图如图离心泵的装置简图如图1所示，它的基本部件是旋转所示，它的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。具有的叶轮和固定的泵壳。具有若干弯曲叶片的叶轮安装在若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴上，泵壳内，并紧固于泵轴上，泵轴可由电动机带动旋泵轴可由电动机带动旋转泵壳中央的吸入口与吸转泵

11、壳中央的吸入口与吸入管路相连接，而在吸入管入管路相连接，而在吸入管路底部装有底阀。泵壳侧旁路底部装有底阀。泵壳侧旁的排出口与排出管路相连接，的排出口与排出管路相连接，其上装有调节阀。其上装有调节阀。 (一一)离心泵的工作原理离心泵的工作原理n离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得了能量的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得了能量以提高压强。以提高压强。 l气缚现象：离心泵启动时，若泵内存有空气，由气缚现象：离心泵启动时，若泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶于空气密度很低，旋转后产生的离心力

12、小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入轮中心区所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。 (二二)离心泵的分类与主要部件离心泵的分类与主要部件n1、单级单吸离心泵、单级单吸离心泵 即一个叶轮，单面吸水。即一个叶轮，单面吸水。型号：型号：IB100-80-200 IS90-65-1125 3B31、BAn2、单级双吸离心泵，即一个叶轮、双面、单级双吸离心泵，即一个叶轮、双面吸水。吸水。 型号：型号： 250S-30 20Sh-6An3、多级单吸离心泵，即多个叶轮、多级单吸离心泵，即多个叶轮、单面吸水。型号：单面吸水。型

13、号：D46-5012（三）离心泵的主要零件（三）离心泵的主要零件离心泵由两个主要部分构成：离心泵由两个主要部分构成： 一是包括叶轮和泵轴的旋转部件；一是包括叶轮和泵轴的旋转部件； 二是由泵壳，填料函和轴承组成的静止部件。二是由泵壳，填料函和轴承组成的静止部件。 1. 叶叶 轮轮1. 叶叶 轮轮（a）单吸式 （b）双吸式图3 离心泵的吸液方式 2. 泵泵 壳壳 图图 4 泵壳与导轮泵壳与导轮1-泵壳泵壳 2-叶轮叶轮 3-导轮导轮3. 其它部件其它部件2.2 轴流泵轴流泵（一）轴流泵的工作原理（一）轴流泵的工作原理 轴流泵是利用叶轮在水中旋转时产生的推力将水提升的推力将水提升的，这种泵由于水流进

14、入叶轮和流出导叶都是沿轴向的，故称轴流泵。如下图。（二（二) )轴流泵的基本构造轴流泵的基本构造n轴流泵按泵轴的安装方式分为立式、卧式和斜式三种，它们的结构基本相同。目前使用较多的是立式轴流泵。n主要零部件有：喇叭管、叶轮、导叶体、出水弯管、轴和轴承、填料函等。2.3 混流泵 混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵，它是靠叶轮旋转而使水产生的离心力和叶片对水产生的推力双重作用而工作的。第三章第三章 叶片式水泵的性能叶片式水泵的性能n工作参数工作参数n基本方程式基本方程式n基本性能曲线基本性能曲线n叶轮相似律及相似准数叶轮相似律及相似准数1. 流流 量量Q (L/s、m3/s、m3/h)流量是流

15、量是水泵在单位时间内所输送液体的体积。水泵在单位时间内所输送液体的体积。2.扬程扬程H（m）扬程是单位重量液体通过水泵后）扬程是单位重量液体通过水泵后能量的增值，即单位能的增值。能量的增值，即单位能的增值。 H=H0+hf+hj=H0+hw3.功率功率（KW）单位时间内水泵所做的功。）单位时间内水泵所做的功。分为有效功率和轴功率分为有效功率和轴功率3.1 工作参数工作参数3.1 有效功率有效功率Pe（KW）指水泵的输出功率，水）指水泵的输出功率，水所获得的功率。所获得的功率。Pe =QH/10003.2 轴功率轴功率P（KW）原动机输送给水泵的功率）原动机输送给水泵的功率,即水泵的称为轴功率。

16、即水泵的称为轴功率。P= Pe /4. 效率效率指水泵的有效功率与轴功率之比。通指水泵的有效功率与轴功率之比。通常用效率来反映能量损失。常用效率来反映能量损失。 (1)容积损失与容积容积损失与容积效率效率 容积损失是容积损失是指泵的泄漏所造成指泵的泄漏所造成的损失。的损失。图图 离心泵的泄漏损失离心泵的泄漏损失 (2)机械损失与机械效率机械损失与机械效率 由泵轴与轴承之间、泵轴与由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的摩擦而引起的能量损失称为机械损失，可用机械效摩擦而引起的能量损失称为机械损失，可用机械效率来反映这种损失，

17、其值一般为率来反映这种损失，其值一般为0.960.99。(3)水力损失水力损失 粘性液体粘性液体流经叶轮通道和蜗壳流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速及在泵局部处因流速和方向改变引起的环和方向改变引起的环流和冲击而产生的局流和冲击而产生的局部阻力，统称为水力部阻力，统称为水力损失。额定流量损失。额定流量Q，下离心泵的水力效率下离心泵的水力效率一般为一般为0.80.9。图图11 水力效率与流量的关系水力效率与流量的关系 6.允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs（mH2O）允许吸上真）允许吸上真空高度是指水泵在标准状况下（空高度是指水泵在标准状况下（20C，一个

18、标准，一个标准大气压，即大气压，即101.325kPa）运转时，水泵所允许的最）运转时，水泵所允许的最大吸上真空度。大吸上真空度。7.汽蚀余量汽蚀余量Hsv（ mH2O ）指水泵进口处，单）指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。3.2 基本方程式基本方程式 n理想情况就是：理想情况就是：(1)叶轮为具有无限多叶片叶轮为具有无限多叶片(叶片的厚度当然为叶片的厚度当然为无限薄无限薄)的理想叶轮，因此液体质点将完全沿着叶的理想叶轮，因此液体质点将完全沿着叶片表面而流动。片表面而流动。n (2)被输送的液体是理想液体，因此无粘性的被输送

19、的液体是理想液体，因此无粘性的液体在叶轮内流动时不存在流动阻力。液体在叶轮内流动时不存在流动阻力。 (一一)水流在叶槽中的流动及速度三角形水流在叶槽中的流动及速度三角形图图5 液体在离心泵中的流动液体在离心泵中的流动 a表示绝对速度与表示绝对速度与圆周速度两矢量之圆周速度两矢量之间的夹角，间的夹角，表示相表示相对速度与圆周速度对速度与圆周速度反方向延线的夹角，反方向延线的夹角，一般称之为流动角。一般称之为流动角。 及及的大小与叶片的形状有关。的大小与叶片的形状有关。 (二二)基本方程式的推导基本方程式的推导 图图5 液体在离心泵中的流动液体在离心泵中的流动 离心泵叶片进口和出口离心泵叶片进口和

20、出口间的力矩增量：间的力矩增量： 图图5 液体在水泵中的流动液体在水泵中的流动 l1=R1cos1 ，l2=R2cos2 N=M=HrQTg 水泵的基本方程式水泵的基本方程式 （三）基本方程式的适应条件（三）基本方程式的适应条件n只适应于恒定流，水流均匀一致，即叶片只适应于恒定流，水流均匀一致，即叶片无限多，无限薄的情况和理想液体。无限多，无限薄的情况和理想液体。n方程只与叶片进出口速度三角形有关，与方程只与叶片进出口速度三角形有关，与叶片形状无关，因此适应于所有叶片泵。叶片形状无关，因此适应于所有叶片泵。n表明理论扬程于液体的重度无关；适应于表明理论扬程于液体的重度无关；适应于各种理想流体。

21、重度从功率上可以体现。各种理想流体。重度从功率上可以体现。(四四)离心泵基本方程式的讨论离心泵基本方程式的讨论n理论流量可表示为在叶轮出口理论流量可表示为在叶轮出口处的液体径向速度和叶片末端处的液体径向速度和叶片末端圆周出口面积之乘积，即：圆周出口面积之乘积，即： 图图5 液体在离心泵中的流动液体在离心泵中的流动 1叶片几何形状的叶片几何形状的影响影响n根据流动角根据流动角的大小，可将叶片形状分为后弯、径向和前的大小，可将叶片形状分为后弯、径向和前弯叶片三种，如图弯叶片三种，如图6所示。所示。 （a）后弯叶片后弯叶片 （b）径向叶片）径向叶片 （ c）前弯叶片）前弯叶片图图6 叶片形状及出口速

22、度三角形叶片形状及出口速度三角形 4 轴流泵由于u2=u1，基本方程式中没有离心力引起的压能增值。5 叶轮内部水流情况在量的方面影响着理论扬程。（五）基本方程的修正（五）基本方程的修正n理想液体及流道中液流理想液体及流道中液流均匀一致的假定与实际均匀一致的假定与实际液流有些不符。因此，液流有些不符。因此，将基本方程应用于实际将基本方程应用于实际运行中的离心泵，必须运行中的离心泵，必须加以适当修饰。加以适当修饰。实际叶轮的叶片数是有限的，实际叶轮的叶片数是有限的，叶轮半径处液流的同名速度存叶轮半径处液流的同名速度存在差异。在差异。当叶轮旋转时，流到中的液流，当叶轮旋转时，流到中的液流，由于惯性，

23、有一种相对于叶轮由于惯性，有一种相对于叶轮作反向旋转的趋势；叶轮两侧作反向旋转的趋势；叶轮两侧存在着压强差，在流道中形成存在着压强差，在流道中形成反旋现象。反旋现象。(一一)离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线n离心泵的主要性离心泵的主要性能参数是流量能参数是流量Q、压头压头H、轴功率、轴功率N及效率及效率，其间的，其间的关系由实验测得，关系由实验测得，测出的一组关系测出的一组关系曲线称为离心泵曲线称为离心泵的特性曲线或工的特性曲线或工作性能曲线。作性能曲线。图图12 离心泵特性曲线离心泵特性曲线 3.3 基本性能曲线基本性能曲线HT=A-BQ(一一)离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线n叶槽中水流不

24、均匀的影响叶槽中水流不均匀的影响n水泵内部水头损失的影响水泵内部水头损失的影响n水泵内泄漏和回流的影响水泵内泄漏和回流的影响 图图12 离心泵特性曲线离心泵特性曲线 离心泵的实测性能曲线及其分析离心泵的实测性能曲线及其分析 图图12 离心泵特性曲线离心泵特性曲线 液体物性的影响液体物性的影响 N=QH/102 2粘度的影响粘度的影响 【例】采用本题附图所示的实验装置来测定离心泵【例】采用本题附图所示的实验装置来测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为。泵的转速为2900r/min，以，以20清水为介质测得以下数据：清水为介质测得以下数据： 流量，流量，l/s 15 泵出口处表压，泵出口处表压，Pa 2.55105 泵入口处真空度，泵入口处真空度，Pa 2.67104 功率表测得电动机所消耗的功率，功率表测得电动机所消耗的功率，kW 6.2 泵由电动机直接带动，电动机的效率为泵由电动机直接带动，电动机的效率为93。 试求