水泵基本参数和特性曲线市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、1第一章 概 论水工艺泵与泵站作用及发展第1页2前 言课时安排：水泵基础理论（20）+泵站（16）课堂任务（1）相关基础知识（包含概念、公式定律及分析思绪）；（2）介绍与专业生产联络较紧密技能常识；（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第2页3一、泵定义定义：将其它形式能量转化为机械能并传递给被输送介质动能和压能一个机械背景知识：泵是我国三大耗能机械产品（汽车、机床、水泵）之一，水泵效率提升1%即相当于我国新建了一座300MW发电厂。我国风机、泵总用电占全国用电量31%，占工业用电约50%，各工业部门机泵用电量均占60%以上。比如：电力72.43

2、%；化肥76%；炼油58.15%；油田63.3%第3页4二、泵分类依据不一样标准有不一样分类方法：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）、其它类型泵（螺旋泵、气升泵、射流泵、水锤泵）叶片泵按输送特征或工作原理分为：离心泵、轴流泵、混流泵小知识给排水、石油化工、航空航天、水利水电中最惯用泵为叶片泵叶片泵定义：经过高速旋转叶轮把机械能传给被抽吸液体机械。第4页5离心泵第5页6轴流泵第6页7混流泵第7页8三、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主体动力工程一个医用泵人体血液体外循环泵，即是泵与给排水工程关系最好例子，即

3、心脏与肌体关系，输送介质即为血液。2、泵站在给排水中位置给水厂：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）污水处理厂：污水泵站（搜集污水）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）输送管道工程：中途加压泵站（给水）、提升泵站（排水）第8页9四、泵研究现实状况泵应用研究所关心两大问题工程实用性：不一样类型泵应满足各行各业工艺要求，且含有易维修及耐久性；经济运行：泵工艺制造方面造价低，实际运行费用低。主要研究泵设计理论：提升效率、汽蚀防治、消除驼峰（小流量不稳定运行）、无过载设计等泵优化运行研究动态特种泵设计低比转速泵、超低比转速泵、渣浆泵（固

4、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。其它特种泵如往复泵（扬程高，流量稳定）第9页10四、泵站研究现实状况节能改造办法近年来，节能改造更换耗能大老设备；改造设备包含切割叶轮外径、降低叶轮级数，改用高效率泵和机电；合理设计选型等，深入节能潜力在于运行中优化调度。设计选型误区普通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，各厂原料普通达不到设计要求，减量较大，处理量时大时小，靠阀门调整流量能耗很大。第10页第二章11第二章 叶 片 式 水 泵 泵工作原理、基本结构及主要零件第11页第二章12第一节 离心泵工作原理与基

5、本结构 一、叶片泵发展历史二、叶片泵特点 依靠叶轮高速旋转完成能量转换三、叶片泵分类 依据水流经过叶轮时受力方向：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协力 第12页第二章13一、工作原理 P4图2-1 转速H半径H质点绕定位中心轴作圆周运动时受到离心力作用 第13页第二章14二、组成 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14页第二章15三、工作过程 P5图2-31、离心、真空工作、连续2、能量转换及损失 第15页第二章16第二节 离心泵主要零件 依据工作原理了解主要部件

6、结构及其作用P5图2-4 重点五大部件，结合认识实习深入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16页第二章17一、叶轮1、作用：经过其旋转时介质流体取得离心力 2、形状、型式 依据吸水方式分为:单吸式、双吸式（P5图2-3、P6图2-5） 依据盖板数分为: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）经过水力计算决定 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17页第二章18第18页第二章19二、泵壳 1、作用:水流通道、导流，其渐扩面设计应尽可能减小速度梯度，确保良好水力条件 2、

7、形状:蜗壳形、螺旋形特点：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3、材料:铸铁、青铜（特点：耐压、耐磨、耐腐蚀、抗冲击） 4、其它:充水、放气孔真空、压力表测压螺孔 第19页第二章20三、泵轴作用:叶轮旋转中心，其转速不能与共振临界转速相当或成倍数以预防共振 材料:碳素钢、不锈钢(特点：抗扭强度、刚度、挠度)第20页第二章21四、填料函作用: 轴封装置，泵轴穿出泵壳时，轴与泵壳之间缝隙 组成: 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间隙，起冷却与润滑作用） 第21页第二章22五、减漏环作用:降低叶轮入口外圆与泵壳内

8、壁接缝处高低压交界面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22页第二章23其它零件六、轴承座作用：支承 分类结构特征：滚动、滑动荷载大小：滚柱、滚珠荷载特征：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23页第二章24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 九、轴向力平衡办法(P10图2-15、16) 单吸离心泵，因为叶轮在轴向上缺乏对称性，工作是 前后两侧水压力不一样，产生轴向推力习题：1、了解离心泵工作原理及工作过程2、离心泵主要部件及作用第24页第二章25参观模型室 参观内

9、容： 1.泵型式 (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.泵体结构 叶片（叶轮）、泵壳、泵轴、填料函、检漏环、轴承、泵座、联轴器 3.水环真空泵 4.射流泵5.轴流泵装置模型 6.离心泵装置 7.离心泵起动过程（抽真空开启、闸阀操作）8.离心泵主要性能参数测量与计算第25页第二章26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、轴向力平衡办法、泵座第26页第二章27第三节 叶片泵基本性能参数 (掌握定义、单位、符号及参数间影响关系 )流量单位时间内经

10、过水泵出口液体数量 Q（ ）（ ）扬程单位重量液体从泵进口到出口所增加能量 H（ ） 轴功率水泵从动力机实际取得功率 （泵轴传递功率）N（kW） 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、机械损失等造成功率损失后水泵输出功率 (Nu=rQH)第27页第二章28第三节 叶片泵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转速 rpm 注意：水泵各项性能参数与叶轮转速相关 第28页第二章29第三节 叶片泵基本性能参数允许吸上真空高度 水泵在给定条件下确保不产生气蚀最大吸上真空高度（单位：m）汽蚀余量（NPSH）为不发生汽蚀，在水泵进口单位重量水所含有能量减去水饱和气化

11、压头后所剩下值(单位：m)注意：满足水泵吸水条件是确保水泵正常运行必要条件 两个概念从不一样侧面反应水泵吸水性能好坏第29页第二章30本章需要了解： 泵理论描述水泵基本性能参数间关系（扬程、功率、效率、汽蚀性能曲线、相对性能曲线等）泵应用水泵样本提供水泵铭牌、性能曲线、泵结构、尺寸及安装图等 泵铭牌提供泵型号、设计工况点扬程、流量、允许吸上真空高度（极限值）、转数、效率、轴功率、重量等 第30页第二章31第四节 离心泵基本方程 一、叶轮中液体流动分析 液体质点进入叶轮后做复合圆周运动 第31页第二章32叶轮中液体流动分析1、两个坐标系 （1）动坐标系：旋转叶轮 （2）静坐标系：固定不动泵壳或泵

12、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 绝对速度水流对固定坐标而言绝对速度 第32页第二章33流动分解示意图第33页第二章34叶片内流场速度矢量分析3、速度角 绝对速度与圆周速度夹角 相对速度与圆周运动反向延长线夹角 4、速度三角形 推导基本方程式包括进出、口速度三角形分别以下标“1”、“2”表示各项速度及角度 5、讨论叶片形状后弯式叶片 第34页第二章35进、出口速度三角形第35页第二章36后弯式叶片示意第36页第二章37二、基本方程式推导伎俩建立叶轮对液体做功与液体运动之间关系目标推算水泵理论扬程第37页第二章382

13、.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38页第二章392.2 液槽内液流分析(P19图2-20）第39页第二章40方程推导液槽内水流动量矩改变等于质量动量矩改变用动量矩表示这一关系： 经过叶轮水流取得能量用其动量矩增值表示 液流施加于水流能量即为全部作用在液体上外力矩之和式中： QT 、HT 经过叶轮理论流量、扬程 第40页第二章412.3 理想流体假定下理论功率： 2.4 功率另一表示式基本方程：(2-14) 第41页第二章42三、基本方程式讨论 3.1 减小进水角取得正值扬程 基本方程为第一项，说明

14、水流垂直流入叶轮能够提升扬程 3.2 理论扬程与出口圆周速度相关，提升转速、增加叶轮直径均可增加扬程 3.3 扬程与密度无关，但消耗功率不一样第42页第二章433.4 用余弦定律推导扬程另一个表示式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，使经过叶轮液体压能增加第二项表示因为相对速度下降水流压能增加 第三项为动扬程 第43页第二章44理论分析理论分析（P18图2-19 公式2-15） 理论扬程基本方程 =90 90 90叶片后面向叶片工作面呈前弯式 90叶片工作面向叶片后面呈后弯式前弯式叶片缺点：流道短、弯度大，水力损失大； 后弯式叶片优点（P17、18

15、）：流道平缓、长、弯度小，液槽水损小 （流速梯度改变小） 普通为20至30。 第46页第二章47出口叶片角对性能影响第47页第二章48四、基本方程修正4.1 三点假定中恒定流假定基本满足 泵在开启与停机时，泵与系统处于非稳定状态工作，尤其是碰上突发事故时（如断电和停电等）尤为如此，另外，近年来处于环境保护与节能考虑，人们利用风能和太阳能泵系统直接进行供水、浇灌、排涝等工作。因为风能与太阳能随机特征，这种形式泵系统实际上是在变速下工作。我们采取离心泵稳定工作特征曲线来估算非稳定工作特征，在频率较低、工作参数改变较小情况下，还是可取。第48页第二章 第四节49四、基本方程修正 4.2 对一维流动假

16、定修正 P16 图2-19 叶栅实际情况不能满足一维流假定液槽中实际流速分布不均匀 .( 有限叶栅使流线向逆时针方向偏离)第49页第二章504.2 对一维流假定修正反旋问题:叶轮转动时在叶轮出口附近,液流惯性使叶片迎水面（压力面、工作面）流速降低、压力提升，叶片背水面（吸力面）流速提升、压力降低，由此产生了反旋现象。第50页第二章514.2 对一维流动假定修正因为液流惯性使叶片迎水面（工作面）流速提升、压力降低，叶片背水面（压力面）流速降低、压力提升，由此产生了反旋现象。（尾流-射流结构），反旋使扬程降低，引入修正系数P 第51页第二章 第四节524.3 对理想流体修正引入水力效率进行修正 泵

17、壳内水力损耗包含叶轮进出口冲击、叶槽中紊动、转弯和摩阻损失。实际扬程表示式： （2-22）第52页第二章53小结叶片泵基本性能参数(6个)流量、扬程、轴功率、效率、转速、允许吸上真空高度（汽蚀余量）水泵铭牌参数基本方程推导进、出口速度三角形、动量矩方程、功率表示式基本方程分析几个主要角度：1（进口冲角）、2（叶片安放角）、1（1.2m/s 当v1.2m/s 第78页1.2 管路系统特征曲线及方程表示式 P35图2-29 物理意义：曲线上任一点K纵坐标H表示水泵输送流量Q所需提供静扬程，以及为此而消耗于管路中水力损失 ，即 第79页二、图解法求水箱出流工况点 P36图2-30 2.1 直接法(a

18、)：能量线与管路系统特征线求交点 物理意义：水箱所提供总比能H与管道所消耗总比能 数量相等 2.2 折引法(b)：从能量线上扣除管路阻力特征曲线后与横轴求交 物理意义： 水箱所提供比能H全部消耗于连接管路摩阻 上 第80页 直接法 折引法能量线与管路系统特征线求交点 从能量线上扣除管路阻力特征曲线后与横轴求交 第81页三、图解法求离心泵装置工况点 3.1 工况点求解步骤 P37 图2-31（直接法） 图2-32（折引法） 直接法步骤：绘制水泵特征曲线（样本提供）；公式计算管路阻力特征曲线；结合进出水池水位差（净扬程）绘出管路系统特征线；交点M为水泵装置工况平衡点 第82页直接法求解步骤绘制水泵

19、特征曲线（样本提供）；公式计算管路阻力特征曲线；结合进出水池水位差（净扬程）绘出管路系统特征线；交点M为水泵装置工况平衡点第83页折引法求解步骤绘制水泵特征曲线（样本提供）；公式计算管路阻力特征曲线；从泵特征曲线上扣除管路特征线所对应阻力损失，静扬程对应高度所求交点，在加上扣除损失，即为对应泵流量和扬程。第84页3.2 动态平衡分析 P32图2-36小于工况点流量点K：泵提供比能大于管路所需能耗，多出能量使流量增加，工况点右移直至M 大于工况点流量点D：泵提供比能小于管路所需能耗，不足能量（抽力不够）使流量降低，工况点左移直至M 第85页3.3 极限工况点 定义：管道上全部闸阀全开时水泵工况点。注意：管路特征线随闸阀开度不止一条 讨论观点：管路特