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文档简介
第二章叶片式水泵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
(1)在雨天,旋转雨伞,水滴沿伞边切线方向飞出,旋转的雨伞结水滴以能量,旋转的离心力把雨滴甩走,如图所示。
2.1离心泵的工作原理与基本构造2.1.1两个例子(2)在垂直平面上旋转一个小桶,旋转的离心力给水以能量,旋转的离心力把水甩走,如图所示。2.1离心泵的工作原理与基本构造2.1.1两个例子工作原理: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。
2.1.2离心泵的工作原理与基本构造2.1离心泵的工作原理与基本构造离心泵的工作原理叶片式水泵图2.1.2离心泵的工作原理与基本构造2.1离心泵的工作原理与基本构造2.1.3抽水装置及抽水过程1、离心泵离心泵的抽水装置底阀和莲蓬头弯管离心泵动力机压力管道出水池2.1离心泵的工作原理与基本构造1、离心泵2.1.3抽水装置及抽水过程2.1离心泵的工作原理与基本构造2、轴流泵喇叭管弯管轴流泵动力机压力管道出水池2.1.3抽水装置及抽水过程2.1离心泵的工作原理与基本构造
电动机装在水泵的上层,用联轴器与水泵直接连接。水泵出水弯管与出水管路连接。泵运行时电动机带动叶轮在水中旋转,进水池的水从喇叭管进入叶轮后,经导叶体、出水弯管和出水管流入出水池。轴流泵抽水装置无需设置闸阀,停泵时断流设备也采用拍门。管路附件仅有45o弯头一只。2.1.3抽水装置及抽水过程2.1离心泵的工作原理与基本构造轴流泵枢纽(嘉兴市)2.1.3抽水装置及抽水过程2.1离心泵的工作原理与基本构造轴流泵枢纽(嘉兴市)设计者:某高校应届毕业生2.1.3抽水装置及抽水过程2.1离心泵的工作原理与基本构造轴流泵枢纽(浙江杭嘉湖盐官排涝枢纽)2.1.3抽水装置及抽水过程2.1离心泵的工作原理与基本构造
离心泵是由许多零件组成的,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。2.2离心泵的主要零件简介单级单吸卧式离心泵1-叶轮;2-泵轴;3-键;4-泵壳;5-泵座;6-灌水孔;7-放水孔,8-接真空表孔,9-接压力表孔,10-泄水孔,11-填料盒;12-减漏环;13-轴承座;14-压盖调节螺栓;15-传动轮2.2离心泵的主要零件简介单级单吸卧式离心泵2.2离心泵的主要零件简介叶轮是离心泵的主要零件,叶轮的形状和尺寸是通过水力计算来决定的。选择叶轮材料时,除了要考虑离心力作用下的机械强度以外,还要考虑材料的耐磨和耐腐蚀性能。目前多数叶轮采用铸铁、铸钢和青铜制成。叶轮一般可分为单吸式叶轮与双吸式叶轮两种。单吸式叶轮是单边吸水,叶轮的前盖板与后盖板呈不对称状。双吸式叶轮两边吸水,叶轮盖板呈对称状,一般大流量离心泵多数采用双吸式叶轮。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2.2离心泵的主要零件2.2.1叶轮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
封闭式敞开式半开式2.2离心泵的主要零件2.2.1叶轮铸铁水泵配件、泵轴泵键2.2离心泵的主要零件2.2.2泵轴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。2.2离心泵的主要零件2.2.3泵壳泵轴穿出泵壳时,在轴与壳之间存在着间隙,如不采取措施,间隙处就会有泄漏。当间隙处的液体压力大于大气压力(如单吸式离心泵)时,泵壳内的高压水就会通过此间隙向外大量泄漏;当间隙处的液体压力为真空(如双吸式离心泵)时,则大气就会从间隙处漏入泵内,从而降低泵的吸水性能。为此,需在轴与壳之间的间隙处设置密封装置,称之为轴封。目前,应用较多的轴封装置有填料密封、机械密封。2.2离心泵的主要零件2.2.4轴封装置五、轴封装置叶轮水泵轴固定部分与转动部分的间隙2.2.4轴封装置(1)叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处存在一个转动接缝,容易发生水的回流。产生容积损失。减漏环减漏环2.2离心泵的主要零件2.2.5减漏环(密封环)(2)机械密封DY101型系列机械密封2.2离心泵的主要零件2.2.5减漏环(密封环)112型系列机械密封2.2离心泵的主要零件2.2.5减漏环(密封环)减漏环(承磨环)
叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处
1、泵壳;2、镶在泵壳上的减漏环;3、叶轮;4、镶在叶轮上的减漏环2.2离心泵的主要零件2.2.5减漏环(密封环)
ZHZ滑动轴承滚动轴承2.2离心泵的主要零件2.2.5轴衬座ZML膜片及连轴器2.2离心泵的主要零件2.2.6联轴器
平衡孔1排出压力;2加装的减漏环3平衡孔;4泵壳上的减漏环2.2离心泵的主要零件2.2轴向力平衡措施IS型单级单吸离心泵2.2离心泵的主要零件水泵的6个性能参数:
1、流量(抽水量)——水泵在单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m3/h或L/s。常用的重量流量单位是t/h。
2.3叶片泵的基本性能参数1流量水泵对单位重量(1kg)液体所作功,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kg·m/kg,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。2.3叶片泵的基本性能参数2扬程——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,以字母表示泵的有效功率为2.3叶片泵的基本性能参数3轴功率水泵的有效功率与轴功率之比值,以η表示。
t:运行时间hη1:水泵的效率
η2:电机的效率2.3叶片泵的基本性能参数4效率例:某水厂取水泵站,供水量Q=8.64×104m3/d,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?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r/min。
在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次/nlin)2.3叶片泵的基本性能参数5转数
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Δh来表示的。2.3叶片泵的基本性能参数6允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv)(1)相对速度W;圆周速度u=R*ω;(牵连速度)绝对速度C=u+w(2)进口工作角--C与u的夹角α;进口安装角—U反向与W的夹角β2.4离心泵的基本方程式1叶轮中液体的流动情况(a)后弯式(β2<90°)(b)径向式(β2
=
90°)(b)前弯式
(β2>
90°)离心泵叶片形状叶轮进、出口速度四边形
U2α2β2W2C2rC2C2uU1α1β1W1C1rC1C1u三点假定:
(1)液流是恒定流;
(2)叶槽中,液流均匀一致,叶轮同半径处液流的同名速度相等。
(3)液流为理想液体,也即无粘滞性。2.4离心泵的基本方程式2基本方程式的推导恒定元流的动量方程对某固定点取矩,可得到恒定元流的动量矩方程单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化(流出液体的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差)等于作用于该控制面内所有液体质点的外力矩之和。取进出口轮缘(两圆柱面)为控制面。组成M的外力有:1、叶片迎水面和背水面作用于水的压力P2及Pl;2、作用叶轮进出口圆柱面上的水压力P3及P4,它们都沿着径向,所以对转轴没有力矩;3、作用于水流的摩擦阻力P5及P6,但由于是理想液体,故不予考虑;4、重力的合力矩等于零
1、对轮心取矩2、叶轮对流体所作功率3、理论扬程Cα2(1)为了提高水泵的扬程和改善吸水性能,取α1=90°,既C1u=0
则(2)
则增加转速(n)相加大轮径(D2),可以提高水泵之扬程。2.4离心泵的基本方程式3基本方程式的讨论(3)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,水泵所消耗的功率将是不同的。(4)
水泵的扬程由两部分能量组成,一部分为势扬程(HD),另一部分为动扬程(HP),它在流出叶轮时,以比动能的形式出现。(5)出水旋涡的影响(6)进水旋涡的影响2.4离心泵的基本方程式3基本方程式的讨论U1α1β1W2’C2C1uU1α1W1’’C1r=C1C1uW1’C2’C1u’W1C1rC1u’W1’动扬程和势扬程2.4离心泵的基本方程式3基本方程式的讨论U1α1β1C1rC1C1uW1上式代入下式中整理得到动扬程势扬程主体部分假定1基本满足。假定2“反旋现象”。假定3有水力损耗ηh——水力效率;p——修正系数。2.4离心泵的基本方程式4基本方程式的修正进口安装角β1对叶轮性能的影响2.4离心泵的基本方程式4基本方程式的修正α1β1C1rC1C1uW1α2W1’设计状态下的理论扬程计算公式出口安装角β2对叶轮性能的影响2.4离心泵的基本方程式4基本方程式的修正α2β2C2rC2C2uW2X再代入得到上式的结果和叶片的安装形式有没有关系呢?2.4离心泵的基本方程式4基本方程式的修正(a)后弯式(β2<90°)(b)径向式(β2
=
90°)(b)前弯式
(β2>
90°)2.4离心泵的基本方程式4基本方程式的修正(a)后弯式(β2<90°)(b)径向式(β2
=
90°)(b)前弯式
(β2>
90°)β2对动势扬程分配的影响1离心泵装置
水泵配上管路及一切附件后的“系统”2水泵的总扬程基本计算方法:(1)进出口压力表表示(校核)(2)用扬升液体高度和水头损失表示(设计)2.4离心泵的基本方程式5离心泵装置的总扬程3水泵装置的工作扬程(1)基本计算公式
Hd:以水柱高度表示的压力表读数(m)
Hv:以水柱高度表示的真空表读数(m)(2)公式推导:3水泵装置的设计扬程(1)基本计算公式:HST:水泵的静扬程(mH2O)Σh:水泵装置管路中水头损失之总和(mH2O)(2)公式推导:同理:思考:对于公式有没有简便的方法进行公式推导?注:本节中所介绍的求水泵扬程公式,对于其它各种布置形式的水泵装置也都适用,包括自灌式。自灌式水泵的公式推求,请大家自学。
例:水泵流量Q=120l
/s,吸水管管路长度l1=20m;压水管管路长度l2=300m;吸水管径Ds=350mm,压水管径Dd=300mm;吸水水面标高58.0m;泵轴标高60.0m;水厂混合池水面标高90.0m。求水泵扬程。
注:i1=0.0065,i2=0.0148;吸水进口采用滤水网,90弯头一个,DN=350*300mm渐缩管一个;压水管按长管计,局部水头损失占沿程10%。
特性曲线:在一定转速下,离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。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同,但都有共同的变化趋势。2.5离心泵的特性曲线1
离心泵的特性曲线QT——泵理论流量(m3/s)。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量;F2——叶轮的出口面积(m2);C2r——叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m/s)。2.5离心泵的特性曲线1
离心泵的特性曲线的定性分析1、β2<90°(1)直线QT-HT(2)直线I(3)扣除水头损失(Ⅱ)摩阻、冲击(4)扣除容积损失(Q-H线)(1)水力效率ηh: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。(2)容积
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