第二章叶片式水泵(一)

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2.1离心泵的工作原理与基本构造2.1.13个例子⑴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。⑵敞口圆筒绕中心轴作等角速度旋转时圆筒内的水面呈抛物线上升的旋转凹面，圆筒半径越大，转得越快时，液体沿圆筒壁上升的高度越大。旋转圆筒中的水流运动⑶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。2.1.2工作原理离心泵基本构造及工作原理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离心泵的主要零件单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵1.叶轮叶轮：单吸式、双吸式l前盖板；2后盖板；3叶片；4叶槽；5吸水口；6轮毂；7泵轴

1吸入口；2轮盖；3叶片4轮毂；5轴孔叶轮车材料主要选用铸铁、铸钢、青铜等2.泵轴

3.泵壳4.泵座铸铁水泵配件、泵轴泵键5.轴封装置：泵轴与泵壳间⑴填料密封压盖填料型填料盒1轴封套；2填料；3水封管；4水封环；5压盖(2)机械密封DY101型系列机械密封112型系列机械密封6、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7、轴承座

ZHZ滑动轴承滚动轴承8、联轴器

ZML膜片及连轴器9、轴向力平衡措施

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10.IS型单级单吸离心泵主要零件11.单级双吸式离心泵主要零件单级双吸式离心泵图1—吸入口；2—半螺旋形吸入室；3—蜗形压出室；4—出水口；5—泵盖6—泵体2.3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.扬程(总扬程)——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。一个工程大气压＝1公斤/厘米2＝98千帕(kPa)≈0.1兆帕(MPa)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，以字母表示泵的有效功率为：4.效率——水泵的有效功率与轴功率之比值，以η表示。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r／min。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。水泵种类型号举例型号说明备注离心泵单级单吸离心泵IS100-65-200IS——单级单吸离心泵100——吸入口直径，mm65——排出口直径，mm200——叶轮直径，mmIS：国际标准单级双吸离心泵S500-59AS——单级双吸离心泵500——吸入口直径，mm59——水泵扬程A——第一次切削20Sh-6A20——吸入口直径，inSh——单级双吸离心泵6——比转速的1／10β2C2rC2u2C2uW22.4离心泵的基本方程式2.4.1叶轮中液体的流动情况⑴相对速度W；圆周速度(牵连速度)u；绝对速度C⑵C与u的夹角α；C与W的夹角β（出水角）α2（a）后弯式(β２＜90°)（b）径向式(β２

＝

90°)（c）前弯式

(β２＞

90°)离心泵叶片形状实际工程中得离心泵叶轮大部分事后弯式叶片，出水角采用20～30度之间。叶轮出口速度三角形C2W2C2rU2C2Uα2β22.4.2基本方程式的推导1.三点假设：⑴液流是恒定流；⑵叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流同名速度相等。⑶液流为理想液体，也即无粘滞性。根据动量矩定理，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：动量矩定理：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。bacdfegh取进出口轮缘为控制面。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。bacdfegh2.叶轮对流体所作功率3.理论扬程bacdfegh⑵

则增加转速(n)和加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬程。2.4.3基本方程式的讨论⑴为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取α１＝90°，即Ｃ１u=0。则：⑶离心泵的理论扬程与液体的容重无关但当输送不同容重液体时，水泵所消耗的功率将是不同的。⑷水泵的扬程由两部分组成，一部分为势扬程(H1)，另一部分为动扬程(H2)，它在流出叶轮时，以比动能的形式出现。2.4.4基本方程式的修正假定1：水泵稳定运行，外界条件不变化时基本满足。假定2：由于惯性，叶槽中存在“反旋现象”。假定3：由于液体有粘性，所以一定存在水力损耗。ηh——水力效率;p——修正系数。2.5.1离心泵装置水泵配上管路及一切附件后的“系统”称为装置。2.5.2水泵的总扬程基本计算方法：⑴进出口压力表表示（实际泵站读取扬程）⑵用提升液体高度和水头损失表示（设计）§2.5离心泵装置的总扬程2.5.2

水泵装置的工作扬程⑴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:2.5.3水泵装置的设计扬程⑴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）⑵公式推导:列0－0和1－1断面动量方程同理列2－2和3－3断面动量方程可得⑶思考：对于公式有没有简便的方法进行推导？若V3≠0时公式应该是什么形式？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。§2.6离心泵的特性曲线2.6.1离心泵的特性曲线特性曲线：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。离心泵的特性曲线是根据给定的n值，按η最高的要求来进行设计的。2.6.2理论特性曲线的定性分析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)。C2W2C2rU2C2Uα2β21.β２＜90°(1)直线QT-HT(2)直线I（修正叶槽中液流不均匀的影响）1.β２＜90°(3)扣除水头损失：摩阻损失、冲击损失。①摩阻损失：②冲击损失：1.β２＜90°(4)扣除容积损失(Q-H线)水泵工作过程中存在泄露和回流现象，泵的出水流量总是比通过叶轮的流量小，它也是能量损失的一种，我们称其为容积损失。⑴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。⑵容积效率ηv：在水泵工作过程中存在泄漏和回流问题，即存在容积损失。⑶机械效率ηm：机械性的摩擦损失总效率ηh称为水功率3.结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(β２＝20°～30°左右)。这种形式叶片的特点是随扬程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的流量Q与轴功率N关系曲线(Q-H曲线)，也将是一条比较平缓上升的曲线，这对电动机来讲，可以稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。2.(β２≤90°)从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增大（或不变），并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样的离心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它对电动机的工作是不利的。2.6.2实测特性曲线的讨论14SA－10型离心泵的特性曲线高效段供给⑴扬程H是随流量Q的增大而下降，它将有利于泵站中电动机的选择和与管网联合工作时工况的自动调节。⑵水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。该水泵设计点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的10％左右)都是属于效率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线“”标出。⑶轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。这符合电动机轻载启动的要求，所以离心泵在启动时都采用“闭闸启动”，即启动前先关闭闸阀，待水泵压力表达到空转扬程时逐渐大卡闸阀，使泵正常运行。⑷在Q—N曲线上各