泵和泵站第二章叶片式水泵

泵和泵站第二章叶片式水泵第1页，课件共61页，创作于2023年2月叶片泵定义及分类依据叶片泵：依靠叶轮高速旋转完成能量的转换，叶片形状不同，水流受到质量力不同，水流流出叶轮的方向不同。叶片式泵的分类：径向流离心泵离心力轴向流轴流泵轴向升力斜向流混流泵离心力+轴向升力第2页，课件共61页，创作于2023年2月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。第3页，课件共61页，创作于2023年2月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第4页，课件共61页，创作于2023年2月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第5页，课件共61页，创作于2023年2月气缚、柏努利定律第6页，课件共61页，创作于2023年2月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离心泵的主要零件第7页，课件共61页，创作于2023年2月单级单吸卧式离心泵第8页，课件共61页，创作于2023年2月多级离心泵结构图第9页，课件共61页，创作于2023年2月离心泵的分类方式按工作叶轮数目来分类1、单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。2、多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。按工作压力来分类

1、低压泵：压力低于100米水柱；

2、中压泵：压力在100~650米水柱之间；

3、高压泵：压力高于650米水柱。第10页，课件共61页，创作于2023年2月离心泵的分类方式按叶轮进水方式来分类

1、单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口；

2、双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比单吸式泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。

按泵轴位置来分类

1、卧式泵：泵轴位于水平位置。

2、立式泵：泵轴位于垂直位置。第11页，课件共61页，创作于2023年2月离心泵的分类按泵壳结合缝形式来分类

1、水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。

2、垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。

按叶轮出来的水引向压出室的方式分类

1、蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。

2、导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出口管。

第12页，课件共61页，创作于2023年2月1.叶轮叶轮：单吸式、双吸式；封闭式、敞开式和半开式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轴孔单吸叶轮：单侧吸水，叶轮的前后盖板不对称，用于单吸离心泵。双吸叶轮：两侧吸吸水，叶轮盖板对称，用于双吸离心泵，流量较大，能自动平衡轴向力。第13页，课件共61页，创作于2023年2月

封闭式叶轮：具有两个盖板，盖板之间装有6~12片向后弯曲的叶轮。效率高,制造难度大敞开式叶轮：只有叶片而没有盖板。只有叶片及叶片加强筋,无前后盖板的叶轮（叶片数较少2-5片)。效率低,应用较少,用于输送黏度较高的液体,以及浆状液体。第14页，课件共61页，创作于2023年2月半开式叶轮：1）前半开式,由后盖板与叶片组成,此结构叶轮效率较低,为提高效率需配用可调间隙的密封环2）后半开式,由前盖板与叶片组成,由于可应用与闭式叶轮相同的密封环,效率与闭式叶轮基本相同。半开式叶轮制造难度较小,成本较低,且适应性强。叶轮片材料的选择：叶轮片材料主要选用铸铁、铸钢、青铜等第15页，课件共61页，创作于2023年2月2.泵轴:作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮。

铸铁水泵配件、泵轴泵键离心泵中一般采用平键，这种键只能传递扭矩而不能固定叶轮的轴向位置，在大、中型泵中叶轮的轴向位置通常采用轴套和并紧轴套的螺母来定位。第16页，课件共61页，创作于2023年2月3、泵壳:水泵的主体,将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体，汇集由叶轮甩出的液体。第17页，课件共61页，创作于2023年2月1)泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。蜗壳上渐扩断面流量增大，水流速度为常数。2）泵壳同时又是一个能量转换装置:由于锥形扩散管流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。3)泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在泵起动前用来充水及排走泵壳内的空气。在泵壳的底部设有放水螺孔，以便在泵停车检修时用来放空积水第18页，课件共61页，创作于2023年2月4、泵座：1）泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。2）泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在泵起动前充水及排走泵壳内的空气。3）在泵吸水和压水锥管的法兰上，开设有安装真空表和压力表的测压螺孔。4)在泵壳的底部设有放水螺孔，在泵停车检修时用来放空积水。5)在泵座的横向槽底开设有泄水螺孔，以便随时排走由填料盒内流出的渗漏水滴。所有这些螺孔，如果在泵运动中暂时无用时，可以用带螺纹的丝堵(又叫“闷头”)栓紧。第19页，课件共61页，创作于2023年2月上述的零件中，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，此两者之间存在着3个交接部分，它们是：泵轴与泵壳之间的轴封装置为填料盒；叶轮与泵壳内壁接缝处的减漏装置为减漏环；泵轴与泵座之间的转动连接装置为轴承座。第20页，课件共61页，创作于2023年2月5.轴封装置：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。第21页，课件共61页，创作于2023年2月⑴填料密封压盖填料型填料盒1轴封套；2填料（盘根）；3水封管；4水封环；5压盖（格兰）第22页，课件共61页，创作于2023年2月(2)机械密封DY101型系列机械密封第23页，课件共61页，创作于2023年2月112型系列机械密封第24页，课件共61页，创作于2023年2月泵用机械密封主要泄漏点：（l）轴套与轴间的密封；

（2）动环与轴套间的密封；

（3）动、静环间密封；

（4）对静环与静环座间的密封；

（5）密封端盖与泵体间的密封。

平衡型机械密封：密封介质作用于动环上有效面积小于动、静环接触面，可用于高压非平衡型机械密封：密封介质作用于动环上有效面积大于或等于动、静环接触面第25页，课件共61页，创作于2023年2月6、减漏环(承磨环)为什么要装减漏环？（减漏环作用）减漏环位置：叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处

（a）单环型；（b）双环型；（c）双环迷宫型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第26页，课件共61页，创作于2023年2月7、轴承座

滑动轴承滚动轴承第27页，课件共61页，创作于2023年2月8、联轴器

ZML膜片及连轴器第28页，课件共61页，创作于2023年2月刚性联轴器：法兰盘无法调节泵轴与电机同心度安装精度高常用于小型泵机组和立式泵机组挠性联轴器：允许转子有单独的轴向位移，且相连两转子对中可有一定的偏差减少传动时机轴偏心引起的应力和振动用于大中型卧式机组第29页，课件共61页，创作于2023年2月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泵壳上的减漏环平衡孔的优缺点：构造简单，但效率降低第30页，课件共61页，创作于2023年2月10.IS型单级单吸离心泵主要零件封闭式叶轮，填料密封，刚性连接第31页，课件共61页，创作于2023年2月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—泵体第32页，课件共61页，创作于2023年2月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)第33页，课件共61页，创作于2023年2月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。第34页，课件共61页，创作于2023年2月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。第35页，课件共61页，创作于2023年2月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1／10第36页，课件共61页，创作于2023年2月β2C2rC2u2C2uW22.4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第37页，课件共61页，创作于2023年2月（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。第38页，课件共61页，创作于2023年2月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。即叶轮功率全部传给液体第39页，课件共61页，创作于2023年2月根据动量矩定理，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第40页，课件共61页，创作于2023年2月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。bacdfegh第41页，课件共61页，创作于2023年2月2.叶轮对流体所作功率3.理论扬程bacdfegh第42页，课件共61页，创作于2023年2月⑵

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密度无关但当输送不同密度液体时，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。第43页，课件共61页，创作于2023年2月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。第44页，课件共61页，创作于2023年2月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第45页，课件共61页，创作于2023年2月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）第46页，课件共61页，创作于2023年2月（2）公式推导:第47页，课件共61页，创作于2023年2月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）第48页，课件共61页，创作于2023年2月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断面动量方程可得第49页，课件共61页，创作于2023年2月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。第50页，课件共61页，创作于2023年2月§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。第51页，课件共61页，创作于2023年2月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)。C2W2C2rU2C2Uα2β2第52页，课件共61页，创作于2023年2月1.β２＜90°(1)直线QT-HT(2)直线I（修正叶槽中液流不均匀的影响）第53页，课件共61页，创作于2023年2月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：第54页，课件共61页，创作于2023年2月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。第55页，课件共61页，创作于2023年2月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称为水功率第56页，课件共61页，创作于2023年2月第57页，课件共61页，创作于2023年2月3.结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片