《流体力学与流体机械》 课件 模块七 排水设备（项目二-1）

项目二离心式水泵的工作理论

演讲人【学习目标】掌握离心式水泵工作的基本理论和水泵的理论压头、实际压头及工作效率等的含义及在实际中的应用；能够根据水泵的工作性能参数正确绘制水泵的工作特性曲线图，并掌握该曲线对分析水泵实际工作情况的作用和意义；掌握比例定律和比转数的定义及对水泵性能的影响和在实际设计、生产中的应用。01离心式水泵的基本理论流体在离心式叶轮中的流动分析水在离心式水泵中获得能量的过程，就是在叶轮作用下，本身的流速大小和流动方向发生变化的过程。因此，要研究水泵的工作理论，应首先分析水在叶轮中的流动情况。图7-8水在叶轮中的流体状态流体在离心式叶轮中的流动分析在叶轮内任何一个位置，都可画出这三个速度的大小和方向，它们构成一个三角形，称为速度三角形。研究水在叶轮中的运动，目的是为了求得能量的变化。而能量的变化只与始末状态参数有关，因而只需研究水在叶轮进、出口处的流动情况，故只需画出这两处的速度三角形，如图7-9所示。图7-9离心式水泵叶轮进、出口速度图离心式水泵的理论压头方程式STEP1STEP2STEP3STEP4由于水流经叶轮流道时的情况非常复杂，难于分析，因此在讨论时先作如下假设：（1）水泵在工作时没有任何能量损失，即原动机传递给水泵轴的功率完全用于增加流经叶轮的水的能量。（2）叶轮叶片的数目为无限多且为无限薄。这样在叶片间流动的水就为微小流束，形状与叶片完全一样，在叶轮同一半径处的流速相等，压力相同。（3）水在叶轮内的流动为稳定流，即速度图不随时间变化。离心式水泵的理论压头线由假设（2）知，叶片的厚度可忽略不计，若再不考虑容积损失，则离心式水泵的理论流量为：式中：——叶轮出口面积，；——叶轮外径，m；——叶轮出口宽度，m；——出口绝对速度的径向分速度，m/s。由式（7-17）得：离心式水泵的理论压头线若在同一转速下，水泵叶轮的结构尺寸不变，其、、均为定值，则由式（7-19）可知，叶片出口安装角的大小对理论压头有直接影响。图7-10给出了离心式水泵的三种叶片形式。当叶片出口安装角一定时，均为常数。因此离心式水泵的理论压头与理论流量呈线性关系，即在-坐标图上为一条斜率为的直线。斜率的大小与叶片安装角有关，即与叶轮的叶片型式有关。离心式水泵的理论压头线图7-10叶片的三种形式(a)-前弯式；(b)-径向式；(c)-后弯式（1）前弯叶片>90°，<0，<0，故,即随着的增加而增加，是一条上升的直线。（2）径向叶片=90°，=0，=0，故=即不随的增加而变化，是一条与横坐标轴平行的直线。（3）后弯叶片<90°，>0，B>0，故即随着的增加而减小，是一条下降的直线。离心式水泵的理论压头线由图7-11可以看出，在理论流量相同的情况下，前弯叶片产生的理论压头最大，径向叶片次之，后弯叶片最小。若产生相同的理论压头，采用前弯叶片时，叶轮直径可小一些；采用后弯叶片时，需要的直径最大，径向叶片居中。由图7-11可以看出，在理论流量相同的情况下，前弯叶片产生的理论压头最大，径向叶片次之，后弯叶片最小。若产生相同的理论压头，采用前弯叶片时，叶轮直径可小一些；采用后弯叶片时，需要的直径最大，径向叶片居中。理论压头是理论静压头与理论动压头之和。叶轮出口的绝对速度越大，理论压头中动压头所占的比例越大，水在泵内流动时的能量损失也越大，效率就越低。从图7-10知，前弯叶片的出口绝对速度最大，后弯叶片的最小，径向叶片居中。所以前弯叶片叶轮的效率较低，后弯叶片叶轮的效率较