《泵与泵站》02(叶片式泵)2省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第2章叶片式泵2.1离心泵工作原理与基本结构2.2离心泵主要零件2.3叶片泵基本性能参数1/83§2.1离心泵工作原理与基本结构工作原理2/83§2.1离心泵工作原理与基本结构基本结构3/83§2.1离心泵工作原理与基本结构离心泵基本结构4/83§2.1离心泵工作原理与基本结构离心泵工作过程开启前，将泵壳和吸水管道灌满水驱动电机，使叶轮高速旋转液体收到离心力作用被甩出叶轮，经过泵壳流入压水管道，由压水管道输入管网同时，叶轮中心处因为液体被甩出而形成真空，吸水池中液体在大气压作用下源源不停流入叶轮吸水口，从而实现离心泵连续输水。5/83§2.2离心泵主要零件离心泵基本结构6/83§2.2离心泵主要零件叶轮是离心泵主要零件，其设计依据水力计算决定惯用材质：铸铁、钢、青铜（材质性能决定了水泵使用寿命，价格）叶轮种类按吸水方式分：单吸式双吸式，吸水量较大按叶轮盖板情况分：封闭式，输送较洁净液体敞开式，输送含有一定悬浮物、杂质液体半开式7/83§2.2离心泵主要零件叶轮8/83§2.2离心泵主要零件叶轮9/83§2.2离心泵主要零件泵轴作用：用来旋转叶轮惯用材质：碳素钢、不锈钢（要有足够抗扭强度和刚度）泵轴和叶轮连接：采取键连接，平键只能传递扭矩不能固定叶轮轴向位置叶轮轴向位置固定：大中型泵惯用轴套和并紧轴套螺母来定位10/83§2.2离心泵主要零件泵壳泵外面蜗壳形外壳2个特点：①蜗壳形（保持良好水力条件，沿蜗壳断面水流速度为常数）②锥形渐扩管（降低水流速度，速度水头转化为压力水头）11/83§2.2离心泵主要零件泵座作用：固定泵体，连接水泵与基础3个孔：①测压螺孔：吸水管法兰上，安装真空表；压水椎管法兰上，安装压力表②放水螺孔：泵壳底部，作用为泵停车检修时放空积水③泄水螺孔：泵座横向槽底，作用为排填料盒渗漏水滴12/83§2.2离心泵主要零件轴封装置泵轴和泵壳间隙处设置密封装置轴封装置应用较多为填料密封和机械密封13/83§2.2离心泵主要零件轴封装置填料密封14/83§2.2离心泵主要零件轴封装置机械密封15/83§2.2离心泵主要零件轴封装置机械密封DY101型系列机械密封112型系列机械密封16/83§2.2离心泵主要零件减漏环17/83§2.2离心泵主要零件轴承座18/83§2.2离心泵主要零件轴承座19/83§2.2离心泵主要零件联轴器（“靠背”轮）

刚性联轴器1—泵侧联轴器；2—电机侧联轴器；3—柱销；4—挡圈143220/83§2.2离心泵主要零件联轴器（“靠背”轮）

21/83§2.2离心泵主要零件轴向力平衡办法

22/83§2.3叶片泵基本性能参数叶片泵基本性能，由6个性能参数表示：

流量扬程

轴功率

效率转速允许吸上真空高度及汽蚀余量23/83§2.3叶片泵基本性能参数流量（抽水量）

定义：泵在单位时间内输送液体数量表示符号：Q单位：体积流量单位m3/h，L/s重量流量单位t/h24/83§2.3叶片泵基本性能参数扬程（总扬程）

定义：泵对单位重量（1kg）液体所作功表示符号：H单位：m，Pa25/83§2.3叶片泵基本性能参数扬程（总扬程）

内涵：表征液体经过泵后比能增加式中：E1——液体流入泵时含有比能

E2——液体流出泵时含有比能26/83§2.3叶片泵基本性能参数轴功率

定义：泵轴得自原动机所传递来功率表示符号：N单位：kW27/83§2.3叶片泵基本性能参数补充内容

有效功率：单位时间内流过泵液体从泵那里得到能量，用Nu表示式中：

ρ—液体密度，kg/m3

g—重力加速度，m/s2

Q—流量，m3/s

H—扬程，m28/83§2.3叶片泵基本性能参数补充内容

配套功率：泵所要求原动机输出功率，用Np表示。普通在泵产品样本中能够查出。式中：k—备用系数，k>1

ηd—传动设备效率29/83§2.3叶片泵基本性能参数效率

定义：泵有效功率Nu和轴功率N比值表示符号：单位：%30/83§2.3叶片泵基本性能参数效率

效率定义式：普通来说，有效功率是已知，经过上式，能够求泵轴功率：（kW）（HP）31/83§2.3叶片泵基本性能参数效率

进而，计算泵电耗：式中：

η1—泵效率

η2

—电机效率

t—泵运行时间32/83§2.3叶片泵基本性能参数效率

效率内涵：衡量原动机输入功率在泵内部损失。泵内损失容积损失机械损失水力损失机械效率容积效率水力效率泵总效率33/83§2.3叶片泵基本性能参数转速定义：泵叶轮转动速度，通常以每分钟转动次数表示。表示符号：n单位：r/min34/83§2.3叶片泵基本性能参数允许吸上真空高度定义：泵在标准情况下（20℃，1atm）运行时，泵所允许最大吸上真空高度。表示符号：Hs单位：mH2O内涵：普通用来反应离心泵吸水性能35/83§2.3叶片泵基本性能参数汽蚀余量定义：泵进口处，单位重量液体所含有超出饱和蒸汽压力富裕能量。表示符号：Hsv，△h单位：mH2O内涵：普通用来反应轴流泵等吸水性能36/83§2.3叶片泵基本性能参数叶片泵基本性能，由6个性能参数表示：

流量扬程

轴功率

效率转速允许吸上真空高度及汽蚀余量

泵6个性能参数之间相互关系，通惯用泵特征曲线来表示，相关内容将在第6节介绍37/83§2.2叶片泵基本性能参数水泵铭牌铭牌上简明列出：泵在设计转速下运行，效率最高时流量、扬程、轴功率、允许吸上真空高度及汽蚀余量38/83第2章叶片式泵2.4离心泵基本方程式39/83§2.4.1叶轮中液体流动情况离心泵叶轮中水流速度复合圆周运动

静坐标系——固定不动泵壳

动坐标系——旋转叶轮3个速度相对速度W（相对于动坐标系叶轮）牵连速度u（相对于静坐标系泵壳）绝对速度C（速度W和u合成）4个角度2个坐标系出水角出水工作角进水工作角进水角40/83§2.4.1叶轮中液体流动情况速度三角形径向分速度：切向分速度：41/83§2.4.1叶轮中液体流动情况离心泵叶片形状离心泵惯用后弯式叶片，β2在20°~30°之间42/83§2.4.2基本方程式推导三点假设假设1：液槽内液流为恒定流，即槽内各点运动要素不随时间改变假设2：液流均匀一致，叶槽内同半径处速度相等，即液流为均匀流假设3：液流为理想流体，即无粘性，无能量损失43/83§2.4.2基本方程式推导动量矩定理

动量矩：某质点相对于固定点（或轴）动量矩等于质点动量与其相对于固定点（或轴）（垂直）距离乘积。

44/83§2.4.2基本方程式推导动量矩定理

动量矩定理：某质点或质点系对于某点（或轴）动量矩在单位时间内改变量，就等于作用于该质点或质点系全部外力对该点或该轴力矩之和。45/83§2.4.2基本方程式推导某一液槽内动量矩改变：在恒定流状态下，dt时段内流出叶槽水流与流入叶槽水流含有相等质量dm，则：R1R246/83§2.4.2基本方程式推导单位时间动量矩改变：依据动量矩定理：（式1）47/83§2.4.2基本方程式推导液流所受外力：R1R2叶片迎水面和背水面作用于液流压力P1、P2作用于ab和cd面上水压力P3、P4作用于液流摩擦阻力P3、P4（沿径向方向，对泵轴没有力矩）（理想流体，可忽略摩擦阻力）48/83§2.4.2基本方程式推导将式1推广到全部叶槽：49/83§2.4.2基本方程式推导将式1推广到全部叶槽：离心泵基本方程式50/83§2.4.3基本方程式讨论（1）

为提升水泵扬程和改进吸水性能，普通使，。

（2）

水流经过水泵时，扬程与u2相关。提升n，加大D，能够提升HTα2越小，HT越大51/83§2.4.3基本方程式讨论（3）

离心泵理论扬程与水容重无关。（2）离心泵理论扬程可分为势扬程和动扬程。注意：当输送液体密度

ρ不一样，而理论扬程HT相同时，泵所消耗功率不一样。52/83§2.4.3基本方程式修正（1）关于液流为恒定流假定基本能够满足。（2）“反旋现象”，修正系数p。（3）实际液流含有粘性，有能量损失，用水力效率修正。53/83§2.4.3基本方程式修正54/83§2.4.3基本方程式修正实际扬程能够看出，离心泵实际扬程与叶轮直径D、转速n、出口绝对速度C、出口角β2以及水力效率等原因相关，所以，水泵扬程是伴随水泵运行工况而改变。55/83第2章叶片式泵2.5离心泵装置总扬程56/83§2.5.1几个主要概念离心泵装置总扬程，H静扬程，HST泵吸水地形高度，Hss泵压水地形高度，HsdHSTHSSHSd泵吸水井设计水面与水塔（或密闭水箱）最高水位之间测压管高差。泵吸水井（池）水面测压管水面至泵轴间垂直距离。泵轴至水塔最高水位或密闭水箱页面测压管水面之间垂直距离。泵配上管路及一切附件后系统。泵扬程57/83§2.5.2运行中泵总扬程计算H＝E2－E1

依据扬程定义：依据佰努利方程物理意义：则：泵进口处1-1断面比能：泵出口处2-2断面比能：58/83§2.5.2运行中泵总扬程计算又：真空表读数压力表读数则：较小，可忽略所以：59/83§2.5.3设计时泵总扬程计算进行泵站工艺设计时，只能依据原始资料，确定泵站设计扬程。60/83§2.5.4自灌式泵装置总扬程计算作业：试证实泵扬程公式也适合用于自灌式水泵装置61/83【例题】岸边式取水泵房，依据已知条件求水泵扬程。已知：流量，Q=120L/s管路长度，吸水管l1=20m，压水管l2=300m管径，吸水管Ds=350mm，压水管Dd=300mm标高，吸水井水面58.00m，泵轴60.00m，水厂混合池水面90.00m。管件，吸水进口采取无底阀滤水网，90°弯头一个，DN350×300渐缩管一个。62/83【例题】解：①静扬程：吸水管内流速：查设计手册，水力坡度i1=0.0065吸水管路沿程损失，hs1=i1·l1=0.0065×20=0.13m②吸水管路水头损失吸水管路局部损失，吸水管路上各部分局部损失系数，查手册吸水管路总水头损失，63/83【例题】压水管内流速：查设计手册，水力坡度i2=0.0148压水管路沿程损失，hd1=i2·l2=0.0148×300=4.44m③

压水管路水头损失压水管路局部损失为沿程损失10%计压水管路总水头损失，④

泵总扬程64/83第2章叶片式泵2.6离心泵特征曲线65/83几个概念

离心泵特征曲线n=常数时在一定转速（n）条件下，表示离心泵基本性能参数（H、N、η

、Hs）随流量（Q）而改变关系式曲线。66/83几个概念

泵工况对应某一流量下泵一组基本性能参数值。

泵设计工况（额定工况）泵在效率最高时对应一组基本性能参数值。

泵极限工况泵在流量最大时对应一组基本性能参数值。67/83§2.6.1理论特征曲线定性分析代入代入其中，F2、β

2、u2为常数基本方程式HT=f（QT）68/83§2.6.1理论特征曲线定性分析离心泵理论特征曲线69/83§2.6.1理论特征曲线定性分析考虑反旋HT=f（QT）考虑泵内水头损失H=f（QT）70/83§2.6.1理论特征曲线定性分析离心泵理论特征曲线71/83§2.6.1理论特征曲线定性分析泵内水头损失包含两部分

摩阻损失△h1：在吸水室、液槽和压水室中摩阻损失。

冲击损失△h2：在非设计工况下，叶轮进口导水器、蜗壳压水室进水口出发生冲击损失。泵内水头损失用水力效率来衡量72/83§2.6.1理论特征曲线定性分析考虑泵内容积损失H=f（QT）H=f（Q）73/83§2.6.1理论特征曲线定性分析

容积损失△q：泵工作过程中存在着泄露和回流而产生渗漏量。其大小与扬程相关。容积损失用容积效率来衡量74/83§2.6.1理论特征曲线定性分析离心泵理论特征曲线75/83§2.6.1理论特征曲线定性分析

摩擦损失：泵工作过程中，在轴承内、填料轴封装置内、叶轮盖板和水之间摩擦损失。摩擦损失用机械效率来衡量76/83§2.6.1理论特征曲线定性分析泵总效率77/83§2.6.1理论特征曲线定性分析

理论特征曲线和速度三角形关系

β2>90