水泵與泵站課件(修)

1、水泵水泵 與與 泵站泵站講授人：梁麗珍講授人：梁麗珍QQ ：870417154（乘風(fēng)）（乘風(fēng)）（一）課程地位（一）課程地位 水泵與泵站是在給水排水工程中如水泵與泵站是在給水排水工程中如同人的心臟一樣，將水增壓、提升、輸送，起到不可或缺同人的心臟一樣，將水增壓、提升、輸送，起到不可或缺和不可代替的作用。該課程的良好掌握，有利于各種污水和不可代替的作用。該課程的良好掌握，有利于各種污水處理工程設(shè)計和污水處理設(shè)備的選型。處理工程設(shè)計和污水處理設(shè)備的選型。（二）課程設(shè)置目的（二）課程設(shè)置目的 使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握水泵的基本理論與泵站的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，為學(xué)習(xí)各掌握水泵的基

2、本理論與泵站的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，為學(xué)習(xí)各專業(yè)課和今后從事專業(yè)工作打下基礎(chǔ)，以便解決本專業(yè)工專業(yè)課和今后從事專業(yè)工作打下基礎(chǔ)，以便解決本專業(yè)工程中的有關(guān)液體輸送的問題。程中的有關(guān)液體輸送的問題。 課程的性質(zhì)和任務(wù)課程的性質(zhì)和任務(wù)（三）水力學(xué)回顧（三）水力學(xué)回顧n1.1.水力學(xué)的定義：水力學(xué)的定義： 水力學(xué)是研究液體處于靜止和運動狀態(tài)水力學(xué)是研究液體處于靜止和運動狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律，并探討運用這些規(guī)律解決工下的力學(xué)規(guī)律，并探討運用這些規(guī)律解決工程實際問題的一門科學(xué)。水力學(xué)又是力學(xué)的程實際問題的一門科學(xué)。水力學(xué)又是力學(xué)的一個分支。一個分支。n2.2. 水力學(xué)的任務(wù)：水力學(xué)的任務(wù)： 研究以水為代表的，液體

3、機械運動規(guī)律研究以水為代表的，液體機械運動規(guī)律及其在工程中的應(yīng)用。及其在工程中的應(yīng)用。 （四）水力學(xué)由以下內(nèi)容構(gòu)成（四）水力學(xué)由以下內(nèi)容構(gòu)成 水力學(xué)所研究的基本規(guī)律：兩大主要組成水力學(xué)所研究的基本規(guī)律：兩大主要組成部分，水靜力學(xué)和水動力學(xué)。部分，水靜力學(xué)和水動力學(xué)。 水靜力學(xué)：關(guān)于液體平衡的規(guī)律，它研水靜力學(xué)：關(guān)于液體平衡的規(guī)律，它研究液體處于靜止（或相對平衡）狀態(tài)時，作究液體處于靜止（或相對平衡）狀態(tài)時，作用于液體上的各種力之間的關(guān)系。用于液體上的各種力之間的關(guān)系。 水動力學(xué)：關(guān)于液體運動的規(guī)律，它研究水動力學(xué)：關(guān)于液體運動的規(guī)律，它研究液體在運動狀態(tài)時，作用于液體上的力與運動液體在運動狀態(tài)

4、時，作用于液體上的力與運動要素之間的關(guān)系，以及液體的運動特性與能量要素之間的關(guān)系，以及液體的運動特性與能量轉(zhuǎn)換等等。轉(zhuǎn)換等等。3.帕斯卡原理帕斯卡原理2.等壓面等壓面等壓面就是等勢面等壓面就是等勢面等壓面與質(zhì)量力正交等壓面與質(zhì)量力正交（五）水力學(xué)知識回顧（五）水力學(xué)知識回顧l液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)1.靜壓強特性靜壓強特性靜壓強作用的垂向性靜壓強作用的垂向性靜壓強的各向等值性靜壓強的各向等值性4.重力作用下的平衡方程重力作用下的平衡方程（三個方程式）（三個方程式） 測壓管的定義、特性及使用方法測壓管的定義、特性及使用方法 液體平衡規(guī)律液體平衡規(guī)律 ghpp0cgpz5.5.壓強的表示方法壓強的表示

5、方法三種三種6.6.作用在平面上的總靜壓力作用在平面上的總靜壓力兩種計算方法兩種計算方法解析法公式解析法公式 斜面或垂面斜面或垂面（五）水力學(xué)知識回顧（五）水力學(xué)知識回顧l液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)ApAghPccAyIyycccDghApAF平面平面l 水動力學(xué)水動力學(xué)2211v vAA 總流的連續(xù)性方程總流的連續(xù)性方程 總流的伯努利方程總流的伯努利方程 whgvgpzgvgpz222222221111jfwhhhgvdlhf22gvhj22總流的動量方程總流的動量方程 )()()(112211221122zzzyyyxxxvvQFvvQFvvQFvdRel 水動力學(xué)水動力學(xué)gRJlhgRgRlg

6、Axlhfwwwf短管自由出流短管自由出流 2AQcgHAv短管淹沒出流短管淹沒出流 2QA A Q gHvc圓管均勻流沿程水頭損失與剪應(yīng)力的關(guān)系圓管均勻流沿程水頭損失與剪應(yīng)力的關(guān)系 1.明渠均勻流明渠均勻流特性、形成條件特性、形成條件2.過流斷面的幾何要素過流斷面的幾何要素水面寬、過流斷面面積、濕周、水力半徑水面寬、過流斷面面積、濕周、水力半徑l 明渠水流明渠水流G sinFfiKRiACAvQRiCv基本公式基本公式 6/11RnC 3.水力最優(yōu)斷面和允許流速水力最優(yōu)斷面和允許流速 4.明渠流態(tài)明渠流態(tài)臨界流數(shù)據(jù)的計算（臨界流數(shù)據(jù)的計算（hc、ic）三種流態(tài)的判別（三種流態(tài)的判別（vc、

7、hc、ic 、Fr、de/dh）5.水躍與水跌水躍與水跌共軛水深計算共軛水深計算水躍長度計算水躍長度計算6.棱柱形渠道非均勻漸變流水面曲線的分析棱柱形渠道非均勻漸變流水面曲線的分析 l 明渠水流明渠水流1812 1812 2221 FrhhFrhh323223232)(gqgbQhhbbbhgQcccccccccccccBxCgiBAgQiRCAQ23221FrJidsdh1.堰的分類堰的分類2.寬項堰溢流寬項堰溢流 3.實用堰實用堰l 堰流堰流2/302/3022HgmbHgbmQcssBbBbHpa1/2 . 0143（六）水泵及水泵站緒論（六）水泵及水泵站緒論l水泵分類水泵分類 動力式動

8、力式(葉輪式葉輪式) 包括離心式、軸流式輸送機械，它們包括離心式、軸流式輸送機械，它們是藉高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得能量的。是藉高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得能量的。 容積式容積式(正位移式正位移式) 包括往復(fù)式、包括往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式輸送機械，它們是利用活旋轉(zhuǎn)式輸送機械，它們是利用活塞或轉(zhuǎn)子的擠壓使流體升壓以獲塞或轉(zhuǎn)子的擠壓使流體升壓以獲得能量的。得能量的。其它類型其它類型 指不屬于上述兩類的指不屬于上述兩類的其它型式，如噴射式等其它型式，如噴射式等 n系列化、標(biāo)準(zhǔn)化程度日益完善的同時，向?qū)I(yè)化、特殊用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化程度日益完善的同時，向?qū)I(yè)化、特殊用泵化發(fā)展泵化發(fā)展n向大型化、高速化發(fā)展向大型化、高速

9、化發(fā)展n泵站自動化水平逐步提高泵站自動化水平逐步提高l水泵及水泵站的地位與作用水泵及水泵站的地位與作用l我國水泵與水泵站的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢我國水泵與水泵站的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢第第2章章 葉片式水泵的構(gòu)造葉片式水泵的構(gòu)造n離心泵離心泵n軸流泵軸流泵n混流泵混流泵2.1 離心泵離心泵離心泵在生產(chǎn)和工程中應(yīng)冊最為廣泛，這是因為離離心泵在生產(chǎn)和工程中應(yīng)冊最為廣泛，這是因為離心泵具有以下優(yōu)點：心泵具有以下優(yōu)點： (1)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，便于調(diào)節(jié)和自控；結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，便于調(diào)節(jié)和自控； (2)流量均勻，效率較高；流量均勻，效率較高； (3)流量和壓頭的適用范圍較廣；流量和壓頭的適用范圍較廣； (4)適用于

10、輸送腐蝕性或含有懸浮物的液體。適用于輸送腐蝕性或含有懸浮物的液體。(一一)離心泵的工作原理離心泵的工作原理1 1葉輪葉輪2 2泵殼泵殼 3 3泵軸泵軸4 4吸入口吸入口 5 5吸入管吸入管6 6底閥底閥7 7濾網(wǎng)濾網(wǎng) 8 8排出口排出口 9 9排出管排出管 1010調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥圖1 離心泵裝置簡圖 離心泵的裝置簡圖如圖離心泵的裝置簡圖如圖1所示，它的基本部件是旋轉(zhuǎn)所示，它的基本部件是旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的泵殼。具有的葉輪和固定的泵殼。具有若干彎曲葉片的葉輪安裝在若干彎曲葉片的葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固于泵軸上，泵殼內(nèi)，并緊固于泵軸上，泵軸可由電動機帶動旋泵軸可由電動機帶動旋轉(zhuǎn)泵殼中央的吸入口與吸轉(zhuǎn)泵

11、殼中央的吸入口與吸入管路相連接，而在吸入管入管路相連接，而在吸入管路底部裝有底閥。泵殼側(cè)旁路底部裝有底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與排出管路相連接，的排出口與排出管路相連接，其上裝有調(diào)節(jié)閥。其上裝有調(diào)節(jié)閥。 (一一)離心泵的工作原理離心泵的工作原理n離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在慣性離心力的作用下獲得了能量的葉輪，液體在慣性離心力的作用下獲得了能量以提高壓強。以提高壓強。 l氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動時，若泵內(nèi)存有空氣，由氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動時，若泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度很低，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，因而葉于空氣密度很低，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力

12、小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，雖啟動離心泵也不能輸送液體。泵內(nèi)，雖啟動離心泵也不能輸送液體。 (二二)離心泵的分類與主要部件離心泵的分類與主要部件n1、單級單吸離心泵、單級單吸離心泵 即一個葉輪，單面吸水。即一個葉輪，單面吸水。型號：型號：IB100-80-200 IS90-65-1125 3B31、BAn2、單級雙吸離心泵，即一個葉輪、雙面、單級雙吸離心泵，即一個葉輪、雙面吸水。吸水。 型號：型號： 250S-30 20Sh-6An3、多級單吸離心泵，即多個葉輪、多級單吸離心泵，即多個葉輪、單面吸水。型號：單面吸水。型

13、號：D46-5012（三）離心泵的主要零件（三）離心泵的主要零件離心泵由兩個主要部分構(gòu)成：離心泵由兩個主要部分構(gòu)成： 一是包括葉輪和泵軸的旋轉(zhuǎn)部件；一是包括葉輪和泵軸的旋轉(zhuǎn)部件； 二是由泵殼，填料函和軸承組成的靜止部件。二是由泵殼，填料函和軸承組成的靜止部件。 1. 葉葉 輪輪1. 葉葉 輪輪（a）單吸式 （b）雙吸式圖3 離心泵的吸液方式 2. 泵泵 殼殼 圖圖 4 泵殼與導(dǎo)輪泵殼與導(dǎo)輪1-泵殼泵殼 2-葉輪葉輪 3-導(dǎo)輪導(dǎo)輪3. 其它部件其它部件2.2 軸流泵軸流泵（一）軸流泵的工作原理（一）軸流泵的工作原理 軸流泵是利用葉輪在水中旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的推力將水提升的推力將水提升的，這種泵由于水流進(jìn)

14、入葉輪和流出導(dǎo)葉都是沿軸向的，故稱軸流泵。如下圖。（二（二) )軸流泵的基本構(gòu)造軸流泵的基本構(gòu)造n軸流泵按泵軸的安裝方式分為立式、臥式和斜式三種，它們的結(jié)構(gòu)基本相同。目前使用較多的是立式軸流泵。n主要零部件有：喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉體、出水彎管、軸和軸承、填料函等。2.3 混流泵 混流泵是介于離心泵和軸流泵之間的一種泵，它是靠葉輪旋轉(zhuǎn)而使水產(chǎn)生的離心力和葉片對水產(chǎn)生的推力雙重作用而工作的。第三章第三章 葉片式水泵的性能葉片式水泵的性能n工作參數(shù)工作參數(shù)n基本方程式基本方程式n基本性能曲線基本性能曲線n葉輪相似律及相似準(zhǔn)數(shù)葉輪相似律及相似準(zhǔn)數(shù)1. 流流 量量Q (L/s、m3/s、m3/h)流量是流

15、量是水泵在單位時間內(nèi)所輸送液體的體積。水泵在單位時間內(nèi)所輸送液體的體積。2.揚程揚程H（m）揚程是單位重量液體通過水泵后）揚程是單位重量液體通過水泵后能量的增值，即單位能的增值。能量的增值，即單位能的增值。 H=H0+hf+hj=H0+hw3.功率功率（KW）單位時間內(nèi)水泵所做的功。）單位時間內(nèi)水泵所做的功。分為有效功率和軸功率分為有效功率和軸功率3.1 工作參數(shù)工作參數(shù)3.1 有效功率有效功率Pe（KW）指水泵的輸出功率，水）指水泵的輸出功率，水所獲得的功率。所獲得的功率。Pe =QH/10003.2 軸功率軸功率P（KW）原動機輸送給水泵的功率）原動機輸送給水泵的功率,即水泵的稱為軸功率。

16、即水泵的稱為軸功率。P= Pe /4. 效率效率指水泵的有效功率與軸功率之比。通指水泵的有效功率與軸功率之比。通常用效率來反映能量損失。常用效率來反映能量損失。 (1)容積損失與容積容積損失與容積效率效率 容積損失是容積損失是指泵的泄漏所造成指泵的泄漏所造成的損失。的損失。圖圖 離心泵的泄漏損失離心泵的泄漏損失 (2)機械損失與機械效率機械損失與機械效率 由泵軸與軸承之間、泵軸與由泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間以及葉輪蓋板外表面與液體之間產(chǎn)生的填料函之間以及葉輪蓋板外表面與液體之間產(chǎn)生的摩擦而引起的能量損失稱為機械損失，可用機械效摩擦而引起的能量損失稱為機械損失，可用機械效率來反映這種損失，

17、其值一般為率來反映這種損失，其值一般為0.960.99。(3)水力損失水力損失 粘性液體粘性液體流經(jīng)葉輪通道和蝸殼流經(jīng)葉輪通道和蝸殼時產(chǎn)生的摩擦阻力以時產(chǎn)生的摩擦阻力以及在泵局部處因流速及在泵局部處因流速和方向改變引起的環(huán)和方向改變引起的環(huán)流和沖擊而產(chǎn)生的局流和沖擊而產(chǎn)生的局部阻力，統(tǒng)稱為水力部阻力，統(tǒng)稱為水力損失。額定流量損失。額定流量Q，下離心泵的水力效率下離心泵的水力效率一般為一般為0.80.9。圖圖11 水力效率與流量的關(guān)系水力效率與流量的關(guān)系 6.允許吸上真空高度允許吸上真空高度Hs（mH2O）允許吸上真）允許吸上真空高度是指水泵在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（空高度是指水泵在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（20C，一個

18、標(biāo)準(zhǔn)，一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即大氣壓，即101.325kPa）運轉(zhuǎn)時，水泵所允許的最）運轉(zhuǎn)時，水泵所允許的最大吸上真空度。大吸上真空度。7.汽蝕余量汽蝕余量Hsv（ mH2O ）指水泵進(jìn)口處，單）指水泵進(jìn)口處，單位重量液體所具有超過飽和蒸汽壓力的富裕能量。位重量液體所具有超過飽和蒸汽壓力的富裕能量。3.2 基本方程式基本方程式 n理想情況就是：理想情況就是：(1)葉輪為具有無限多葉片葉輪為具有無限多葉片(葉片的厚度當(dāng)然為葉片的厚度當(dāng)然為無限薄無限薄)的理想葉輪，因此液體質(zhì)點將完全沿著葉的理想葉輪，因此液體質(zhì)點將完全沿著葉片表面而流動。片表面而流動。n (2)被輸送的液體是理想液體，因此無粘性的被輸送

19、的液體是理想液體，因此無粘性的液體在葉輪內(nèi)流動時不存在流動阻力。液體在葉輪內(nèi)流動時不存在流動阻力。 (一一)水流在葉槽中的流動及速度三角形水流在葉槽中的流動及速度三角形圖圖5 液體在離心泵中的流動液體在離心泵中的流動 a表示絕對速度與表示絕對速度與圓周速度兩矢量之圓周速度兩矢量之間的夾角，間的夾角，表示相表示相對速度與圓周速度對速度與圓周速度反方向延線的夾角，反方向延線的夾角，一般稱之為流動角。一般稱之為流動角。 及及的大小與葉片的形狀有關(guān)。的大小與葉片的形狀有關(guān)。 (二二)基本方程式的推導(dǎo)基本方程式的推導(dǎo) 圖圖5 液體在離心泵中的流動液體在離心泵中的流動 離心泵葉片進(jìn)口和出口離心泵葉片進(jìn)口和

20、出口間的力矩增量：間的力矩增量： 圖圖5 液體在水泵中的流動液體在水泵中的流動 l1=R1cos1 ，l2=R2cos2 N=M=HrQTg 水泵的基本方程式水泵的基本方程式 （三）基本方程式的適應(yīng)條件（三）基本方程式的適應(yīng)條件n只適應(yīng)于恒定流，水流均勻一致，即葉片只適應(yīng)于恒定流，水流均勻一致，即葉片無限多，無限薄的情況和理想液體。無限多，無限薄的情況和理想液體。n方程只與葉片進(jìn)出口速度三角形有關(guān)，與方程只與葉片進(jìn)出口速度三角形有關(guān)，與葉片形狀無關(guān)，因此適應(yīng)于所有葉片泵。葉片形狀無關(guān)，因此適應(yīng)于所有葉片泵。n表明理論揚程于液體的重度無關(guān)；適應(yīng)于表明理論揚程于液體的重度無關(guān)；適應(yīng)于各種理想流體。

21、重度從功率上可以體現(xiàn)。各種理想流體。重度從功率上可以體現(xiàn)。(四四)離心泵基本方程式的討論離心泵基本方程式的討論n理論流量可表示為在葉輪出口理論流量可表示為在葉輪出口處的液體徑向速度和葉片末端處的液體徑向速度和葉片末端圓周出口面積之乘積，即：圓周出口面積之乘積，即： 圖圖5 液體在離心泵中的流動液體在離心泵中的流動 1葉片幾何形狀的葉片幾何形狀的影響影響n根據(jù)流動角根據(jù)流動角的大小，可將葉片形狀分為后彎、徑向和前的大小，可將葉片形狀分為后彎、徑向和前彎葉片三種，如圖彎葉片三種，如圖6所示。所示。 （a）后彎葉片后彎葉片 （b）徑向葉片）徑向葉片 （ c）前彎葉片）前彎葉片圖圖6 葉片形狀及出口速

22、度三角形葉片形狀及出口速度三角形 4 軸流泵由于u2=u1，基本方程式中沒有離心力引起的壓能增值。5 葉輪內(nèi)部水流情況在量的方面影響著理論揚程。（五）基本方程的修正（五）基本方程的修正n理想液體及流道中液流理想液體及流道中液流均勻一致的假定與實際均勻一致的假定與實際液流有些不符。因此，液流有些不符。因此，將基本方程應(yīng)用于實際將基本方程應(yīng)用于實際運行中的離心泵，必須運行中的離心泵，必須加以適當(dāng)修飾。加以適當(dāng)修飾。實際葉輪的葉片數(shù)是有限的，實際葉輪的葉片數(shù)是有限的，葉輪半徑處液流的同名速度存葉輪半徑處液流的同名速度存在差異。在差異。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，流到中的液流，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，流到中的液流，由于慣性，

23、有一種相對于葉輪由于慣性，有一種相對于葉輪作反向旋轉(zhuǎn)的趨勢；葉輪兩側(cè)作反向旋轉(zhuǎn)的趨勢；葉輪兩側(cè)存在著壓強差，在流道中形成存在著壓強差，在流道中形成反旋現(xiàn)象。反旋現(xiàn)象。(一一)離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線n離心泵的主要性離心泵的主要性能參數(shù)是流量能參數(shù)是流量Q、壓頭壓頭H、軸功率、軸功率N及效率及效率，其間的，其間的關(guān)系由實驗測得，關(guān)系由實驗測得，測出的一組關(guān)系測出的一組關(guān)系曲線稱為離心泵曲線稱為離心泵的特性曲線或工的特性曲線或工作性能曲線。作性能曲線。圖圖12 離心泵特性曲線離心泵特性曲線 3.3 基本性能曲線基本性能曲線HT=A-BQ(一一)離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線n葉槽中水流不

24、均勻的影響葉槽中水流不均勻的影響n水泵內(nèi)部水頭損失的影響水泵內(nèi)部水頭損失的影響n水泵內(nèi)泄漏和回流的影響水泵內(nèi)泄漏和回流的影響 圖圖12 離心泵特性曲線離心泵特性曲線 離心泵的實測性能曲線及其分析離心泵的實測性能曲線及其分析 圖圖12 離心泵特性曲線離心泵特性曲線 液體物性的影響液體物性的影響 N=QH/102 2粘度的影響粘度的影響 【例】采用本題附圖所示的實驗裝置來測定離心泵【例】采用本題附圖所示的實驗裝置來測定離心泵的性能。泵的吸入管內(nèi)徑為的性能。泵的吸入管內(nèi)徑為100mm，排出管內(nèi)徑為，排出管內(nèi)徑為80mm，兩測壓口間垂直距離為，兩測壓口間垂直距離為0.5m。泵的轉(zhuǎn)速為。泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，以，以20清水為介質(zhì)測得以下數(shù)據(jù)：清水為介質(zhì)測得以下數(shù)據(jù)： 流量，流量，l/s 15 泵出口處表壓，泵出口處表壓，Pa 2.55105 泵入口處真空度，泵入口處真空度，Pa 2.67104 功率表測得電動機所消耗的功率，功率表測得電動機所消耗的功率，kW 6.2 泵由電動機直接帶動，電動機的效率為泵由電動機直接帶動，電動機的效率為93。 試求