水泵及水泵站.pptx
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1、14.1 叶片式水泵水泵:输送和提升液体的机器,它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量,使液体获得动能或势能。按作用原理的不同可把水泵分为三大类:叶片式水泵 容积式水泵 其他类型水泵第1页/共192页2叶片式水泵依靠叶轮的高速旋转以完成其能量的转换叶轮中叶片形状不同,旋转时水流受到的质量力不同,水流流出叶轮时的方向不同根据叶轮出水的水流方向可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流3种。即叶片式水泵可分为离心泵、混流泵、轴流泵三类离心泵离心力作用,沿叶轮径向出水混流泵离心力、轴向升力共同作用,斜向出水轴流泵轴向升力作用,沿叶轮轴向出水第2页/共192页3 离心泵工作原理教材叶轮高速旋转,液体受
2、离心力作用,周边压力出水,中心负压吸水叶轮的转动机械能液体的能量(位能+压能+动能)第3页/共192页4灌水的作用离心泵在启动之前,应先用水灌满泵壳和吸水管道,因为:泵壳内液体离心力的大小与泵壳内液体的容重成正比:第4页/共192页5 J转动叶轮中单位体积液体的离心力(kN)W液体体积,W=1(m3)液体容重(kN/m3)r叶轮半径(m)角速度(s-1)水约是空气的800倍,J水也是J空气的800倍,在叶轮进口形成的真空也是800倍:J水约形成600mmHg的真空而J空气只形成0.75mmHg的真空离心泵在启动之前,应先灌泵第5页/共192页6叶片泵的性能参数(共6个)1.流量(出水量)Q(L
3、/s或m3/h)2.扬程(总扬程)H(m)液体经过水泵所获得的能量,即H=E=E2E1(液体比能的增值)E1、E2水泵进口、出口处液体的比能E单位重量液体所具有的位能、压能、动能之和第6页/共192页7扬程的常用单位换算第7页/共192页8HSTHsdHss水泵运行时扬程的计算水泵进口处装有真空表,读数Hv出口处装有压力表,读数Hd水泵的扬程可近似表示为:HHd+Hv精确计算水泵运行时扬程的方法:Z水泵出口压力表所在位置与水泵进口真空表接点的标高差第8页/共192页9ZZ水泵出口压力表所在位置与水泵进口真空表接点的标高差第9页/共192页10题9在实际工程应用中,对于正在运行的水泵,水泵装置总
4、扬程可以通过以下公式进行估算:H=(D)。(A)Hss+Hsd(B)Hs+Hsv(C)HST+Hsv(D)Hd+Hv明确各符号的含义第10页/共192页11选泵时水泵扬程计算能量守恒:液体的能量来源剩余能量过程中的能量消耗得水泵装置的总扬程需满足:HSTHsdHss第11页/共192页12HSTHsdHssH水泵装置的总扬程(m),包括两部分:1.HST水泵装置的静扬程,即从水泵吸水井的设计水面到出水池最高水位之间的测压管高差(m)(从吸水起点到送水终点)HST=Hss+Hsd Hss吸水地形高度或吸水扬程,在泵站设计中又称水泵的安装高度,吸水池测压管液面到泵轴的高差Hsd压水地形高度或压水扬
5、程,泵轴到出水池测压管液面的高差第12页/共192页13静扬程HST从水泵吸水井的设计水面到出水池最高水位之间的测压管高差封闭式水池要转化成敞开式(接测压管)进行计算HST 0;HST0;HST0第13页/共192页142.h水泵装置管路中水头损失的总和(m)(从吸水起点到送水终点)h=hs+hd hs 吸水管路总水头损失(吸水喇叭口到水泵进口的沿程+局部水头损失)(逐一计算)hd 压水管路总水头损失(水泵出口到出水池的沿程+局部水头损失)(压水管路局部损失按沿程损失的百分数计)第14页/共192页15题8水泵装置总扬程包括两部分:将水由吸水井提升到出水池(或水塔)所需的(C)和消耗在管路中的
6、水头损失。(A)总扬程(B)吸水扬程(C)静扬程(D)压水扬程基本概念的区分第15页/共192页16第16页/共192页17叶片泵的性能参数3.轴功率N或(kW)输入水泵的功率第17页/共192页18叶片泵的性能参数4.效率(%):有效功率Nu(kW)单位时间内流过水泵的液体从水泵得到的能量Nu=QH(水泵输出功率)轴功率N中:1)N=Nu输出到液体 2)(1-)N损失在水泵内部 反映水泵性能及动力的利用程度第18页/共192页19(水泵、电机、传动装置的效率分别为、)电机传动水泵Q、H 第19页/共192页20泵站电耗计算选泵及运行时,降低水泵的实际扬程,使接近管道系统所需的扬程;提高水泵及
7、电机的效率,可降低电耗注意各符号的单位,如送水时:第20页/共192页21例某水泵机组流量为10000m3/d,扬程为29m,转速为1450r/min,效率为78%,电费为0.58元/,则其每日的耗电费用为()元。(按全天均匀供水、电机效率和传动装置效率为1考虑)第21页/共192页22例某泵站总供水量为3150m3/d,水泵分2级工作,520时的15小时内,供水量为150m3/h,扬程为40m,水泵效率为80%;205时的9小时内,供水量为100m3/h,扬程为30m,水泵效率为70%。1天的耗电量为()。tQ024205100150第22页/共192页23叶片泵的性能参数5.转速n(r/m
8、in或rpm)有额定转速与实际转速之分6.允许吸上真空高度Hs(或气蚀余量Hsv)(m)反映水泵吸水性能第23页/共192页24Hs离心泵的允许吸上真空高度(Hs),是指水泵在标准状况下(即水温为20,表面压力为一个标准大气压)运转时,水泵所允许的最大的吸上真空高度,它反应离心泵的吸水性能离心泵的允许吸上真空高度(Hs),即水泵进口真空表的最大读数Hs较大的泵吸水性能较好第24页/共192页25NPSH()叶片泵的气蚀余量NPSH(Hsv)是指水泵进口处单位重量液体所具有的超过饱和蒸气压力(或汽化压力)的富裕能量目前叶片泵的吸水性能较多地使用NPSH描述样本中为标况下的值,为必需NPSH实际运
9、行时此能量差值为实际NPSH必需NPSH较小者吸水性能较好运行中应使实际NPSH必需NPSH第25页/共192页26 离心泵基本方程式复合运动:静坐标系泵壳动坐标系作圆周运动的叶轮液体的速度:矢量合速度绝对速度C绝对速度C包括:牵连速度u相对速度W液体在叶轮内的流动分析两个分速度第26页/共192页27速度三角形叶轮出口速度合成绝对速度C2的分解:切向分速度C2u径向分速度C2r2 叶轮出口处牵连速度的反向延长线与相对速度的夹角u2C2W2222C2rC2u第27页/共192页28水泵的出水角22出水角依据2的大小可将叶片分为后弯式、径向式、前弯式后弯式前弯式径向式第28页/共192页29离心
10、泵基本方程式(叶片泵均适用)三个假设条件:液流为恒定流、均匀流、理想液体由动量矩定理推得,基本方程式 HT理论扬程u1、u2叶轮进、出口的牵连速度 C1u、C2u叶轮进、出口绝对速度的切向分速度第29页/共192页30一般水泵的1为90,C1u=0,由式可知,2越小,水泵的理论扬程越大。实际应用中,水泵厂一般选用2(615)左右。水泵叶轮叶片出水角的大小反映了叶片的弯度,是构成叶片形状和叶轮性能的一个重要数据。一般离心泵中常用的出水角2值在(2030)之间。u2C2W22C2rC2u2第30页/共192页31u2=nD2/60,C2u也随u2的增大而增大转速越高、叶轮外径越大,则扬程越大(高速
11、泵、大泵)降低转速、切削叶轮,可以使水泵扬程降低(调速运行、换轮运行)理论扬程与容重无关 u2C2W22C2rC2u2第31页/共192页32水泵的扬程有两部分组成,即HT=H1+H2 H1势扬程 H2动扬程 H2越小,内部损失越小,水泵效率越高第32页/共192页33HT=H1+H2水泵实际应用中,因为(动能转化为压能过程中伴随有能量损失),所以动扬程H2在水泵总扬程中所占的百分比越小,水泵效率越高。蜗壳的过水断面是(逐渐扩大的)的,因此它能把液体的部分速度水头转化为压强水头,目的在于减小动扬程提高水泵效率。第33页/共192页34HT的修正恒定流基本满足理想叶轮均匀流假设与水流的反旋现象修
12、正:实际叶轮的理论扬程理想液体假设与实际液体修正:抽升实际液体的扬程h水力效率第34页/共192页35题2叶轮内液体的运动是一种复合圆周运动,液体质点的速度是(B)的合成。(A)相对速度和绝对速度(B)相对速度和牵连速度(C)绝对速度和牵连速度(D)圆周运动速度和牵连速度第35页/共192页36题4速度三角形中速度C2u表示叶轮出口液体质点速度的(B)。(A)径向分速度(B)切向分速度(C)相对速度(D)圆周运动速度第36页/共192页37水流通过水泵时,比能增值HT与圆周速度u2有关,即HT与n、D2有关。提高转速n和(加大叶轮直径D2)可以提高水泵扬程。u2=nD2/60题6第37页/共1
13、92页38题7叶片泵基本方程与容重无关,适用于各种理想液体,即对于仅容重不同而其它性质都相同的两种理想液体,水泵的(A)。(A)理论扬程相同以m为单位(B)理论扬程不同(C)轴功率相同(D)实际扬程相同第38页/共192页39水泵性能曲线定义水泵的特性曲线是在水泵的(转速)一定的情况下,其他各参数随流量变化而变化的曲线。6个性能参数,4条性能曲线第39页/共192页40水泵性能曲线(实测)第40页/共192页41Q-H 特性曲线曲线的特点:下降的、高效区内近似于抛物线拟和方程用高效段的拟和方程代替整个曲线的方程:H水泵在对应流量下能提供的实际扬程 Hx流量为Q时泵体内的虚水头损失 Sx泵体内的
14、虚阻耗系数高效段的意义:选泵时、运行时尽量使Q、H在高效段内流量低于高效区下限,可安全运行,但效率低流量高于高效区上限,效率低且不安全:电机、水泵QH第41页/共192页42Q-H 特性曲线曲线的含义:不同流量下,水泵所能提供的扬程QH第42页/共192页43Q-N 特性曲线曲线的特点及应用:1.随流量增加而上升,Q=0时,N最小离心泵要“闭闸启动”2.Q=0时,N0闭闸时间不宜过长QN第43页/共192页44配套电机1.电机功率NpNp应选电机的配套功率N水泵运行中可能出现的最大轴功率 传动装置的效率k安全系数2.电机转速:低于水泵额定转速,不威胁运行安全;高于水泵额定转速,不能超过4第44
15、页/共192页45运行中最大轴功率通常用高效区上限流量对应值要求运行时水泵的最大流量不要超过高效区上限对应值,超过则:效率低,不经济电机超载,不安全吸水性能降低,容易发生气蚀第45页/共192页46题13离心泵电机启动时要求轻载启动,所以启动前应处于(B)的状态。(A)出水阀门全开(B)出水阀门全闭(C)吸水阀门全闭(D)各阀门任意第46页/共192页47题12离心泵采用闭闸启动是因为出水量为零时水泵的轴功率为额定功率的(3040%),符合电机轻载启动的要求。电动机的启动电流会在启动瞬间增加至正常值的(35)倍,若开闸启动容易使电动机过载,甚至烧毁。第47页/共192页48题14从离心泵QN曲
16、线上可看出,在Q=0时,N0,因为N=N水+N机损,N水=Nu=0,而N机损0,这部分功率将消耗在水泵的机械损失中,变为(热能)而消耗掉,其结果将使泵壳内水温上升,泵壳、轴承会发热,严重时会导致泵壳变形。所以,启动后闸门不能关太久。第48页/共192页49题10每台水泵都有其特定的特性曲线,水泵特性曲线反映了该水泵本身的(A)。(A)潜在工作能力(B)基本构造(C)基本特点(D)基本工作原理第49页/共192页50Q 特性曲线曲线的特点:有极大值,运行流量偏离额定流量则效率下降过原点,即Q0时,0Q第50页/共192页51高效点:题17水泵的泵壳铭牌上简明列出了水泵在设计转速下运转且(D)时的
17、流量、扬程、轴功率及允许吸上真空高度或气蚀余量值。(A)转速为最高(B)流量为最大(C)扬程为最高 (D)效率为最高第51页/共192页52 管道系统特性曲线含义:不同流量下,管道系统所需要的扬程曲线形状:上升的抛物线,截距为静扬程HSTQHHST0Q-h第52页/共192页53管道系统特性曲线 曲线方程式:由得H 水泵装置的总扬程(m)HST水泵装置的静扬程,即从水泵吸水井的设计水面到出水池最高水位之间的测压管高差(m)(从起点到终点)HST=Hss+Hsdh水泵装置管路中水头损失总和(m)(从起点到终点)S 管道系统的总摩阻系数(s2/m5)Q 某时刻水泵的出水量(m3/s)第53页/共1
18、92页54管道系统特性曲线Q与H之间的关系水头损失特性曲线Q与h之间的关系第54页/共192页55题18反映流量与管道系统所需能量之间关系的曲线方程,称为(C)方程。(A)流量与水头损失(B)阻力系数与流量(C)管道系统特性曲线(D)流量与管道局部阻力第55页/共192页56例管路特性曲线是根据(D)方程画出的。(A)SQ(B)HsQ(C)hSQ2 水头损失特性曲线 (D)H=HST+SQ2管路系统特性曲线第56页/共192页57工况点系统工作时,实际工作状况在曲线上的对应点实际出水量、实际扬程反映工作过程中的稳定运行状况是供、需能量平衡的点水泵提供能量曲线与管路需要能量曲线的交点第57页/共
19、192页58工况点离心泵装置的工况就是工作装置的状况。工况点就是水泵装置在(B)瞬时的流量、扬程、轴功率、效率以及允许吸上真空度等。(A)出厂销售时(B)实际运行时(C)启动时(D)水泵设计时第58页/共192页59水箱出流工况点 K1Q1H1第59页/共192页60定速运行工况 1.图解法求离心泵装置的工况点1第60页/共192页61图解法有2种 1)绘制水泵性能曲线与管道系统特性曲线,两曲线的交点,即为离心泵装置的工况点此时M点就是水泵供水的总能量与管道所要求的总能量相等的那个点,称为水泵装置的(平衡工况点),水泵装置将稳定在这一点工作,其出水量就为QM,扬程为HM2)折引特性曲线法:在水
20、泵特性曲线上对应流量下折减水头损失,用来表示克服管道阻力之后所能提供的能量,该曲线与静扬程水平线的交点所对应的流量为工况点流量,交点的扬程加水头损失为工况点扬程第61页/共192页622.数解法求离心泵装置的工况点水泵特性曲线的方程式:管道系统特性曲线的方程式:算出公共解,即为工况点的流量和扬程(式4-10)第62页/共192页63数解法求工况点:例某泵性能为Q=100200L/s,H=5650m,管路系统特性曲线方程式为H=10+2.510-4Q2(H以m计,Q以L/s计),则该泵运行时工况点流量为()L/s。设水泵特性曲线方程为与管路特性曲线联立,得将高效区数值带入,得第63页/共192页
21、64工况点的改变1HST变化:出水池水位升高吸水池水位降低如果在水泵供水系统中,管道系统不变时,工况点发生变化的主要因素是(静扬程变化)。HST增大,工况点左移,出水量减小,出水压力升高ABHQHSTQHQhHST第64页/共192页65极限工况点从图解法求得的离心泵装置的工况点来看,如果水泵装置在运行中,管道上所有闸门全开,那么,水泵的特性曲线与管路的特性曲线相交的点M就称为该装置的(极限工况点)第65页/共192页66工况点的改变2:题23节流调节:离心泵装置最常见的调节是用闸阀来调节,也就是通过改变水泵出水阀门的开启度进行调节。关小阀门,管道局部阻力值加大,(A),出水量逐渐减小。(A)
22、管道特性曲线变陡(B)水泵特性曲线变陡(C)相似抛物线变陡(D)效率曲线变陡ABHQHSTQHQh第66页/共192页67例节流调节的调节范围如果闸阀全关,S值相当于无限大,此时管路特性曲线与H坐标重合,也就是说利用闸阀的开启度,可使水泵的工况点在(零到极限工况点)之间变化。离心泵装置可以用阀门来调节,但要注意,关小闸阀增加的扬程都消耗在(管路)上了,只是增加了损失,静扬程不能增加,因此在泵站设计时为避免能量浪费应尽量不采用这种调节方式。第67页/共192页68题:在泵站的运行管理中,水泵工况点的调节通常是指,以使水泵在高效区内运行。A手动调节出水阀门的开启度B水泵自动改变自身出水流量C通过自
23、动控制系统改变水泵的工作参数D人为对工况点进行改变和控制对工况点的调节,是指为使水泵在高效段区内运行,而人为采取的对工况点进行改变和控制的措施,如调节转速、改变叶片安装角、切削叶轮、改变阀门开启度等。第68页/共192页69调速运行调速依据比例律比例律为=1时的叶轮相似定律第69页/共192页70叶轮相似定律叶轮相似条件1.几何相似条件两叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例,所有的对应角相等。第70页/共192页712.运动相似条件两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致,大小互成比例。u2u2mC2mC2W2W2m第71页/共192页72两叶轮既满足几何相似条件,又满足运动相似条件,则两叶
24、轮的工况相似,对应点符合叶轮相似定律:第一相似定律第二相似定律第三相似定律第72页/共192页73叶轮相似定律也可写作:第一相似定律第二相似定律第三相似定律第73页/共192页74题27在产品试验中,一台模型离心泵尺寸为实际泵的1/4,在转速n=730r/min时进行试验,此时量出模 型 泵 的 设 计 工 况 出 水 量Q0=11L/s,扬 程H0=0.8m。如果模型泵与实际泵的效率相等,则实际水泵在n=960r/min时的设计工况流量和扬程为(Q=925L/s,H=22.1m)。应用叶轮相似定律:第74页/共192页75比例律为=1时的叶轮相似定律若水泵在转速n1和n2时相似工况点的流量、
25、扬程、轴功率分别为Q1和Q2、H1和H2、N1和N2,则对应工况点间第75页/共192页76离心泵装置调速运行比例律的主要应用:已知水泵在某转速时的水泵特性曲线QH,若所需的工况点并不在该特性曲线上,而在管道系统特性曲线上的较小流量点B处,需利用比例律确定调整后的转速工况相似的点均在相似工况抛物线(等效率曲线)上:H=kQ 2ABHQHSTQHQhQBQH第76页/共192页77相似工况点的特性工况相似的点都在一条相似工况抛物线上 HkQ2因为,由比例律可得所有工况相似的点的效率相等,所以 HkQ2,也称为等效率曲线(相似工况抛物线)第77页/共192页78B和C为相似工况点,符合比例律ACB
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