水泵与水泵站第.pptx
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1、第一节 水泵及水泵站的作用和地位 一、水泵应用:广泛应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等国民经济的各个部门。二、水泵在城市给排水工程中的应用:城市给排水系统工艺基本流程:城市给水和排水系统工艺基本流程第1页/共183页三、水泵在农业灌溉、防洪、排涝的应用1、灌溉泵站 2、排涝泵站 3、灌排结合第2页/共183页第二节 水泵定义及分类一、水泵定义:水泵是输送和提升液体的机器。它是把原动机的机械能传递给被输送液体,使液体获得动能或势能的增加从而被提升或者被输送的机械。二、水泵分类:水泵按其作用原理可分为以下三类:(1)叶片式水泵:它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。属于
2、这一类的有离心泵、轴流泵、混流泵第3页/共183页(2)容积式水泵:它对液体的压送是靠泵体工作室容积的周期性改变来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。如:喷雾器等第4页/共183页 容积泵的特点是工作流量稳定,基本不受工作压力变化的影响,常用来做为计量泵使用。(3)其它类型水泵:这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。属于这一类螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵。第5页/共183页三、水泵的发展趋势1、大型化、大容量化特别是取水水泵和排水水泵,直径有7m的,我国最大水泵的单泵流量已经达到50m3/s。2、高扬程、高转速单级扬程已经达到1000m。3、系列化
3、、通用化和标准化按照通用标准第6页/共183页 第二章 叶片式水泵 第7页/共183页 2.1 离心泵的工作原理与基本构造2.2 离心泵的主要零件2.3 叶片泵的基本性能参数2.4 离心泵的基本方程式2.5 离心泵装置的总扬程 2.6 离心泵的特性曲线2.7 离心泵装置定速运行工况2.8 离心泵装置调速运行工况2.9 离心泵装置换轮运行工况2.10 离心泵并联及串联运行工况2.11 离心泵吸水性能2.12 离心泵机组的使用及维护2.13 轴流泵及混流泵2.14 给水排水工程中常用的叶片泵第8页/共183页叶片式水泵的分类叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能量的转换和传递的。叶轮叶片的形状则影
4、响着水泵对水流的作用力及水流的出流方向,根据叶轮出水的水流方向的不同可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流3种。来看一下这三种不同情况下,第9页/共183页叶片式水泵图第10页/共183页a,离心泵:叶轮出流方向为径向,叶轮叶片对水流的作用力为离心力。b,轴流泵:叶轮出流方向为轴向,液体质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力。c,混流泵:叶轮出流方向为斜向,它是上述两种叶轮的过渡形式,液体质点在这种水泵叶轮中流动时既受离心力的作用,又有轴向升力的作用。第11页/共183页 再来认识一下这几种水泵的外形:单级单吸式离心泵第12页/共183页 单级双吸式离心泵第13页/共183页大型单级双吸式离
5、心泵第14页/共183页第15页/共183页第16页/共183页卧式蜗壳式混流泵第17页/共183页轴流泵轴流泵第18页/共183页混流泵第19页/共183页第一节 离心泵的工作原理与基本构造1,离心泵的工作原理:离心泵在启动之前,应先用水灌满泵壳和吸水管道,然后,驱动电机,使叶轮和水作高速旋转运动,此时,水受到离心力作用被甩出叶轮,经蜗形泵壳中的流道而流入水泵的压水管道,由压水管道而输入管网中去。在这同时,水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空,吸水池中的水便在大气压力作用下,沿吸水管而源源不断地流入叶轮吸水口,又受到高速转动叶轮的作用,被甩出叶轮而输入压水管道。这样,就形成了离心泵的连续输水
6、。第20页/共183页离心泵的工作原理第21页/共183页2,单级单吸卧式离心泵的基本构造 单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵1一叶轮,一叶轮,2一泵轴;一泵轴;3一键,一键,4一泵壳,一泵壳,5一泵座一泵座6一灌水孔,一灌水孔,7一放水孔:一放水孔:8一接真空表孔,一接真空表孔,9一接压力表孔,一接压力表孔,10一泄水孔,一泄水孔,1l一填料盒,一填料盒,12一减漏环,一减漏环,13一轴承座,一轴承座,14压盖调节螺栓,压盖调节螺栓,15传动轮(皮带轮或联轴器)传动轮(皮带轮或联轴器)第22页/共183页单级单吸式离心泵第23页/共183页第24页/共183页第25页/共183页单级双吸离
7、心泵结构图单级双吸离心泵结构图1 1泵体;泵体;2 2 泵盖;泵盖;3 3叶轮;叶轮;4 4泵轴;泵轴;5 5密度封环;密度封环;6 6轴套:轴套:7 7填料盒;填料盒;8 8填料;填料;9 9水封环;水封环;1010压盖;压盖;1111轴套螺母:轴套螺母:1212轴承体;轴承体;1313固定螺固定螺钉;钉;1414轴承体压盖;轴承体压盖;1515滚动轴承;滚动轴承;1616联轴器;联轴器;1717轴承端;轴承端;1818挡挡水圈;水圈;1919螺杆;螺杆;2020键键第26页/共183页第27页/共183页单级双吸式离心泵第28页/共183页第二节 离心泵的主要零部件以给水排水工程中常用的单
8、级单吸卧式离心泵为例说明:离心泵的组成主要有:叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平衡装置。第29页/共183页一、叶轮a,单吸式叶轮 1-前盖板;2一后盖板;3一叶片 4一叶槽;5一吸入口;6轮毂;7泵轴b,双吸式叶轮 1-吸入口;2一轮盖;3一叶片 4一轮毂;5一轴孔第30页/共183页叶轮按其盖板情况可分封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮3种形式 封闭式封闭式开敞式开敞式半开敞式半开敞式第31页/共183页第32页/共183页二、泵 轴泵轴是用来固定并带动叶轮旋转的,常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度,其挠度不超过允许值;工作转速不能
9、接近产生共振现象的临界转速。第33页/共183页三、泵 壳 泵壳一般由泵盖、壳体(蜗壳)、出水接管组成泵壳的作用:1,使水流平顺地进入叶轮2,汇集叶轮甩出的流体第34页/共183页 泵壳通常铸成蜗壳形,其过水部分要求有良好的水力条件。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔,以便在水泵起动前用来充水及排走泵壳内的空气。泵壳的材料一般有铸铁、铸钢、不锈钢等第35页/共183页四、泵座 泵座的作用是用来支承和固定水泵的。泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。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。第36页/共183页 轴封装置位于泵轴穿过泵壳处,作用是密封水泵的转动部件和固
10、定部件之间的间隙,防止水泵内的高压水(单吸式离心水泵、混流泵、轴流泵)向泵外泄漏,或者是为了防止泵外的空气向泵内渗入(双吸式离心泵)破坏水泵进水口处的真空状态。轴封装置主要有两种形式:填料密封和机械密封。1,填料密封装置也称填料盒(见构造示意图)。五、轴封装置第37页/共183页叶轮水泵轴固定部分与转动部分的间隙 第38页/共183页 2,机械密封也称端面密封。第39页/共183页第40页/共183页 六、减漏环 减漏环位于叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处减漏减漏环环减漏减漏环环第41页/共183页 减漏环的作用是减少回流损失,同时承受磨损,所以也称为承磨环。由于其位于水泵叶轮的进口处,也称
11、为口环。第42页/共183页 七、轴承体支承水泵的转动部分(叶轮和泵轴)八、联轴器将原动机械和水泵的轴联接起来的装置原动机械与水泵之间的联接和传动方式一般有:1,皮带传动(皮带轮、皮带)2,联轴器传动(弹性联轴器、刚性联轴器)第43页/共183页第44页/共183页第45页/共183页第46页/共183页九、轴向力平衡装置 平衡孔平衡孔1 1 排出压力;排出压力;2 2加装的减漏环加装的减漏环3 3平衡孔;平衡孔;4 4泵壳上的减漏环泵壳上的减漏环第47页/共183页第三节 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
12、单位是m3h或Ls。常用的重量流量单位是th。第48页/共183页2、扬程(总扬程)水泵对单位重量(1kg)液体所作的功,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kgmkg,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。第49页/共183页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Nu表示泵的有效功率为第50页/共183页4、效率水泵的有效功率与轴功率之比值,以表示。t:运行时间h 1:水泵的效率 2:电机的效率
13、)(10221kwhtQHW=hhgNNu=h第51页/共183页例:某水厂取水泵站,供水量Q8.64104m3d,扬程H=30m;水泵及电机的效率均为70,则该泵站工作10h其电耗值?第52页/共183页 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rmin(rpm)。在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次min)第53页/共183页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
14、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h来表示的。第54页/共183页水泵的铭牌水泵的铭牌水泵的铭牌型号型号:12SH-28A扬程:扬程:10m流量:流量:684m3/h转数:转数:1450r/min效率:效率:78%轴功率:轴功率:28kW允许吸上允许吸上真空高度:真空高度:4.5m总量:总量:660kg第55页/共183页水泵型号第56页/共183页 第57页/共183页水泵种类水泵种类水泵种类水泵种类型号举例型
15、号举例型号举例型号举例型号说明型号说明型号说明型号说明备备备备注注注注轴轴轴轴流流流流泵泵泵泵半调半调半调半调节轴节轴节轴节轴流泵流泵流泵流泵900ZLB-70900ZLB-70900ZLB-70900ZLB-7036ZLB-7036ZLB-7036ZLB-7036ZLB-70ZLB ZLB ZLB ZLB 立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵900-900-900-900-泵出口直径,泵出口直径,泵出口直径,泵出口直径,mmmmmmmm70 -70 -70 -70 -水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为70070070070036 36 36 36 泵
16、出口直径泵出口直径泵出口直径泵出口直径,in,in,in,in全调全调全调全调节轴节轴节轴节轴流泵流泵流泵流泵1200ZLQ-1001200ZLQ-1001200ZLQ-1001200ZLQ-100ZLQ-ZLQ-ZLQ-ZLQ-立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵1200 1200 1200 1200 泵出口直径,泵出口直径,泵出口直径,泵出口直径,mmmmmmmm100-100-100-100-水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为水泵比转数为100010001000100048ZLQ-10048ZLQ-10048ZLQ-10048ZLQ-1004848-泵出口直
17、径,泵出口直径,泵出口直径,泵出口直径,inininin第58页/共183页2.4 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式是反映离心泵的扬程与离心泵叶轮中流体运动状况之间的关系的在下面的讨论中我们以离心泵为例进行分析,得到的结论对所有叶片泵都适用首先来分析一下离心泵叶轮中流体的运动情况,来看一下离心泵的抽水过程:第59页/共183页离心泵的工作过程第60页/共183页2.4 离心泵的基本方程式2.4.12.4.1叶轮中液体的流动情况叶轮中液体的流动情况(1)(1)相对速度相对速度uWCCWu+=圆周速度圆周速度绝对速度绝对速度即即:(2)(2)速度矢量三角形速度矢量三角形(牵连速度牵连速度)(3
18、)(3)绝对速度的切向分绝对速度的切向分速度速度CuCu和法向分速度和法向分速度CrCr第61页/共183页叶轮出口速度三角形叶轮出口速度三角形法向分速度Cr切向分速度Cu C与u的夹角 C与W的夹角222222cotcosbaruCuCC-=222sinaCCr=第62页/共183页(a)a)后弯式后弯式(90)90)(b)b)径向式径向式(90)(c)c)前弯式前弯式(90)按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种按出水角的大小离心泵叶片形状可分成三种:第63页/共183页2.4.2 2.4.2 基本方程式的推导基本方程式的推导三点假定:三点假定:(1)(1)液流是恒定流;液流是恒定流;(2
19、)(2)叶槽中,液流均匀一致,叶轮同半径处液叶槽中,液流均匀一致,叶轮同半径处液流的同名速度相等。流的同名速度相等。(3)(3)液流为理想液体,也即无粘滞性液流为理想液体,也即无粘滞性。第64页/共183页(1)(1)质点的动量矩与动量矩定律质点的动量矩与动量矩定律质点的动量矩质点的动量矩 L=m V*R,L=m V*R,则作用在质点上的所有外力则作用在质点上的所有外力对转动中心对转动中心O O的力矩的力矩MoMo为:为:(2)(2)外力矩外力矩M M与功率与功率N N的关系的关系 W=FS 或 dW=FdS=FRd 而:M=F:M=FR,dW=MdMo=dLdtN=dWdt=Md dt=M第
20、65页/共183页(3)叶轮中液体的动量矩与功率:取一个叶轮流槽来进行分析叶轮中液流质点动量矩的变化第66页/共183页1 1、按动量矩定理可得、按动量矩定理可得:2 2、等式两边同乘以角速度、等式两边同乘以角速度:M=QT(C2uR2-C1uR1)=Nh代入化简后得到代入化简后得到:C C2 2ThQTHNg=dtdL=dt(C2uR2-C1uR1)dm经分析最后得到经分析最后得到:M=QT(C2uR2-C1uR1)而而:上式即为叶片泵的基本方程式上式即为叶片泵的基本方程式()uuTCuCugH11221-=第67页/共183页2.4.32.4.3基本方程式的讨论基本方程式的讨论(1 1)为
21、了提高水泵的扬程和改善吸水性能,离心泵)为了提高水泵的扬程和改善吸水性能,离心泵在设计时常取在设计时常取 9090,既,既u u=0=0 则则(2 2)由于)由于 则增加转速则增加转速(n)(n)相加大轮径相加大轮径(D(D2 2),可以提高水泵,可以提高水泵之扬程。之扬程。gCuHuT22=6022Dnup=第68页/共183页(3)(3)离心泵的理论扬程与液体的容重无关离心泵的理论扬程与液体的容重无关但当输送不同容重的液体时,水泵的扬程相同但当输送不同容重的液体时,水泵的扬程相同,但水泵所消耗的功率将是不同的。但水泵所消耗的功率将是不同的。第69页/共183页2.4.42.4.4基本方程式
22、的修正基本方程式的修正假定假定1 1 基本满足。基本满足。假定假定2 2“反旋现象反旋现象”。假定假定3 3 有水力损耗有水力损耗h h水力效率水力效率;p p修正系数。修正系数。pHHTT+=1pHHHThTh+=1hh第70页/共183页2.5.12.5.1离心泵装置离心泵装置 水泵装置也称抽水装置水泵装置也称抽水装置.如图所如图所示示 该装置由该装置由:吸水管路系统、水吸水管路系统、水泵、出水管路系统、动力设备泵、出水管路系统、动力设备及传动设备等组成及传动设备等组成 水泵的装置效率是指整个抽水水泵的装置效率是指整个抽水装置的效率装置的效率,由水泵效率、动力由水泵效率、动力机效率、传动效
23、率、管路效率机效率、传动效率、管路效率等组成。等组成。装置效率反映了整个抽水系统装置效率反映了整个抽水系统对能量的利用程度,是最值得对能量的利用程度,是最值得关注的。关注的。2.5 2.5 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程第71页/共183页 2.5.22.5.2 水泵装置的总扬程水泵装置的总扬程1,绝对压强(力):以没有气体存在的绝对真空状态作为压力零点2,相对压强(力):以一个工程大气压力为压力零点3,1工程大气压力=1kg/cm2=9.8N/cm2=10mH2O4,1标准大气压力=1.033kg/cm2=10.33mH2O5,真空:当某处的绝对压力小于一个大气压力时,即认为该处存在真
24、空。真空值Pv=Pa-P 真空度=Pv/Pa*100%第72页/共183页(1 1)总扬程的表达式)总扬程的表达式一一:设:水泵进口断面1-1的断面比能为E1 水泵出口断面2-2的断面比能为E2则水泵的扬程:H=E2-E1代入断面比能的表达式可得:合并一下:合并一下:而:而:第73页/共183页 用Hd表示压力表读数换算成的水柱高度,用Hv表示真空表的读数换算成的水柱高度,则:代入到公式可得:忽略水泵进口断面和出口断面的流速水头差和两个断面间的垂直高差,则上式可以简化为:第74页/共183页 水泵基准面吸水池自由表面出水池自由表面水泵进口断面水泵出口断面HST(2)总扬程表达式二:先来看一下水
25、泵装置中的几个典型的断面。压水地形高度Hsd吸水地形高度Hss静扬程HST再看几个断面之间的几何再看几个断面之间的几何高度:高度:吸水地形高度吸水地形高度Hss压水地形高度压水地形高度Hsd静扬程静扬程HsT第75页/共183页下面进行分析:下面进行分析:列吸水池断面与水泵进口断面的能量方程:设 Z0=0,Z1=Hss-Z/2,而:P0=Pa,P1-Pa=-Pv则有:也即:第76页/共183页 同理:列水泵出口断面与出水池水面同理:列水泵出口断面与出水池水面之间的能量方程可得到:之间的能量方程可得到:将得到的将得到的H HV V与与H Hd d表达式代入之前所得到下表达式代入之前所得到下式中:
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