1、第二章第二章 叶片式水泵叶片式水泵n2.1 2.1 离心泵的工作原理与基本构造离心泵的工作原理与基本构造n2.2 2.2 离心泵的主要零件离心泵的主要零件n2.3 2.3 轴流泵及混流泵的构造与工作原轴流泵及混流泵的构造与工作原理理n2.4 2.4 叶片泵的基本性能参数叶片泵的基本性能参数n2.5 2.5 叶片泵的基本方程式叶片泵的基本方程式n2.6 2.6 叶片泵的特性曲线叶片泵的特性曲线n2.7 2.7 相似定律及比转速相似定律及比转速2.1 2.1 离心泵的工作原理与基本构造离心泵的工作原理与基本构造n 2.1.12.1.1两个例子两个例子(1)(1)在雨天，旋转雨伞，水滴沿伞边切线方向
2、飞出，旋转在雨天，旋转雨伞，水滴沿伞边切线方向飞出，旋转的雨伞结水滴以能量，旋转的离心力把雨滴甩走，如的雨伞结水滴以能量，旋转的离心力把雨滴甩走，如图所示。图所示。(2)(2)在垂直平面上旋转一个小桶，旋转的离心力给水以能在垂直平面上旋转一个小桶，旋转的离心力给水以能量，旋转的离心力把水甩走，如图所示。量，旋转的离心力把水甩走，如图所示。n2.1.2 2.1.2 工作原理工作原理n离心泵离心泵基本构造及工作原理基本构造及工作原理2.2 2.2 离心泵的主要零件离心泵的主要零件 离心泵是由许多零件组成的，离心泵的组离心泵是由许多零件组成的，离心泵的组成主要有：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封成主要有
3、：叶轮、泵轴、泵壳、泵座、轴封装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平装置、减漏环、轴承座、联轴器、轴向力平衡装置。衡装置。单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵1-1-叶轮；叶轮；2-2-泵轴；泵轴；3-3-键；键；4-4-泵壳；泵壳；5-5-泵座；泵座；6-6-灌水孔；灌水孔；7-7-放放水孔，水孔，8-8-接真空表孔，接真空表孔，9 9-接压力表孔，接压力表孔，1010-泄水孔，泄水孔，1111-填料填料盒；盒；1212-减漏环；减漏环；1313-轴承座；轴承座；1414-压盖调节螺栓；压盖调节螺栓；1515-传动轮传动轮单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心泵单级单吸卧式离心
4、泵n1 1、叶轮、叶轮叶轮：单吸式、双吸式叶轮：单吸式、双吸式l l前盖板；前盖板；2 2后盖板；后盖板；3 3叶片；叶片；4 4叶槽；叶槽；5 5吸水口；吸水口；6 6轮毂；轮毂；7 7泵轴泵轴 1 1吸入口；吸入口；2 2轮盖；轮盖；3 3叶片叶片4 4轮毂；轮毂；5 5轴孔轴孔n2 2、泵轴、泵轴 n3 3、泵壳、泵壳n4 4、泵座、泵座铸铁水泵配件、泵轴铸铁水泵配件、泵轴泵键泵键n5 5、轴封装置：泵轴与泵壳间轴封装置：泵轴与泵壳间 (1)(1)填料密封填料密封压盖填料型填料盒压盖填料型填料盒1 1轴封套；轴封套；2 2填料；填料；3 3水封管；水封管；4 4水封环；水封环；5 5压盖
5、压盖(2)(2)机械密封机械密封DY101DY101型系列机械密封型系列机械密封112112型系列机械密封型系列机械密封n6 6、减漏环、减漏环(承磨环承磨环)叶轮吸入口的外缘与泵壳内壁的接叶轮吸入口的外缘与泵壳内壁的接缝处缝处 1 1、泵壳；、泵壳；2 2、镶在泵壳上的减漏环；、镶在泵壳上的减漏环；3 3、叶轮；、叶轮；4 4、镶在叶轮上的减漏环、镶在叶轮上的减漏环 7 7、轴承座、轴承座 ZHZZHZ滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承n8 8、联轴器、联轴器 ZMLZML膜片及连轴器膜片及连轴器n9 9、轴向力平衡措施、轴向力平衡措施 平衡孔平衡孔1 1 排出压力；排出压力；2 2加装的减漏
6、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ISIS型单级单吸离心泵型单级单吸离心泵单级双吸离心泵单级双吸离心泵单级双吸离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固定螺钉；固定螺钉；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挡水圈；挡水圈；1919螺
7、杆；螺杆；2020键键2.4 2.4 叶片泵的基本性能参数叶片泵的基本性能参数n水泵的水泵的6 6个性能参数：个性能参数：1 1、流量、流量(抽水量抽水量)水泵在单位时间内所输送的液体水泵在单位时间内所输送的液体数量。数量。用字母用字母Q Q表示，常用的体积流量单位是表示，常用的体积流量单位是m m3 3h h或或L Ls s。常用的重量流量单位是常用的重量流量单位是t th h。2 2、扬程、扬程(总扬程总扬程)水泵对单位重量水泵对单位重量(1kg)(1kg)液体所作功，液体所作功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。用字母用字母H H表示，其单位
8、为表示，其单位为kgkgm mkgkg，也可折算成被，也可折算成被送液体的液柱高度送液体的液柱高度(m)(m)；工程中用国际压力单位帕斯；工程中用国际压力单位帕斯卡卡(Pa)(Pa)表示表示 。n3 3、轴功率、轴功率泵轴得自原动机所传递来的功率称泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以为轴功率，以N N表示。表示。原动机为电力拖动时，轴功率单位以原动机为电力拖动时，轴功率单位以kwkw表示。表示。有效功率有效功率单位时间内流过水泵的液体从水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，以字母表示泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母表示泵的有效功率为泵的有效功率为uNQHNu3/
9、9800mN取水n4 4、效率、效率水泵的有效功率与轴功率之比值，以水泵的有效功率与轴功率之比值，以表示。表示。t t：运行时间：运行时间h h 1 1：水泵的效率：水泵的效率 2 2：电机的效率：电机的效率NNu)(10221kwhtQHWn例：某水厂取水泵站，供水量例：某水厂取水泵站，供水量Q Q8.648.6410104 4m m3 3d d，扬程，扬程H=30mH=30m；水泵及电机；水泵及电机的效率均为的效率均为7070，则该泵站工作，则该泵站工作10h10h其电耗其电耗值？值？n 5 5、转速、转速水泵叶轮的转动速度，通水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示，以字母常以每
10、分钟转动的次数来表示，以字母n n表示常用单位为表示常用单位为r rminmin。在往复泵中转速通常以活塞往复的次在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示数来表示(次次min)min)n6 6允许吸上真空高度允许吸上真空高度(Hs)(Hs)及气蚀余量及气蚀余量(Hsv)(Hsv)允许吸上真空高度允许吸上真空高度(Hs)(Hs)指水泵在标准状况下指水泵在标准状况下(即即水温为水温为2020、表面压力为一个标推大气压、表面压力为一个标推大气压)运转时，运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度水泵所允许的最大的吸上真空高度 (即水泵吸入口的即水泵吸入口的最大真空度最大真空度)。单位为。单位为mHmH2
11、 20 0。水泵厂一般常用。水泵厂一般常用HsHs来反来反映离心泵的吸水性能。映离心泵的吸水性能。气蚀余量气蚀余量(Hsv)(Hsv)指水泵进口处，单位重量液体所指水泵进口处，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。气蚀余量来反映轴流泵、锅炉给水泵等的吸水性能。单位为单位为mHmH2 20 0。气蚀余量在水泵样本中也有以。气蚀余量在水泵样本中也有以hh来表来表示的。示的。2.5 2.5 叶片泵的基本方程式叶片泵的基本方程式n2.5.12.5.1叶轮中液体的流动情况叶轮中液体的流动情况
12、(1)(1)相对速度相对速度W W；圆周速度圆周速度u u；(牵连速度牵连速度)绝对速度绝对速度C C(2)C(2)C与与u u的夹角的夹角；C C与与W W的夹角的夹角（a)a)后弯式后弯式(9090)（b)b)径向式径向式(90)（b)b)前弯式前弯式(90)离心泵叶片形状离心泵叶片形状222222cotcosruCuCC222sinCCr叶轮出口速度三角形叶轮出口速度三角形n2.5.2 2.5.2 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)(2)叶槽中，液流均匀一致，叶叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的同名速度相等。轮同半径处
13、液流的同名速度相等。(3)(3)液流为理想液体，也即无粘液流为理想液体，也即无粘滞性滞性。n恒定元流的动量方程对某固定点取矩，可得到恒定元恒定元流的动量方程对某固定点取矩，可得到恒定元流的动量矩方程流的动量矩方程 单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化(流出液流出液体的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差体的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差)等于作用等于作用于该控制面内所有液体质点的外力矩之和。于该控制面内所有液体质点的外力矩之和。FrururdQ)(1122)(1111222212FrdAuurdAuurAA取进出口轮缘取进出口轮缘(两圆柱面两圆柱面)为控为
14、控制面。制面。组成组成M M的外力有：的外力有：1 1、叶片迎水面和背水面作用于、叶片迎水面和背水面作用于水的压力水的压力P P2 2及及P Pl l；2 2、作用叶轮进出口圆柱面上的、作用叶轮进出口圆柱面上的水压力水压力P P3 3及及P P4 4，它们都沿着径向，它们都沿着径向，所以对转轴没有力矩；所以对转轴没有力矩；3 3、作用于水流的摩擦阻力、作用于水流的摩擦阻力P P5 5及及P P6 6，但由于是理想液体，故不予，但由于是理想液体，故不予考虑；考虑；4 4、重力的合力矩等于零、重力的合力矩等于零 1 1、对轮心取矩、对轮心取矩MRCRCQ111222coscos2 2、叶轮对流体所
15、作功率、叶轮对流体所作功率111222coscosCuCuQMNTTTQHN111222coscosCuCuHTuuTCuCugH112213 3、理论扬程、理论扬程C C2 2n2.5.32.5.3基本方程式的讨论基本方程式的讨论（1 1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取能，取 9090，既，既u u=0=0 则则（2 2）则增加转速则增加转速(n)(n)相加大轮径相加大轮径(D2)(D2)，可以，可以提高水泵之扬程。提高水泵之扬程。gCuHuT226022Dnu(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
16、液体时，水泵所消耗的功率将但当输送不同容重的液体时，水泵所消耗的功率将是不同的。是不同的。(4)(4)水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程(H(H1 1)，另一部分为动扬程，另一部分为动扬程(H(H2 2)，它在流出叶轮时，它在流出叶轮时，以比动能的形式出现。以比动能的形式出现。21HHHTn2.5.42.5.4基本方程式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pHHTT1pHHHThTh1h h水力效率水力效率;p p修正系数。修正系数。2.6 2.6 离
17、心泵的特性曲线离心泵的特性曲线n2.6.12.6.1离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 特性曲线：特性曲线：在一定转速下在一定转速下，离心泵的扬程、，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不和用泵的依据。各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。同，但都有共同的变化趋势。n2.6.22.6.2理论特性曲线的定性分析理论特性曲线的定性分析)cot(2222FQuguHTTgCuHuT22Q QT T泵理论流量泵理论
18、流量(m(m3 3s)s)。也即不考虑泵体内容积损失。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等如漏泄量、回流量等)的水泵流量；的水泵流量；F F2 2叶轮的出口面积叶轮的出口面积(m(m2 2)；C C2r2r叶轮出口处水流绝对速度的径向分速叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m(ms)s)。TTBQAH22FQCTrTTBQAH1 1、9090(1)(1)直线直线Q QT T-H-HT T(2)(2)直线直线I I (3)(3)扣除水头损失扣除水头损失()()摩阻、冲击摩阻、冲击(4)(4)扣除容积损失扣除容积损失(Q-H(Q-H线线)guA22gpuA)1(22ThHHNNhMTvQQM
19、vhNQHn2、(9090)从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增大，并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样大，并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样的离心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它的离心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它对电动机的工作是不利的。对电动机的工作是不利的。TTBQAHn结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(2020-30-30左右左右)。这种形式叶片的特点是随扬。这种形式叶片的特点是随扬程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的流量程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的流量Q
20、 Q与与轴功率轴功率N N关系曲线关系曲线(Q-H(Q-H曲线曲线)，也将是一条比较平缓上，也将是一条比较平缓上升的曲线，这对电动机来讲，可以稳定在一个功率变升的曲线，这对电动机来讲，可以稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。化不大的范围内有效地工作。n2.6.22.6.2实测特性曲线的讨论实测特性曲线的讨论(1)(1)扬程扬程H H是随流量是随流量Q Q的增大而下降。的增大而下降。(2)(2)水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范围内围内(一般
21、不低于最高效率点的一般不低于最高效率点的1010左右左右)都是属于效都是属于效率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线率较高的区段，在水泵样本中，用两条波形线“”“”标出。标出。(3)(3)轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。(“(“闭闸启动闭闸启动”)(4)(4)在在Q QH H曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量量Q Q时的轴功率值。时的轴功率值。电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大。电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大。(5)(5)水泵的实际吸水真空值必须小于水泵的实际吸水真空值必须小于Q QH
22、 HS S曲线上的相曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。(6)(6)水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损水泵所输送液体的粘度越大，泵体内部的能量损失愈大，水泵的扬程失愈大，水泵的扬程(H)(H)和流量和流量(Q)(Q)都要减小，效率都要减小，效率要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发生改变。生改变。2.7 2.7 相似定律与比转速相似定律与比转速n2.7.2.7.叶轮相似定律叶轮相似定律 几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺几何相似：两个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
23、应角相等。寸成一定比例，所有的对应角相等。b b2 2、b b2m2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；D D2 2、D D2m2m实际泵与模型泵叶轮的外径；实际泵与模型泵叶轮的外径；比例。比例。mmDDbb2222 运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流的运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似。相应点上水流的速度三角形相似。n在几何相似的前题下，运动相似就是工况相在几何相似的前题下，运动相似就是工况相似。似。mmmmnnnDnDuuCC222222n叶轮相似定律有
24、三个方面：叶轮相似定律有三个方面：1 1、第一相似定律第一相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系流量之间的关系。2 2、第二相似定律、第二相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的确定两台在相似工况下运行水泵的扬程之间的关系。扬程之间的关系。3 3、第三相似定律、第三相似定律确定两台在相似工况下运行水泵的确定两台在相似工况下运行水泵的轴功率之间的关系。轴功率之间的关系。mmvvmnnQQ)(3222)(mmhhmnnHH335mmnnNNmmnnQQ3)()(335MmMmmnnNN222mmnnHHn2.7.22.7.2相似定律的特例相似定律的特例比例
25、律比例律 把相似定律应用于以不同转速运行的把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，则可得到比例律：同一台叶片泵，则可得到比例律：2121nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNNn2.7.3 2.7.3 比转数比转数(n(ns s)、模型泵：在最高效率下，当有效功率、模型泵：在最高效率下，当有效功率N Nu u735.5W735.5W，扬程，扬程H Hm m1m1m，流量，流量 这时该模型泵的转速，就叫做与它相似的这时该模型泵的转速，就叫做与它相似的实际泵的比转数实际泵的比转数n ns s 。sm075.010003mumHNQ将模型泵的将模型泵的H Hm m1m1m，Q Qm
26、 m0.075m0.075m3 3s s代入代入 注：注：(1)Q1)Q和和H H是指水泵最高效率时的流量和扬是指水泵最高效率时的流量和扬程，也即水泵的设计工况点。程，也即水泵的设计工况点。(2)(2)比转数比转数n ns s是根据所抽升液体的容重是根据所抽升液体的容重9800N9800Nm m3 3时得出的。时得出的。(3)Q(3)Q和和H H是指单吸、单级泵的流量和扬程。是指单吸、单级泵的流量和扬程。(4)(4)比转数不是无因次数，它的单位是比转数不是无因次数，它的单位是“r rmin”min”。4365.3HQnns 2 2、对比转数的讨论、对比转数的讨论 (1)(1)比转数比转数(n(
27、ns s)反映实际水泵的主要性能。反映实际水泵的主要性能。当转速当转速n n一定时，一定时，n ns s越大，水泵的流量越大，扬程越低。越大，水泵的流量越大，扬程越低。n ns s越小，水泵的流量越小，扬程越高。越小，水泵的流量越小，扬程越高。(2)(2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转数而变的。用比转数转数而变的。用比转数n ns s可对叶片泵进行分类。可对叶片泵进行分类。要形成不同比转数要形成不同比转数n ns s，在构造上可改变叶轮的外，在构造上可改变叶轮的外径径(D(D2 2)和减小内径和减小内径(D(D0 0)与叶槽宽度与叶槽宽度(b(b2 2)。(3)(3)相对性能曲线相对性能曲线n ns s越小：越小：Q QH H曲线就越平坦；曲线就越平坦；Q Q0 0时的时的N N值就越小。因而，比转数低的水泵，值就越小。因而，比转数低的水泵，采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小；采用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小；效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。
