1、泵与泵站主讲教师：苗群u 掌握给水排水工程中常用水泵的类型、基本构造、工作原理及基本特性；u 重点掌握离心泵和轴流泵的应用性能以及各种给水泵站和排水泵站的理论和设计方法；u 对水泵机组的运行维护、节能途径有一定的了解。课程要求绪论13教学内容叶片式泵2其他泵与风机3给水泵站4排水泵站51.1 泵与泵站在给水排水事业中的作用和地位一、水泵属于通用性机械类，其应用于：采矿业泵与泵站电力部门市政建设农田灌溉第一章 绪 论 矿山中竖井的井底排水，大型矿床的地表疏干以及掘进斜井的初期排水。采矿业 高压锅炉给水泵站、冷热水的循环泵站、水力清渣除灰的高压泵站以及冷却水的补给泵站。电力部门 城市给水和排水工程
2、中重要的组成部分。它们通常是整个给水排水系统正常运转的枢纽。市政建设取水取水泵站泵站净水净水输水输水泵站泵站去用水点去用水点排出污水排出污水入田入田入江入江污水厂污水泵提升泵站剩余污泥泵回流污泥泵 在农田基本建设中、在抽升黄河水引向西北高原的大型灌溉工程中都需建造很多大型、巨大型的泵站。农田灌溉二、从用能耗角度看泵与泵站的重要地位城市供水中95%98%是用来维持水泵的运转;一般城镇水厂中制水成本的40%70%是水泵消耗的电费;全国水泵机组的电能消耗的占全国总电耗的21%；火电厂中各类泵和风机总耗电约占整个厂用电量的70%80%，整个厂用电约占发电量的12%。提高效率 采用调速电机，提高水泵的高
3、效工作范围；串、幷联的选择减少损耗 泵站中阀的改进，采用微阻闭止回阀、液压自控蝶阀，取消止回阀等手段。节能措施1.2 泵的定义及分类一、水泵的定义 水泵是输送和提升液体的机器。将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。类别作用原理代表泵叶片式泵装有叶片的叶轮高速旋转离心泵、轴流泵、混流泵容积式泵工作室容积的改变往复泵（往复运动改变容积）转子泵（旋转运动改变容积）其他类型泵以上2种以外的 螺旋泵（螺旋推进原理）射流泵（高速液流或气流）水锤泵水轮泵气升泵二、水泵的分类（按作用原理分）DFW 型卧式离心泵ISG 型管道离心泵IS、IR 型单级单吸离心泵 S 型单级双吸离心泵KSY
4、 双吸中开式离心泵S、SA、SH型单级双吸中开式离心泵TSWA 型卧式多级泵DL 型立式多级泵ZLB型立式轴流泵HBC型涡壳式混流泵HD立式导叶式混流泵1.2 泵的定义及分类结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。泵缸活塞、活塞杆排出口吸入口1.2 泵的定义及分类SJ6型柱塞计量泵3DP170型高压往复泵1.2 泵的定义及分类原理：依靠夹紧在泵缸之间的平隔膜和筒形隔膜，在柱塞通过液压油的推动下使泵缸工作容积交替发生变化，并通过排出阀和吸入阀的启闭来输送液体的 1.2 泵的
5、定义及分类SJ2型液压隔膜计量泵DBY型电动隔膜泵1.2 泵的定义及分类结构图LQ系列转子泵1.2 泵的定义及分类工作原理G型螺杆泵1.2 泵的定义及分类工作原理G型螺杆泵1.2 泵的定义及分类三、泵的总型谱图 各类泵的应用范围很不相同，将不同泵的流量和扬程对应的绘制在同一个图中制成总型谱图。根据总型谱图，可以看出各类水泵的工作范围和工作特点，在选择泵时，可以参照总型谱图，来初步确定选择泵的类型。1.2 泵的定义及分类1.2 泵的定义及分类l 离心泵的应用范围最广，流量可达81000m3/h，扬程在101100m。l 轴流泵和混流泵的扬程范围为11m以下，适用范围偏于大流量、低扬程，其中轴流泵
6、的适用流量又大于混流泵。l 往复泵和旋流泵的流量范围为50m3/h以下，适用范围偏于小流量、高扬程，其中往复泵的扬程又大于旋流泵。1.3 水泵及水泵站运行管理的发展趋势一、水泵的发展趋势 节能是主题 大型化、大容量化 高扬程化、高速化 系列化、通用化、标准化（三化）是现代工业生产发展的必然趋势1.3 水泵及水泵站运行管理的发展趋势二、水泵站运行管理的发展趋势n 节能，高效n 低噪化n 自动化、信息化、智能化 SGADA Supervisory Gontrol and Data Acquisition(监控与数据采集系统)按叶轮出水的水流方向可分为：径向流（离心泵）：液体质点在叶轮流动时，主要受
7、到的是离心力作用；轴向流（轴流泵）：液体质点在叶轮中流动时，主要受到的是轴向升力作用；斜向流（混流泵）：液体质点在叶轮中流动时，即受到离心力的作用，又受到轴向升力的作用。在给水排水工程中，大量使用的水泵是叶片式水泵，其以离心泵最为普遍，本章以离心泵为重点，进行详细讨论。第二章 叶片式泵叶片式泵的分类叶片式泵的分类叶片式泵（泵中大类）：依靠叶轮的高速旋转完成其能量转换2.1 离心泵的工作原理与基本构造2.7 离心泵装置定速运行工况 离心泵的基本性能离心泵的基本性能 离心泵运行工况离心泵运行工况2.12 离心泵机组的使用及维护 叶片式泵的使用叶片式泵的使用2.2 离心泵的主要零件2.3 叶片泵的基
8、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2.11 离心泵吸水性能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2.13 轴流泵及混流泵2.14 给水排水工程中常用的叶片泵2.1 离心泵的工作原理与基本构造一、离心泵的水力学原理 三个例子：（1）在雨天，旋转雨伞，水滴沿伞边切线方向飞出，旋转的雨伞给水滴以能量，旋转的离心力把雨滴甩走，如图所示。（2）在垂直平面上旋转一个小桶，旋转的离心力给水以能量，旋转产生离心力，如图所示。2.1 离心泵的工作原理与基本构造（3）当一个敞口圆筒绕中心轴作等角旋转时，圆
9、筒内的水面便成抛物线上升飞旋转凹面，如图所示。圆筒半径越大，转得越快时，液体沿圆筒壁上升的高度就越大。离心泵就是基于上述的水力学原理来工作的。2.1 离心泵的工作原理与基本构造二、离心泵的基本构造 泵包括蜗壳形的泵壳1和装于泵轴2上旋转的叶轮3；蜗壳形泵壳的吸水口与泵的吸水管4相连，出水口与泵的压水管5相连接。2.1 离心泵的工作原理与基本构造三、离心泵的工作过程 水充满泵壳和吸水管；电动机启动，带动叶轮和水做高速旋转，叶轮中的水受到离心力的作用被甩出，在叶轮中的进口处形成真空；水池中的水在大气压Pa的作用下，进入泵体。外因是Pa，内因是真空，外因通过内因起作用。2.1 离心泵的工作原理与基本
10、构造 离心泵的工作过程，实际是一个能量的传递与交换过程，即把电动机的高速旋转的机械能转化为被抽升液体的动能和势能。既然是能量交换过程，那么就存在能量的损失，有效率高低的问题。在传递和转化过程中，能量损失越大，效率越低。电能机械能势能和动能第二章 叶片式泵2.2 离心泵的主要零件2.2 离心泵的主要零件一、叶轮（工作轮）n 作用：叶轮是离心泵的主要零件，能量的传递和转化是借助叶轮完成的。n 材料：选择叶轮材料时，要考虑的因素有机械强度，耐磨，耐腐蚀等，多数采用铸铁、铸钢、青铜。2.2 离心泵的主要零件n 叶轮分类 按吸水方式叶轮主要有单吸式和双吸式叶轮两种。按盖板形状可分为：封闭式叶轮有两个盖板
11、的叶轮（单吸式、双吸式均属此类），一般68片叶片（12片）；敞开式叶轮有叶片没有完整盖板的叶轮，一般25片叶片，用于含有悬浮物污水；半开式叶轮只有后盖板，没有前盖板的叶轮，一般25片叶片，用于含有悬浮物污水。2.2 离心泵的主要零件二、泵轴n 作用：用来旋转叶轮的。n 材料：碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和刚度，工作速度不能接近产生共振的临界速度防止产生共振。离心泵一般采用平键只能传递扭矩而不能固定叶轮的轴向位置。离心泵的轴向位置通常采用轴套和并紧轴套螺母来定位。2.2 离心泵的主要零件三、泵壳n 作用：泵壳通常为蜗壳形保证沿蜗壳渐扩断面流动的水流速度是一常数。蜗壳上锥形扩散管的作用降
12、低水流的速度，使流速水头（动能）的一部分转化为压力水头（势能）。n 材料：防腐蚀和磨损，也要考虑足够的机械强度（因为是耐压容器）。2.2 离心泵的主要零件四、泵座n 作用：支持和固定泵的部分，泵座上有底板或基础固定用的法兰孔。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，底部设有防水螺孔；吸水和压水罐的法兰上有安装真空表和压力表的测压螺孔；泵座的横向槽底设有泄水螺孔。上述螺孔，在运行中暂时无用时，可有带螺纹的丝堵栓紧（闷头）。四、泵座n 作用：支持和固定泵的部分，泵座上有底板或基础固定用的法兰孔。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，底部设有防水螺孔；吸水和压水罐的法兰上有安装真空表和压力表的测压螺孔；泵座的横向槽底
13、设有泄水螺孔。上述螺孔，在运行中暂时无用时，可有带螺纹的丝堵栓紧（闷头）。2.2 离心泵的主要零件n 连接部件 转动部分叶轮和泵轴；固定部分泵壳和泵座。在这两部分之间有3个交接部分：泵轴（动）与泵壳（静）之间填料盒（轴封装置）；叶轮（动）与泵壳（静）之间减漏环（减漏装置）；泵轴（动）与泵座（静）之间轴承座（转动连接装置）。2.2 离心泵的主要零件 填料盒n 作用：泵轴穿出泵壳时，在轴与壳之间存在着间隙，有间隙就会有泄漏，如无轴封装置，泵壳内高压水就会向外大量泄漏。因此，填料盒是解决泄漏的一种轴封装置。n 组成：由轴封套、填料、水封管、水封环及压盖等五部分组成。五、轴封装置2.2 离心泵的主要零
14、件 填料（盘根）起阻水或阻气的密封作用，常用的有浸油、浸石墨的石棉绳填料，也有如碳素纤维、不锈钢以及合成树脂纤维编织的填料。压盖（格兰）压紧填料的作用，压紧程度的控制，以水封管内水能够通过填料缝隙呈滴状渗出为宜。水封管与泵壳内部连通。水封环使泵壳内压力水流经水封环中的小孔，流入轴与填料间的隙面，起水冷却与润滑的作用。2.2 离心泵的主要零件 机械轴封平衡型（高压下）非平衡（低压下）2.2 离心泵的主要零件六、减漏环n 作用：叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处存在一个转动接缝。它正是高低压界面，且具有相对运动的部位，很容易发生泄漏。为了减少泵壳内高压水向吸水口的回流量，采用减漏环防止。n 减漏方
15、式 减少接缝接隙（不超过0.10.5mm）增加泄漏通道的阻力2.2 离心泵的主要零件n 减漏环的形式 单环式只镶嵌在泵壳 双环式在泵壳及叶轮上均镶嵌 双环迷宫式2.2 离心泵的主要零件七、轴承座n 作用：支轴承：轴承装于轴承座内作为转动体的支持部分。n 组成：水泵中常用的轴承有：滚动轴承 滚球轴承 滚柱轴承（荷载大时才采用）滑动轴承按荷载特性分：径向式轴承只承受径向荷载 止推式轴承只承受轴向荷载 径向止推式轴承同时支承径向和轴向荷载2.2 离心泵的主要零件八、联轴器n 作用：将电动机的出力传递给水泵，即泵轴与电机轴的连接部分。n 组成：联轴器又称“靠背轮”，可分为：刚性联轴器不能调节泵轴与电机
16、轴的不同心度。（小型机组）挠性联轴器可以在一定程度上调节不同心度。（大、中型机组）2.2 离心泵的主要零件九、轴向力平衡措施n 目的：解决单吸式离心泵的前后盖板不对称性引起的轴向力（将叶轮推向吸入口）问题。n 方法：在叶轮的后盖板上开平衡孔，并在后盖板上加装减漏环，使叶轮后盖板上的压力与前盖板的接近，消除轴向力。此方法简单易行，缺点是叶轮流道中的水力条件变差，水泵效率有所降低。第二章 叶片式泵2.3 叶片泵的基本性能参数一、流量（Q）、抽水量水泵在单位时间内所输送的液体数量；常用单位有：m3/h、L/s、t/h二、扬程（H）又称总扬程，是指水泵对单位重量（1kg）液体所做的功，也就是单位液体通
17、过水泵后其能量的增量；单位为kgm/kg，也可折算成抽送液体的液柱高度（m）表示，工程上也有用kg/cm3或Pa表示扬程是表征液体经过水泵后比能（E）增量的一个参数。三、轴功率（N）轴功率是泵轴得自原动机所传递的功率。原动机以电机拖动时以kW计。叶片泵的基本性能，通常由六个性能参数来表示：2.3 叶片泵的基本性能参数四、效率（）是指水泵的有效功率Nu与轴功率N的比值。有效功率Nu是单位时间内流过水泵的液体从水泵获得的能量。水泵的有效功率的计算公式为：NuNNugQHQH（kgm/s）、（W）式中，液体的密度，kg/m3。水泵不可能将原动机输入的功率完全传递给液体，在水泵内部有损失，这个损失以来
18、衡量。由此可得水泵的轴功率N为：水泵的电耗（W）式中，t水泵运行的时数（h）；1，2分别为水泵与电机的效率。N=Nu=gQH（W）N=gQH1000（kW）N=gQH735.5(HP)W=gQH100012 t(kWh)2.3 叶片泵的基本性能参数五、转数（n）转数是指水泵叶轮的转动速度，以r/min为单位。注意的是如果水泵的实际转速不同于设计速度值时，则水泵的其他性能参数（流量、扬程、功率等）也将一定的规律变化。六、允许吸上真空度（Hs）及汽蚀余量（Hsv）允许吸上真空度（Hs）是指水泵在标准状态下（水温20，表压1atm）运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度，以mH2O计，是反映离心泵的
19、吸水性能参数。汽蚀余量（Hsv）是指水泵进口处，单位重量的液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。单位为mH2O。2.3 叶片泵的基本性能参数上述6个性能参数不是独立的，是相互联系的，它们之间的关系我们将在后面的水泵性能曲线中学习。水泵铭牌所列数值是该水泵设计工况下的参数值；只是反映在特性曲线上效率最高工作点的参数值。School of River and Ocean Engineering河海学院2.3 叶片泵的基本性能参数常用泵的型号表示法及其铭牌：IS100-65-315IS国际标准单级单吸清水离心泵；100泵吸入口直径；65泵出口直径；315泵叶轮名义直径。10Sh-13A10泵吸入口直
20、径（英寸）；Sh单级双吸水平中开式离心清水泵；13泵的比转数被10除的整数；A泵的叶轮外径经过第一次切削。School of River and Ocean Engineering河海学院2.3 叶片泵的基本性能参数常用泵的铭牌：单级双吸卧式离心泵型号：14Sh-13扬程：43.8m流量：1260m3/h配套功率：230KW轴功率：179KW转速：1470r/min效率：84%重量：1105kg允许吸上真空高度3.5m出厂编号：0001-010出厂日期1997年5月水泵厂2.3 叶片泵的基本性能参数 思考题：1.哪些参数能表达叶片泵性能？各参数表示什么含义？常用哪些字母表达？各自的单位是什么？2.什么是叶片泵的有效功率和轴功率？它们之间有何关系？
