1、第二章第二章 叶片式泵叶片式泵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2.2 离心泵的主要零件离心泵的主要零件2.3 叶片泵的基本性能参数叶片泵的基本性能参数2.4 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式2.5 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程2.6 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线2.7 离心泵装置定速运行工况离心泵装置定速运行工况2.8 离心泵装置调速运行工况离心泵装置调速运行工况 2.9 离心泵换轮运行工况离心泵换轮运行工况 2.10 离心泵并联及串联运行工况离心泵并联及串联运行工况 2.11 离心泵吸水性能离心泵吸水性能 2.12 离心泵机组的使用与维护离心泵机组
2、的使用与维护 2.13 轴流泵及混流泵轴流泵及混流泵 2.14 给水排水工程中常用的叶片泵给水排水工程中常用的叶片泵概概 述述 叶片式泵是泵中的一个大类，占的比重较大 都是依靠叶轮的高速旋转完成能量的转换依靠叶轮的高速旋转完成能量的转换 根据叶轮出水的水流方向轮出水的水流方向进行分类 1、径向流离心泵离心力 2、轴向流轴流泵轴向升力 3、斜向流混流泵离心力和轴向升力 给排水工程中，离心泵使用最普遍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2.1.1离心泵的工作原理离心泵的工作原理 中心轴作等角速度旋转时，圆筒内的水面呈抛物线上升的旋转凹面，圆筒半径越大，转速越大，液体沿圆筒壁
3、上升的高度越大2.1.2离心泵的基本构造离心泵的基本构造 1、单级单吸式离心泵、单级单吸式离心泵 的基本构造的基本构造 泵壳、泵轴、叶轮、吸水管、压水管、底阀、闸阀、灌水漏斗、泵座等 离心泵的工作过程是一个能量传递和转化的过程，将高速旋转的机械能机械能转化为被抽升液体的动能和势能动能和势能。离心泵的工作过程离心泵的工作过程l 启动前，将泵壳和吸水管道灌满水l 驱动电机，使叶轮高速旋转l 液体收到离心力作用被甩出叶轮，经过泵壳流入 压水管道，由压水管道输入管网l 同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成真空，吸水池中的液体在大气压的作用下源源不断的流入叶轮吸水口，从而实现离心泵的连续输水。2、单吸式
4、叶轮、单吸式叶轮 前盖板、后盖板、叶片、叶槽、吸水口、轮毂、泵轴等2.2 离心泵的主要零件离心泵的主要零件以单级单吸卧式离心泵为例以单级单吸卧式离心泵为例2.2.1叶轮（又称工作轮）叶轮（又称工作轮）动动静静动静动静结合结合 1、材料方面的要求、材料方面的要求 是离心泵的主要零件，具有一定的机械强度、耐磨和耐腐蚀性能 常采用铸铁、铸钢和青铜制作 2、分类、分类 （1）吸水状况 单吸式和双吸式叶轮（大流量）（2）叶轮盖板情况 可分为封闭式、敞开式和半开式叶轮 封闭式应用最广，叶片一般较多，输送较洁净的液体 敞开式或半开式，叶片较少，输送含有一定悬浮物、杂质的液体污水泵有时采用2.2.2泵轴泵轴
5、用来旋转叶轮的，有足够的抗扭强度和刚度，常用材料是碳素钢或不锈钢 工作转速不能接近产生共振现象的临界转速 叶轮和泵轴用键来连接、大中型泵常用轴套和螺母来定位2.2.3泵壳泵壳 通常铸成蜗壳形，过水部分要求有良好的水力条件，具有耐压机械强度、耐腐蚀、耐磨的性能 水流过程 蜗壳锥形扩散管压水管特征：蜗壳形（保持良好的水力条件，沿蜗壳断面的水流速度为常数）锥形扩散管（降低水流速度，速度水头转化为压力水头）2.2.4泵座泵座 1、法兰孔（泵座与底板或基础固定用）2、充水或放气的螺孔（6）3、真空表和压力表的安装孔（8、9）4、放水孔（检修时放水7）5、泄水孔（排走填料盒的渗漏水滴10）叶轮和泵轴（动）
6、与泵壳和泵座（静）之间存在3处交接部分（12减漏环、11填料盒、13轴承座）DFW 型卧式离心泵2.2.5减漏环减漏环 泵构造中采用的两种减漏方式：1、减小接缝间隙（不超过0.10.5mm）2、增加泄漏通道中的阻力 在泵壳上镶嵌减漏环，又称承磨环，易损件2.2.6轴封装置轴封装置 轴与壳之间的间隙处设置的密封装置，称为轴封 设置轴封装置的作用（高压和真空两种状态）应用较多的轴封装置有填料密封和机械密封两种 1、填料密封、填料密封 应用广泛；常用的为压盖填料型填料盒，由轴封套、填料、水封管、水封环和压盖五个部分组成 填料的作用 阻气或阻水 填料的材料 压盖的作用 压紧填料,程度以水封管内水能够通
7、过填料缝隙呈滴状渗出为宜 填料密封的特点 2、机械密封、机械密封 又称端面密封；主要由动环、静环、压紧元件和密封元件组成；依靠在端面上产生的适当的比压和保持一层极薄的液体膜达到密封的目的 三道密封 密封元件的作用 密封和缓冲补偿作用 机械密封的种类：平衡型和非平衡型机械密封 B为动环有效面积；A为动、静环端面接触面积2.2.7轴承座轴承座 分为滚动滚动轴承和滑动滑动轴承两种；滚动轴承依据荷载大小分为滚珠轴承和滚柱轴承（荷载大时采用）；依据荷载方向可分为径向式、止推式和径向止推轴承 轴承需要散热，一般采用水冷套的形式 常采用青铜或铸铁制造金属滑动轴瓦，油润滑2.2.8联轴器联轴器 电动机的动能通
8、过联轴器传递给泵；又称靠背轮 分为刚性和挠性联轴器两种 刚性联轴器主要用于小型泵或立式泵机组2.2.9轴向力平衡措施轴向力平衡措施 叶轮不对称，工作时，叶轮两侧作用的压力不相等，有推向吸入口的轴向力。单级单吸式离心泵采用在后盖板上钻开平衡孔，并在后盖上加装减漏环的方式来平衡压力2.3 叶片泵的基本性能参数叶片泵的基本性能参数 叶片式泵的基本性能参数有6个：流量、扬程、轴功率、效率、转速、允许吸上真空高度2.3.1流量流量 泵在单位时间内所输送的液体数量，Q 单位是m3/h、L/s或t/h2.3.2扬程（总扬程）扬程（总扬程）泵对单位重量重量液体所作的功，也就是单位重量液体通过泵后其能量（液体比
9、能）的增值，H 单位是m或Pa （1atm=1kg/cm2=0.1MPa 10mH2O）2.3.3轴功率轴功率 泵轴得自原动机所传递来的功率，N 用电力拖动，单位是W、kW2.3.4效率效率 泵的有效功率与轴功率的比值，有效功率：单位时间内流过泵的液体从泵那里得到的能量，Nu NugQH（W）泵的效率：Nu/N(能量在泵内有损失)泵的轴功率：NNu/gQH/泵的电耗值：WgQHt/100012（KWh）1-泵的效率2 电机的效率 2.3.5转速转速 泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示，n 常用单位是r/min 往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示 单位是次/min2.3.6允许吸
10、上真空高度（允许吸上真空高度（HS）及气蚀余量（）及气蚀余量（HSV）允许吸上真空高度（HS）的定义，单位mH2O 通常用来反映离心泵的吸水性能 气蚀余量（HSV）的定义，单位mH2O 通常用来反映轴流泵、锅炉给水泵的吸水性能2.3.6允许吸上真空高度（允许吸上真空高度（HS）及气蚀余量（）及气蚀余量（HSV）允许吸上真空高度允许吸上真空高度（HS）的定义，泵在标准状况下 （20，1atm）运行时，泵所允许的最大吸上真空高度。单位mH2O 通常用来反映离心泵的吸水性能气蚀余量气蚀余量NPSH（HSV）的定义，泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。单位mH2O 通常用来反映轴流
11、泵、锅炉给水泵、自灌式泵自灌式泵的吸水性能泵的铭牌及其上符号和数字的意义泵的铭牌及其上符号和数字的意义：泵在设计转速下运行，效率最高：泵在设计转速下运行，效率最高 时的流量、扬程、轴功率、允许吸上真空高度及时的流量、扬程、轴功率、允许吸上真空高度及汽蚀余量汽蚀余量 型号型号12 ShXX-28 A进水口尺寸 1/10比转数 叶轮切削情况2.4 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式2.4.1叶轮中液体的流动情况叶轮中液体的流动情况 1、研究液体质点在叶轮中流动时存在的两个坐标、研究液体质点在叶轮中流动时存在的两个坐标系统系统 （1）旋转着的叶轮是动坐标系统 （2）固定不动的泵壳或泵座是静坐标系统
12、 2、相对速度、相对速度W、牵连速度、牵连速度u和合成绝对速度和合成绝对速度C 相对速度W（相对于动坐标系统）牵连速度u（相对于静坐标系统）3、几个角度、几个角度1 1、2 2、1 1、2 2 1、2、C1和和u1，C2和和u2的夹角的夹角1、2W1和和u1反向，反向，W2和和u2反向的夹角，分别称、进水角和反向的夹角，分别称、进水角和出水角出水角 4、离心泵的叶片形状、离心泵的叶片形状 按叶片的出水角大小分为三种：后弯式、径向后弯式、径向式和前弯式式和前弯式 实际工程中使用的大部分是后弯式叶片，出水角在2030之间，水头损失低、效率高后弯式后弯式径向式径向式前弯式前弯式 5、切向分速度与径向
13、分速度分析、切向分速度与径向分速度分析222222222sincotcosCCCuCCrru2.4.2基本方程式的推导基本方程式的推导 离心泵基本方程 HT=?利用力矩力矩M来推导叶片式泵的基本方程。1、对叶轮构造和液流性质的、对叶轮构造和液流性质的3点假定点假定 （1）液流是恒定流 （2）叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处同 名速度相等 （3）液流为理想液体，即不显示黏滞性，不存 在水头损失，密度不变组成外力矩M的外力 （1）叶片迎水面和背水面作用于水的压力P1、P2 （2）作用在ab与cd面上的水压力P3、P4 （3）作用于水流的摩擦阻力P5、P6（可不考虑）2、叶槽中水流的力矩分析、叶槽
14、中水流的力矩分析利用动量矩定理动量矩定理进行分析 根据动量矩定理：动量矩定理：作用在叶槽中整股水流上的所有外力矩之和M，等于单位时间其动量矩变化。)coscos()(1112221122RCRCdtdmRCRCdtdmMuuR1R2)coscos(111222RCRCQMT 而所以根据动量矩定理得到方程：TQdtdm 根据假定3，叶轮上无功率损失，可得：理论功率所有力所产生的功率，Fv，即 ，且 由假定2可知：u1R1，u2R2离心泵基本方程离心泵基本方程TNM TTTHgQN)coscos(1111222RCRCQHgQTTT)coscos(111222RCRCgHT)(11122uuTCu
15、CugH3、基本方程推导、基本方程推导2.4.3基本方程式的讨论基本方程式的讨论 1 1、为了提高泵的扬程和改善吸水性能，使、为了提高泵的扬程和改善吸水性能，使1 19090 HT=u2C2u/g 2 2越小，泵的理论扬程越大越小，泵的理论扬程越大 2 2、水泵的理论扬程与圆周速度有关、水泵的理论扬程与圆周速度有关 u2nD2/60 增加转速增加转速n n，加大轮径，加大轮径D D2，可以提高泵的扬程，可以提高泵的扬程 3 3、离心泵的理论扬程与液体的、离心泵的理论扬程与液体的密度密度无关，无关，与？有与？有关？关？4 4、泵的扬程由势扬程和动扬程组成、泵的扬程由势扬程和动扬程组成 H=H1+
16、H2 动扬程占的比例小，越小，泵的效率越高2.4.4基本方程式的修正基本方程式的修正 1、假定、假定1（恒定流问题）可以认为能满足（恒定流问题）可以认为能满足 2、假定、假定2（液流均匀一致）在实际中有差异（液流均匀一致）在实际中有差异 反旋现象 泵叶槽中流速的实际分布是不均匀的 理论扬程需要修正 3、假定、假定3（理想液体问题）在实际中有差异（理想液体问题）在实际中有差异 理论扬程需要修正结论结论 泵的实际扬程永远小于理论扬程泵的实际扬程永远小于理论扬程pHHTT1pHHHThTh12.5 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程一、用真空表和压力表的读数表示总扬程一、用真空表和压力表的读数表示
17、总扬程 H=Hd+Hv二、用管道中水头损失及扬升液体高度来表示总扬程二、用管道中水头损失及扬升液体高度来表示总扬程 H=HST+h2.5 离心泵装置的总扬程离心泵装置的总扬程2.5.1 几个重要概念几个重要概念 离心泵装置离心泵装置 总扬程，总扬程，H-泵的扬程 静扬程，静扬程，HST 泵吸水地形高度，泵吸水地形高度，Hss-安装高度 泵压水地形高度，泵压水地形高度，HsdHSTHSSHSd 泵配上管路及一切附件形成的系统。泵配上管路及一切附件形成的系统。泵吸水井的设计水面与水塔（或泵吸水井的设计水面与水塔（或密闭水箱）最高水位之间的测压管密闭水箱）最高水位之间的测压管高差。高差。泵吸水井（池
18、）水面的测压管水面泵吸水井（池）水面的测压管水面至泵轴间的垂直距离。至泵轴间的垂直距离。2.5.2 运行中泵的总扬程计算运行中泵的总扬程计算gvgpzE222222gvvgppzzH221221212HE2E1 根据扬程的定义：根据扬程的定义：根据伯努利方程：根据伯努利方程：则：则：泵进口处泵进口处1-1断面比能：断面比能：gvgpzE221111泵出口处泵出口处2-2断面比能：断面比能：gppgpda 2gppgpva 1)22122gvvzHHHvd（又：又：真空表读真空表读数数压力表读压力表读数数则：则：较小，可忽略较小，可忽略因此：因此：vdHHHgvvgppzzH221221212）
19、（2.5.3 泵站设计时泵的总扬程计算泵站设计时泵的总扬程计算 进行泵站工艺设计时，只能根进行泵站工艺设计时，只能根据原始资料，确定泵站的设计扬程。据原始资料，确定泵站的设计扬程。2221ZgvhHHsssv2Zg2vhHH22dsdddssdsshhHHHhHHST0-0、1-1断面相对于中泵轴线2-2、3-3断面相对于中泵轴线泵的杨程需要多少？泵的杨程需要多少？2.6 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 选定转速n作为常量，可以得到离心泵的参数关于流量的特性曲线：H=f（Q）N=f（Q）Hs=（Q）=（Q）泵的工况泵的工况 对应某一流量下泵的一组基本性能参数值。对应某一流量下泵的一组基本性能
20、参数值。泵的设计工况（额定工况）泵的设计工况（额定工况）泵在效率最高时对应的一组基本性能参数值。泵在效率最高时对应的一组基本性能参数值。泵的极限工况泵的极限工况 泵在流量最大时对应的一组基本性能参数值。泵在流量最大时对应的一组基本性能参数值。gCuHuT222222ctgCuCru代入代入）（2222ctgCuguHrT22FQCTr代入代入）（2222ctgFQuguHTTTTBQAH其中，其中，F2、2、u2为常数为常数基本方程式基本方程式HT=f（QT）22222ctggFuBguA，其中：2.6.1理论特性曲线的定性分析理论特性曲线的定性分析 1、90 (1)直线QT-HT HT=A-
21、BQT (2)直线I （假定（假定2 2的修正）的修正）(3)扣除水头损失()：摩阻、冲击等 (4)扣除容积损失(Q-H线)gpuA)1(22211TQkh 2022)(QQkhT离心泵的理论特性曲线离心泵的理论特性曲线1)水力效率水力效率h h：泵体内两部分水力损失必然要消耗一部分功率，使水泵的总效率下降。2)容积效率容积效率v v：在水泵工作过程中存在着泄漏q和回流问题，存在容积损失。3)机械效率机械效率M M：机械性的摩擦损失总效率ThHH TvQQNNhM hvmhvhThTvuNNNHQgNgQHNN 离心泵的理论特性曲线离心泵的理论特性曲线 2、9090 HT=A+BQT 从上式可
22、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。结论：结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(2030左右)。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Q与轴功率N关系曲线(Q-H曲线)，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化不大的范围内有效地工作。2.6.2实测特性曲线的讨论（以实测特性曲线的讨论（以14SA-10型为例）型为例）因为泵因为泵内的损失很内的损失很难精确计算，难精确计算，因此泵的实因此泵的实际性能曲线际性能曲线一般都是采一般都
23、是采用实验方法用实验方法测量得到的。测量得到的。HQNQ QHs Q 1、Q-H曲线是一条不规则的下降型曲线下降型曲线，与理论分析结果吻合。每一流量都对应有一个H、N、Hs，在各曲线上都对应有一个点。2、水泵的高效段：在一定转速下，离心泵存在最高效率点，称为设计点。该水泵经济工作点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的10左右)都是属于效率较高的区段，称“高效段高效段”在水泵样本中，用两条波形线标出。3.水泵的Q-N曲线为平缓上升的曲线，在流量为零时轴功率不为零，但是为最小（只有额定功率的 30 40%），所以离心泵应“闭阀启动闭阀启动”，但闭阀时间不能太长。4、在QH曲线上各点的纵坐标，表
24、示水泵在各不同流量Q时的轴功率值。电机配套功率的选择应比水泵轴率稍大稍大。电机选择P32(2-50)泵样本中的特性曲线是针对指定液体的，如果输送的液体密度不同时，Q-N曲线不适用。5、水泵的实际吸水真空值必须小于QHS曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。6、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(H)和流量(Q)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生改变。2.7 离心泵装置定速运行工况离心泵装置定速运行工况2.7.12.7.1工况点工况点 水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称水泵瞬时工况点。决定
25、离心泵装置工况点的因素（1）水泵本身型号；（2）水泵实际转速；（3）输配水管路系统的布置以及水池、水塔的水位置等边界条件。2.7.2管道系统特征曲线管道系统特征曲线 水流经过管道时，一定存在水头损失：222)4(21QDgAklhhhjf和局部阻力之和的系数定沿程摩阻代表长表长度、直径一S2SQh 管道水头损失管道水头损失特性曲线特性曲线管道系统管道系统特性曲线特性曲线将管道水头损失特性曲线与泵工作外界条件联系起来考虑2STSTSQHH即：hHH2.7.3图解法求水箱出流的工况点图解法求水箱出流的工况点间接法：扣除管道水头损失折引法折引法水箱水位变化，工况点K会怎样变化？直接法：供给=需求2.
26、7.4图解法求离心泵装置的工况点（直接法）图解法求离心泵装置的工况点（直接法）供给供给要求要求工况点的确定工况点的确定 M点-水输送至高度HST时，泵供给水的总比能与管道系统所要求的总比能相等，成为该泵装置的平衡工况点（工作点）。平衡工况点（工作点）。若管道上所有闸阀都是全开阀都是全开，M为系统的极限工况点，即M点对应QM为保证HST时最大流量。希望工况点落在泵的设计参数值上，效率高、经济。2.7.4图解法求离心泵装置的工况点（折引法）图解法求离心泵装置的工况点（折引法）M是泵和管道系统的平衡点，两者任一改变，工况点发生转移。M的变化通常是HST（水位）、Q（用水量）、S（管道情况）变化引起。
27、2.7.5离心泵装置工况点的改变离心泵装置工况点的改变 有前置水塔的管网中，离心泵工况点的改变 （水泵向水塔输水，水塔水位升高）闸阀调节流量改变离心泵的工况闸阀调节流量改变离心泵的工况（阀门全开对应？工况点，调节阀门流量减小）2.7.6数解法求离心泵装置的工况点数解法求离心泵装置的工况点 原理：拟合QH曲线，与管道系统特性曲线联立求解工况点)(QfH 2SQHHST拟合拟合Q QH H曲线曲线 1、抛物线法 H水泵的实际扬程(MPa)；Hx水泵在Q=0时所产生的虚总扬程(MPa)；hx相应于流量为Q时，泵体内的虚水头损失之和(MPa)。hx=SxQm Sx泵体内虚阻耗系数;m指数(给水管道m=
28、2或1.84)。2、H1、H2、Q1、Q2 为曲线段已知两点两点2QSHhHHxxxx)/(212221QQHHSx）（2、多项式拟合最小二乘法m=2或m=3mmQAQAQAHH2210nimimniminiminiminimiinimimniiniiniiniiinimimniiniiniiQAQAQAQHQHQAQAQAQHQHQAQAQAnHH1212311110111133121101112211012210QAQAHH332210QAQAQAHHm=i，需要i个已知点带入正则方程组，求H0、A1.Ai2.8 离心泵装置调速运行工况离心泵装置调速运行工况2.8.12.8.1叶轮相似定律
29、叶轮相似定律 几何相似条件几何相似条件：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸尺寸成一定比例，所有的对应角相等对应角相等。b2、b2m 实际泵与模型泵叶轮的出口宽度；D2、D2m 实际泵与模型泵叶轮的外径；比例mmDDbb2222 运动相似运动相似的条件是：两叶轮对应点上水流的同名速度速度方向一致，大小互成比例。也即在相应点上水流的速度三角形相似速度三角形相似。既能满足几何几何相似，也能满足运动运动相似就是泵的工况相似，工况相似，泵称为相似泵相似泵。mm2m2m22m22nnDnnDuuCC叶轮相似定律有三个方面：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
30、确定两台在相似工况下运行水泵的流量之间的关系水泵的流量之间的关系mmvvmnnQQ)(3mmnnQQ32222222222)()()(bDFFFCCQQCFQQmmrrmvvmrvTv2 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确定两台在相似工况下运行水 泵的扬程之间的关系泵的扬程之间的关系222)(mmhhmnnHH222mmnnHHmu22u22mhhmu22h)Cu(Cu)(HHg)p1(CuH3 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确定两台在相似工况下运行水 泵的轴功率之间的关系（泵的轴功率之间的关系（抽升液体密度相等）)()(335MmMmmnnN
31、N 335mmnnNNmTTHgQgQHN 2.8.22.8.2相似定律的特例相似定律的特例比例律比例律 把相似定律应用于以不同转速n运行的同一台同一台叶片泵（=1），则可得到比例律比例律：2121nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNN反映了泵转速改反映了泵转速改变情况下，泵性变情况下，泵性能变化的规律能变化的规律-大大有用处有用处1 1、比例律应用、比例律应用图解方法图解方法 (1)已知水泵转速为nl时的(QH)l曲线，但所需的工况点，并不在该特性曲线上，而在坐标点A2(Q2，H2)处。现问；如果需要水泵在A2点工作，其转速n2应是多少?(2)已知水泵nl时的(QH)l曲线，试
32、用比例律翻画转速为n2时的(QH)2 曲线；类似问题，已知n1/n2,和n1下工况点A(QA，HA)，求n2下工况点B(QB，HB)。A(QA,HA)问题(1)：求“相似工况抛物线相似工况抛物线”H=kQ2求A1点：相似工况抛物线与(QH)l线的交点。求n2 n2=n1Q2/Q1kQHQHQQHH22221122121n变化，凡是符合比利率关系比利率关系的工况点，均匀分布在H=kQ2的抛物线上，即等效率曲线。等效率曲线。(2)在(QH)l线上任取a、b、c、d、e、f点；利用比例律求(QH)2上的a、b、c、d、e、f作(QH)2曲线 同理可求(QN)2曲线求(Q)2曲线 在利用比例律时，认为
33、相似工况下对应点的效率是相等的，将已知图中a、b、b、d等点的效率点平移即可调速工况下，计调速工况下，计算出的等效率曲算出的等效率曲线在高效段与实线在高效段与实测曲线重合。测曲线重合。v定速运行与调速运行比较：定速运行与调速运行比较：泵站调速运行的优点表现于：(1)省电耗(即NB2NB2)。(2)保持管网等压供水(即HST基本不变)2 2、比例律应用的数解方法、比例律应用的数解方法 （1）求n2已知n1、(Q-H)1曲线方程及调速后一点(Q，H)xxHkSQnQQnn212112kSHkHkSHQkQQSHHxxxxXX1122 （2）求(Q-H)2 已知n2和(Q-H)1 上两点 调速后方程
34、 22212222)(QSHnnQSHHxxxx2x2122AXAxx2A2BBAx2AXAx2A2BBAx212B,B12BB,212A,A12AA,H)nn(QSHHSQQHHSQSHHQQHHS)nn(HH,nnQQ)nn(HH,nnQQ2.8.2.8.相似准数相似准数比转数比转数(n(ns s)-)-、标准模型泵、标准模型泵（反应相似泵群共同特性，叶轮构造）（反应相似泵群共同特性，叶轮构造）在最高效率下，当有效功率Nu735.5 W(1HP)扬程Hm1m，流量 m3s。这时该模型泵的转数，就叫做与它相似的实际泵的比转数或比速ns。075.0gHN75Qmum4321)()(HHQQnn
35、mms反应叶片泵共性、综合反应叶片泵共性、综合性的特征数，对泵分类性的特征数，对泵分类将模型泵的Hm1m，Qm0.075m3s代入注：(1)Q和H是指水泵转速为n时最高效率时的流量和扬 程，也即水泵的设计工况点。(2)比转数ns是根据所抽升液体密度1000kgm3 水温20清水时得出的。(3)Q和H是指单吸、单级泵的流量和扬程。(4)比转数不是无因次数，它的单位是“rmin”。4365.3HQnns2 2、对比转数的讨论、对比转数的讨论(1)比转数(ns)反映实际水泵的主要性能。当转速n一定时：ns越大，水泵的流量越大，扬程越低。ns越小，水泵的流量越小，扬程越高。4365.3HQnns(2)
36、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ns可对叶片泵进行分类 要形成不同比转数ns，在构造上可改变叶轮的外径(D2)和减小内径(D0)与叶槽宽度(b2)(3)相对性能曲线 ns越小：QH曲线就越平坦；Q0时的N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，启动电流减小；效率曲线在最高效率点两侧下降得也越和缓。ns越大：（反之）最好在稳定的工况下运行，水位变幅不宜过大。2.8.42.8.4调速途径及调速范围调速途径及调速范围 1 1、调速途径、调速途径 (1)电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目的。采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调速运行
37、，可以大量节约电能，并可使电动机空载(或轻载)启动，热能损耗多。(2)电机本身的转速可变。改变电机定子电压调速，改变电机定子极数调速，改变电机转子电阻调速，串级调速以及变频调速等多种。2 2、在确定水泵调速范围时，应注意如下几点：、在确定水泵调速范围时，应注意如下几点：(1)调速水泵安全运行的前提是调速后的转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数。(2)水泵的调速一般不轻易地调高转速。(3)合理配置调速泵与定速泵台数的比例。(4)水泵调速的合理范围应使调速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内。2.9 2.9 离心泵装置换轮运行工况离心泵装置换轮运行工况2.9.12.9.1切削律切削律 1、切削律是
38、建于大量感性试验资料的基础上。如果叶轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。2、此切削限量与水泵的比转数有关。22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN2.8.22.8.2切削律的应用切削律的应用 1 1、切削律应用的两类问题、切削律应用的两类问题 (1)已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。(2)已知要水泵在B点工作，流量为QB，扬程为HB，B点位于该泵的(Q-H)曲线的下方。现使用切削方法，使水泵的新特性曲线通过B点，要求：切削后的叶轮直径D2 是多少?需要切削百分之几?是否超过切削限量?(1)已知D2和D2，画D2时特性曲线 解决这一类问题的方法
39、归纳为“选点、计算、立点、连线”四个步骤。Q QH HQ-HQ-H1 1 2 24 43 35 56 6Q-Q-HHQ-NQ-NQ Q-N-NQ-Q-Q-Q-0 0(2)已知已知D2和所需工况点，求D2 求“切削抛物线”求A点坐标：切削抛物线与(QH)线的交点。求D2：切削量百分数:2KQH 22DQQD%100(%)222DDD切削量2 2、应用切削律注意点、应用切削律注意点(1)切削限量(2)对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。(3)沿叶片弧面在一定的长度内铿掉一层，则可改善叶轮的工作性能。(4)叶轮切削使水泵的使用范围扩大离心泵性能曲线型谱图离心泵性能曲线型谱图2.10 2.10
40、 离心泵并联及串联运行工况离心泵并联及串联运行工况水泵并联工作：(1)增加供水量；(2)通过开停水泵的台数调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水；(3)水泵并联扬水提高泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性。2.10.1 2.10.1 并联工作的图解法并联工作的图解法 1 1、泵并联性能曲线的绘制、泵并联性能曲线的绘制Q Q0 0H H绘制方法绘制方法：等杨程下流量叠加潜在要求：潜在要求：在到公共点之前管道水头损失可视为零的情况下实际中需满足什么情况实际中需满足什么情况？从泵吸水口到公共点管道较短，水头损失可忽略不计（100-200m）2 2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作、同型号、同水位
41、的两台水泵的并联工作 (1)绘制两台水泵并联后的总和(Q-H)l+2曲线 hAO=hBO,QAO=QBO=Q/2 等杨程下流量叠加 (2)绘制管道系统特性曲线,求并联工况点M (3)求每台泵的工况点NOGAOSThhHH221)41(QSSHHOGAOSTHST2 2、同型号、同水位的两台水泵的并联工作、同型号、同水位的两台水泵的并联工作Q Q(Q-H)(Q-H)1+21+2(Q-H)(Q-H)1,21,2H HQ-HQ-HM MQ Q1+21+2Q Q1,21,2N NH HN N1,21,2NNS SHHQQ结论：结论：(1)NN1,2，因此，在选配电动机时，要根据单泵单独工作的功率来配套
42、 (2)QQ1,2，2QQ1+2，即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加多台泵并联时的工况多台泵并联时的工况注意：注意：(1)如果所选的水泵是以经常单独运行为主的，那么，并联工作时，要考虑到各单泵的流量是会减少的，扬程是会提高的。(2)如果选泵时是着眼于各泵经常并联运行的，则应注意到，各泵单独运行时，相应的流量将会增大，轴功率也会增大。3 3、不同型号的、不同型号的2 2台泵在台泵在相同水位相同水位下的并联工作（非下的并联工作（非对称水泵并联）对称水泵并联）(1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)、(Q-H)曲线 A-B与B-C段水损不等，泵工况点杨程不等，无法直接叠加无法直接叠加
43、(2)绘制两台水泵折引至折引至B B点点的(Q-H)曲线(3)绘制BD段管道系统特性曲线,求并联工况点E (4)求每台泵的工况点2ABABBQSHhHH2BCBCBQSHhHH2BDSTBDSTBQSHhHH不同型号的不同型号的2 2台水泵在相同水位下的并联工作台水泵在相同水位下的并联工作Q QHHH H(Q-H)(Q-H)(Q-H)(Q-H)Q-HQ-HABABQ-HQ-HBCBCQ QH HQ Q(Q-H)(Q-H)+Q-HQ-HBDBDE E并联机组的总轴功率及总效率：并联机组的总轴功率及总效率：212211212121NNHQHQNNNQ QHHH H(Q-H)(Q-H)(Q-H)(Q
44、-H)Q-HQ-HABABQ-HQ-HBCBCQ QH HQ Q(Q-H)(Q-H)+Q-HQ-HBDBDE E 4、如果两台同型号并联工作的水泵，其中一如果两台同型号并联工作的水泵，其中一台为调速泵，另一台是定速泵，在台为调速泵，另一台是定速泵，在相同水位下相同水位下。可形成一个可形成一个工作面工作面覆盖大部分所需工况点覆盖大部分所需工况点在调速运行中可能会遇到两类问题：(1)调速泵的转速n1与定速泵的转速n2均为已知，试求二台并联运行时的工况点。其工况点的求解可按不同型号的2台水泵在相同水位下的并联工作所述求得。HHQ(Q-H)调(Q-H)定(Q-H)定+调 (2)只知道调速后两台泵的总供
45、水量为QP(HP为未知值)，试求调速泵的转速n1值(即求调速值)。1.画出BD段管道特性曲线，找出并联工况点P；2.推出单泵折引后杨程HB；3.作图得出定速泵折引后工况点H；4.得出定速泵工况点J；5.计算得出调速泵工况点M；6.根据相似工况抛物线找出M相似点T；7.求调解后转速4 4*、不同型号的、不同型号的2 2台泵在台泵在不同水位不同水位下的并联工作下的并联工作（非对称水泵并联）（非对称水泵并联）(1)绘制两台水泵折引至B点的(Q-H)、(Q-H)曲线 A-B与B-C段水损不等，泵工况点杨程不等，无法直接叠加无法直接叠加(2)绘制两台水泵折引至折引至B B点点的(Q-H)曲线(3)绘制B
46、D段管道系统特性曲线,求并联工况点E (4)求每台泵的工况点2AB1AB1BQSHZhHZH2BC2BC2BQSHZhHZH2BD0STBD0STBQSHhHH0 5 5、一台水泵向两个并联工作的高地水池输水、一台水泵向两个并联工作的高地水池输水 三种情况三种情况（先判断）（先判断）1.HBZD（HST2）,ZC（HST1）泵向两个高位水池输水泵向两个高位水池输水2.ZD HBZC（HST1）泵和水池泵和水池D并联工作，向并联工作，向C输水输水3.HB=ZD水池水池D不进不出，泵单独向不进不出，泵单独向C供供水水（1）水泵向两个高地水池输水HBZD（HST2）,ZC（HST1）1）泵折引到B点
47、 HB=EB=H0-hAB2）画出BD、BC两条管道特性曲线：HB=ZD+hBD=ZC+hBCQ AB=QBD+QBC，采用等水头流量叠加的曲线叠加方式.（2）水泵与高水池D并联工作，共同向低水池C输水1）泵和水池D折引到B点 泵：HB=H0-hAB高位水池：HB=ZD-hBDQBC=QBD+QAB 曲线叠加2）画出BC管道特性曲线：HB=ZC+hBC.2.10.2 2.10.2 定速运行下并联工作的数解法定速运行下并联工作的数解法2.10.3 2.10.3 调速运行下并联工作的数解法调速运行下并联工作的数解法2.10.4 2.10.4 并联工作中调速泵台数的选定并联工作中调速泵台数的选定 调
48、速泵与定速泵配置台数比例的选定，应以充分发挥每台调速泵在调速运行时仍能在较高效率范围内运行为原则。HAHBA AB BnQ 1A+mQ2AnQ 1B+mQ2B HA=HX-SX(nQ 1A+mQ2A)2 HB=HX-SX(nQ 1B+mQ2B)2求出HX、SXH=HX-SXQ2HQ例 要求：使每单台调速泵的流量由1/2定速泵流量到满额定速泵供水量之间变化2.10.5 2.10.5 水泵串联工作水泵串联工作 各水泵串联工作时，其总和（Q-H）性能曲线等于同一流量下扬程的叠加同一流量下扬程的叠加实用井泵采用多级串联叶轮，H可提至200300m，加大叶轮D，或n都难以实现。结论：结论：多级泵，实质上
49、就是n级水泵的串联运行。随着水泵制造工艺的提高，目前生产的各种型号水泵的扬程，基本上已能满足给水排水工程的要求，所以，一般水厂中已很少采用串联工作的形式。2.11离心泵吸水性能离心泵吸水性能2.11.1吸水管中压力的变化及计算吸水管中压力的变化及计算Pk=Pmin K点处叶轮背后压力最低点 0 K)1WW(202K 表示吸水井中能量余裕值，PK不低于该温度下Pva 是泵壳进口外部的压力下降值；()反映了泵壳进口内部的压力下降值。此值中 是叶轮进口和进口附近叶片背面(背水面)的压头差，通常不小于3m,由水泵的构造和工况而定的。gWgvChgvHppssska22)2(20212021kapp)2
50、(21ssshgvHgWgvC22202120gW220吸水池水面上的压头 和泵壳内最低压头 之差用来支付：(1)把液体提升Hss高度(2)克服吸水管中水头损失(3)流速水头(4)产生流速水头差值(5)供应叶片背面K点压力下降值当Pk小于等于Pva时发生气蚀和气穴现象gWgvChgvHppssska22)2(20212021apkpshgv221gvC22120gW2202.11.2 2.11.2 气穴和气蚀气穴和气蚀1 1、气穴现象、气穴现象 当叶轮进口低压区的压力PkPva 时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。汽泡随水
