2014第1章泵的工作原理和构造解析.ppt

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1、第一章第一章 泵的工作原理和构造泵的工作原理和构造 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。根据叶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，离心泵离心泵使用最普遍。1.1 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1.1.1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，液体沿圆筒壁上升的高度越大1.1.2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 吸水装置的基本构

2、造吸水装置的基本构造 泵壳、泵轴、叶轮、吸水管、压水管、底阀、闸阀、灌水漏斗、泵座等 2、单吸式叶轮、单吸式叶轮 前盖板、后盖板、叶片、叶槽、吸水口、轮毂、泵轴等1.1.3 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一、叶轮（又称工作轮）一、叶轮（又称工作轮）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）单单吸吸式式双双吸吸式式 （2）叶轮盖板情况 可分为封闭式封闭式、敞开式敞开式和半开式半开式叶轮 封闭式应用最广，叶片一

3、般较多 污水泵有时采用敞开式或半开式，叶片较少二、泵轴二、泵轴 用来旋转叶轮，具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。三、泵壳三、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 锥形扩散管的作用四、泵座四、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）叶轮和泵轴与泵壳和泵座之间存在3处交接部分（11填料盒、12减漏环、13轴承座

4、）五、轴封装置五、轴封装置 轴与壳之间的间隙处设置的密封装置，称为轴封轴封 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填料密封和机械密封机械密封两种 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 压盖的作用 压紧填料；程度以水封管内水能够通过填料缝隙呈滴状渗出为宜。叶轮叶轮水泵水泵轴轴固定部固定部分与转分与转动部分动部分的间隙的间隙 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

5、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、静环端面接触面积六、减漏环六、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，易损件七、轴承座七、轴承座 分为滚动轴承和滑动轴承两种；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，油润滑八、联轴器八、联轴器 电动机的动能通过联轴器传递给泵；又称靠背轮 分为刚性和挠性联轴

6、器两种 刚性联轴器主要用于小型泵或立式泵机组九、轴向力平衡措施九、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 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12 3 4 567 89 10 11 1214 13 12 11 10 9 87 65 4321151617 1819 201.1.4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 水泵种类水泵种类水泵种类水泵种类型号举例型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

7、-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-100

8、1200ZLQ-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-泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，泵出口直径，inininin 1.2 1.2 轴流泵及混流泵轴流泵及混流泵1.2.1 1.2.1 轴流泵的基本构造轴流泵的基本

9、构造(1)吸入管(2)叶片(3)叶轮(4)导叶(5)轴(6)机壳(7)出水弯管轴流泵轴流泵(1)吸入管 一般采用符合流线型喇叭管或做成流道形式(2)叶轮 固定式、半调式和全调式(3)导叶 把叶轮中向上流出的水流旋转运动变为轴向运动(4)轴和轴承 导轴承、推力轴承(5)密封装置 压盖填料型1叶片 2轮毂体 3角度位置4调节螺母1.2.2 1.2.2 轴流泵的工作原理轴流泵的工作原理 空气动力学中机翼的升力理论P PB BA AP P1.2.3 1.2.3 轴流泵的性能特点轴流泵的性能特点 1 1、扬程随流量的减小而剧烈增大，、扬程随流量的减小而剧烈增大，Q QH H曲线陡降，曲线陡降，并有转折点

10、并有转折点 2 2、Q QN N曲线为陡降曲线，一般称为曲线为陡降曲线，一般称为“开闸启动开闸启动”3 3、Q Q曲线呈驼峰形。也即高效率工作的范围很小曲线呈驼峰形。也即高效率工作的范围很小轴流泵的通用特性曲线轴流泵的通用特性曲线轴流泵特性曲线轴流泵特性曲线 4 4、在水泵样本中，轴流泵的吸水性能，一般、在水泵样本中，轴流泵的吸水性能，一般是用气蚀余量是用气蚀余量hhsvsv来表示的。一般轴流泵的气蚀来表示的。一般轴流泵的气蚀余量都要求较大余量都要求较大1.2.41.2.4轴流泵的主要应用轴流泵的主要应用 适于输送清水或物理、化学性质类似于清水的液体，不同类型的轴流泵对所输送液体温度的要求不同

11、(如ZLB型要求液体温度不超过50)可供电站循环水、城市给水、农田排灌等之用1.2.5 1.2.5 混流泵混流泵 蜗壳式、导叶式1.3 1.3 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1.3.1 IS1.3.1 IS系列单级单吸式离心泵系列单级单吸式离心泵 现行水泵行业首批采用国际标准联合设计的新系列产品 适合输送清水及物理化学性质相类似的其它液体，主要用于工业和城市给水、排水，亦可用于农业排灌，互换性强、高效节能1.3.2 Sh(SA)1.3.2 Sh(SA)系列单级双吸式离心泵系列单级双吸式离心泵 这种泵在城镇给水、工矿企业的循环用水、农田灌溉、防洪排涝等方面应用十分广泛，是给

12、水排水工程中最常用的一种水泵。目前，常见的流量为90-20000m3/h，扬程为10l00mH2O 按泵轴的安装位置不同，有卧式和立式两种。卧式卧式立式立式1.3.3 D(DA)1.3.3 D(DA)系列分段多级式离心泵系列分段多级式离心泵 这类泵扬程在100-650mH2O高范围内，流量在5720m3/h范围内D型多级离心泵1.3.1.3.JD(J)JD(J)系列深井泵系列深井泵深井泵是用来抽升深井地下水的。主要由三部分组成：1、包括滤网在内泵的工作部分2、包括泵座和传动轴在内的扬水管部分3、带电动机的传动装置部分等。这类泵实际上是一种立式单吸分段式多级离心水泵。QJ/QJT系列深井潜水泵1

13、.3.1.3.潜水泵潜水泵潜水泵的持点是机泵一体化，潜水给水泵常用的型号为QXG，其流量范围为200-400m3/h，扬程范围为65-60mH2O，功率范围为11-150kW。按用途分，给水泵、排污泵；按叶轮形式分，离心式、轴流式及混流式潜水泵等潜水排污泵潜水排污泵潜水泵潜水泵1.3.6 1.3.6 污水泵、杂质泵污水泵、杂质泵 它与清水泵的不同处在于:叶轮的叶片少，流道宽，便于输送带有纤维或其它悬浮杂质的污水。另外，在泵体的外壳上开设有检查、清扫孔，便于在停车后清除泵壳内部的污浊杂质QWQW型潜水排污泵型潜水排污泵1.4 泵的性能参数 用于表征水泵基本性能的参数，叫做泵的性能参数。主要性能参

14、数有6个：流量、扬程、功率、效率、转速和允许吸上真空高度（或必需汽蚀余量）。这些参数之间互为关联，当其中某一参数发生变化时，其他参数也会发生相应的变化，但变化规律取决于水泵叶轮的结构型式和特性。下面对水泵的性能参数分述如下:一、流量一、流量Q1、体积流量、体积流量Q和质量流量和质量流量Qm单位时间内流出泵出口断面的液体体积或质量，分别称为体积流量Q和质量流量Qm。Q单位：L/s、m3/s、m3/hQm单位：kg/s、t/h二者关系：Qm=Q 为液体密度，kg/m32、理论流量、理论流量QT和泄漏流量和泄漏流量qQT是指通过水泵叶轮的流量。q是指流出叶轮的理论流量中，有一部分经水泵转动部件与静止

15、部件之间存在的间隙，以及经平衡孔流回叶轮进口和流出泵外的流量。由此可知，水泵流量Q、理论流量QT和泄漏流量q之间的关系如下：QT=Q+q二、扬程二、扬程H是指被输送的单位重量液体流经水泵后所获得的能量增值，即水泵实际传给单位重量液体的总能量，单位：m,扬程也可表示为水泵进、出口断面的单位能量差。1、水泵的扬程、水泵的扬程我们知道扬程的定义是：被输送液体，从水泵进口到出口，单位重量的液体所增加的能量。（1）能量增加H=E2-E1式中：E2，E1分别为水泵进、出口处的总能量。现在，我们以吸水池的水面作为基准面0-0，分别写出水泵进口断面1-1和出口断面2-2的能量方程式，则可以求出E1即E2的值。

16、（2）组成各项能量的物理意义 E1=z1+p1/+v12/2g E2=z2+p2/+v22/2g 则：则：H=E2-E1=（z2-z1）+（p2-p1）/+（v22-v12）/2g（2-31）式中：z1，p1/，v1；z2，p2/，v2分别为1-1，2-2断面处的位置头、绝对压头和速度头。而而 p1=pa-pv p2=pa-pd（电能转变为压能）（电能转变为压能）式中：pa大气压（kg/cm2）pv，pd分别为真空表和压力表的读数，此读数为比1个大气压压力低或高多少数值。（2-31）式中（z2-z1）是位能差，（p2-p1）/是压能差，二者合起来称之为势能差势能差，（v22-v12）/2g是动

17、能差动能差。通过以上公式可知，通过水泵的液体能量增加体现为势能和动能的增加。在实际工作中，水泵扬程是通过实测方法得到的，或者应用经验公式。见课本P47(2-33),(2-34)2、水泵装置需要扬程、水泵装置需要扬程HR是指水泵装置或水泵系统的扬程，其表达式为：HR=Hst+hlHst-装置静扬程，即上下水位差与上下水面上压头差之和。单位mhl-为进、出水管路系统的水力损失之和。单位m上式表明，为把进水池中的水送到出水池，需要提供的单位能量，即水泵的装置需要扬程为装置静扬程与进、出水管路系统的阻力损失之和。三、功率三、功率P是指水泵单位时间内对液流所作功的大小，单位W，KW可包括：轴功率、有效功

18、率、动力机配套功率、水功率和泵内轴功率、有效功率、动力机配套功率、水功率和泵内损失功率损失功率。下面分别来介绍：1、轴功率、轴功率P是指动力机经过传动设备后传递给水泵主轴上的功率，即水泵的输入功率。通常铭牌上所列功率为水泵轴功率铭牌上所列功率为水泵轴功率。2、有效功率、有效功率Pe是指单位时间内，流出泵液体所获得的能量，即水泵对泵输送水泵对泵输送液体所作的实际有效功液体所作的实际有效功。Pe=gQH其中-液体密度g-重力加速度Q-水泵实际流量H-水泵实际扬程3、动力及配套功率、动力及配套功率Pg是指与水泵配套的动力机的输出功率。一般PgPPe可按下式进行计算，Pg=KP其中，K为动力机功率备用

19、系数。4、水功率、水功率Pw是指水泵的轴功率在克服机械阻力后剩余的功率轴功率在克服机械阻力后剩余的功率，也就是叶轮传递给通过其内的液体的功率。P=P-Pm=gQTHT其中，Pm-水泵的机械损失功率QT-理论流量HT-理论扬程，水泵输送理想液体时的理想扬程，既不考虑泵内任何流动损失的扬程。5、泵内损失功率、泵内损失功率P水泵的输入功率（轴功率），只有部分传给了被输送的液体，这部分功率即为有效功率，另一部分被用来克服水泵运行被用来克服水泵运行中泵内存在的各种损失，也就是损失功率中泵内存在的各种损失，也就是损失功率。泵内的功率损失可分为三类：机械损失、容积损失和水力损失机械损失、容积损失和水力损失，

20、现分述如下：（1）机械损失机械损失Pm包括转子旋转所引起的水泵密封装置及轴承的机械摩擦损失和叶轮前后盖板外表面与液体之间的摩擦损失（圆盘摩擦损失）两部分。水泵密封装置及轴承的机械摩擦损失与其结构型式有关，这两项损失之和大约只占轴功率的1%3%，相对其它各项损失来说很小。圆盘摩擦损失是机械损失的圆盘摩擦损失是机械损失的主要部分，约为轴功率的主要部分，约为轴功率的2%10%。（2）容积损失功率容积损失功率Pv是指由泄漏流量q引起的功率损失，即 Pv=gqHT（3）水力损失功率水力损失功率Ph液体由水泵进口经过叶轮至水泵出口流出，在泵内会有各种够水力损失。包括:a经过泵内各过流段的沿程表面摩擦损失沿

21、程表面摩擦损失。b由于液流沿程过流面积或液流方向突然改变产生的局部局部水力损失水力损失。c由于其他原因产生的漩涡所引起的损失漩涡所引起的损失等。由此可见，水力损失的大小与液体的种类及其在泵内的流动性态和泵内流道的结构型式、表面粗糙程度等因素有关。Ph=gQHhl=gQ(HT-H)其中，Hhl-由于水力损失引起的损失扬程，即Hhl=HT-H四、效率四、效率水泵传递能量的有效程度水泵传递能量的有效程度叫做效率。可分为水泵效率、机械效率、容积效率和水力效率。1、水泵效率水泵效率：用来反映泵内损失功率的大小及衡量轴功率的有效利用程度。可用下式表示：=Pe/P*100%2、机械效率机械效率m：衡量机械损

22、失大小的参数。m=(P-Pm)/P*100%=Pw/P*100%3、容积效率、容积效率v：衡量容积损失大小的参数。v=（Pw-Pv）/Pw=(gQHT)/(gQTHT)=Q/QT*100%4、水力效率、水力效率h：衡量水力损失大小的参数。h=(Pw-Pv-Ph)/(Pw-Pv)=Pe/(Pw-Pv)=(gQH)/(gQTHT-gqHT)=H/HT*100%水泵效率和机械效率m、容积效率v、水力效率h的关系：=Pe/P=Pw/P*(Pw-Pv)/Pw*Pe/（Pw-Pv）=m*v*h由上式可知，水泵效率是机械效率、容积效率、水力效率三者的乘积。因此，要提高水泵的效率就需要在设计、制造及运行方面尽

23、可能减少机械、容积和水力损失。目前，离心泵的效率大约在0.450.9的范围内，轴流泵的效率范围在0.70.9五、转速五、转速n是指水泵轴或叶轮每分钟旋转的次数，单位为r/min，水泵是按一定转速设计的，因此，配套的动力机除功率应满足水泵运行的工况要求外，在转速上也应与水泵转速一致。常用的水泵转速为：中小型离心泵 7302950 r/min中小型轴流泵 2501450 r/min大型轴流泵 100250 r/min六、允许吸上真空高度六、允许吸上真空高度Hs（必需气蚀余量（必需气蚀余量hr）是表征水泵在标准状态下的气蚀性能的参数在标准状态下的气蚀性能的参数。为了避免水泵气蚀的发生，就必须通过泵的气蚀性能参数来正确确定泵的几何安装高度和设计水泵装置系统。关于气蚀的概念和气蚀性能参数的定义及其物理意义等的进一步说明，见以后章节。以上水泵的6个性能参数表征了水泵的性能，是了解水泵运行特性的重要指标，他们通常可以在水泵产品说明书上获得。此外，每台水泵的铭牌上也有标识。作业一台H=25m，Q=180m3/h，泄漏量为5.2m3/h的离心泵，以n=1450r/min的转速运行时，泵的轴功率P=14.67kW.机械效率m=95.2%。试求（1）泵的有效功率；（2）泵的效率；（3）泵的容积效率；（4）泵的水力效率。