第二章叶片式水泵

第二章叶片式水泵 • 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

2.1 离心泵的工作原理与基本构造 • 2.1.1两个例子 (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，旋转的离心力把水甩走，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，旋转的离心力把水甩走，如图所示。

2.1.2 工作原理 • 离心泵基本构造及工作原理

2.2 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。

单级单吸卧式离心泵 1-叶轮；2-泵轴；3-键；4-泵壳；5-泵座；6-灌水孔；7-放水孔，8-接真空表孔，9-接压力表孔，10-泄水孔，11-填料盒；12-减漏环；13-轴承座；14-压盖调节螺栓；15-传动轮

单级单吸卧式离心泵

1、叶轮 叶轮：单吸式、双吸式 1吸入口；2轮盖；3叶片 4轮毂；5轴孔 l前盖板；2后盖板；3叶片；4叶槽；5吸水口；6轮毂；7泵轴

2、泵轴 • 3、泵壳 • 4、泵座泵键铸铁水泵配件、泵轴

5、轴封装置：泵轴与泵壳间 (1)填料密封压盖填料型填料盒 1轴封套；2填料；3水封管；4水封环；5压盖

(2)机械密封 DY101型系列机械密封

112型系列机械密封

6、减漏环(承磨环) 叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处 1、泵壳；2、镶在泵壳上的减漏环； 3、叶轮；4、镶在叶轮上的减漏环

7、轴承座 ZHZ滑动轴承滚动轴承

8、联轴器 ZML膜片及连轴器

9、轴向力平衡措施 平衡孔 1 排出压力；2加装的减漏环 3平衡孔；4泵壳上的减漏环

IS型单级单吸离心泵

单级双吸离心泵

单级双吸离心泵结构图 1泵体；2 泵盖；3叶轮；4泵轴；5密度封环；6轴套：7填料盒；8填料；9水封环；10压盖；11轴套螺母：12轴承体；13固定螺钉；14轴承体压盖；15滚动轴承；16联轴器；17轴承端；18挡水圈；19螺杆；20键

2.3 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，常用的体积流量单位是m3／h或L／s。常用的重量流量单位是t／h。

2、扬程(总扬程) ——水泵对单位重量(1kg)液体所作功，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kg·m／kg，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。

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。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　　表示泵的有效功率为

4、效率——水泵的有效功率与轴功率之比值，以η表示。4、效率——水泵的有效功率与轴功率之比值，以η表示。 t：运行时间h η1：水泵的效率 η2：电机的效率

例：某水厂取水泵站，供水量Q＝8.64×104m3／d，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？例：某水厂取水泵站，供水量Q＝8.64×104m3／d，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？

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r／min。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r／min。在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次／nlin)

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Δh来表示的。

2.4 离心泵的基本方程式 • 2.4.1叶轮中液体的流动情况 (1)相对速度W；　圆周速度u； (牵连速度) 　绝对速度C (2)C与u的夹角α； C与W的夹角β

离心泵叶片形状 （a) 后弯式 (β２＜90°) （b)径向式 (β２＝90°) （b) 前弯式 (β２＞90°)

叶轮出口速度三角形

2.4.2 基本方程式的推导 三点假定： (1)液流是恒定流； (2)叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的同名速度相等。 (3)液流为理想液体，也即无粘滞性。

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单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化(流出液体的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差)等于作用于该控制面内所有液体质点的外力矩之和。

取进出口轮缘(两圆柱面)为控制面。 组成M的外力有： 1、叶片迎水面和背水面作用于水的压力P2及Pl； 2、作用叶轮进出口圆柱面上的水压力P3及P4，它们都沿着径向，所以对转轴没有力矩； 3、作用于水流的摩擦阻力P5及P6，但由于是理想液体，故不予考虑； 4、重力的合力矩等于零

C α2 1、对轮心取矩 2、叶轮对流体所作功率 3、理论扬程

2.4.3基本方程式的讨论 （1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取α１＝ 90°，既Ｃ１u=0 则（2）则增加转速(n)相加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬程。

(3)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，水泵所消耗的功率将是不同的。 (4) 水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程(H1)，另一部分为动扬程(H2)，它在流出叶轮时，以比动能的形式出现。

ηh——水力效率; p——修正系数。 • 2.4.4基本方程式的修正假定1 基本满足。假定2 “反旋现象”。假定3 有水力损耗

§ 2.5 离心泵装置的总扬程 • 2.5.1离心泵装置水泵配上管路及一切附件后的“系统” • 2.5.2水泵的总扬程基本计算方法：（1）进出口压力表表示（校核）（2）用扬升液体高度和水头损失表示（设计）

2.5.2水泵装置的工作扬程 （1）基本计算公式 Hd：　　以水柱高度表示的压力表读数（m） Hv：　　以水柱高度表示的真空表读数（m）

（2）公式推导:

2.5.3水泵装置的设计扬程 （1）基本计算公式: HST：水泵的静扬程（mH2O） Σh：水泵装置管路中水头损失之总和（mH2O）

同理： （2）公式推导:

思考： 对于公式有没有简便的方法进行公式推导？

注：本节中所介绍的求水泵扬程公式，对于其它各种布置形式的水泵装置也都适用，包括自灌式。注：本节中所介绍的求水泵扬程公式，对于其它各种布置形式的水泵装置也都适用，包括自灌式。自灌式水泵的公式推求，请大家自学。

例：水泵流量Q=120 l/s，吸水管管路长度l1=20m；压水管管路长度l2=300m；吸水管径Ds=350mm，压水管径Dd=300mm ；吸水水面标高58.0m；泵轴标高60.0m ；水厂混合池水面标高90.0m 。求水泵扬程。 • 注：i1=0.0065, i2 =0.0148 ；吸水进口采用滤水网，90弯头一个， DN=350*300mm渐缩管一个；压水管按长管计，局部水头损失占沿程10%。

§ 2.6 离心泵的特性曲线 • 2.6.1离心泵的特性曲线特性曲线：在一定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等随流量的变化关系称为特性曲线。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同，但都有共同的变化趋势。

2.6.2理论特性曲线的定性分析 QT——泵理论流量(m3／s)。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量； F2——叶轮的出口面积(m2)； C2r——叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m／s)。

1、 β２＜90° (1)直线QT-HT (2)直线I (3)扣除水头损失(Ⅱ) 摩阻、冲击 (4)扣除容积损失(Q-H线)

(1)水力效率ηh：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。(1)水力效率ηh：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ηv：在水泵工作过程中存在着泄漏和回流问题，存在容积损失。 • (3)机械效率ηM：机械性的摩擦损失 • 总效率

2、(β２＜90°) 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。

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