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1,第一章 概 論,——水工藝泵與泵站的作用及發(fā)展,2,前 言,學(xué)時(shí)安排：水泵基礎(chǔ)理論（20）+泵站（16） 課堂任務(wù) （1）有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)（包括概念、公式定律及分析思路）； （2）介紹與專業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系較緊密的技能常識(shí)； （3）介紹泵業(yè)發(fā)展新動(dòng)向及研究前沿課題。 課后任務(wù) 自學(xué)，作業(yè) 參考課堂內(nèi)容查閱資料 課外科研,3,一、泵的定義,定義： 將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并傳遞給被輸送介質(zhì)的動(dòng)能和壓能的一種機(jī)械 背景知識(shí)： 泵是我國(guó)三大耗能機(jī)械產(chǎn)品（汽車(chē)、機(jī)床、水泵）之一，水泵效率提高1%即相當(dāng)于我國(guó)新建了一座300MW發(fā)電廠。 我國(guó)風(fēng)機(jī)、泵的總用電占全國(guó)用電量的31%，占工業(yè)用電的約50%，各工業(yè)部門(mén)機(jī)泵用電量均占60%以上。 例如：電力72.43%；化肥76%；煉油58.15%；油田63.3%,4,二、泵的分類(lèi),根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類(lèi)方法： 介質(zhì)性質(zhì)（用途）： 清水泵、污水泵、渣漿泵、油泵 泵體結(jié)構(gòu)： 葉片泵、容積泵（往復(fù)泵或活塞泵、轉(zhuǎn)子泵）、其他類(lèi)型泵（螺旋泵、氣升泵、射流泵、水錘泵） 葉片泵按輸送特性或工作原理分為：離心泵、軸流泵、混流泵 小知識(shí) 給排水、石油化工、航空航天、水利水電中最常用的泵為葉片泵 葉片泵定義：通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把機(jī)械能傳給被抽吸液體的機(jī)械。,5,離心泵,,6,軸流泵,,7,混流泵,,8,三、作用和地位,1、作用：輸送、加壓、混合 水泵及水泵站是給排水工程的主體動(dòng)力工程 一種醫(yī)用泵——人體血液體外循環(huán)泵，即是泵與給排水工程關(guān)系的最好例子，即心臟與肌體的關(guān)系，輸送介質(zhì)即為血液。 2、泵站在給排水中的位置 給水廠： 取水泵站（取自水源）→凈水處理工藝構(gòu)筑物（過(guò)濾反沖洗）→送水泵站（至用戶管網(wǎng)） 污水處理廠： 污水泵站（收集污水）→水處理工藝構(gòu)筑物（回流污泥泵房、排污泵）→排水泵站（或自排入水體） 輸送管道工程：中途加壓泵站（給水）、提升泵站（排水）,9,四、泵的研究現(xiàn)狀,泵應(yīng)用研究所關(guān)心的兩大問(wèn)題 工程實(shí)用性：不同類(lèi)型的泵應(yīng)滿足各行各業(yè)工藝要求，且具有易維修及耐久性； 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：泵工藝制造方面造價(jià)低，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用低。 主要研究 泵的設(shè)計(jì)理論：提高效率、汽蝕防治、消除駝峰（小流量不穩(wěn)定運(yùn)行）、無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)等 泵的優(yōu)化運(yùn)行 研究動(dòng)態(tài) 特種泵的設(shè)計(jì) 低比轉(zhuǎn)速泵、超低比轉(zhuǎn)速泵、渣漿泵（固液兩相流）、高溫高揚(yáng)程泵（鍋爐水）、低溫高壓泵（液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳）、電動(dòng)潛油泵、砂泵、磁力驅(qū)動(dòng)離心泵。其他特種泵如往復(fù)泵（揚(yáng)程高，流量穩(wěn)定）,10,四、泵站的研究現(xiàn)狀,節(jié)能改造措施 近年來(lái)，節(jié)能改造更換耗能大的老設(shè)備；改造設(shè)備包括切割葉輪外徑、減少葉輪級(jí)數(shù)，改用高效率泵和機(jī)電；合理設(shè)計(jì)選型等，進(jìn)一步節(jié)能的潛力在于運(yùn)行中的優(yōu)化調(diào)度。 設(shè)計(jì)選型的誤區(qū) 一般沒(méi)有過(guò)多考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而按最不利工況選泵。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，各廠的原料一般達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，減量較大，處理量時(shí)大時(shí)小，靠閥門(mén)調(diào)節(jié)流量能耗很大。,第二章,11,第二章 葉 片 式 水 泵,—泵的工作原理、基本構(gòu)造及主要零件,第二章,12,第一節(jié) 離心泵的工作原理與基本構(gòu)造,一、葉片泵發(fā)展的歷史 二、葉片泵特點(diǎn) 依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)完成能量轉(zhuǎn)換 三、葉片泵的分類(lèi) 根據(jù)水流通過(guò)葉輪時(shí)的受力方向： 徑向流→離心泵→主力為離心力 軸向流→軸流泵→主力為軸向升力 斜向流→混流泵→主力為離心力和軸向升力的合力,第二章,13,一、工作原理,P4圖2-1 轉(zhuǎn)速↑△H↑ 半徑↑△H↑ 質(zhì)點(diǎn)繞定位的中心軸作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受到離心力作用,第二章,14,二、構(gòu)成,P4圖2-2單級(jí)單吸式離心泵 ， 圖2-3葉輪 葉輪、泵殼、泵軸、軸承、進(jìn)水口、擴(kuò)壓室、支座、軸封 吸水管、出水管,第二章,15,三、工作過(guò)程,P5圖2-3 1、離心、真空→工作、連續(xù) 2、能量的轉(zhuǎn)換及損失,第二章,16,第二節(jié) 離心泵主要零件,根據(jù)工作原理理解主要部件的結(jié)構(gòu)及其作用 P5圖2-4 重點(diǎn)五大部件，結(jié)合認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)進(jìn)一步建立感性認(rèn)識(shí) 依次為： 葉輪、泵殼、泵軸、填料函、檢漏環(huán)、軸承、泵座、聯(lián)軸器,第二章,17,一、葉輪,1、作用：通過(guò)其旋轉(zhuǎn)時(shí)介質(zhì)流體獲得離心力 2、形狀、型式 根據(jù)吸水方式分為:單吸式、雙吸式（P5圖2-3、P6圖2-5） 根據(jù)蓋板數(shù)分為:封閉式、敞開(kāi)式、半開(kāi)式（P6圖2-6） 其形狀（前彎式、后彎式、徑向式、空間式葉片等）通過(guò)水力計(jì)算決定 3、材料:鑄鐵、鑄鋼、青銅及其它新型材料（特點(diǎn)：耐磨、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度）,第二章,18,第二章,19,二、泵殼,1、作用: 水流通道、導(dǎo)流，其漸擴(kuò)面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小速度梯度，保證良好的水力條件 2、形狀:蝸殼形、螺旋形 特點(diǎn)：漸擴(kuò)斷面時(shí)流速保 持常數(shù)，出口擴(kuò)散管使流速降低增加壓能以減小水力損失 3、材料: 鑄鐵、青銅（特點(diǎn)：耐壓、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊） 4、其他: 充水、放氣孔真空、壓力表測(cè)壓螺孔,第二章,20,三、泵軸,作用: 葉輪的旋轉(zhuǎn)中心，其轉(zhuǎn)速不能與共振的臨界轉(zhuǎn)速相當(dāng)或成倍數(shù)以防止共振 材料: 碳素鋼、不銹鋼(特點(diǎn)：抗扭強(qiáng)度、剛度、撓度),第二章,21,四、填料函,作用: 軸封裝置，泵軸穿出泵殼時(shí)，軸與泵殼之間的縫隙 組成: 填料又叫盤(pán)根（阻水、阻氣）；壓蓋（壓緊填料）； 水封環(huán)、水封管（水封水有水封管流入軸與填料的間隙，起冷卻與潤(rùn)滑的作用）,第二章,22,五、減漏環(huán),作用: 減少葉輪入口的外圓與泵殼內(nèi)壁接縫處高低壓的交界面的泵殼內(nèi)高壓水向吸水口回流、承磨（承磨環(huán)） 形式:單環(huán)型、雙環(huán)型、雙環(huán)迷宮型 材料:,第二章,23,其它零件,六、軸承座 作用：支承 分類(lèi) 構(gòu)造特性：滾動(dòng)、滑動(dòng) 荷載大小：滾柱、滾珠 荷載特性：徑向、止推 2.冷卻：空冷、水冷 七、泵座 作用：將泵體與底板或基礎(chǔ)相固定,第二章,24,其它零件,八、聯(lián)軸器 作用： (P10圖2-14) 連接泵軸與電機(jī)軸、傳遞電機(jī)出力 九、軸向力平衡措施 (P10圖2-15、16) 單吸離心泵，由于葉輪在軸向上缺乏對(duì)稱性，工作是 前后兩側(cè)水壓力不同，產(chǎn)生軸向推力 習(xí)題： 1、理解離心泵的工作原理及工作過(guò)程 2、離心泵主要部件及作用,第二章,25,參觀模型室,參觀內(nèi)容： 1.泵的型式 (1)離心泵葉片、軸流泵葉片、混流泵葉片 (2)雙吸離心泵、單吸離心泵 (3)單級(jí)離心泵、多級(jí)離心泵 2.泵體構(gòu)造 葉片（葉輪）、泵殼、泵軸、填料函、檢漏環(huán)、軸承、泵座、聯(lián)軸器 3.水環(huán)真空泵,4.射流泵 5.軸流泵裝置模型 6.離心泵裝置 7.離心泵的起動(dòng)過(guò)程（抽真空啟動(dòng)、閘閥的操作） 8.離心泵主要性能參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算,第二章,26,復(fù)習(xí),葉片泵工作原理 離心泵泵體結(jié)構(gòu)及基本零件 葉輪(葉片、流道)、泵殼、泵軸、軸承、填料盒（填料、水封管、水封水）、減漏環(huán)、連軸器、軸向力平衡措施、泵座,第二章,27,第三節(jié) 葉片泵的基本性能參數(shù),(掌握定義、單位、符號(hào)及參數(shù)間的影響關(guān)系 ) 流量——單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)水泵出口的液體數(shù)量 Q（ ）（ ） 揚(yáng)程——單位重量液體從泵進(jìn)口到出口所增加能量 H（ ） 軸功率——水泵從動(dòng)力機(jī)實(shí)際獲得的功率 （泵軸傳遞的功率）N（kW） 有效功率——軸功率扣除泵軸承摩擦及泵內(nèi)水力損失、容積損失、機(jī)械損失等造成的功率損失后水泵的輸出功率 (Nu=rQH),第二章,28,第三節(jié) 葉片泵的基本性能參數(shù),效率——水泵有效功率與水泵軸功率之比 轉(zhuǎn)速——水泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)速 rpm 注意：水泵的各項(xiàng)性能參數(shù)與葉輪轉(zhuǎn)速有關(guān),第二章,29,第三節(jié) 葉片泵的基本性能參數(shù),允許吸上真空高度 ——水泵在給定的條件下保證不產(chǎn)生氣蝕的最大吸上真空高度（單位：m） 汽蝕余量（NPSH） ——為不發(fā)生汽蝕，在水泵進(jìn)口單位重量的水所具有的能量減去水的飽和氣化壓頭后所剩余的值(單位：m) 注意： 滿足水泵的吸水條件是保證水泵正常運(yùn)行的必要條件 兩個(gè)概念從不同側(cè)面反映水泵吸水性能的好壞,第二章,30,本章需要了解：,泵理論——描述水泵基本性能參數(shù)間的關(guān)系 （揚(yáng)程、功率、效率、汽蝕性能曲線、相對(duì)性能曲線等） 泵的應(yīng)用——水泵樣本提供水泵銘牌、性能曲線、泵的構(gòu)造、尺寸及安裝圖等 泵的銘牌提供 泵型號(hào)、設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的揚(yáng)程、流量、允許吸上真空高度（極限值）、轉(zhuǎn)數(shù)、效率、軸功率、重量等,第二章,31,第四節(jié) 離心泵基本方程,一、葉輪中液體的流動(dòng)分析 液體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入葉輪后做復(fù)合圓周運(yùn)動(dòng),,第二章,32,葉輪中液體的流動(dòng)分析,1、兩個(gè)坐標(biāo)系 （1）動(dòng)坐標(biāo)系：旋轉(zhuǎn)的葉輪 （2）靜坐標(biāo)系：固定不動(dòng)的泵殼或泵座 2、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、牽連運(yùn)動(dòng)——實(shí)際運(yùn)動(dòng) 相對(duì)速度——水流在液槽中以速度沿葉片而流動(dòng) 牽連速度——水流隨葉輪以u(píng)一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 絕對(duì)速度——水流對(duì)固定坐標(biāo)而言的絕對(duì)速度,第二章,33,流動(dòng)分解示意圖,第二章,34,葉片內(nèi)流場(chǎng)速度矢量的分析,3、速度角 絕對(duì)速度與圓周速度的夾角 相對(duì)速度與圓周運(yùn)動(dòng)的反向延長(zhǎng)線夾角 4、速度三角形 推導(dǎo)基本方程式涉及進(jìn)出、口速度三角形分別以下標(biāo)“1”、“2”表示各項(xiàng)速度及角度 5、討論葉片形狀——后彎式葉片,第二章,35,進(jìn)、出口速度三角形,第二章,36,后彎式葉片示意,第二章,37,二、基本方程式的推導(dǎo),手段—— 建立葉輪對(duì)液體做功與液體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系 目的—— 推算水泵的理論揚(yáng)程,第二章,38,2.1 三點(diǎn)假定,一維流動(dòng)假定（流動(dòng)理論）液流運(yùn)動(dòng)均勻一致，同半徑同名速度相等 恒定流假定 理性流體假定（無(wú)粘性、無(wú)摩擦、不可壓縮）,第二章,39,2.2 液槽內(nèi)液流分析(P19圖2-20）,第二章,40,方程推導(dǎo),液槽內(nèi)水流動(dòng)量矩的變化等于質(zhì)量動(dòng)量矩的變化 用動(dòng)量矩表達(dá)這一關(guān)系： 通過(guò)葉輪的水流獲得的能量用其動(dòng)量矩的增值表示 液流施加于水流的能量即為所有作用在液體上的外力矩之和 式中： QT 、HT ——通過(guò)葉輪的理論流量、揚(yáng)程,第二章,41,2.3 理想流體假定下的理論功率： 2.4 功率的另一表達(dá)式→基本方程：(2-14),,,第二章,42,三、基本方程式的討論,3.1 減小進(jìn)水角獲得正值揚(yáng)程 基本方程為第一項(xiàng)，說(shuō)明水流垂直流入葉輪可以提高揚(yáng)程 3.2 理論揚(yáng)程與出口圓周速度有關(guān)，提高轉(zhuǎn)速、增加葉輪直徑均可增加揚(yáng)程 3.3 揚(yáng)程與密度無(wú)關(guān)，但消耗功率不同,,,第二章,43,3.4 用余弦定律推導(dǎo)揚(yáng)程的另一種表達(dá)式 由相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量方程，可得右式前兩項(xiàng)為勢(shì)揚(yáng)程： 第一項(xiàng)是離心力對(duì)單位重量液體所作之功，使經(jīng)過(guò)葉輪的液體壓能增加 第二項(xiàng)表示由于相對(duì)速度下降水流壓能的增加 第三項(xiàng)為動(dòng)揚(yáng)程,,第二章,44,理論分析,理論分析（P18圖2-19 公式2-15） 理論揚(yáng)程基本方程 =90 90 90 （—后彎式葉片理論揚(yáng)程最?。?=,,第二章,45,后彎式葉片示意,第二章,46,前彎、后彎、徑向葉片特點(diǎn),——葉片進(jìn)水角 ——葉片出水角 =90——徑向式葉片 90——葉片背面向葉片工作面呈前彎式 90——葉片工作面向葉片背面呈后彎式 前彎式葉片的缺點(diǎn)： 流道短、彎度大，水力損失大； 后彎式葉片的優(yōu)點(diǎn)（P17、18）： 流道平緩、長(zhǎng)、彎度小，液槽水損小 （流速梯度變化?。? 一般為20至30。,第二章,47,出口葉片角對(duì)性能的影響,第二章,48,四、基本方程的修正,4.1 三點(diǎn)假定中恒定流的假定基本滿足 泵在啟動(dòng)與停機(jī)時(shí)，泵與系統(tǒng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)工作，特別是碰上突發(fā)事故時(shí)（如斷電和停電等）尤為如此，此外，近年來(lái)處于環(huán)保與節(jié)能考慮，人們利用風(fēng)能和太陽(yáng)能泵系統(tǒng)直接進(jìn)行供水、灌溉、排澇等工作。由于風(fēng)能與太陽(yáng)能的隨機(jī)特性，這種形式的泵系統(tǒng)實(shí)際上是在變速下工作。 我們采用離心泵穩(wěn)定工作特性曲線來(lái)估算非穩(wěn)定工作特性，在頻率較低、工作參數(shù)變化較小的情況下，還是可取的。,第二章 第四節(jié),49,四、基本方程的修正,4.2 對(duì)一維流動(dòng)假定的修正 P16 圖2-19 葉柵的實(shí)際情況不能滿足一維流假定——液槽中實(shí)際流速分布不均勻 .( 有限的葉柵使流線向逆時(shí)針?lè)较蚱x),?,第二章,50,4.2 對(duì)一維流假定的修正,反旋問(wèn)題: 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在葉輪出口附近,液流的慣性使葉片迎水面（壓力面、工作面）流速降低、壓力提高，葉片背水面（吸力面）流速提高、壓力降低，由此產(chǎn)生了反旋現(xiàn)象。,第二章,51,4.2 對(duì)一維流動(dòng)假定的修正,由于液流的慣性使葉片迎水面（工作面）流速提高、壓力降低，葉片背水面（壓力面）流速降低、壓力提高，由此產(chǎn)生了反旋現(xiàn)象。（尾流-射流結(jié)構(gòu)），反旋使揚(yáng)程降低，引入修正系數(shù)P,,第二章 第四節(jié),52,4.3 對(duì)理想流體的修正,引入水力效率進(jìn)行修正 泵殼內(nèi)的水力損耗包括葉輪進(jìn)出口的沖擊、葉槽中的紊動(dòng)、轉(zhuǎn)彎和摩阻損失。 實(shí)際揚(yáng)程表達(dá)式： （2-22）,,,第二章,53,小結(jié),葉片泵的基本性能參數(shù)(6個(gè)) 流量、揚(yáng)程、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、允許吸上真空高度（汽蝕余量） 水泵銘牌參數(shù) 基本方程推導(dǎo) 進(jìn)、出口速度三角形、動(dòng)量矩方程、功率表達(dá)式 基本方程分析 幾個(gè)重要的角度：β1（進(jìn)口沖角）、β2（葉片安放角）、α1（90） 葉輪直徑、葉輪轉(zhuǎn)速,第二章,54,第五節(jié) 離心泵裝置的總揚(yáng)程,理想揚(yáng)程→修正→實(shí)際揚(yáng)程 靜揚(yáng)程 裝置揚(yáng)程 總揚(yáng)程,第二章,55,第五節(jié) 離心泵裝置的總揚(yáng)程,引言： 基本方程從流動(dòng)分析角度推出了揚(yáng)程表達(dá)式，本節(jié)從裝置或工程角度，通過(guò)水流經(jīng)過(guò)水泵后所獲得的比能，由此反映水泵做功的情況，即揚(yáng)程。 概念： 水泵裝置——水泵機(jī)組配上進(jìn)出、口管路及一切附件后的系統(tǒng) (外界條件：江河水位、水塔高度、管網(wǎng)壓力) 實(shí)際揚(yáng)程的確定：運(yùn)行中通過(guò)讀表（進(jìn)口真空表、出口壓力表）、設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)地形及水壓的估算,第二章,56,一、測(cè)定揚(yáng)程,P17 圖2-20 列1-1、2-2斷面的能量方程（水泵進(jìn)出水管斷面） 水泵揚(yáng)程： 令 、 分別為真空表（正值）和壓力表讀數(shù)（相對(duì)壓力） 單位：,第二章,57,一、測(cè)定揚(yáng)程,則 得 (2-27) 忽略真空表和壓力表的位置差及進(jìn)、出口速度水頭差即有 水泵揚(yáng)程等于真空表（真空值）和壓力表（相對(duì)壓力水頭）讀數(shù)之和,,第二章,58,二、根據(jù)原始資料估算揚(yáng)程,水泵做功揚(yáng)程消耗于 進(jìn)、出水管道中水頭損失和提升液體的高度 以泵軸線o-o斷面為基準(zhǔn)面 列進(jìn)水管進(jìn)、出口斷面0-0、1-1能量方程（2－29） 列出水管進(jìn)、出口斷面2-2、3-3能量方程（2－30） 代入 得,第二章,59,式中： ——吸水地形高度； ——壓水地形高度； ——水泵凈（靜）揚(yáng)程， ——管路總損失 ?管路上的沿程損失和局部損失 注意！ 裝置總揚(yáng)程涉及的進(jìn)、出水池液面應(yīng)為自由液面，否則需換算.,作業(yè)：P107 習(xí)題1~3,第二章,60,第六節(jié) 離心泵特性曲線,—揚(yáng)程、功率、效率隨水流量變化規(guī)律 —曲線表示方法：試驗(yàn)性能曲線、相對(duì)性能曲線、綜合性能曲線（型譜圖）通用性能曲線（軸流泵）、全面性能曲線等 —汽蝕曲線,第六節(jié) 離心泵特性曲線,復(fù)習(xí)：揚(yáng)程表達(dá)式,新問(wèn)題：,1、實(shí)際工作除對(duì)揚(yáng)程提出要求外，還對(duì)流量提出要求，對(duì)于泵的其他基本參數(shù)在選型和使用時(shí)，也應(yīng)有相關(guān)要求，故需要提出一種能直接反映泵的基本參數(shù)之間關(guān)系的方程——特性方程 2、水泵實(shí)際工作流量和揚(yáng)程往往是在某一個(gè)區(qū)間內(nèi)變化的，當(dāng)實(shí)際工作偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，泵內(nèi)的流態(tài)變得很復(fù)雜，由于理論方法很難得到精確的表達(dá)式，因此采用性能實(shí)驗(yàn)和汽蝕試驗(yàn)繪制經(jīng)驗(yàn)曲線——性能曲線，同時(shí)根據(jù)對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)回歸得出經(jīng)驗(yàn)方程 設(shè)計(jì)工況——設(shè)計(jì)離心泵時(shí)所采用的工況，此時(shí)離心泵效率最高,一、性能曲線名稱及形式,1.1名稱（在轉(zhuǎn)速一定下） 揚(yáng)程曲線： Q-H 功率曲線： Q-N 效率曲線： Q- 氣蝕曲線： Q-Hs,一、性能曲線名稱及形式,1.2 形式 實(shí)驗(yàn)性能曲線：各參數(shù)隨流量的變化規(guī)律 全面性能曲線：反映水泵工況、水泵制動(dòng)工況、水輪機(jī)工況和水輪機(jī)制動(dòng)工況的四象限性能曲線 相對(duì)性能曲線：相似水泵的性能曲線，不同比轉(zhuǎn)速 通用性能曲線：對(duì)離心泵為在不同轉(zhuǎn)速下的各性能曲線，對(duì)軸流泵為在不同葉片安放角下的性能曲線 綜合性能曲線：不同水泵高效區(qū)性能曲線,二、理論性能曲線 —— （定性分析）,2.1 公式推導(dǎo)（P28） 由 得,理論特性曲線 試驗(yàn)特性曲線,2.2 對(duì)理論揚(yáng)程的修正 (1)對(duì)一維流假定的修正：反旋引起揚(yáng)程下降 → 曲線1 (2)對(duì)理想流體假定的修正： 泵內(nèi)摩阻損失→ 曲線2，沖擊損失 →曲線3 (3)對(duì)泄漏與回流的修正：容積損失→ 曲線4 (4)對(duì)機(jī)械磨損的修正：機(jī)械損失對(duì)揚(yáng)程無(wú)影響，對(duì)功率有影響 （軸承、填料軸封、圓盤(pán)摩擦損失）,,,離心泵的理論特性曲線,Q,H,2.3 效率 的概念,1.水力效率 2.容積效率 3.機(jī)械效率 概念： 有效功率 水功率 軸功率 4 .總效率：,泵效率知識(shí),在泵正常工作范圍內(nèi)： 水力阻力損失功率占30% 葉輪圓盤(pán)損失功率占8.2%（提高圓盤(pán)及泵體表面光滑度，盡量減小葉輪外徑） 止推軸承摩擦損失功率占6%（合理的軸向力平衡措施可減小） 水力損失組成: 主要由葉輪、圓盤(pán)摩擦損失、葉輪流道摩擦損失、葉輪流道擴(kuò)散損失組成,實(shí)測(cè)特性曲線（P32圖2－27）,揚(yáng)程曲線 效率曲線 功率曲線 汽蝕曲線,三. 實(shí)測(cè)特性曲線的討論,3.1 與理論特性線的關(guān)系： 定性分析理論特性曲線有助于了解實(shí)測(cè)特性線的變化趨勢(shì)，水泵廠通過(guò)實(shí)測(cè)的方法得到水泵特性線 3.2 前彎式葉片的弊端 (1) 前彎式葉片：水泵揚(yáng)程和軸功率隨流量的升高而升高，造成電機(jī)過(guò)載，對(duì)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行不利 (2) 動(dòng)揚(yáng)程大（C2），水力損失大，效率低。,三. 實(shí)測(cè)特性曲線的討論,3.3 性能曲線具有“揚(yáng)程隨流量的上升而下降”的特性，一方面有利于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面與管網(wǎng)“阻力隨流量的增加而上升”的特性相匹配，便于在能量供求關(guān)系平衡的條件下達(dá)成工況點(diǎn)自動(dòng)穩(wěn)定。 3.4 在最高效率點(diǎn)周?chē)囊欢ǚ懂牉樗眠\(yùn)行高效區(qū)（不低于最高效率的10%） 3.5 啟動(dòng)時(shí)，水泵在零流量下運(yùn)行，其功率（30%N）消耗于機(jī)械摩擦，泵殼溫度上升，故離心泵關(guān)閥啟動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),三. 實(shí)測(cè)特性曲線的討論,3.6 選配電機(jī)（P33表2-1） （2-50） 考慮因素：選擇水泵運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的最大軸功率 小知識(shí)：對(duì)于低比轉(zhuǎn)速離心泵需要進(jìn)行無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì) 3.7 氣蝕曲線反映相應(yīng)流量下水泵允許的最大吸上真空高度，并非運(yùn)行時(shí)的實(shí)際真空值 3.8 水泵抽吸其他液體時(shí)應(yīng)根據(jù)該液體的密度（功率）及粘度（揚(yáng)程）進(jìn)行換算,作業(yè):,第六節(jié)習(xí)題：P108 習(xí)題5、6（第五版）,第七節(jié) 離心泵定速運(yùn)行工況,討論額定轉(zhuǎn)速下離心泵的運(yùn)行參數(shù)隨流量的變化,第七節(jié) 離心泵定速運(yùn)行工況,引言： 特性曲線反映水泵本身潛在的工作能力 水泵裝置的實(shí)際工況反映水泵實(shí)際做功情況 概念： 工況點(diǎn)——水泵裝置在某瞬時(shí)的實(shí)際出水量、揚(yáng)程和功率以及吸上真空高度。,一、管道阻力特性曲線及表達(dá)式,P35圖2-28 1.1 定義：水流經(jīng)過(guò)管道時(shí)，水頭損失與流量的關(guān)系曲線 式中：S——管路阻力損失 當(dāng)V1.2m/s 當(dāng)v1.2m/s,1.2 管路系統(tǒng)特性曲線及方程表達(dá)式,P35圖2-29 物理意義：曲線上任一點(diǎn)K的縱坐標(biāo)H表示水泵輸送流量Q所需提供的靜揚(yáng)程，以及為此而消耗于管路中的水力損失 ，即,二、圖解法求水箱出流工況點(diǎn),P36圖2-30 2.1 直接法(a)：能量線與管路系統(tǒng)特性線求交點(diǎn) 物理意義：水箱所提供總比能H與管道所消耗的總比能 數(shù)量相等 2.2 折引法(b)：從能量線上扣除管路阻力特性曲線后與橫軸求交 物理意義： 水箱所提供的比能H全部消耗于連接管路的摩阻 上,直接法 折引法,能量線與管路系統(tǒng) 特性線求交點(diǎn),從能量線上扣除管路阻力 特性曲線后與橫軸求交,三、圖解法求離心泵裝置的工況點(diǎn),3.1 工況點(diǎn)求解步驟 P37 圖2-31（直接法） 圖2-32（折引法） 直接法步驟：繪制水泵特性曲線（樣本提供）；公式計(jì)算管路阻力特性曲線；結(jié)合進(jìn)出水池水位差（凈揚(yáng)程）繪出管路系統(tǒng)特性線；交點(diǎn)M為水泵裝置工況平衡點(diǎn),直接法求解步驟,繪制水泵特性曲線（樣本提供）；公式計(jì)算管路阻力特性曲線；結(jié)合進(jìn)出水池水位差（凈揚(yáng)程）繪出管路系統(tǒng)特性線；交點(diǎn)M為水泵裝置工況平衡點(diǎn),折引法求解步驟,繪制水泵特性曲線（樣本提供）；公式計(jì)算管路阻力特性曲線；從泵特性曲線上扣除管路特性線所對(duì)應(yīng)的阻力損失，靜揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的高度所求交點(diǎn)，在加上扣除的損失，即為對(duì)應(yīng)的泵流量和揚(yáng)程。,3.2 動(dòng)態(tài)平衡分析,P32圖2-36 小于工況點(diǎn)流量點(diǎn)K：泵提供比能大于管路所需能耗，多余能量使流量增加，工況點(diǎn)右移直至M 大于工況點(diǎn)流量點(diǎn)D：泵提供比能小于管路所需能耗，不足能量（抽力不夠）使流量減少，工況點(diǎn)左移直至M,3.3 極限工況點(diǎn),定義：管道上所有閘閥全開(kāi)時(shí)水泵的工況點(diǎn)。 注意：管路特性線隨閘閥開(kāi)度不止一條,討論觀點(diǎn)： 管路特性曲線是不同閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)管路曲線上不同的點(diǎn) ,對(duì)于固定管路無(wú)論閥門(mén)開(kāi)度如何 ,管路特線曲線僅一條,,錯(cuò)誤觀點(diǎn)：將管路特性線定義為不同閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)的最大流量與管路所需耗能的關(guān)系線。 正確觀點(diǎn)：管路特性線隨閘閥開(kāi)度不止一條，對(duì)于同一開(kāi)度，管路特性先反映了不同流量下，管路阻力特征。極限工況點(diǎn)為閘閥全開(kāi)時(shí)水泵及管路特性線的交點(diǎn)。,討論,四、離心泵工況點(diǎn)的改變,P38 圖2-33 離心泵工況點(diǎn)隨水位變化 4.1 工況點(diǎn)變化（客觀上）：管路特性線的改變 例如：水位的變化、用水流量的變化、管路特性（管道堵塞或破裂、閘閥開(kāi)度改變）的變化等,工況點(diǎn)變化的結(jié)果可能是水泵工況偏離高效區(qū)，對(duì)此需進(jìn)行調(diào)節(jié),4.2 工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)（主觀上）：為使水泵裝置高效運(yùn)行， 例如： 閘閥調(diào)節(jié)——通過(guò)改變管路特性改變能量供求平衡關(guān)系 變速調(diào)節(jié)——通過(guò)改變水泵轉(zhuǎn)速的方法改變水泵特性線 變徑調(diào)節(jié)——切削調(diào)節(jié)，通過(guò)改變?nèi)~輪外徑的方法改變 水泵特性線 變角調(diào)節(jié)——軸流泵通過(guò)改變?nèi)~片安放角改變水泵特性線,五、數(shù)解法求離心泵裝置工況點(diǎn),實(shí)質(zhì)：聯(lián)立水泵特性線方程、管路特性線方程，方程組的根即為水泵工況點(diǎn) 5.1 水泵特性線方程 用待定系數(shù)法或多項(xiàng)式系數(shù)求解的最小二乘法求解 一般： 離心泵高效區(qū)： 、 ——分別為水泵的虛揚(yáng)程和虛阻耗 5.2 方程組的解：,作業(yè),1、第五版： P109 習(xí)題8~11 2、選作：編程用最小二乘法或待定系數(shù)法求14SA-10型泵特性線，并與H=58+0.000013Q^2聯(lián)立求工況點(diǎn) 參考：P40第五版,