水泵的基本理論課件

1、 第二章 水泵的基本理論第一節(jié) 泵內(nèi)流動(dòng)理論分析 水流質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)如何流動(dòng)？一、 速度三角形 水流質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的流動(dòng): (1) 沿葉片的相對(duì)運(yùn)動(dòng) (2) 隨葉輪旋轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng) 為絕對(duì)液角 為相對(duì)液角絕對(duì)速度的分解: vu 圓周分速 vm 軸面分速 軸面泵軸線與所研究的質(zhì)點(diǎn)所確定的平面 軸面分速: 絕對(duì)速度的徑向分速(離心泵) 絕對(duì)速度的軸向分速(軸流泵)二、葉輪進(jìn)出口速度三角形 假定: 進(jìn)口無(wú)旋(vu1=0，1=90 )各速度的計(jì)算: 1、進(jìn)口速度三角形 (1) 圓周速度 (2) 軸面分速 (3) 絕對(duì)液角:設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，1=90 2、出口速度三角形 (1)圓周速度 (2)軸面分速 (3)

2、出口相對(duì)速度的方向?yàn)槿~片出口的切線方向 第二節(jié) 水泵的基本方程 一、基本方程推導(dǎo) 假定: 1、恒定流,進(jìn)出口流態(tài)均勻 2、無(wú)限多葉片(葉片無(wú)限薄,水流作軸對(duì)稱運(yùn)動(dòng)) 3、理想流體 動(dòng)量矩定理: 在穩(wěn)定流動(dòng)中,流體對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的動(dòng)量矩對(duì)時(shí)間的變化率,等于加在液體上各外力對(duì)同一軸線的力矩和. t=0: 水體居于abcd的位置 dt后: 水體位置變?yōu)閑fgh，這部分水體對(duì)泵軸的動(dòng)量矩的變化量是兩個(gè)位置動(dòng)量矩之差： 葉槽內(nèi)的水流動(dòng)量方程： 作用于葉槽內(nèi)水體上的力:葉片迎水面和背水面作用于水體的壓力(P1 、 P2)；ab和cd面上的水壓力(P3 、 P4 ) ，徑向,對(duì)泵軸的力矩為零。(3) 水流的摩

3、阻力(P5 、 P6),由于假設(shè)為理想流體,均為零。推廣應(yīng)用到流過(guò)葉輪的全部水流 : 根據(jù)假設(shè)，為理想流體,無(wú)水力損失，則葉輪軸功率N全部傳給水體，葉輪軸功率為： 又: 故 : 整理后有： 由于假設(shè): vu1=0，故:有限葉片、非理想流體修正:二、分析與討論1）基本方程式只與葉輪進(jìn)、出口的動(dòng)量矩有關(guān)，與葉片的形狀無(wú)關(guān)。 2）基本方程式與被抽送的液體種類無(wú)關(guān)，適合于一切液體和氣體. 3）水泵揚(yáng)程主要取決于出口速度三角形，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下vu1=0。 葉輪內(nèi)部如有脫流等發(fā)生，理論揚(yáng)程降低。 4）離心泵葉片形狀對(duì)性能的影響 (1)揚(yáng)程所以:當(dāng)90時(shí)，則 HT=A+BQ (上升的直線)當(dāng) =90時(shí)，則

4、 HT=A (水平線)當(dāng) 90時(shí)，則NT=AQ+BQ2 (過(guò)原點(diǎn)的上凹拋物線)當(dāng) =90時(shí)，則NT=AQ (過(guò)原點(diǎn)的直線)當(dāng) 90時(shí)，則NT=AQ-BQ2 (過(guò)原點(diǎn)的上凸拋物線) 第三節(jié) 軸流泵升力理論(自學(xué))1 、升力是如何形成的?2 、相對(duì)曲率、葉柵稠密度、翼型安放角、沖角? 3 、軸流泵葉輪的基本方程? 流體繞翼型流動(dòng) 翼型上的作用力 升力 :迎面阻力 :葉 柵 以泵軸線為中心線，以半徑r和半徑r+dr的兩個(gè)圓柱面去切泵的葉輪，則得到一個(gè)圓環(huán)，將此圓環(huán)展開(kāi)，得到的一系列剖面相等且排列一致的多個(gè)翼型。 葉柵上的升力及迎面阻力 :軸流泵葉輪的基本方程式: 軸流泵葉片為何呈扭曲形?第四節(jié) 相似

5、律一、相似條件 1、幾何相似2、運(yùn)動(dòng)相似3、動(dòng)力相似原型泵與模型泵的幾何相似與運(yùn)動(dòng)相似 二、相似準(zhǔn)則重力相似準(zhǔn)則弗汝德數(shù)相等2. 壓力相似準(zhǔn)則歐拉數(shù)相等 3. 慣性力相似準(zhǔn)則斯特羅哈數(shù)相等4. 粘滯力相似準(zhǔn)則雷諾數(shù)相等相似準(zhǔn)則的應(yīng)用舉例:相似準(zhǔn)則的應(yīng)用注意問(wèn)題: 1、在實(shí)踐中要做到全部動(dòng)力相似是很困難的，模擬時(shí)，應(yīng)保證主要的、對(duì)流動(dòng)起支配作用的力的相似。 2、比尺修正二、水泵相似律 幾何相似研究對(duì)象: 兩臺(tái) 運(yùn)動(dòng)相似 的水泵 動(dòng)力相似 第一相似律: 兩臺(tái)相似水泵流量的換算關(guān)系 第二相似律: 兩臺(tái)相似水泵揚(yáng)程的換算關(guān)系 第三相似律: 兩臺(tái)相似水泵功率的換算關(guān)系第一相似律:流過(guò)水泵葉輪的流量為:則

6、原型、模型流量比： 又:當(dāng)兩泵的幾何尺寸及轉(zhuǎn)速相差不大時(shí)，設(shè) PM、VPVM，則：第二相似律: 泵的揚(yáng)程為: 則原型、模型揚(yáng)程比： 又: 設(shè): 可得:第三相似律: 泵的軸功率為: 則原、模型功率比： 將前面結(jié)論代入上式，并設(shè)PM ，則有:相似律運(yùn)用注意問(wèn)題: 上述推導(dǎo)是以效率不變的假定為前提的，只有在轉(zhuǎn)速和線性尺寸變化不太大的情況下，這一假定才能成立，故相似泵的大小和轉(zhuǎn)速均有一定限制。三、水泵比例律研究對(duì)象: 同一臺(tái)水泵比例律應(yīng)用注意問(wèn)題: 主要應(yīng)用于水泵的調(diào)速運(yùn)行,但水泵轉(zhuǎn)速的變化不宜太大,如變化太大: 1、不滿足相似率 2、泵內(nèi)損失會(huì)發(fā)生變化 3、增速太大易造成電機(jī)超載四、相似律、比例律小

7、結(jié)根據(jù)水泵的相似律或比例律，可以很方便地進(jìn)行不同尺寸、轉(zhuǎn)速的水泵性能換算，即用于原型泵與模型泵的性能參數(shù)轉(zhuǎn)換。由于假定原型、模型的效率相等，完全的力學(xué)相似較難做到，故相似換算的結(jié)果與實(shí)際情況有誤差。對(duì)于要求較高的原型、模型換算，需將模型的效率進(jìn)行修正換算后才能得到原型的效率。第五節(jié) 比轉(zhuǎn)速1、定義：特指產(chǎn)生揚(yáng)程為1 m，功率為1HP，流量為0.075 m3/s時(shí)的水泵葉輪的轉(zhuǎn)速。這是一個(gè)理論意義上的參照葉輪與參考葉輪幾何相似、大小不同的水泵葉輪的比轉(zhuǎn)速是相等的（但比轉(zhuǎn)速相等的葉輪不一定幾何相似），也就是參照葉輪的轉(zhuǎn)速。2 、水泵比轉(zhuǎn)速公式：比轉(zhuǎn)速應(yīng)用注意問(wèn)題: (1)雙吸泵，取泵流量的一半。 (2)多級(jí)泵，取泵揚(yáng)程除以級(jí)數(shù)值。 (3) 1臺(tái)泵只有1個(gè)比轉(zhuǎn)速。由： 得：兩邊開(kāi)方并整理得：最早功率單位采用HP（馬力），將N=gQH =(9800/1000)1.36QH（HP）13.32 QH馬力 代入上，得： 即： (4)泵隨比轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律 比轉(zhuǎn)速?gòu)男〉酱? 泵 型: 離心泵混流泵軸流泵 出水方向: 由徑向變?yōu)檩S向 泵的性能: 由離心泵的小流量，高揚(yáng)