水泵基本參數(shù)和特性曲線市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、1第一章 概 論水工藝泵與泵站作用及發(fā)展第1頁2前 言課時安排：水泵基礎(chǔ)理論（20）+泵站（16）課堂任務(wù)（1）相關(guān)基礎(chǔ)知識（包含概念、公式定律及分析思緒）；（2）介紹與專業(yè)生產(chǎn)聯(lián)絡(luò)較緊密技能常識；（3）介紹泵業(yè)發(fā)展新動向及研究前沿課題。課后任務(wù)自學，作業(yè)參考課堂內(nèi)容查閱資料課外科研第2頁3一、泵定義定義：將其它形式能量轉(zhuǎn)化為機械能并傳遞給被輸送介質(zhì)動能和壓能一個機械背景知識：泵是我國三大耗能機械產(chǎn)品（汽車、機床、水泵）之一，水泵效率提升1%即相當于我國新建了一座300MW發(fā)電廠。我國風機、泵總用電占全國用電量31%，占工業(yè)用電約50%，各工業(yè)部門機泵用電量均占60%以上。比如：電力72.43

2、%；化肥76%；煉油58.15%；油田63.3%第3頁4二、泵分類依據(jù)不一樣標準有不一樣分類方法：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（往復泵或活塞泵、轉(zhuǎn)子泵）、其它類型泵（螺旋泵、氣升泵、射流泵、水錘泵）葉片泵按輸送特征或工作原理分為：離心泵、軸流泵、混流泵小知識給排水、石油化工、航空航天、水利水電中最慣用泵為葉片泵葉片泵定義：經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)葉輪把機械能傳給被抽吸液體機械。第4頁5離心泵第5頁6軸流泵第6頁7混流泵第7頁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主體動力工程一個醫(yī)用泵人體血液體外循環(huán)泵，即是泵與給排水工程關(guān)系最好例子，即

3、心臟與肌體關(guān)系，輸送介質(zhì)即為血液。2、泵站在給排水中位置給水廠：取水泵站（取自水源）凈水處理工藝構(gòu)筑物（過濾反沖洗）送水泵站（至用戶管網(wǎng)）污水處理廠：污水泵站（搜集污水）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）第8頁9四、泵研究現(xiàn)實狀況泵應用研究所關(guān)心兩大問題工程實用性：不一樣類型泵應滿足各行各業(yè)工藝要求，且含有易維修及耐久性；經(jīng)濟運行：泵工藝制造方面造價低，實際運行費用低。主要研究泵設(shè)計理論：提升效率、汽蝕防治、消除駝峰（小流量不穩(wěn)定運行）、無過載設(shè)計等泵優(yōu)化運行研究動態(tài)特種泵設(shè)計低比轉(zhuǎn)速泵、超低比轉(zhuǎn)速泵、渣漿泵（固

4、液兩相流）、高溫高揚程泵（鍋爐水）、低溫高壓泵（液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳）、電動潛油泵、砂泵、磁力驅(qū)動離心泵。其它特種泵如往復泵（揚程高，流量穩(wěn)定）第9頁10四、泵站研究現(xiàn)實狀況節(jié)能改造辦法近年來，節(jié)能改造更換耗能大老設(shè)備；改造設(shè)備包含切割葉輪外徑、降低葉輪級數(shù)，改用高效率泵和機電；合理設(shè)計選型等，深入節(jié)能潛力在于運行中優(yōu)化調(diào)度。設(shè)計選型誤區(qū)普通沒有過多考慮經(jīng)濟運行，而按最不利工況選泵。實際工業(yè)生產(chǎn)中，各廠原料普通達不到設(shè)計要求，減量較大，處理量時大時小，靠閥門調(diào)整流量能耗很大。第10頁第二章11第二章 葉 片 式 水 泵 泵工作原理、基本結(jié)構(gòu)及主要零件第11頁第二章12第一節(jié) 離心泵工作原理與基

5、本結(jié)構(gòu) 一、葉片泵發(fā)展歷史二、葉片泵特點 依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)完成能量轉(zhuǎn)換三、葉片泵分類 依據(jù)水流經(jīng)過葉輪時受力方向：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協(xié)力 第12頁第二章13一、工作原理 P4圖2-1 轉(zhuǎn)速H半徑H質(zhì)點繞定位中心軸作圓周運動時受到離心力作用 第13頁第二章14二、組成 P4圖2-2單級單吸式離心泵 ， 圖2-3葉輪葉輪、泵殼、泵軸、軸承、進水口、擴壓室、支座、軸封吸水管、出水管 第14頁第二章15三、工作過程 P5圖2-31、離心、真空工作、連續(xù)2、能量轉(zhuǎn)換及損失 第15頁第二章16第二節(jié) 離心泵主要零件 依據(jù)工作原理了解主要部件

6、結(jié)構(gòu)及其作用P5圖2-4 重點五大部件，結(jié)合認識實習深入建立感性認識依次為：葉輪、泵殼、泵軸、填料函、檢漏環(huán)、軸承、泵座、聯(lián)軸器 第16頁第二章17一、葉輪1、作用：經(jīng)過其旋轉(zhuǎn)時介質(zhì)流體取得離心力 2、形狀、型式 依據(jù)吸水方式分為:單吸式、雙吸式（P5圖2-3、P6圖2-5） 依據(jù)蓋板數(shù)分為:封閉式、敞開式、半開式（P6圖2-6） 其形狀（前彎式、后彎式、徑向式、空間式葉片等）經(jīng)過水力計算決定 3、材料:鑄鐵、鑄鋼、青銅及其它新型材料（特點：耐磨、耐腐蝕、機械強度） 第17頁第二章18第18頁第二章19二、泵殼 1、作用:水流通道、導流，其漸擴面設(shè)計應盡可能減小速度梯度，確保良好水力條件 2、

7、形狀:蝸殼形、螺旋形特點：漸擴斷面時流速保 持常數(shù)，出口擴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：耐壓、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊） 4、其它:充水、放氣孔真空、壓力表測壓螺孔 第19頁第二章20三、泵軸作用:葉輪旋轉(zhuǎn)中心，其轉(zhuǎn)速不能與共振臨界轉(zhuǎn)速相當或成倍數(shù)以預防共振 材料:碳素鋼、不銹鋼(特點：抗扭強度、剛度、撓度)第20頁第二章21四、填料函作用: 軸封裝置，泵軸穿出泵殼時，軸與泵殼之間縫隙 組成: 填料又叫盤根（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間隙，起冷卻與潤滑作用） 第21頁第二章22五、減漏環(huán)作用:降低葉輪入口外圓與泵殼內(nèi)

8、壁接縫處高低壓交界面泵殼內(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22頁第二章23其它零件六、軸承座作用：支承 分類結(jié)構(gòu)特征：滾動、滑動荷載大?。簼L柱、滾珠荷載特征：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23頁第二章24其它零件 八、聯(lián)軸器作用： (P10圖2-14) 連接泵軸與電機軸、傳遞電機出力 九、軸向力平衡辦法(P10圖2-15、16) 單吸離心泵，因為葉輪在軸向上缺乏對稱性，工作是 前后兩側(cè)水壓力不一樣，產(chǎn)生軸向推力習題：1、了解離心泵工作原理及工作過程2、離心泵主要部件及作用第24頁第二章25參觀模型室 參觀內(nèi)

9、容： 1.泵型式 (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)單級離心泵、多級離心泵 2.泵體結(jié)構(gòu) 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.離心泵起動過程（抽真空開啟、閘閥操作）8.離心泵主要性能參數(shù)測量與計算第25頁第二章26復習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、軸向力平衡辦法、泵座第26頁第二章27第三節(jié) 葉片泵基本性能參數(shù) (掌握定義、單位、符號及參數(shù)間影響關(guān)系 )流量單位時間內(nèi)經(jīng)

10、過水泵出口液體數(shù)量 Q（ ）（ ）揚程單位重量液體從泵進口到出口所增加能量 H（ ） 軸功率水泵從動力機實際取得功率 （泵軸傳遞功率）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、機械損失等造成功率損失后水泵輸出功率 (Nu=rQH)第27頁第二章28第三節(jié) 葉片泵基本性能參數(shù)效率水泵有效功率與水泵軸功率之比 轉(zhuǎn)速水泵葉輪每分鐘轉(zhuǎn)速 rpm 注意：水泵各項性能參數(shù)與葉輪轉(zhuǎn)速相關(guān) 第28頁第二章29第三節(jié) 葉片泵基本性能參數(shù)允許吸上真空高度 水泵在給定條件下確保不產(chǎn)生氣蝕最大吸上真空高度（單位：m）汽蝕余量（NPSH）為不發(fā)生汽蝕，在水泵進口單位重量水所含有能量減去水飽和氣化

11、壓頭后所剩下值(單位：m)注意：滿足水泵吸水條件是確保水泵正常運行必要條件 兩個概念從不一樣側(cè)面反應水泵吸水性能好壞第29頁第二章30本章需要了解： 泵理論描述水泵基本性能參數(shù)間關(guān)系（揚程、功率、效率、汽蝕性能曲線、相對性能曲線等）泵應用水泵樣本提供水泵銘牌、性能曲線、泵結(jié)構(gòu)、尺寸及安裝圖等 泵銘牌提供泵型號、設(shè)計工況點揚程、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30頁第二章31第四節(jié) 離心泵基本方程 一、葉輪中液體流動分析 液體質(zhì)點進入葉輪后做復合圓周運動 第31頁第二章32葉輪中液體流動分析1、兩個坐標系 （1）動坐標系：旋轉(zhuǎn)葉輪 （2）靜坐標系：固定不動泵殼或泵

12、座 2、相對運動、牽連運動實際運動 相對速度水流在液槽中以速度沿葉片而流動 牽連速度水流隨葉輪以u一起作旋轉(zhuǎn)運動 絕對速度水流對固定坐標而言絕對速度 第32頁第二章33流動分解示意圖第33頁第二章34葉片內(nèi)流場速度矢量分析3、速度角 絕對速度與圓周速度夾角 相對速度與圓周運動反向延長線夾角 4、速度三角形 推導基本方程式包括進出、口速度三角形分別以下標“1”、“2”表示各項速度及角度 5、討論葉片形狀后彎式葉片 第34頁第二章35進、出口速度三角形第35頁第二章36后彎式葉片示意第36頁第二章37二、基本方程式推導伎倆建立葉輪對液體做功與液體運動之間關(guān)系目標推算水泵理論揚程第37頁第二章382

13、.1 三點假定一維流動假定（流動理論）液流運動均勻一致，同半徑同名速度相等 恒定流假定 理性流體假定（無粘性、無摩擦、不可壓縮）第38頁第二章392.2 液槽內(nèi)液流分析(P19圖2-20）第39頁第二章40方程推導液槽內(nèi)水流動量矩改變等于質(zhì)量動量矩改變用動量矩表示這一關(guān)系： 經(jīng)過葉輪水流取得能量用其動量矩增值表示 液流施加于水流能量即為全部作用在液體上外力矩之和式中： QT 、HT 經(jīng)過葉輪理論流量、揚程 第40頁第二章412.3 理想流體假定下理論功率： 2.4 功率另一表示式基本方程：(2-14) 第41頁第二章42三、基本方程式討論 3.1 減小進水角取得正值揚程 基本方程為第一項，說明

14、水流垂直流入葉輪能夠提升揚程 3.2 理論揚程與出口圓周速度相關(guān)，提升轉(zhuǎn)速、增加葉輪直徑均可增加揚程 3.3 揚程與密度無關(guān)，但消耗功率不一樣第42頁第二章433.4 用余弦定律推導揚程另一個表示式由相對運動能量方程，可得右式前兩項為勢揚程：第一項是離心力對單位重量液體所作之功，使經(jīng)過葉輪液體壓能增加第二項表示因為相對速度下降水流壓能增加 第三項為動揚程 第43頁第二章44理論分析理論分析（P18圖2-19 公式2-15） 理論揚程基本方程 =90 90 90葉片后面向葉片工作面呈前彎式 90葉片工作面向葉片后面呈后彎式前彎式葉片缺點：流道短、彎度大，水力損失大； 后彎式葉片優(yōu)點（P17、18

15、）：流道平緩、長、彎度小，液槽水損小 （流速梯度改變小） 普通為20至30。 第46頁第二章47出口葉片角對性能影響第47頁第二章48四、基本方程修正4.1 三點假定中恒定流假定基本滿足 泵在開啟與停機時，泵與系統(tǒng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)工作，尤其是碰上突發(fā)事故時（如斷電和停電等）尤為如此，另外，近年來處于環(huán)境保護與節(jié)能考慮，人們利用風能和太陽能泵系統(tǒng)直接進行供水、澆灌、排澇等工作。因為風能與太陽能隨機特征，這種形式泵系統(tǒng)實際上是在變速下工作。我們采取離心泵穩(wěn)定工作特征曲線來估算非穩(wěn)定工作特征，在頻率較低、工作參數(shù)改變較小情況下，還是可取。第48頁第二章 第四節(jié)49四、基本方程修正 4.2 對一維流動假

16、定修正 P16 圖2-19 葉柵實際情況不能滿足一維流假定液槽中實際流速分布不均勻 .( 有限葉柵使流線向逆時針方向偏離)第49頁第二章504.2 對一維流假定修正反旋問題:葉輪轉(zhuǎn)動時在葉輪出口附近,液流慣性使葉片迎水面（壓力面、工作面）流速降低、壓力提升，葉片背水面（吸力面）流速提升、壓力降低，由此產(chǎn)生了反旋現(xiàn)象。第50頁第二章514.2 對一維流動假定修正因為液流慣性使葉片迎水面（工作面）流速提升、壓力降低，葉片背水面（壓力面）流速降低、壓力提升，由此產(chǎn)生了反旋現(xiàn)象。（尾流-射流結(jié)構(gòu)），反旋使揚程降低，引入修正系數(shù)P 第51頁第二章 第四節(jié)524.3 對理想流體修正引入水力效率進行修正 泵

17、殼內(nèi)水力損耗包含葉輪進出口沖擊、葉槽中紊動、轉(zhuǎn)彎和摩阻損失。實際揚程表示式： （2-22）第52頁第二章53小結(jié)葉片泵基本性能參數(shù)(6個)流量、揚程、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)基本方程推導進、出口速度三角形、動量矩方程、功率表示式基本方程分析幾個主要角度：1（進口沖角）、2（葉片安放角）、1（1.2m/s 當v1.2m/s 第78頁1.2 管路系統(tǒng)特征曲線及方程表示式 P35圖2-29 物理意義：曲線上任一點K縱坐標H表示水泵輸送流量Q所需提供靜揚程，以及為此而消耗于管路中水力損失 ，即 第79頁二、圖解法求水箱出流工況點 P36圖2-30 2.1 直接法(a

18、)：能量線與管路系統(tǒng)特征線求交點 物理意義：水箱所提供總比能H與管道所消耗總比能 數(shù)量相等 2.2 折引法(b)：從能量線上扣除管路阻力特征曲線后與橫軸求交 物理意義： 水箱所提供比能H全部消耗于連接管路摩阻 上 第80頁 直接法 折引法能量線與管路系統(tǒng)特征線求交點 從能量線上扣除管路阻力特征曲線后與橫軸求交 第81頁三、圖解法求離心泵裝置工況點 3.1 工況點求解步驟 P37 圖2-31（直接法） 圖2-32（折引法） 直接法步驟：繪制水泵特征曲線（樣本提供）；公式計算管路阻力特征曲線；結(jié)合進出水池水位差（凈揚程）繪出管路系統(tǒng)特征線；交點M為水泵裝置工況平衡點 第82頁直接法求解步驟繪制水泵

19、特征曲線（樣本提供）；公式計算管路阻力特征曲線；結(jié)合進出水池水位差（凈揚程）繪出管路系統(tǒng)特征線；交點M為水泵裝置工況平衡點第83頁折引法求解步驟繪制水泵特征曲線（樣本提供）；公式計算管路阻力特征曲線；從泵特征曲線上扣除管路特征線所對應阻力損失，靜揚程對應高度所求交點，在加上扣除損失，即為對應泵流量和揚程。第84頁3.2 動態(tài)平衡分析 P32圖2-36小于工況點流量點K：泵提供比能大于管路所需能耗，多出能量使流量增加，工況點右移直至M 大于工況點流量點D：泵提供比能小于管路所需能耗，不足能量（抽力不夠）使流量降低，工況點左移直至M 第85頁3.3 極限工況點 定義：管道上全部閘閥全開時水泵工況點。注意：管路特征線隨閘閥開度不止一條 討論觀點：管路特