《流體力學與流體機械》 課件 模塊七 排水設備（項目二-1）

項目二離心式水泵的工作理論

演講人【學習目標】掌握離心式水泵工作的基本理論和水泵的理論壓頭、實際壓頭及工作效率等的含義及在實際中的應用；能夠根據水泵的工作性能參數正確繪制水泵的工作特性曲線圖，并掌握該曲線對分析水泵實際工作情況的作用和意義；掌握比例定律和比轉數的定義及對水泵性能的影響和在實際設計、生產中的應用。01離心式水泵的基本理論流體在離心式葉輪中的流動分析水在離心式水泵中獲得能量的過程，就是在葉輪作用下，本身的流速大小和流動方向發(fā)生變化的過程。因此，要研究水泵的工作理論，應首先分析水在葉輪中的流動情況。圖7-8水在葉輪中的流體狀態(tài)流體在離心式葉輪中的流動分析在葉輪內任何一個位置，都可畫出這三個速度的大小和方向，它們構成一個三角形，稱為速度三角形。研究水在葉輪中的運動，目的是為了求得能量的變化。而能量的變化只與始末狀態(tài)參數有關，因而只需研究水在葉輪進、出口處的流動情況，故只需畫出這兩處的速度三角形，如圖7-9所示。圖7-9離心式水泵葉輪進、出口速度圖離心式水泵的理論壓頭方程式STEP1STEP2STEP3STEP4由于水流經葉輪流道時的情況非常復雜，難于分析，因此在討論時先作如下假設：（1）水泵在工作時沒有任何能量損失，即原動機傳遞給水泵軸的功率完全用于增加流經葉輪的水的能量。（2）葉輪葉片的數目為無限多且為無限薄。這樣在葉片間流動的水就為微小流束，形狀與葉片完全一樣，在葉輪同一半徑處的流速相等，壓力相同。（3）水在葉輪內的流動為穩(wěn)定流，即速度圖不隨時間變化。離心式水泵的理論壓頭線由假設（2）知，葉片的厚度可忽略不計，若再不考慮容積損失，則離心式水泵的理論流量為：式中：——葉輪出口面積，；——葉輪外徑，m；——葉輪出口寬度，m；——出口絕對速度的徑向分速度，m/s。由式（7-17）得：離心式水泵的理論壓頭線若在同一轉速下，水泵葉輪的結構尺寸不變，其、、均為定值，則由式（7-19）可知，葉片出口安裝角的大小對理論壓頭有直接影響。圖7-10給出了離心式水泵的三種葉片形式。當葉片出口安裝角一定時，均為常數。因此離心式水泵的理論壓頭與理論流量呈線性關系，即在-坐標圖上為一條斜率為的直線。斜率的大小與葉片安裝角有關，即與葉輪的葉片型式有關。離心式水泵的理論壓頭線圖7-10葉片的三種形式(a)-前彎式；(b)-徑向式；(c)-后彎式（1）前彎葉片>90°，<0，<0，故,即隨著的增加而增加，是一條上升的直線。（2）徑向葉片=90°，=0，=0，故=即不隨的增加而變化，是一條與橫坐標軸平行的直線。（3）后彎葉片<90°，>0，B>0，故即隨著的增加而減小，是一條下降的直線。離心式水泵的理論壓頭線由圖7-11可以看出，在理論流量相同的情況下，前彎葉片產生的理論壓頭最大，徑向葉片次之，后彎葉片最小。若產生相同的理論壓頭，采用前彎葉片時，葉輪直徑可小一些；采用后彎葉片時，需要的直徑最大，徑向葉片居中。由圖7-11可以看出，在理論流量相同的情況下，前彎葉片產生的理論壓頭最大，徑向葉片次之，后彎葉片最小。若產生相同的理論壓頭，采用前彎葉片時，葉輪直徑可小一些；采用后彎葉片時，需要的直徑最大，徑向葉片居中。理論壓頭是理論靜壓頭與理論動壓頭之和。葉輪出口的絕對速度越大，理論壓頭中動壓頭所占的比例越大，水在泵內流動時的能量損失也越大，效率就越低。從圖7-10知，前彎葉片的出口絕對速度最大，后彎葉片的最小，徑向葉片居中。所以前彎葉片葉輪的效率較低，后彎葉片葉輪的效率較