《泵与泵站第二章》PPT课件

第二章 叶片式水泵
• 流体力学公式
• 动量方程： F Q(V2 V1)
• 作用在水体上的外力等于流出水体的动 量减去流入水体的动量
• 动量矩方程：作用在水体上的外力对于 某轴的矩等于流出水体的动量对该轴的 矩减去流入水体的动量对该轴的矩。
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泵与泵站第2章
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• 速度合成定理：绝对速度C等于牵连速度u与相对速度w的矢量和
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泵与泵站第2章
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• M是水泵的稳定工况点。
• 如果水泵抽水时受到瞬间扰动，使流量变小。此 时，水泵的扬程K大于管道系统所需要的扬程K’， 于是富余的能量使流量增大，扬程减小，工况点 恢复至M点。
• 如果流量增大，则水泵的扬程D小于管道系统所需 的扬程，于是流量变小，工况点又恢复至M点。
• 吸水管局部损失系数，进口1=2 ，90°弯头2=0.59，渐缩管3=0.17 。 • 求：水泵扬程H。
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泵与泵站第2章
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• 解：铸铁管粗糙系数n=0.013（钢管0.012，水泥管0.014），计算式：
8gn2 (d / 4)1/3
v
4Q
d 2
hf
l
d
v2 2g
hj
v2 2g
• H=82-139Q2 , 74 67.8 60
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泵与泵站第2章
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泵与泵站第2章
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补充例题
• 用14SA-10型水泵抽水，特性曲线如图2-
• 水泵的输入功率（电机输给水泵的功率）
为N
• 则水泵的效率：
Nu
N
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泵与泵站第2章
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水泵的扬程、功率、效率与流量的关系曲线
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泵与泵站第2章
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• 2. 实测的特征曲线 • 扬程特性曲线H~Q是一条不规则的曲线。随着Q的增大，H变小。 • 效率特性曲线η~Q有一个峰值。效率最大的扬程、流量、功率、效率就是水
)
hw12
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泵与泵站第2章
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• 位置水头差、速度水头差远小于压强水头差，如果不计损失，则水泵扬 程近似地等于水泵出口、进口的压强水头差：
H p2 p1
g
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泵与泵站第2章
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水泵的进口真空表和出口压力表
• 用压力表测量出口的相对压强p-pa。 • 用真空表测量进口的真空压强pa-p。
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• 解：离心泵特性曲线高效段可用抛物
方程式近似的表示： H=a-bQ2。利用两
个点的数据求常数a、b的值：
74 a 0.242 b
Fra Baidu bibliotek
64
a
0.362
b
a 82,b 139
H 82 139Q2
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泵与泵站第2章
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验算
•Q
0.24 0.32 0.40
• H（试验曲线）74 68 59
pa p1 0.001106 Pa
H p2 p1 p2 pa pa p1 2.143m
g
g
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泵与泵站第2章
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• 2. 扬程与管道水头损失的关系 • 对断面0-0和3-3应用伯努利方程：
z0
pa
g
v02 2g
H
z3
pa
g
v32 2g
hw
H z3 z0 hw H ST hw
• w22=u22+C22-2u2C2cos 2
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泵与泵站第2章
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动量矩方程
• 研究一个叶槽内的水体的动量矩方程。
• 作用在叶槽水体的外力对转轴的矩=流 出水体的动量对转轴的矩-流入水体的 动量对转轴的矩。
• 对单个叶槽，设弧长 s，厚度b，断面 积 F=bs。牵连速度u= R，相对速 度w，绝对速度C。工作角 ，安装角
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泵与泵站第2章
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2.5 离心泵装置的总扬程
• 离心泵装置是指离心泵加上管道系统。 • 1. 扬程与水泵进、出口参数的关系 • 对于水泵进口和出口断面应伯努利方程：
z1
p1
g
v12 2g
Hm
z2
p2
g
v22 2g
hw12
Hm
(z2
p2
g
v22 2g
)
( z1
p1
g
v12 2g
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泵与泵站第2章
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水泵的扬程
• 设单位重量水体获得的功率为HT ，即：
•
NT = gQ HT
• 则有
HT
NT
gQ
1 g
(u2C2u
u1C1u )
HT 称为水泵的（理论）扬程。
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水泵的扬程
• 在水泵设计时，使C1u =0，即C1与圆周垂直。并由C1u=C1cos 1 =u1-w1cos 1 = 0 确定叶片的进口安装角1 。
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泵与泵站第2章
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3 . 离心泵装置工况点的改变
• 管道阻力不变，静 扬程HST变小（洪 水期间），水泵扬 程也变小，流量增 加。
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• 静扬程不变， 管道阻力增
加，水泵扬
程增加，流 量变小。
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• 可见，水泵扬程与转速、外轮半径、外 轮过流断面面积、出口安装角、流量等 5个参数有关。
• 外轮半径、外轮过流断面面积、出口安 装角是常数。如果转速不变，则扬程是 流量的线性函数。
• 由于存在损失水泵，杨程是流量的曲线 函数。
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泵与泵站第2章
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如果转速为常数，则 HT A BQ 水泵的有效功率： Nu gQ( A BQ )
(R2
Q F2
cot 2 )
2 n 303.7rad / s
60
F2 D2b2 0.0113
H 94 475Q
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HT 94 475Q
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作业 2-5
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2.7 离心泵装置的定速运行工况
泵铭牌上注明的额定扬程、额定流量、功率、效率。
• 当Q=0时，功率最小。因此，为了保护电机，水泵采用“闭闸启动”。
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泵与泵站第2章
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• 例宽n2=题度29：b020=离r1/8心mmi泵nm，，，试安叶求装轮特角外性β径曲2D=线23=02。°0，0m转m速，
• 解：
HT
R2
g
• 1. 管道系统特性曲线
• 管道系统特性曲线：
•
H=hST+hw
hw
hf
hj
l d
Q2 2gA2
Q2 2gA2
sQ2
H hST sQ2
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2. 用图解法求工况参数H，Q
• 离心泵特性曲线：
H=c0+c1Q+c2Q2
• 管道特性曲线：
H=HST+sQ2
• 图解法：两条曲线的交 点就是工况。
动量矩方程
• M= Q(C2cos2 R 2 - C1cos1 R1 ) • 叶轮给水体的功率（理论功率）： • NT=M= Q(C2cos2 R 2 - C1cos1 R1 ) • 记绝对速度的切向分量Cu= Ccos • 记牵连速度 u= R • 则： NT= Q(u 2 C2u- u1C1u )
C uw
例：河的水流速度为u，小船以相对速度w向 对岸行驶：
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2.1 离心泵工作原理与基本构造
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• 叶轮：两个圆板夹 着叶片。叶片是若 干条弯曲的筋条。
• 叶轮旋转时，水流 的运动路线为：水 池-管口-吸水管叶轮吸水口-叶槽蜗壳-压水管
吸水管：
v1
4Q
d12
1.2473m / s,
v2
4Q
d 2 2
4.62m / s
hf
l1
d1
v12 2g
0.1354m
hj
(
1
2
)
v12 2g
3
v22 2g
0.2304m
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• 压水管：
水泵扬程：
v2
4Q
d 2 2
4.62m / s
hf
l2
d2
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例2-2
• 14SA-10型离心泵，转速n=1400r/min，叶轮直径D-466mm，其特性曲线如图227所示。试拟合Q~H特性曲线方程。
• 14SA-10型离心泵Q~H特性曲线上的坐标值 • 序号 1 2 • H/m 74 64 • Q/ m3/s 0.24 0.36
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v2 2 2g
4.62m
hj 0.1hf 0.462m
H H ST hw 90 58 0.1354 0.2304 4.62 0.462 37.4478m
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作业
题2-3，2-8
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2.6 离心泵特性曲线
• 1. 水泵的理论扬程：
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• ２．泵轴：带动叶轮转动的轴。
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2.4 离心泵基本方程
• 水流速度：
• 牵连速度 u= r • 相对速度 w • 绝对速度 C=u+w
• 工作角: • 安装角:
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速度合成定理
• C=u+w • 进口： • 圆周切向 C1u=C1cos 1 =u1-w1cos 1 • 圆周径向 C1r=C1sin 1 =w1sin 1
HT
u2C2u g
C2u u2 w2 cos 2
Q 2R2b2w2 sin 2 F2w2 sin 2
w2
F2
Q sin
2
,
C2u
u2
Q F2
cot 2 , u2
R2
HT
u2C2u g
R2
g
(R2
Q F2
cot 2 )
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HT
R2
g
(R2
Q F2
cot 2 )
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•
例压d面2=水标20-.管高130长水9m0度泵.，00抽l吸M2=水水。30，井0m已水，知面采：标用流高铸量5铁8Q.0管=01m，2，0吸l泵/水s=轴管0.线1直2标m径3高/ds1，6=00吸..0305水mm管，，长水压度厂水l混1管=合2直0池m径，水
H
p2 p1
g
p2 pa
g
pa p1
g
Hd
Hv
Hd称为压力水柱高， Hv称为真空水柱高， 水泵扬程等于压力水柱与真空水柱之和。
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泵与泵站第2章
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• 例如：水泵出口的压力表读数为0.02MPa，进口的真空表读数为0.001MPa。求 此时水泵的扬程H。
• 解：
p2 pa 0.02106 Pa
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4. 用数解法求工况参数H，Q
• 水泵特性曲线H~Q的高效段可用抛物方程式近似的表示： H=a-bQ2。 • 用高效段的两个点的参数确定a,b的值。 • 联立水泵特性方程和管道系统特性方程，求出未知量H和Q： • H=hST+sQ2 , H=a-bQ2
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泵与泵站第2章
• 水泵的扬程表达式为：
HT
u2C2u g
为提高水泵扬程，通常的出口工作角2
=6º~15º
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泵与泵站第2章
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水泵的实际扬程
• 水泵的实际扬程H小于理论扬程HT 。原
因是： • 叶槽内的水流除了沿叶槽方向运动外，
还有反旋流动，耗散了能量。 • 近、出口断面速度分布不均匀。 • 流动有水头损失。
泵与泵站第2章
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动量矩方程
• 一个叶槽的动量矩方程： • M= Q2 C2cos2 R 2 - Q1C1cos1 R1 • 由于 Q1= Q2 • 因此 • M= Q(C2cos2 R 2 - C1cos1 R1 ) • 对所有的叶槽：
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M M
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• 流量 Q1=b 1s1C1r= b 1s1w1sin 1 = F1 w1sin 1
• 余弦定理： • w12=u12+C12-2u1C1cos 1
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泵与泵站第2章
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• C=u+w • 出口：
• 圆周切向 C2u=C2cos 2 =u2-w2cos 2 • 圆周径向 C2r=C2sin 2 =w2sin 2 • 流量 Q2=b2s2C2r= b2s2w2sin 2 = F2 w2sin 2 • 余弦定理：
。
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泵与泵站第2章
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动量矩方程
• 水体受到的外力：压力、重力。
• 外力对转轴的矩： M • 流出叶槽的动量（矢量）： Q2C2
• 流出叶槽的动量对转轴的矩：
• Q2 C2cos2 R 2
• 同理，流入叶槽的动量对转轴的矩：
• Q1C1cos1 R1
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泵与泵站第2章
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• 叶片的形式：封闭式、半封闭式、开放 式
• 工作原理：叶片旋转时，叶槽内的水体 受到离心力的作用，蜗壳内的水体压强 增大，水被送往高处。
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泵与泵站第2章
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2.2离心泵的主要零件
• １．叶轮 • 单吸式叶轮、双吸式叶轮 • 封闭式叶轮、半开式叶轮、敞开式叶轮