水泵及水泵站课程设计ppt

（5）叶轮整个水体动量矩定理
对整个叶轮积分并引入流量QT dVρ/dt＝ρQT ρQT(C2COSα2R2－C1COSα1R1)＝∑M 引入功率:方程两端同乘旋转角速度ω ρQT(C2COSα2R2ω—C1COSα1R1ω)＝Nt 引入水功率:NT＝γQTHT ρQT(C2COSα2R2ω－C1COSα1R1ω)＝γQTHT (C2COSα2R2ω－C1COSα1R1ω)/g＝HT 引入圆周速度U＝Rω (C2COSα2U2－C1COSα1U1)/g＝HT 引入轴面分速CU＝C×COSα HT＝(U2C2U—U1C1U)/g
• （3）水泵与水泵站的作用：水泵作为一种通用机械用途很广，
如采矿、冶金、电力、石化、房地产等行业，特别是农业灌溉 排水，市政给排水发挥重要作用。水泵是水泵站的主要设备； 泵站是给水排水工程的重要组成部分，为水泵和其它设备运行、 管理提供良好环境的场所，是整个工程的动力源泉。
• 2 叶片泵的分类
• • • •
4－单吸离心泵构造.jpg
1－单吸离心泵叶轮进口.jpg
5－单吸离心泵进口.jpg
2－单吸离心泵叶轮背面.jpg
3－单吸离心泵叶轮出口叶槽.jpg
6－单吸离心泵联轴器.jpg
1－双吸离心泵构造.jpg
2－双吸离心泵构造.jpg
4－双吸离心泵出口.jpg
7－单吸离心泵填料盒.jpg
5－双吸离心泵填料盒和减漏环.jpg
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2、基本方程式
水泵叶轮将原动机的机械能转换为液体能量，反映旋转机 械进行能量转换的定理只有动量矩定理。 （1）动量矩定理 质点系对转轴的的动量矩对时间的变化率，等于作用在质点 系的外力对转轴的力矩之和。 （2）三点假定 A: 液体是恒定流 B: 叶片无限多，严格约束每个叶槽水流为 均匀流 C: 理想液体,不可压缩,不计水力损失。 （3）研究对象 微元为一个叶槽水体；叶轮中所有叶槽水体。 （4）微元水体动量矩定理： 一个叶槽水体动量矩的变化，即dt时间内流入和流出水体 dm的动量矩变化。 利用动量矩定理则: dm/dt(C2COSα2R2－C1COSα1R1)＝M

② 城市的设计最不利点的地面标高108m， 控制点自由水压35 m。 ③ 管网平差得出的泵站至最不利点的输水 管和管网的总水头损失为21 m； ④ 消防流量为200 m3/h，消防扬程为15 m。 ⑤ 清水池所在地面标高为 100 m；清水地 最低水位在地面以下 5 m。
1.2.3 城市冰冻线为1.5 m，最高温 度为35 ℃，最低温度为 -20 ℃ 1.2.4 泵站所在地土壤良好，地下水 位为10m。
输水管不同方式比较三台水泵时压水管路的布置a检修阀1时两泵一管工作检修阀2时一泵一管工作b保证两台泵向一条输水管送水?吸水管路和压水管路的敷设保证使用和修理上的便利1管道与外壁距离2支墩及拉杆设置3放水口3放水口4地沟设置5冰冻线防腐防震6不宜架空7电气安全?引水1吸水管带有底阀a人工引水b用压水管中的水倒灌引水水泵从压水管引水2吸水管不带底阀a真空泵引水水环式真空泵b水射器引水水射器引水?起重1起重设备的选择泵房中必须设置起重设备以满足机泵安装与维修需要
附录
泵站分类
按照水泵机组设置的位置与地面的相 对标高关系： 地面式泵站
地下式泵站
半地下式泵站
送水泵站(也称二级泵站)

（1）组成
高地水池
清水池
切换井
取水泵房
管网
（2）吸水井 作用：有利于水泵吸水管道布置， 也有利于清水池的维修。 形式：

清水池 A B
二级泵房 分离式 池内式

水泵选择
流量 扬程 以及其变化规律
(4)如果给水系统中有足够大容积的高地 水池或水塔时，则泵站中可不设备用泵， 仅在仓库中贮存一套备用机组即可。 备用泵相其它工作泵一样，应处于随时 可以启动的状态。
小结： 1、水泵类型选择 水泵类型主要根据扬程选择，常用有离心 泵、轴流泵、混流泵等。 一般情况下，泵站设计扬程H 小于l0m，宜选用轴流泵； 5—20m，宜选用混流泵； 20—l00m，宜选用单级离心泵， 大于100m时可选用多级离心泵。

振动：泵在 运行时的振 动强度
泵的效率：泵的输出功率与输入功率之比，反映了泵的能量转换效率 泵的损失：包括机械损失、水力损失、容积损失等，这些损失会影响泵 的效率和性能 提高泵效率的方法：优化泵的设计、选择合适的材料、提高制造精度等
泵损失的影响：损失过大会导致泵的性能下降，甚至无法正常工作
Part Four
添加标题
泵池的作用：储存和 调节泵站的水量，保 证泵的正常运行
添加标题
管道的作用：连接泵 站与供水或排水系统， 实现水的输送
添加标题
阀门的作用：控制水 流的方向和流量，保 证泵站的正常运行
添加标题
控制系统的作用：监 控泵站的运行状态， 实现泵站的自动化控 制
Part Three
泵的分类：根据工作原理和 结构特点，可以分为离心泵、 轴流泵、混流泵等
采用高效节能泵：提高泵的效率，降低 能耗
优化泵站布局：合理布局泵站，减少管 道长度，降低能耗
采用变频技术：根据实际需求调节泵的 转速，降低能耗
采用节能材料：使用节能材料，降低泵 站的能耗
采用智能控制系统：实现泵站的智能化 控制，降低能耗
采用绿色能源：利用太阳能、风能等绿 色能源，降低能耗
控制系统类型：PLC、DCS等
泵站设计需要考虑的环境因素：地形、 地质、气候等
泵站设计需要考虑的经济因素：投资、 运行成本、维护成本等
泵站设计需要考虑的安全因素：防洪、 防震、防雷等
泵站设计需要考虑的环保因素：噪音、 振动、污染等
泵站设计需要考虑的智能化因素：远 程监控、自动控制、故障诊断等
汇报人：
,
汇报人：
01 02 03 04 05
06
Part One
Part Two

(4)比转数不是无因次数，它的单位是“r／min”。
21
2、对比转数的讨论 (1)比转数(ns) 反映实际水泵的主要性能。 当转速n一定时，ns越大，水泵的流量越大，扬程越低。 ns越小，水泵的流量越小，扬程越高。
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(2)叶片泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转 数而变的。用比转数ns可对叶片泵进行分类。 要形成不同比转数ns，在构造上可改变叶轮的外 径(D2)和减小内径(D0)与叶槽宽度(b2)。
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(3)相对性能曲线 ns越小：Q—H曲线就越平坦； Q＝0时的N值就越小。因而，比转数低的水泵，采
第二章 叶片式水泵
2.1 离心泵的工作原理与基本构造 2.2 离心泵的主要零件 2.3 叶片泵的基本性能参数 2.4 离心泵的基本方程式 2.5 离心泵装置的总扬程 2.6 离心泵的特性曲线 2.7 离心泵装置定速运行工况 2.8 离心泵装置调速运行工况 2.9 离心泵装置换轮运行工况 2.10 离心泵并联及串联运行工况 2.11 离心泵吸水性能 2.12 离心泵机组的使用及维护 2.13 轴流泵及混流泵 2.14 给水排水工程中常用的叶片泵
Sx——泵体内虚阻耗系数; m——指数。
(2)
H H 0 A 1 Q A 2 Q 2 A m Q m
9
§ 2.8 离心泵装置调速运行工况
2.8.１叶轮相似定律
几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺 寸成一定比例，所有的对应角相等。
b2 D2
b2m D2m
b2、b2m ——实际泵与模型泵叶轮的出口宽度； D2、D2m——实际泵与模型泵叶轮的外径；
(2)已知水泵nl时的(Q—H)l曲线，试用比例律翻画转速为 n2时的(Q—H)2 曲线。
14

660kg水泵种类水泵种类型号举例型号举例型号说明型号说明900zlb900zlb707036zlb36zlb7070zlbzlb立式半调节轴流泵立式半调节轴流泵900900泵出口直径泵出口直径mmmm7070水泵比转数为水泵比转数为7007003636泵出口直径泵出口直径in1200zlq1200zlq100100zlqzlq立式全调节轴流泵立式全调节轴流泵12001200泵出口直径泵出口直径mmmm100100水泵比转数为水泵比转数为1000100048zlq48zlq1001004848泵出口直径泵出口直径in离心泵的基本方程式是反映离心泵的扬程与离心泵叶轮中流体运动状况之间的关系在下面的讨论中我们以离心泵为例进行分析得到的结论对所有叶片泵都适用首先来分析一下离心泵叶轮中流体的运动情况来看一下离心泵的抽水过程
叶片式水泵的分类
叶片式水泵是依靠叶轮的高速旋转来完成能 量的转换和传递的。叶轮叶片的形状则影响 着水泵对水流的作用力及水流的出流方向， 根据叶轮出水的水流方向的不同可将这三种不同情况下，
叶片式水泵图
a,离心泵：叶轮出流方向为径向，叶轮叶片 对水流的作用力为离心力。
2.4 离心泵的基本方程式
2.4.1叶轮中液体的流动情况
(1)相对速度 圆周速度
绝对速度 即:
W u (牵连速度)
C
C =W + u
(2)速度矢量三角形
(3)绝对速度的切向分速度Cu和 法向分速度Cr
叶轮出口速度三角形 切向分速度Cu
法向分速度Cr
C2u C2 cosa2 u2 - C2r cot b2
常用单位为r／min(rpm)。
在往复泵中转速通常以活塞往复的次数 来表示(次／min)
6.允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv)

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底阀：水下式
的长度
水上式 使用条件：吸水管路水平段有足够
水上式底阀 1吸水管；2底阀；3滤罩；4工作台
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• 例：设水泵安装高度为4m，底阀距离吸水池 中最低水位为3.5m。试计算该水上式底阀正
常工作所需的吸水管水平段l1的长度(米) 。
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吸水管中的设计流速建议数值：
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• 2、横向排列 适用侧向进、出水的水泵，如单级双吸卧式离心
泵Sh型、SA型水泵
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机组之间各部尺寸要求：
(1)水泵凸出部分(基础)到墙壁的净距Al：A1=最大设备的宽度加1m，
但A1≮ 2m。
(2)出水侧水泵基础与墙壁的净距B1：Bl不宜小于3m。 (3)进水侧水泵基础与墙壁的净距Dl ：Dl不宜小于1m。
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A、水锤消除器
下开式水锤消除器 1、阀板；2、分水锥；3、重锤；4、排水口； 5、三通管；6、压力表；7、放气门8、闸阀
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B、设空气缸
空气缸 A-没有气囊；B-有气囊
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C、采用缓闭阀
工作原理：通过缓闭，减少管路系统中水的倒流 和消除水锤压力波动
(C)对于地下埋设的管道，电磁流量计的变送器应装 在钢筋混凝土水表井内。
(D)在流量计的下游侧安装伸缩接头，以便于仪表的
拆装。
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• 引水
(1)吸水管带有底阀 A、人工引水 B、用压水管中的水倒灌引水
水泵从压水管引水
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(2)吸水管不带底阀 A、真空泵引水
水环式真空泵
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§4.5 吸水管路与压水管路

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第1章 绪论
1.3 水泵分类（按工作原理划分）
1.3.1 叶片式水泵
靠装有叶片的叶轮高速旋转压送液体。
离心泵：液体在叶轮中流动时主要受到的是离心力作用。
轴流泵：液体在叶轮中流动时主要受到的是轴向升力的作用。
混流泵：液体在叶轮中流动时既受离心力的作用，又有轴向升 力的作用。
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射流泵
高压水
1、喷嘴 2、吸入室 3、混合管 4、扩散管 5、吸水第管17页6/共、2压1页出管
第1章 绪论
污水泵站平面图
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Байду номын сангаас1章 绪论
污水泵房剖面图
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第1章 绪论
单级单吸卧式离心泵
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感谢观看！
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第1章 绪论
1.4.2 要求 学会设计泵站 （图1、图2）
❖如何选择水泵？ ❖如何布置水泵机组？ ❖如何布置吸水管路和压水管路？ ❖泵站中辅助设备的设计？ ❖泵站尺寸的确定？ 第10页/共21页
第1章 绪论
1.4.3 参考书
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第1章 绪论
• 《给水排水设计手册》 （第5册） • 《室外排水设计规范》
（GB50014-2006）
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第1章 绪论
1.4.4 课程考核方式 平时成绩 30%（出勤、作业、课堂提问、测验）； 考试成绩 70%。
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第1章 绪论
给水泵站
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第1章 绪论
离心泵
轴流泵
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混流泵
第1章 绪论
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不锈钢离心泵 随着管道直饮水工程的发展，输送直饮水的泵一般采用不锈钢离心
泵，其型号既有卧式的也有立式的，既有单级的也有多级的。一般其扬 程在0～70m，流量在0～30m3/h.
立式管道泵 管道泵也称为管道离心泵，其基本构造与离心泵一样，可以直接 安装在管路上。常用于民用,工业设施的暖通空调系统及给水管道 局部加压和家用热水循环系统。一般适宜输送温度低于80℃/无 腐蚀性的清水或类似液体扬程在4～20m，流量在2.5～25m3/h.
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2.1 离心泵装置的总扬程
•水泵装置的设计扬程
3
基本计算公式:
H HST h
HST——水泵的静扬程（mH2O） Σh——水泵装置管路中水头损失之总和（mH2O）
0 用提升液体高度和水头损失表示
第16页/共57页
3
HST
0
2.2 离心泵的实测性能曲线讨论
特性曲线：在一定转速下， 离心泵的扬程、功率、效率等 随流量的变化关系称为特性曲 线。它反映泵的基本性能的变 化规律，可做为选泵和用泵的 依据。各种型号离心泵的特性 曲线不同，但都有共同的变化 趋势。离心泵的特性曲线是根 据给定的n值，按η最高的要 求来进行设计的。
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1.3 几种常见的离心泵
IS系列单级单吸式离心泵
适合输送清水及物理化学性质相类似的其它液体，主要用于工业和城 市给水、排水，亦可用于农业排灌，互换性强、高效节能。其特点是： 性能分布合理（流量：6.3～400m3/h，扬程5～125m）；其次是标准 化程度较高，泵的效率较高。
Sh(SA)系列单级双吸式离心泵
压水管 外轮 叶片 吸水口 内轮 蜗壳 吸水管
联轴器 饮水管 出水弯管 泵轴 导叶 叶片 喇叭管

30
地脚螺栓长度l=30d（d为地脚螺栓直径，见手册泵参数表）
31
混凝土密度：2500kg/m3
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(3) 机组布置应满足下列要求：
• 相邻两个机组基础间净距： 电机容量≤55 kw时，≥0.8m； 电机容量>55 kw时，≥1.2m；
• 相邻机组突出部分间的净距以及突出部分与墙壁间净距： 电机容量≤55 kw时，≥0.7m； 电机容量>55 kw时，≥1.0m；
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5、吸水管和压水管的设计
➢布置图式 ➢管径计算 ➢管材及配件规格决定(见指示书）
➢管道敷设地点 有关水泵吸、压水管路的设计与布置可参考教材 有关章节。
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吸水管的布置
应尽量减少吸水管中的水头损失； 泵站中通常每台水泵应有单独的吸水管； 吸水管上一般不设闸阀，只有当吸水井中水位高于水泵安装高
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泵站中如选用几种不同型号的泵，则应按 吸水性能最差的泵来计算，算出HSS后，可 确定其泵轴标高，减去泵轴至底脚的高度， 再减去底座和基础突出地面的高度，就得 到室内地坪标高。
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一般水泵基础比地板高20～30cm。水泵安装位置 决定后，管道立面布置尺寸也就决定了。
注意:吸、压水管道水平段的标高是由起控制作用的 那台泵的轴线标高、通过吸、压水口以及偏心异径管 与泵轴高差推出的。→压水管交联情况可推出各泵的 泵轴标高 →最后可确定各机组基础的标高。
压水管管径按通过的最大流量及设计流速决定，设计 流速可按下述数据决定：
d<250mm V采用1.5～2.0 m/s d≥250mm V采用2.0～2.5 m/s 总压水管管径在泵站内按上述原则决定，在站外按输 水管管径决定。
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管道敷设地点
当泵站为地面式或埋深不大，站内管道直径小于 500mm时，管道一般设在管沟中，管沟的宽度视管径 的大小而定（平行管路，管壁相距0.4-0.5m,管壁到管沟 有300mm的间距，管顶距盖板有100mm的间距），沟 底应有1%坡度坡向集水坑。

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高扬程、高转速
魁岐排涝站厂房内的3台 斜置轴流大型水泵
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系列化、通用化和标准化
水泵种类 型号举例
型号说明
单级 单吸 离心 泵 离心 泵 单级 双吸 离心 泵
IS100-65200 S500-59A 20Sh-6A
IS -单级单吸离心泵 100-吸入口直径，mm 65-排出口直径，mm 200-叶轮直径，mm
大型泵站概况 发展特点：
1．速度快； 2．工程规划日趋合理； 3．大型泵站建设； 4．泵站工程的科学研究发展； 5．国家对泵站工程的高度重视
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实施刁口河调水工程改善生态环境
从山东黄河河务部门获悉，今年山东省继续实施刁口河调 水工程。在调水调沙期间通过崔家节制闸自流引水和扬水 船提水交替取水的方式，向刁口河调水3500万立方米，争 取扩大自然保护区的补水面积，持续改善刁口河生态环 境.
电能 机械能 压能（势能）
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水泵装置——水泵、进出水管路(流道) 的 总和。
抽水装置—— 水泵、动力机、传动设备、 管路及其附件的总和。
泵站——由抽水装置、泵房、辅助设备、 附属设备、电气设备以及为保证机组正常 运行机时修建的建筑物（泵房）、上下游 连接建筑物的总和。
泵站工程——泵站、上下游河道及附属水 利工程闸、涵、渡槽等）的总和。
自来水厂
供水管网
用户
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节能方面
直接能耗是指污水处理厂运行过程中现场消耗的能量。 直接能耗中主要是污水与污泥的提升所消耗的电力，好氧生 物处理提供氧所耗用的电力，两者分别占整个污水厂直接能 耗的35%和40%左右。
间接能耗是指污水处理厂建设和运行过程中使用的非能 源产品所涉及的能耗。间接能耗中主要是各种原材料，如自 来水、蒸汽、絮凝剂。在污水的物理化学处理过程中或污泥 脱水过程，大量使用价格高的絮凝剂，如PAC和PAM等，是 导致污水厂停止运行的主要原因。

(3)相对性能曲线
ns越小：Q—H曲线就越平坦； Q＝0时的N值就越小。因而，比转数低的水泵，采
用闭闸起动时，电动机属于轻载起动，起动电流减小；
效率曲线在最高效率点两则下降得也越和缓。
2.8.4调速途径及调速范围
1、调速途径
(1)电机转速不变，通过中间偶合器以达到改变转速的目 的。
采用液力偶合器对叶片泵机组可进行无级调运，可以大 量节约电能，并可使电动机空载(或轻载)启动 ，热能 损耗多。
§ 2.7 离心泵装置定速运行工况
2.7.1工况点
水泵瞬时工况点：水泵运行时，某一瞬时的出水 流量、扬程、轴功率、效率及吸上真空高度等称 水泵瞬时工况点。 决定离心泵装置工况点的因素 （1）水泵本身型号； （2）水泵实际转速； （3）管路系统及边界条件。
2.7.2管路系统的特性曲线
管路总水头损失
(2)已知水泵nl时的(Q—H)l曲线，试用比例律翻画转速为 n2时的(Q—H)2 曲线。
问题(1)：求“相似工 况抛物线”
H kQ2
H
求A点：相似工况抛物 线与(Q—H)l线的交 点。
求n2
n2
n1 Q1
Q2
A Q1H A2
Q
(2)在(Q—H)l线上任取a、b、c、d、e、f点； 利用比例律求(Q—H)2上的a’、b’、c’、d’、e’、 f’……作(Q—H)2曲线。 同理可求(Q—N)2曲线。
(1)
n2
Q n11 Q2
n1Q2
Sx k Hx
(2)
H2 (nn11)2Hx SxQ22
2.8.３相似准数—比转数(ns)
１、模型泵：在最高效率下，当有效功率Nu＝735.5 W 这时(1该HP模)，型扬泵程的H转m数＝，1就m叫，做流Q与量m 它7H相5Nmu似0的.07实5m际3／泵s的。比转