通风2

第五章 离心式水泵的工作原理 一、学习目的和要求 通过本章学习，了解离心式水泵的组成、作用，掌握工作参数、特性曲线和在管路中工作。 二、重点与难点 （1）离心式水泵的工作原理、工作理论； （2）离心式水泵的特性曲线和在管路中工作。 三、课程内容

第一节 概述 一、排水设备的任务和分类 矿水：涌入矿井的水统称为矿水. 矿水主要来源于大气降水、地表水、含水层水、断层水和采空区水等，对于水力采煤和水砂充填的矿井，还包括水力采煤和水砂充填后的废水。 矿井涌水量：在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌水量,用q表示，其单位是m3/h。 最大涌水量：雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为最大涌水量，用qmax表示，所对应的涌水时间为最大涌水时间，用tmax表示。 正常涌水量：其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正常涌水量，用qz表示，所对应的涌水时间为正常涌水时间，用tz表示。  矿水的性质：主要是指重度（或密度）、温度、PH值等。  温度 随井深增高。  密度 比清水大。ρ=1015～1025kg/m3  化学性质 矿水略带酸性，当PH<5时，应采取措施。  矿山排水设备的任务：是将矿水及时的排至地面，保证井下工作人员、矿井和设备安全。因此，要求排水设备必须安全、可靠、经济运转。  矿井排水设备分为固定式和移动式两类.固定式排水设备根据其服务范围又分为主排水设备、区域排水设备和辅助排水设备。 二、排水设备的组成及其作用 排水设备一般由水泵、电动机、吸水管、排水管、管路附件及仪表等组成

 水泵是向水传递能量的机械，提高水的静压和动压。  滤水器5的作用是过滤矿水中的杂物，防止杂物进入水泵。  底阀6用于防止水泵启动前充灌的引水及停泵后的存水漏入吸水井。  调节闸阀8是用来调节水泵的扬程和流量、关闭时启动和正常停泵时先关闭该闸阀。  逆止阀9是防止突然停泵时发生的水击。  旁通管10可通过旁通管用排水管中的存水向水泵充灌引水。  压力表15用来检测水泵出口的压力；  真空表14用来检测水泵入口处的真空度。  引水漏斗11用来充灌引水；  放气栓16是在充灌引水时排出水泵内的空气。  放水管12是把排水管中的存水放入吸水井。

三、对排水设备的要求 排水设备是煤矿大型固定设备之一。一般煤矿每开采1t煤，要排出2～7t

图1-4矿山排水设备示意图 1-离心式水泵；2-电动机；3-启动设备；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排水管；8-调节闸阀； 9-逆止阀；10-旁通管；11-引水漏斗；12-放水管；13-放水闸阀；14-真空表；15-压力表；16-放气栓 的矿水，有些煤矿甚至多达30～40 t的矿水。排水设备的电动机功率，小的几千瓦或几十千瓦，大的几百千瓦或上千千瓦。为确保矿井安全生产，排水设备安全、可靠、经济、合理地运行具有十分重要的意义。 排水设备的选用及其布置方式必须符合《煤矿安全规程》等相关的技术规定和要求。 四、离心式水泵的组成及工作原理 1、离心式水泵的组成 离心式水泵主要由时轮、叶片、外壳、泵轴和轴承等组成。 2、离心式水泵的工作原理

 图1-5 单级离心式水泵结构示意图,1-叶轮 2-叶片 3-外壳4-吸水管 5-排水管 6-引水漏斗。  水泵启动前，先向水泵充灌引水，灌满引水后，启动电机。电机带动泵轴与叶轮旋转，叶轮内的水在离心力作用下，由叶轮入口流向叶轮出口，并经螺线形扩散室进入排水管被排出。同时，在水被排出的叶轮进口处形成真空（负压），吸水井中的水在大气压力作用下，通过吸水管被压入

图1-5 单级离心式水泵结构示意图 1-叶轮 2-叶片 3-外壳 4-吸水管 5-排水管 6-引水漏斗 叶轮入口，形成连续流动。 五、离心式水泵的分类 1、按叶轮数目分 （1）单级水泵 泵轴上有仅装有一个叶轮 (2) 多级水泵 泵国上装有几个叶轮 2、按水泵吸水方式 （1）单吸水泵 （2）双吸水泵 3、按泵壳的结构分 （1）螺壳式水泵 （2）分段式水泵 （3）中开式水泵 4、按泵轴的位置分 （1）卧式水泵 （2）立式水泵 5、按比转数分 （1）低比转数水泵 比转数n=40-80

（2）中比转数水泵比转数n=80—150 （3）高比转数水泵比转数n=150-300 六、离心式水泵的工作参数 1、流量 水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s , m3/h。 2、扬程 单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。 1） 吸水扬程式（吸水高度） 泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，单位为m。 2） 排水扬程（排水高度） 泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程,用符号Hp表示，单位为m。 3） 实际扬程（测地高度） 从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。用符号Hsy 表示，单位为m Hsy= HX + Hp 4） 总扬程 总扬程H为实际扬程SYH损失扬程式wh和在水在管路中以速度v流动时

所需的（速度水头）扬程gv22之和，称为水泵的总扬程。 H=SYH + wh + gv22 3、功率 水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。 1） 水泵的轴功率 电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）。用符号PZ表示 2） 水泵的有效功率 1000pxQH 水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符号XP表示。

4、效率： 水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号表示。

ZPQH1000 5、转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。 6、允许吸上真空度或汽蚀余量 在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。 水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。

第二节 离心式水泵的工作原理及特性曲线 一、离心式水泵理论压头及特性曲线 1.水在叶轮中的运动分析 2.离心式水泵的理论压头方程式 （四个）假设：（1）水在叶轮内的流动为稳定流动，即速度不随时间变化； （2）水是不可压缩的，即密度为一常数； （3）水泵在工作时没有能量损失，即原动机传递给水泵轴的功率完全用于增加流经叶轮的能量； （4）叶轮叶片数目无限多且为无限薄。

1u1u22cucuglHL 由此方程式可以看出： （1） 水从叶轮中所获得的能量，仅与水在叶轮进口及出口处的运动速度有与水在流道中的流动过程无关。如果0190

则 u22cuglLH

（2）理论扬程与2u有关，而60nu22D。因此，增加转速和加大叶轮直径可以提高水泵理论扬程。 （3）流体所获得的理论扬程LH与流体种类无关。 3.离心式水泵理论压头与理论流量的关系式 LLBQAH 4.离心式水泵的理论压头线 1）理论压头的关系 2）叶轮流道与效率的关系 3）理论压头与理论流量的关系 二、离心式水泵的实际压头及特性曲线 1.有限多叶片的影响 2.能量损失的影响 1）摩擦损失和扩散器损失 2）冲击损失和涡流损失 3.离心式水泵实际特性曲线 三、离心式水泵的效率 1.机械损失和机械效率

ZLLPHQ1000''m 2.容积损失和容积效率 'rLQQ 3、水泵的总功率 Lsrm 第三节 相似原理 一、相似条件 1、 几何相似

'22'1

1DDD

D

2、 运动相似 3、 动力相似 若作用在两台泵相应点处液体上的同名力（如惯性力、压力、黏性力、重力）的比值相等。 二、比例定律 1、 流量关系 2、 扬程关系 3、 功率关系 一、 比转数 比转数sn反映了以下几个方面的规律 （1） 反映了某系列离心式水泵在性能参数上特点。 （2） 反映了某系列离心式水泵在构造上的特点

第四节 离心式水泵在管路中的工作 一、管路特性曲线和水泵的工况点 1、管路特性曲线 对由于管壁持垢使管径缩小的旧管道，管路阻力系数应乘以1.7即 2、水泵的工况点 如果把水泵曲线和管路特性曲线按同一比例画在同一坐标图上，所得的交战M就是水泵的工作点。 二、汽蚀现象和吸水高度 1、在机械剥蚀、化学腐蚀和电化学的共同作用下，金属表面很快出现蜂窝状的麻点，并逐渐形成空洞而损坏。这种现象称之汽蚀。 （1）泵的性能改变 （2）引起振动和噪声 （3）过流部件表面的破坏 2、汽蚀余量h 3、吸水高度 从水泵性能曲线图上所查的SH值，若与水泵使用地点的条件不符，则应按下式加以修正 三、 1、稳定工作条件 09.0HHSY