水泵

nullnull泵null 流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系。本部分主要介绍流体运动学和流体动力学的基本知识，学习流体力学中的几个重要的基本方程：连续性方程、动量方程和能量方程，这些方程是分析流体流动问题的基础。null一、定常流动和非定常流动 根据流体的流动参数是否随时间而变化，可将流体的流动分为定常流动和非定常流动，现举例说明如下：如图所示装置，将阀门A和B的开度调节到使水箱中的水位保持不变，则水箱和管道中任一点(如1点、2点和3点等)的流体质点的压强和速度都不随时间而变化，但由于1、2、3各点所处的空间位置不同，故其压强和速度值也就各不相同。这时从管道中流出的射流形状也不随时间而变。这种运动流体中任一点的流体质点的流动参数(压强和速度等)均不随时间变化，而只随空间点位置不同而变化的流动，称为定常流动。现将阀门A关小，则流入水箱的水量小于从阀门B流出的水量，水箱中的水位就逐渐下降，于是水箱和管道任一点流体质点的压强和速度都逐渐减小，射流的形状也逐渐向下弯曲。 null 流体的出流null二、流体流动分类 可以把流体流动分为三类： （1）有压流动 总流的全部边界受固体边界的约束，即流体充满流道，如压力水管中的流动。 （2）无压流动 总流边界的一部分受固体边界约束，另一部分与气体接触，形成自由液面，如明渠中的流动。 （3）射流 总流的全部边界均无固体边界约束，如喷嘴出口的流动。null三、流量和平均流速 单位时间内通过有效截面的流体体积称为体积流量，以qv表示。其单位为m3/s、m3/h等。 单位时间内通过有效截面的流体质量称为质量流量,以qm表示，其单位为kg/s、t/h等。 由于微元流束有效截面上各点的流速V是相等的，所以通过微元流束有效截面积的体积流量dqv和质量流量dqm分别为： dqv=VdA dqm=ρVdAnull管内流动速度分布null四、均匀流和非均匀流 根据流场中同一条流线各空间点上的流速是否相同，可将总流分为均匀流和非均匀流。若相同则称为均匀流。天然河流为典型的非均匀流动。非均匀流均匀流null非均匀流动根据其流线弯曲程度又可分为缓变流和急变流。缓变流和急变流null五、连续性方程连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的应用。 在工程上和自然界中，流体流动多数都是在某些周界所限定的空间内沿某一方向流动，即一维流动的问题，所谓一维流动是指流动参数仅在一个方向上有显著的变化，而在其它两个方向上的变化非常微小，可忽略不计。例如在管道中流动的流体就符合这个条件。null对不可压缩均质流体： 上式为不可压缩流体一维定常流动的总流连续性方程。该式说明一维总流在定常流动条件下，沿流动方向的体积流量为一个常数，平均流速与有效截面面积成反比，即有效截面面积大的地方平均流速小，有效截面面积小的地方平均流速就大。 null六、伯努利方程 丹·伯努利（Daniel Bernoull，1700—1782）：瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任教，他在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。 伯努利以《流体动力学》（1738）一书著称于世，书中提出流体力学的一个定理，反映了理想流体（不可压缩、不计粘性的流体）中能量守恒定律。这个定理和相应的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 称为伯努利定理和伯努利公式。 他的固体力学论著也很多。他对好友 欧拉提出建议，使欧拉解出弹性压杆失稳后的形状，即获得弹性曲线的精确结果。1733—1734年他和欧拉在研究上端悬挂重链的振动问题中用了贝塞尔函数，并在由若干个重质点串联成离散模型的相应振动问题中引用了拉格尔多项式。他在1735年得出悬臂梁振动方程；1742年提出弹性振动中的叠加原理，并用具体的振动试验进行验证；他还考虑过不对称浮体在液面上的晃动方程等。 null（一）方程的物理意义和几何意义 为了进一步理解理想流体微元流束的伯努利方程，现来叙述该方程的物理意义和几何意义。 1、物理意义 null 理想流体微元流束的伯努利方程式中，左端前两项的物理意义，在静力学中已有阐述，即第一项z表示单位重量流体所具有的位势能；第二项p/(ρg)表示单位重量流体的压强势能；第三项V2/(2g)理解如下：由物理学可知，质量为m的物体以速度V运动时，所具有的动能为Mv2/2，则单位重量流体所具有的动能为V2/(2g)即(mV2/2)/(mg)= V2/(2g) 。所以该项的物理意义为单位重量流体具有的动能。位势能、压强势能和动能之和称为机械能。因此，伯努利方程可叙述为：理想不可压缩流体在重力作用下作定常流动时，沿同一流线（或微元流束）上各点的单位重量流体所具有的位势能、压强势能和动能之和保持不变，即机械能是一常数，但位势能、压强势能和动能三种能量之间可以相互转换， 所以伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种特殊表现形式。null2、几何意义 理想流体微元流束的伯努利方程式中，左端前两项的几何意义，同样在静力学中已有阐述，即第一项z表示单位重量流体的位置水头，第二项p/(ρg)表示单位重量流体的压强水头，第三项V2/(2g)与前两项一样也具有长度的量纲。它表示所研究流体由于具有速度V，在无阻力的情况下，单位重量流体所能垂直上升的最大高度，称之为速度水头。位置水头、压强水头和速度水头之和称为总水头。由于它们都表示某一高度，所以可用几何图形表示它们之间的关系，如下图所示。 因此伯努利方程也可叙述为：理想不可压缩流体在重力作用下作定常流动时，沿同一流线(或微元流束)上各点的单位重量流体所具有的位置水头、压强水头和速度水头之和保持不变，即总水头是一常数。null总水头线和静水头线null 二、伯努利方程应用时特别注意的几个问题 伯努利方程是流体力学的基本方程之一，与连续性方程和流体静力学方程联立，可以全面地解决一维流动的流速(或流量)和压强的计算问题，用这些方程求解一维流动问题时，应注意下面几点：null(1) 选好有效截面，选择合适的有效截面，应包括问题中所求的参数，同时使已知参数尽可能多。通常对于从大容器流出，流入大气或者从一个大容器流入另一个大容器，有效截面通常选在大容器的自由液面或者大气出口截面，因为该有效截面的压强为大气压强，对于大容器自由液面，速度可以视为零来处理。 (2) 选好基准面，基准面原则上可以选在任何位置，但选择得当，可使解题大大简化，通常选在管轴线的水平面或自由液面，要注意的是，基准面必须选为水平面。 (3) 求解流量时，一般要结合一维流动的连续性方程求解。伯努利方程的p1和p2应为同一度量单位，同为绝对压强或者同为相对压强，p1和p2的问题与静力学中的处理完全相同。 (4) 有效截面上的参数，如速度、位置高度和压强应为同一点的，绝对不许在式中取有效截面上Ａ点的压强，又取同一有效截面上另一点Ｂ的速度。null一、泵的基本方程1、液体在叶轮中的运动和速度三角形 水泵工作时，水在叶轮内的运动是一种复合运动。绝对运动速度с是圆周速度与相对速度的矢量和，见下图：nullnull 若把图中的绝对速度C正交分解为两个分量； 圆周分速CU —— 与圆周速度方向一致的分量； CU = C cosα 径向分速Cr —— 与半径方向一致的分量； Cr = C Sinα α — 绝对流动角； β — 相对流动角； null2、泵的能量方程式 能量方程式反映理想的不可压缩流体以稳定流的形式通过叶轮后，流体所获得的能头（即无穷多叶片的理论扬程）与叶轮内流体运动之间的关系。 此方程式在1756年由欧拉首先推导得出，故又称欧拉方程式。它有三种表达形式。null1、能量方程式的第一种表达式用力学中的动量矩定理可推导出能量方程式的第一表达式为： 上式表明液体流经旋转叶轮时，叶轮传递给单位重力水的能量就是扬程。故叶片泵的基本能量方程又称理论扬程方程。null泵基本方程特点： 1、叶片泵基本方程只与叶片泵进出口速度三角形有 关，与叶片形状无关，它适用于一切叶片泵。 2、基本方程与被抽送的液体种类和性质无关，它适 用于一切流体。 null2、能量方程式的第二种表达式 在速度三角形中，按余弦定理可以把能量方程式变成如下形式：null 分析上式可知，流体所获得的无穷多叶片理论扬程可分为两部分： 第一部分： 表示流体流经叶轮时动能的增加值，这个增加值的一部分将在蜗壳或导叶中转换为压力能。null第二部分： 表示流体流经叶轮时压力能的增加值。其中：表示流体由于离心力的作用而获得的压力能的增加值。 从运行性能出发，希望该部分能量增量较大表示由于叶片间流道断面面积变化，流体相对速度减小所转化的压力能。null3、能量方程式的第三种表达式 流体沿轴向流向叶轮时，流入叶片进口的方式有预旋和无预旋两种。 预旋：指紧靠叶片进口处流体绝对速度的圆周分速度不等于零的流动。 即： 无预旋：指紧靠叶片进口处流体绝对速度的圆周分速度等于零的流动。 即：null因为： 时， ，所以无预旋流动 也称为 的流动。 在离心式泵中， 时，流体进入叶片的绝对速度方向与叶轮半径方向相同，故无预旋流动又称径向流入叶轮的流动。 将 代入第一表达式得： null第三表达式为：上式表明，在其它条件不变的情况下，当 时，流体流经叶轮时，离心泵可以获得最大的扬程。 null 另从上式可看出，理论扬程随C2u 、r2 、和 n 值的增加而增加。 C2u 增加: 意味着叶轮出口角β2的加大，这会对效率产生 不利影响。r2 增加: 将使叶轮的尺寸加大。结论：通常用提高转速的方法来提高扬程。 但提高转速会受到原动机转速、泵的汽蚀性能及泵结构强度和材料机械性能等因素的影响。null3、离心式泵的叶片形式 离心泵叶片切线与 u 反方向之间的夹角叫叶片安装角，用βy表示，一般在泵的设计工作状况下， β = βy 。 按叶片出口安装角β2y 的不同，叶片有以下三种型式： β2y＜900 ：对叶轮的转动方向来说，叶片是向后弯曲的，称 后弯型叶片。 β2y= 900 ：叶轮具有径向出水口，称径向型叶片。 β2y＞900 ：对叶轮的转动方向来说，叶片是向前弯曲的，称 前弯型叶片。null下图为三种叶片形式的示意图：null4、理想离心式泵的性能曲线形式 在理想情况下，离心泵的流量改变时，理论扬程将按什么规律变化呢？ 经推导可得到关系式： 对确定的泵而言，几何尺寸是一定的，若转速也一定，则： （常数）， （常数）。将A、B代入上式 null得到： 上式是 随Q 的变化关系式，其图像为一条直线，表示的就是 — Q 性能曲线。 绘制Htw — Q 性能曲线的基本方法为： 选用不同的 Q 值代入上式，算出一系列与所选Q 值相对应的 值并列成表，在坐表系中用描点法绘制出曲线。 如下图是不同叶型的性能曲线。null不同叶型的性能曲线null三种叶片形式性能曲线的比较： ⑴ 在其它条件相同情况下，前弯叶片的理论扬程最高。但实际上离心泵几乎毫不例外地采用后弯叶片，原因： 由于理论扬程公式只限于在叶轮范围看问题，而未考虑到蜗壳、导叶等整个离心泵的问题，并且忽略了一切损失，包括能量转换中的损失。 ①在输出流量相同的条件下，前弯形叶片泵因其扬程高，所以它由原动机提供的动力必然大于后弯形叶片泵。 ②在相同的出口圆周速度条件下，前弯形叶片的叶轮虽能供给液流以最大的能量，但在这些能量成分中动能部分占有很大的比重。当动能在蜗壳或导叶中转化为压力能时，要伴随着很多损失（摩擦损失、涡流损失等），而且这些损失都会因流速过高而增大。null ③后弯形叶片叶轮供给液流的能量中，动能部分占有较小的比例。而压力能却占有较大的比例。并且由于流速小，各项损失也小。 ④后弯叶片的弯曲度都比前弯形小，叶片出口速度也较均匀，所以损失是比较小的。结论：具有后弯叶片的离心泵,它的效率是高的,且这种泵的性能特点也比较好,所以被普遍采用。⑵ 径向叶型泵的性能曲线是水平线，表明它的理论扬程与流量无关，仅与转速的平方成正比。因此，在汽轮机调速系统中，常用径向叶型泵作为调速器，将汽轮机转速的变化转换成油压的变化。 null二、有限叶片数对理论扬程的影响 离心泵的基本方程式表示当叶轮具有无限叶片数时，理想液体在流经叶轮后所得到的理论扬程与叶轮几何尺寸及运动参数之间的关系。在推导过程中忽略了许多实际因素。 实际上，泵叶轮不可能具有无限叶片数，一般有 6 ～ 9 个叶片，而且叶片有一定的厚度。因此，要使泵基本方程能付之于实际应用就应对其进行必要的修正。null因此，叶轮在有限叶片数时的理论扬程 Ht 将小于 ；式中，m为有限叶片数时的理论扬程Ht 修正数，可按经验关系式计算；Ψ= （0.55 ～ 0.65）+0.6sinβ2 Z为叶轮叶片数null有限叶片数时理论扬程减小的原因----轴向涡流如图所示，叶轮在旋转时，流体在流道内会产生一个和叶轮旋转方向相反的轴向涡流，轴向涡流与相对运动迭加的结果造成在同一圆周上相对速度分布并不均匀，在叶片工作面附近，由于两种运动速度方向相反，使相对速度减小；在叶片背面附近，由于两种运动速度方向一致，使相对速度增大。所以流体在离开叶轮时，相对速度将向叶轮旋转的反方向偏转一个角度，使β2减小，从而使C2u减小。结果，理论扬程将减小。null三、泵的相似定律问题的提出： 泵的设计任务是在满足设计要求的情况下，力求使结构最为合理，并使其具有造价低、耗功少、效率高等特点。为此，设计者就必须透彻地掌握流体在叶轮内的流动规律及其和叶轮之间的能量交换过程。 但是，迄今为止仍有很多理论问题尚未得到解决，因而也就不能完全用理论方法进行设计。因此，为了获得一个好的流动特性，往往需要一个反复设计、试验、修改的过程。然而，由于经济性和技术条件以及试验场地的限制，对实物（原型）直接进行试验将有诸多不便，通常将实型泵进行缩小后进行模型试验。这就提出了问题：null问题一： 如何将实型缩小成模型、又如何利用模型试验结果而得到实型泵的性能？借助于相似定律可以解决这个问题。问题二： 为了使设计周期缩短，产品性能可靠，工程上往往采用系列设计。即在积累了大量的效率高、结构简单、性能可靠的泵设计资料的基础上，选择一个好的模型，按相似原理设计一台新的泵。这是相似定律可以解决的第二个问题。null问题三： 在工程中常常遇到这样的问题：某台泵在开始使用时是好的，运行一段时间后，由于某种原因而不能满足用户的要求，例如出力不够或裕量过大等。这时出于经济性或安全性的考虑，就要对现有泵进行改造，其中方法之一就是根据使用要求，应用相似定律进行选择设计。这是电厂广泛采用的方法。 因此，了解相似定律并将其应用于设计和性能换算中乃泵的重要内容之一。null 在泵中，任选一台为模型，其它各台为原型，那么，原型与模型泵间相似的条件是： 几何相似：两台泵通流部分的对应几何尺寸的比值为一常数。 运动相似：两台泵通流部分各对应点的速度三角形相似。 动力相似：两台泵通流部分的流体所受动力相似。（即相应点 上流体质点所受各同名称力其方向相同、大小成比例且比值 均相等）（一）泵的相似条件null流体在泵中流动时受到四种力的作用： ①惯性力 ②黏性力 ③重力 ④压力 这四种力的数量级大小以及在流动中所起的作用是不相同的，要使这四种力都满足相似条件，在实际应用中是十分困难的，也是不必要的。在泵中起主导作用的力是惯性力和黏性力，一般以这两种力相似作为动力相似的条件。 表征惯性力和黏性力动力相似的准则数是雷诺数，只要模型和原型的雷诺数相等，就满足了动力相似。研究表明，当雷诺数Re＞100000，流动就处于自模化状态，即便模型和原型的雷诺数不相等，也会自动满足动力相似的要求。在泵中，流体的流动已满足自模化条件，因此，动力相似在泵中可认为是自动满足的，可从略。null（二）相似定律1、相似定律流量相似定律扬程相似定律轴功率相似定律null2、比例定律（相似定律特例一） 若两台完全相同的泵，在相同的条件下输送相同的流体，仅仅转速不同，或者就是同一台泵只是转速不同，那么在相似工况，相似定律可写成：null3、相似定律的应用1、求取泵的相似工况抛物线 由比例定律可得： 于是得到一抛物线方程： 此式表明，对同一泵在不同转速下运行时，其相似工况点均在一条抛物线上，所以这种抛物线称为相似抛物线。 null2、求取泵在要求工况下的转速例：某台离心泵转速n1=1450r/min的性能曲线以及所在管道的特性曲线如图所示。为使泵的运行工况点移动到B点，问转速应降低多少？ 解：由图查得B点性能参数HB=61mH2O，Q=75m3/h。将它们代入抛物线方程得过B点比例曲线方程的常数K为 K = H/Q2 = 61/（75/3600）2 =141000 故比例曲线方程为 H=141000Q2 ，由此算出比例曲线上各点，将其列表、描点，作出比例曲线。交性能曲线于C点，C点与B点在同一条比例曲线上，是相似工况点，应用比例定律求得B点的转速。null或null3、不同转速下性能曲线的换算4、绘制通用性能曲线5、密度改变时各参数的变化关系null4、切割定律 改变泵性能的另一种方法，是将叶轮外缘车去几圈，使叶轮直径变小，称为叶轮的切割。 叶轮直径改变后，泵的流量、压头及功率都会发生变化，且与原泵处于不完全相似的工况。但实践证明，如果切割量不很大时，虽然切割前后的几何相似条件已遭破坏，但运动相似的条件仍能保持。所以除功率外，仍遵循相似定律。null低比转数叶轮的切割定律：中高比转数叶轮的切割定律： null四、比转数1、比转数的引出 前面已经指出，我们可以借助于相似定律用模型换算的方法设计新的泵。为此，需首先挑选一个模型，这就提出了一个问题，模型应怎样找？或者说怎样的模型才能满足所提出的要求？由于可供选择的模型中。其流量、压头具有很大的范围，在结构型式和尺寸上也各不相同，显然随便挑选一个模型是不能满足要求的。因此，我们希望引进这样一个综合性特征参数：它既能反映泵的几何形状，又能用已知的设计参数Q、H 和 n 计算出来。这样，就可以根据计算出来的这个综合性特征参数去挑选满足需要的模型。这个综合性特征参数就是比转数。null 国际上称为：国际通用比转数，简称型式数，记为K， 其计算公式为：null2、比转数的计算式 我国标准已明确规定，用型式数代替现在使用的比转数ns，但在短期内允许同时使用。 目前，我国在水泵上采用的比转数ns最早是由水轮机参数推导出来的，其计算公式为：null3、比转数的推导 由前面已经推得，当两台泵相似时，其流量、扬程的换算关系满足下列两式：将第一式两边平方，第二式两边立方，联立消去线性尺寸λ得：null即：将上式两边开四次方得：常数null上式表明，如果两台泵相似，则其比值 必然相等。因此，它反映了相似泵的特征，我们称它为泵的比转数，并用符号 表示。即： 此式是欧、美等一些国家常用的计算泵比转数的公式null将上式同乘以3.65，并令 ns =3.65 nq ： 上式是目前我国常用的计算泵比转数的公式，亦称实用比转数公式。null我国常用比转数公式中出现系数3.65的原因： 因为比转数的概念最初是从水轮机的参数引出的。在水轮机设计任务书中，给出的工况参数是功率N（马力）、转速 n 和水头H，其比转数按下式求出：null 上面这种形式对泵并不适用。因为在水泵设计任务书中给出的工况参数是流量Q、扬程H和转速n而不是给出功率。因此，必须将水轮机比转数公式中的功率以泵的有效功率代替，即：泵的有效功率：KwHPnull 上式中：ρ=1000 kg/m3 ,再将上式代入水轮机比转数公式得：由此可见，系数3.65只是对常温清水而言。null由上式可知，当Q =0.075m3/s, H=1m时，ns=n 泵的比转数定义： 把某一叶轮的几何形状相似地缩小为标准叶轮，使这个标准叶轮在最高效率点工况下，当所产生的扬程为1m，输送流量为0.075m3/s 时所具有的转速。null公式的含义： 对一台泵其设计点只有一个，故比转数是定值。 比转数有量纲，必须注意单位统一。 比转数是判别几何相似、运动相似的准数，故可按比转数来 对泵的几何形状及性能曲线的趋势进行分类。由此可知，水泵的比转数是由最佳工况下的转速、流量和扬程组成的一个有因次的相似特征数。null几点说明：1、由比转数的公式可以看出，比转数是工况的函数。而一台泵有无数个工况，因此，同一台泵可以计算出一系列不同的比转数值。通常我们只用最佳工况点的比转数来表示泵的特征。这样比转数计算公式中的各参数均是指最佳工况点的参数，一台泵也就只有一个比转数了。 2、比转数的大小说明泵的流量和扬程的关系。在一定的转速下，比转数愈大，那么流量愈大；同样，高扬程小流量的泵相应于小的比转数。在考虑泵结构的情况下，对吸入口径相同的泵，比转数愈大则扬程愈低：对叶轮外径相同的泵，比转数愈大则流量愈大。 3、比转数大的叶轮厚而小，比转数小的叶轮相对地扁而大。null4、比转数不应当被理解为转速的概念。由比转数定义所带来的物理意义实际上 并无多大用处。它是由相似定律引出的一个综合性相似特征数，因此，应当 把比转数理解为比较泵型式的一个相似准则数而与转速无关。 5、由于比转数公式是由相似定律推得的，因此，它不是相似条件，而是相似的 泵的必然结果。即两台相似的泵比转数必然相等。相反比转数相等的泵不一 定就会相似。 6、因为比转数是从单级单吸叶轮为标准得出的，所以计算比转数时应注意： ①对于双吸泵，流量应以Q/2代入； ②对于多级泵，扬程应以H/i代入，i为叶轮数。 null4、比转数的应用泵分类 模型设计 选择和使用泵 编制系列型谱null比转数与性能曲线的关系1、由 Q—H 曲线的变化情况看2、由 Q—N 曲线的变化情况看3、由 Q—η曲线的变化情况看轴流泵在关闭出口阀门时所具有的轴功率是其最佳工况下轴功率的120%。轴流泵应在出口阀门全开的情况下启动。 离心泵在关闭出口阀门时所具有的轴功率一般仅为设计工况轴功率的30%左右。离心泵应在出口阀门全关的情况下启动。null五、轴向力及平衡措施（一）轴向力的产生及其影响 离心泵在运行时，由于作用在叶轮两侧的压力不相等，尤其是高压水泵，会产生一个很大的压差作用力，此作用力的方向与离心泵转轴的轴心线相平行，故称为轴向力。轴向力将使叶轮和转轴一起向叶轮进口方向窜动，造成动静部件的碰撞和磨损，所以要设法加以平衡。null1、轴向力产生的原因①叶轮前、后盖板不对称产生的压差轴向力F1以单级叶轮为例，如图所示，由叶轮流出的液体，有一部分经间隙回流到了叶轮盖板的两侧。在密封环以上，由于叶轮左右两侧腔室中的压力均为p2，方向相反而相互抵消，但在密封环以下，左侧压力为p1，右侧压力为p2，且p2> p1，产生压力差△p= p2—p1。此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力，以符号F1表示。null②液体流动的反力F2 液体在进入叶轮后流动方向由轴向转为径向，由于流动方向的改变，产生了动量，导致流体对叶轮产生一个反冲力F2。反冲力F2的方向与轴向力F1的方向相反。在泵正常工作时，反冲力F2与轴向力F1相比数值很小，可以忽略不计。但在启动时，由于泵的正常压力还未建立，所以反冲力F2的作用较为明显。启动时卧式泵转子后窜或立式泵转子上窜就是这个原因。③对于立式水泵 立式泵转子的重量是轴向的，也是轴向力的一部分，用F3表示，并指向叶轮入口。在这三部分轴向力中，F1是主要的。null（二）轴向力的平衡措施1、单级泵轴向推力的平衡① 采用双吸叶轮 单级泵可采用双吸叶轮，如图所示，因为叶轮是对称的，叶轮两侧盖板上的压力互相抵消。故泵在任何条件下工作都没有轴向力。双吸叶轮null②采用平衡孔和平衡管 对单吸单级泵，可在叶轮后盖板上开一圈小孔，该孔为平衡孔，如图所示，将后盖板泵腔中的压力水通过平衡孔引向泵入口，使叶轮背面压力与泵入口压力基本相等。或在后盖板泵腔接一平衡管，如图所示，将叶轮背面的压力水引向泵入口或吸水管。这种方法结构简单，但不能完全平衡轴向。剩余的轴向力仍需由止推轴承来承担，而且因为部分液体返回人口，使入口流速受到干扰，从而降低了泵效率。null③采用背叶片 采用在叶轮后铸径向肋筋的方法，相当于一个半开式叶轮。改变后盖板的压力分布，降低该处压力，可以起平衡轴向推力的作用，但此方法将增加额外的功率消耗。null2、多级泵轴向推力的平衡① 多级泵的叶轮对称排列 对于偶数叶轮可使其背靠背或面对面的串联在一根轴上，但用这种方法仍然不能完全平衡轴向力，还需装设止推轴承来承受剩余的轴向力。对水平中开式多级泵和立式多级泵，多采用这种方法。null②采用平衡盘 在单吸多级泵中迭加的轴向力很大，一般采用平衡盘、平衡鼓或其联合装置的方法来平衡轴向力，如图所示为一末级叶轮后的平衡盘装置。如末级叶轮出口处液体的压力为p，经径向及轴向间隙对平衡盘正面作用一个压力p1，同时经轴向间隙节流降压排入平衡室，平衡室有平衡管与吸入室相通，室中作用于平衡盘另一侧的压力p2小于p1，其大小接近泵入口压力p0。因此，在平衡盘两侧将产生压差，这个压差作用力与轴向推力的方向相反。选择适当的轴向和径向间隙以及平衡盘的有效作用面积，则作用于平衡盘上的力足以平衡泵的轴向推力。 当工况改变时，轴向推力要改变，平衡盘上的平衡力也将由于轴向间隙a的变化，使液体的泄漏量改变，从而使平衡盘两侧压差值改变达到改变平衡力，自动适应推力的变化，从而达到新的平衡的目的。 当泵在启动时，平衡盘因末级叶轮尚未出水，没有建立平衡力，故需靠推力轴承进行平衡。null1-平衡盘 2-平衡套 3-末级叶轮 4-泵体 5-平衡室 6、7、8-推力轴承null③采用平衡鼓 平衡鼓是装在末级叶轮后面与叶轮同轴的圆柱体（鼓形轮盘），其外圆表面与泵体上的平衡套之间有一个很小的径向间隙b。用平衡管将平衡室与首级叶轮进口连通。末级叶轮出口的液体压力P1，作用于平衡鼓前端，部分液体经间隙b漏入平衡室，而平衡室的压力几乎与泵的入口压力P0相等，因此平衡鼓前后端存在压力差，该压差作用力方向与轴向推力方向相反，起到抵消大部分轴向推力的作用。 平衡鼓的优点是没有轴间间隙，不会像平衡盘那样，在工况变动大时，因轴向窜动而导致静止的平衡套磨损，甚至发生动、静盘咬死的事故。但由于它不能完全平衡变工况下的轴向力，因而单独使用平衡鼓时，还必须装设止推轴承。null 2-平衡套 3-末级叶轮 4-泵体 5-平衡室 9-平衡鼓null④采用平衡鼓与平衡盘组合装置 对于大型高速给水泵，一般都采用平衡鼓与平衡盘的组合装置，由平衡鼓承担50％～80％左右的轴向推力，这样就减少了平衡盘的负荷，从而可稍放大平衡盘的轴向间隙，避免了因转子窜动而引起动、静盘的摩擦或咬死。经验证明，这种结构效果比较好，所以目前大容量高参数的分段式多级泵大多数采用这种平衡方式。null一、离心泵基本结构与性能参数：（一）基本结构与工作原理： 离心泵主要由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上安装在蜗壳形的泵壳内。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，侧旁的排出口与排出管路连接，如图所示： null 离心泵启动前应在泵壳内灌满所输送的液体，当电机带动泵轴旋转时，叶轮亦随之高速旋转(转速一般为1000～3000r/min)。叶轮的旋转一方面迫使叶片间的液体在随叶轮作等角速旋转的同时，另一方面，由于受离心力的作用使液体向叶轮外缘作径向运动。在液体被甩出的过程中，流体通过叶轮获得了能量，并以15～25m/s的速度进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。 null 当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为吸液原理。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。 若离心泵在启动前泵壳内不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将贮槽内液体压入泵内，此时虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作气缚。表示离心泵无自吸能力。因此在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。通常若吸入口位于贮槽液面上方时，在吸入管路中安装一单向底阀和滤网，以防止停泵时液体从泵内流出和吸入杂物。null 离心泵的品种很多，各种类型泵的结构虽然不同，但主要零部件基本相同。 主要零部件有： 泵壳、泵盖、泵体、叶轮、密封环、泵轴、机封或填料函、联轴器、轴承等。null（二）主要零部件： 离心泵是有转子部分（叶轮、轴、轴套等）、静体部分（吸入室、导叶、压出室等）、密封装置及轴向推力平衡装置等组成。此外，为了保证水泵的正常工作，还需要配置一定的管道附件。null 1.叶轮 它通常由6～12片后弯叶片所组成，本身被固定在泵轴上并随之旋转。作用是将原动机的机械能直接传给液体，以提高液体的静压能和动能。根据其结构和用途分为开式、半开式和闭式三种。 闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通道内流动时无 倒流现象，适于输送较清洁的流体，输送效率高，一般离心泵 多采用这种叶轮。 半开式叶轮(半闭式叶轮)：吸入口一侧无前盖板，适于输送含小颗粒的溶 液，输送效率低。 开式叶轮：没有前后盖板。适于输送含大颗粒的溶液，效率低。nullnull 闭式或半闭式叶轮在工作时，部分高压液体可由叶轮与泵壳间的缝隙漏入两侧，除影响效率外也使叶轮受到指向液体吸入口的轴向推力，导致叶轮向吸入口移动，严重时造成与泵壳的接触摩擦直至损坏。为平衡轴向推力，可在叶轮后侧板上钻一些平衡孔，使漏入后侧的部分高压液体由平衡孔向低压区泄漏，减小两侧的压强差，但同时也使泵的效率有所下降。 叶轮按其吸液方式的不同分为单吸式和双吸式两种，如图。双吸式叶轮可从两侧同时吸液，吸液能力大，而且可基本上消除轴向推力。 null 泵壳亦称为蜗壳、泵体，构造为蜗牛壳形，其作用是将叶轮封闭在一定空间内，汇集引导液体的运动，并将液体的大部分动能转化为静压能。这是因为随叶轮旋转方向，叶轮与泵壳间的通道截面逐渐扩大至出口时达到最大，使能量损失减少的同时实现了能量的转化。为了减少由叶轮外缘抛出的液体与泵壳的碰撞而引起能量损失，有时在叶轮与泵壳间还安装一固定不动而带有叶片的导轮，以引导液体的流动方向(见图)。 2.泵壳null3.轴和轴套 轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速确定。中小型泵多采用水平轴，叶轮间距离用轴套定位。近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。null 轴套的作用是保护泵轴，使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦，所以轴套是离心泵的易磨损件。轴套表面一般也可以进行渗碳、渗氮、镀铬、喷涂等处理方法，表面粗糙度要求一般要达到 Ra3.2μm — Ra0.8μm。可以降低摩擦系数，提高使用寿命。 null4.吸入室 离心泵吸入口法兰至首级叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用是在最小水力损失情况下，引导液体平稳地进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀地分布。按结构吸入室可分为如下三种型式：a-锥形管 b-圆环形 C-半螺旋形null锥形管 null圆环形 null半螺旋形null（1）锥形管吸入室 ： 这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸入室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。锥形管吸入室的锥度约7°一8°。这种形式的吸入室广泛应用于单吸单级悬臂式离心水泵上。（2）圆环形吸入室： 这种吸入室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑，轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。圆环形吸入室主要用于分段式多级泵中。（3）半螺旋形吸入室： 主要用于：单级双吸式水泵、水平中开式多级泵、大型的分段式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸入室可使液体流动产生旋转运动，由于液体环绕泵轴转动，致使液体进入叶轮吸入口时速度分布也就更均匀了，但因进口预旋会致使泵的扬程略有降低，其降低值与流量是成正比的。null5.压出室 压出室是指叶轮出口或末级导叶出口到泵出口法兰（对节段式多级泵是到后级叶轮进口前）的过流部分。其作用是收集从叶轮流出的高速液体，并将液体的大部分动能转换为压力能，然后引入压水管。 压出室按结构分为螺旋形压出室、环形压出室两种型式。 a-圆环形 b-螺旋形 1-圆环形泵壳 2-叶轮 3-导叶 4-螺旋型泵壳null（1）螺旋形压出室： 这种压出室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。螺旋形压出室具有制造方便，效率高的特点。它适用于单级单吸、单级双吸离心泵以及多级水平中开式离心泵。（2）圆环形压出室： 这种压出室在节段式多级泵的出水段上采用。圆环形压出室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压出室。null6.密封装置离心泵的密封装置包括内密封装置和外密封装置两部分。 内密封装置的作用：减小高压流体流向叶轮吸入口的泄漏损失； 外密封装置的作用：外密封装置用于轴两端与泵壳之间的密封，其作 用是防止正压端流体向外泄漏或防止负压端漏入 空气。null（1）内密封装置 由于离心泵叶轮出口液体是高压，入口是低压，高压液体经叶轮与泵体之间的间隙泄漏而流回吸入处，所以需要装密封环（又称卡圈、口环或防漏环）。其作用是减小叶轮与泵体之间的泄漏损失；另一方面可保护叶轮，避免与泵体摩擦。密封环型式如图所示，有平环式、角环式、锯齿式和迷宫式。一般泵使用前两者，而高压泵由于单级扬程高，为减少泄漏量，常用迷宫式。 a-平环式 b-角环式 c-锯齿式 d-迷宫式null（2）外密封装置 在泵的转轴与泵壳之间有间隙，为防止泵内液体流出，或防止空气漏入泵内(当入口为真空时)，需要进行密封。 目前电厂各种泵采用的轴端密封装置有：填料密封、机械密封、迷宫式密封和浮动环密封。 中低压泵：广泛采用填料密封； 高温高压泵：则采用各种机械密封、迷宫式密封和浮动环密封null①填料密封 带水封环的填料密封结构如图所示。它由填料箱4、水封环8、填料3、压盖5 和压紧螺栓7等组成，是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构。填料密封的效果可用拧紧压盖螺栓进行调整，拧紧程度以一秒内有一滴水漏出即可。放置水封环，其目的是当泵内吸入口处于真空情况时，从水封环注入高于0.1MPa压力的水，以防止空气漏入泵内；再是当泵内水压高于0.1MPa时，可用高于泵内压力0.05～0.1MPa 的密封水注入，起到水封、减少泄漏作用，并起冷却和润滑的作用。 1-冷却水管 2-水封管 3-填料 4-填料箱 5-压盖 6-轴 7-压盖螺栓 8-水封环 9-轴套 nullnullnull 机械密封装置：由装在泵轴上随之转动的动环和固定在泵壳上的静环组成，两环形端面由弹簧力使之紧贴在一起达到密封目的。动环用硬质金属材料制成，静环一般用浸渍石墨或酚醛塑料等制成。 机械密封的性能优良，使用寿命长。但部件的加工精度要求高，安装技术要求比较严格，价格较高。用于输送酸、碱、盐、油等密封要求高的场合。 ②机械密封null 其中有4个泄漏通路需要密封： 1. 密封面之间的通路； 2. 旋转面与主轴之间的通路； 3. 固定面与压盖之间的通路； 4. 压盖与填料盒之间的通路。 nullnull③迷宫密封 迷宫式密封在现代高速锅炉给水泵上也广泛应用，其密封原理是：依靠密封片与轴之间的微小间隙，使流体通过密封片时逐次节流降压达到密封。常用的有炭精迷宫密封及金属迷宫密封两种型式。 近年来，螺旋密封得到较好的应用。螺旋密封是用在转轴上车出与液体泄漏方向相反的螺旋型沟槽，在固定衬套表面再车出与转轴沟槽成相交的（即反向的）沟槽，达到减少泄漏的目的。null a-金属密封 b-碳精密封 c-螺旋密封 null④浮动环密封 采用机械密封与迷宫式密封原理结合起来的一种新型密封，称浮动环密封。浮动环密封是靠轴（或轴套）与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封的。由于浮动环与固定套的接触端面上具有适当的比压，起到了接触端面的密封作用。弹簧进一步保证端面的良好接触。 1-密封环 2-支承弹簧 3-浮动环 4-支承环 5-密封冷却水 6-轴套 7-轴 8-辅助密封圈null7.管道附件 为保证离心泵的正常工作，泵与其相连接的管道及管道上的附件是必不可少的。如图所示为在一般情况下离心泵管道系统上应装设的管道附件。 1-进口滤网 2-底阀 3-逆止阀 4-调节阀 5-真空计 6-压力计 null⑴ 进口滤网：用来滤去水中的杂质。 ⑵ 底阀：用来挡住吸水管及泵壳内的充水倒流回吸水池保证离心泵的 正常启动。 ⑶ 放气塞：装于泵壳的顶部，泵充水时用来排出泵内的空气。 ⑷ 调节阀门：压水管道上装有调节阀门，其作用主要是用来调节泵的 流量。 ⑸ 逆止阀：与系统相连的泵，其出口应安装逆止阀，用它来阻止压水 管道中的液体倒流。 ⑹ 真空计：连接在泵的吸入口法兰接头上，用来测定泵的进口真空值。 ⑺ 压力计：连接在泵的出口法兰接头上，用来测定泵的出口压力数值。 ⑻ 放水旋塞：它的作用是将泵中的积水放掉，应安装在泵体的最低处。 ⑼ 充水设备：指从压水管道上接出的具有阀门的管道或真空泵系统。 ⑽ 流量计：显示瞬时流量的大小或累计泵的输水量，装在压水管道上。null（三）主要性能参数： 为了正确地选择和使用离心泵，就必须熟悉其工作特性和它们之间的相互关系。反映离心泵工作特性的参数称为性能参数，主要有转速、流量、压头、轴功率和效率、气蚀余量等。离心泵一般由电机带动，因而转速是固定的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 中标明，以供选用时参考。1.流量离心泵在单位时间内输送液体的数量，亦称为送液能力，有体积流量和质量流量之分。体积流量用Q表示，单位为m3／h。离心泵的流量与其结构、尺寸(叶轮直径和宽度)、转速、管路情况有关。 null 指离心泵对单位重量的液体所提供的有效能量，又称为扬程，用H表示，单位为m。泵的压头与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。对于一定的泵和转速，压头与流量间有一定的关系。 压头的值由实验测定： 在泵的入口和出口间列柏努利方程，以单位重量流体为基准：2.压头（扬程）null3.效率 指泵轴对液体提供的有效功率与泵轴转动时所需功率之比，称为泵的总效率，用η表示，无因次，其值恒小于100%。它的大小反映泵在工作时能量损失的大小，泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度、工作条件等有关，由实验测定。 离心泵的能量损失主要包括： (1)容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率ηV表示。null(2)机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率ηm表示。 (3)水力损失：由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的局部能量损失。水力损失用水力效率ηh表示。总效率： η= ηv×ηm×ηh一般：小泵：η= 50～70％ 大泵：η>90％null 轴功率：通常是指泵的输入功率，也就是原动机传到泵轴上的功率，或泵轴转动时所需要的功率，故称为轴功率。用N表示，单位kW。 有效功率：通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的机械能称为泵的有效功率，用Ne表示。   泵的轴功率与泵的结构、尺寸、流量、压头、转速等有关。 4.轴功率轴功率有效功率null 效 率：轴功率和有效功率之差是泵内产生的损失功率，其大小用泵的效率来衡量。有效功率与轴功率之比称为泵的效率，亦称泵的总效率，用η表示。原动机功率：由于原动机轴和泵轴之间的传动存在机械磨损，所以，原动机功率（一般指原动机的输出功率）通常要比轴功率大一些。 null例题:采用图示装置测定离心泵的性能。泵的吸入和排出管内径分别为100mm和80mm，两测压口间垂直距离为0.5m，泵的转速为2900rpm,用20℃清水作为介质时测定，数据为：流量15L/s，泵出口处表压2.55×105Pa，进口处真空度2.67×104Pa，电机功率6.2kW(电机效率93%)。 解：在转速为2900rpm下 ①泵的流量：Q＝15×10-3×3600＝54m3/h ②泵的压头：在真空表和压强表所在 截面1-1′与2-2′间列柏努利方程， 以单位重量流体为基准: 其中：(z2-z1)＝0.5m， p2＝2.55×105Pa(表)， p1＝-2.67×104Pa(表)， Hf≈0null③轴功率：N=6.2×０.93＝5.77 kW ④效率： 故该泵主要性能为： Q=54m3／h， H=29.5m, N=5.77 kW， η=75.2%, n=2900rpm null（四）泵的主要类型： 实际生产过程中，输送的液体是多种多样的，工艺流程中所需提供的压头和流量也是千差万别的，为了适应实际需要，泵的种类很多。中压泵 2~6MPanull按工作原理分离心泵混流泵轴流泵叶片式泵容积式泵往复式泵回转式泵活塞式泵柱塞式泵隔膜式泵齿轮式泵螺杆式泵滑片式泵其他类型泵真空泵射流泵水锤泵null离心泵的主要类型：按叶轮的个数分单级泵多级泵按叶轮吸入方式分单吸泵双吸泵null离心泵的主要类型：按泵体接合形式分分段式泵中开式泵按泵轴安装的方向分卧式泵立式泵null一、轴流泵的工作原理： 轴流泵是利用旋转叶轮的翼型叶片在流体中旋转所产生的升力使流体获得能量的，由于流体沿轴向进入叶轮并沿轴向流出，故称为轴流式。null 叶轮装在圆筒形的泵壳内，流体从旋转叶轮获得能量后，经导叶将流体的旋转动能部分转变为压力能，然后沿轴向流出，同时在进口形成真空，流体则由吸入喇叭管沿轴向被吸入，叶轮连续旋转，流体则不断被吸入和排出。null二、轴流泵的构造： 轴流式泵主要是有叶轮及动叶调节装置、泵轴、吸入管、导叶、中间接管、出水弯管、密封装置及轴承等组成。nullnull动叶调节机构动叶调节机构 空心的泵轴中装有调节杆，当调节杆在泵轴上端蜗轮的传动作用下上升或下降时，就会带动拉板套一起上、下移动，促使拉臂旋转，从而带动用圆锥销连接的叶柄改变动叶片的安装角。叶片的叶柄在轮毂内只能绕自身轴线转动，而不会松动或脱落。若调节杆向上，则叶片安装角将变小，泵的流量减小。null三、轴流泵的特点：1、与离心泵相比具有流量大、扬程低。 2、结构简单、紧凑，外形尺寸小，重量较轻。 3、动叶可调轴流式泵，由于动叶安装角可随外界负荷变化而改 变，因而变工况时调节性能好，可保持较宽的高效工作区。 4、动叶可调轴流式泵因轮毂中装有叶片调节机构，转子结构较 复杂，制造安装精度要求高。 5、噪声较大。null四、轴流泵改变动叶安装角调节原理：null 所谓动叶可调，即通过改变动叶安装角来改变泵性能曲线的形状，使工况点改变，从而达到调节的目的。 上图是根据试验结果绘出的动叶可调轴流泵工作参数与叶片安装角之间的关系曲线。由图可见，当改变叶片安装角时，流量变化较大，扬程变化不大，而对应的最高效率变化也不大。因此，动叶可调的轴流泵可在较大的流量范围内保持高效率。 目前，大型轴流式泵几乎都采用动叶可调的调节方法。null五、混流泵的工作原理： 混流泵又称斜流泵，是介于轴流式和离心式之间的一种叶片泵，其工作原理是：部分利用了离心力，部分利用了升力，在两种力的共同作用下，输送流体，并提高其压力，流体轴向进入叶轮后，沿圆锥面方向流出。null六、混流泵的特点：在结构上：混流泵的叶轮出口宽度比离心泵叶轮大，但是比轴流泵 叶轮小。 在性能上：它与离心泵相比，有较大的输送流量，同轴流泵相比则 又有较高的扬程。null七、混流泵的类型：混流泵按收集叶轮甩出液体的方式分为：蜗壳式和导叶式两种。 蜗壳式混流泵：叶轮叶片固定不可调，与离心泵相比，其压出室 （蜗壳）较大；与导叶式混流泵相比，具有结构简