水泵水力设计CH1

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1、水泵水力设计Hydraulic Design of Pumps 王福军王福军(中国农业大学水利与土木工程学院中国农业大学水利与土木工程学院)Tel: 62736972 Email: 水泵水力设计水泵水力设计主要内容：主要内容：v水泵水力设计基础知识水泵水力设计基础知识v离心泵和混流泵叶轮的水力设计离心泵和混流泵叶轮的水力设计* *v离心泵压水室和吸水室的水力设计离心泵压水室和吸水室的水力设计v离心泵中的力特性及其平衡离心泵中的力特性及其平衡v轴流泵水力设计轴流泵水力设计 参考书l王福军，水泵与泵站，中国农业出版社，王福军，水泵与泵站，中国农业出版社，2005l张克危，流体机械原理，机械工业出

2、版社，张克危，流体机械原理，机械工业出版社，2000l关醒凡，泵的理论与设计，机械工业出版社，关醒凡，泵的理论与设计，机械工业出版社，1987l丁成伟，离心泵与轴流泵原理及水力设计，机械工业出版丁成伟，离心泵与轴流泵原理及水力设计，机械工业出版社，社，1981l沈阳水泵研究所，中国农业机械化科学研究院，叶片泵设沈阳水泵研究所，中国农业机械化科学研究院，叶片泵设计手册，机械工业出版社，计手册，机械工业出版社，1983成绩评定出勤、课上回答问题、作业：出勤、课上回答问题、作业：3030； 考试：考试：7070第一章 水泵水力设计基础 泵的定义和分类泵的定义和分类叶片泵过流部件与典型结构叶片泵过流部

3、件与典型结构泵的主要性能参数泵的主要性能参数泵内液体流动分析（泵内液体流动分析（速度三角形）速度三角形）叶片泵基本能量方程叶片泵基本能量方程叶片无穷多假定叶片无穷多假定泵性能曲线泵性能曲线 泵的相似理论泵的相似理论 泵的比转速泵的比转速 泵的汽蚀（空化）泵的汽蚀（空化） 泵的能量损失泵的能量损失泵的运行泵的运行泵的工作范围与型谱泵的工作范围与型谱 本章主要内容1-1 泵的定义和分类一、定义一、定义 泵泵是是把把原原动动机机的的机机械械能能转转换换为所抽送液体能量的机器。为所抽送液体能量的机器。 1 1、调节阀、调节阀 2 2、排出短管、排出短管 3 3、压水室、压水室 4 4、叶轮、叶轮 5

4、5、底阀、底阀 6 6、吸水室、吸水室二、组成二、组成二、泵的分类二、泵的分类 按作用原理分：按作用原理分： 1 1、叶片泵、叶片泵 利用叶轮的叶片和液体相互作用来输送液体。如离心泵、混流泵。利用叶轮的叶片和液体相互作用来输送液体。如离心泵、混流泵。 2 2、容积式泵、容积式泵 利用工作室容积周期性变化来输送液体。如活塞泵、隔膜泵、螺杆泵。利用工作室容积周期性变化来输送液体。如活塞泵、隔膜泵、螺杆泵。 3 3、其他类型泵、其他类型泵 包括只改变流体位能的泵，如水车等。包括只改变流体位能的泵，如水车等。 利用液体能量来输送液体的泵，如射流泵、水锤泵。利用液体能量来输送液体的泵，如射流泵、水锤泵。

5、三、泵的使用三、泵的使用泵房泵房泵泵泵的加工泵的加工1-2 叶片泵的过流部件与典型结构一、叶片泵（离心泵）的工作原理一、叶片泵（离心泵）的工作原理 我们在生活中经常可以观察到如下现象：在雨天，旋转我们在生活中经常可以观察到如下现象：在雨天，旋转雨伞，水滴会沿着伞边切线方向飞出，旋转的雨伞给水雨伞，水滴会沿着伞边切线方向飞出，旋转的雨伞给水滴以能量，旋转的离心力把水滴甩走。这就是旋转的离滴以能量，旋转的离心力把水滴甩走。这就是旋转的离心力能给水增加能量的例子。心力能给水增加能量的例子。 离心泵就是根据上述离心力甩水的原理设计出来的。利离心泵就是根据上述离心力甩水的原理设计出来的。利用水泵叶轮的高

6、速旋转的的离心力甩水，使得水流能量用水泵叶轮的高速旋转的的离心力甩水，使得水流能量增加，能量增加的水通过泵壳和水泵出口流出水泵，再增加，能量增加的水通过泵壳和水泵出口流出水泵，再经过出水管输往目的地。这就是离心泵的工作原理。经过出水管输往目的地。这就是离心泵的工作原理。一、叶片泵（离心泵）的工作原理一、叶片泵（离心泵）的工作原理 离心泵工作过程是：在启动前，应先用水灌满泵壳和进离心泵工作过程是：在启动前，应先用水灌满泵壳和进水管（在进水管的底部有底阀，防止水倒流），然后驱动水管（在进水管的底部有底阀，防止水倒流），然后驱动电机，使叶轮和叶轮中的水做高速旋转运动，此时，水受电机，使叶轮和叶轮中的

7、水做高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经泵壳的流道而流入水泵的出到离心力作用被甩出叶轮，经泵壳的流道而流入水泵的出口，由出口流入到出水管道；与此同时，水泵叶轮中心口，由出口流入到出水管道；与此同时，水泵叶轮中心 处由于水被甩出而处由于水被甩出而形成真空，进水池形成真空，进水池中的水在外界大气中的水在外界大气压作用下，沿进水压作用下，沿进水管流入叶轮进口；管流入叶轮进口；由于叶轮不断旋转，由于叶轮不断旋转，水就源源不断地甩水就源源不断地甩出和吸入，形成连出和吸入，形成连续的扬水作用续的扬水作用一、叶片泵（离心泵）的工作原理一、叶片泵（离心泵）的工作原理 在离心泵起动前，如果不灌满水

8、，叶轮只能带动空气旋在离心泵起动前，如果不灌满水，叶轮只能带动空气旋转，因空气的单位体积的质量很小，产生的离心力甚小，转，因空气的单位体积的质量很小，产生的离心力甚小，无力把泵内和排水管路中的空气排出，在泵内造不成真无力把泵内和排水管路中的空气排出，在泵内造不成真空，水也就吸不上来。空，水也就吸不上来。 离心泵的工作过程实际上就是一个能量传送和转化的过离心泵的工作过程实际上就是一个能量传送和转化的过程，它把电机的高速旋转的机械能转换成水的动能和势程，它把电机的高速旋转的机械能转换成水的动能和势能。在能量传递和转换过程中，就伴随着许多能量损失，能。在能量传递和转换过程中，就伴随着许多能量损失，这

9、种能量损失越大，说明离心泵的工作效率越低。这种能量损失越大，说明离心泵的工作效率越低。 二、叶片泵的过流部件二、叶片泵的过流部件 吸水室、叶轮、压水室吸水室、叶轮、压水室1 1、吸水室、吸水室 位于叶轮进口前，其作用是把液体按一定要求引入叶轮位于叶轮进口前，其作用是把液体按一定要求引入叶轮 2 2、叶轮、叶轮 泵的核心。泵通过叶轮对液体作功，使液体能量增加。泵的核心。泵通过叶轮对液体作功，使液体能量增加。 3 3、压水室、压水室 位位于于叶叶轮轮出出口口之之后后，其其作作用用是是收收集集从从叶叶轮轮流流出出的的高高速速液液体体，使使其其速速度度降降低低，转转变变速速度度为为压压能能，并并且且将

10、将液液体体按按一一定定要要求求送送入入下下级级叶叶轮轮进进口口或或泵排出口。泵排出口。三、叶片泵的结构型式三、叶片泵的结构型式 叶片泵的结构型式分类如下：叶片泵的结构型式分类如下： 1 1、按主轴方向、按主轴方向 卧式，立式，斜式卧式，立式，斜式 2 2、按液体流出叶轮的方向、按液体流出叶轮的方向 离心泵，混流泵，轴流泵离心泵，混流泵，轴流泵 3 3、按吸入方式、按吸入方式 单吸，双吸单吸，双吸 4 4、按级数、按级数 单级，多级单级，多级 5 5、按叶片安装方式、按叶片安装方式 （全、半）可调叶片、固定叶片（全、半）可调叶片、固定叶片 6 6、按壳体剖分方式、按壳体剖分方式 分段式，节段式，

11、中开式（水平中开，垂直中开）分段式，节段式，中开式（水平中开，垂直中开） 7 7、特殊结构的叶片式泵、特殊结构的叶片式泵 潜水泵，贯流泵，自吸泵，管道泵，无堵塞泵，屏蔽泵潜水泵，贯流泵，自吸泵，管道泵，无堵塞泵，屏蔽泵 四、常见典型泵结构型式四、常见典型泵结构型式 1 1、单级悬臂式泵、单级悬臂式泵 四、常见典型泵结构型式四、常见典型泵结构型式 1 1、单级悬臂式泵、单级悬臂式泵 电动机联轴器出口法兰进口法兰泵盖泵体轴承体底座四、常见典型泵结构型式四、常见典型泵结构型式 1 1、单级悬臂式泵、单级悬臂式泵 1 1、单级悬臂式泵、单级悬臂式泵 密封环密封环： 单环型 双环型 迷宫型单环型分为：

12、平直式 端面式 1 1、单级悬臂式泵、单级悬臂式泵 轴封装置：填料密封轴封装置：填料密封 1 1、单级悬臂式泵、单级悬臂式泵 轴封装置：机械密封轴封装置：机械密封 1-弹簧座 2-压紧弹簧 3-传动销 4-动环密封圈 5-动环 6-静环 7-静环密封圈 8-防转销 9-压盖 2 2、双吸泵（水平中开式）、双吸泵（水平中开式） 2 2、双吸泵（水平中开式）、双吸泵（水平中开式） 3 3、节段式多级泵、节段式多级泵 3 3、节段式多级泵、节段式多级泵 3 3、节段式多级泵、节段式多级泵 4 4、导叶式多级泵内的液体流动、导叶式多级泵内的液体流动 5 5、流道式多级泵、流道式多级泵 1 1、泵进口、

13、泵进口 2 2、首级叶轮吸水室、首级叶轮吸水室 3 3、首级叶轮、首级叶轮 4 4、过渡管、过渡管 5 5、次级叶轮进口、次级叶轮进口 6 6、次级叶轮、次级叶轮 7 7、泵出口、泵出口 5 5、流道式多级泵、流道式多级泵 6 6、管道泵、管道泵 7 7、混流泵、混流泵 7 7、混流泵、混流泵 导叶式混流泵导叶式混流泵 8 8、轴流泵、轴流泵 8 8、轴流泵、轴流泵 8 8、轴流泵、轴流泵 大型立轴全调节轴流泵大型立轴全调节轴流泵多用于口径大于多用于口径大于700mm的的大中型轴流泵大中型轴流泵 8 8、轴流泵、轴流泵 贯流泵贯流泵 9 9、深井泵、深井泵 干干式潜水泵式潜水泵1010、潜水泵

14、、潜水泵 QYQY型型充油式潜水泵充油式潜水泵1010、潜水泵、潜水泵 QJQJ型湿型湿式潜水泵式潜水泵1010、潜水泵、潜水泵 1111、冷凝泵、冷凝泵 1212、污水泵、污水泵 1212、污水泵、污水泵 1313、水轮泵、水轮泵 1414、自吸泵（外混式）、自吸泵（外混式） 1 1、进水接头、进水接头2 2、出水接头、出水接头3 3、汽水分离室、汽水分离室4 4、泵体、泵体5 5、叶轮、叶轮6 6、轴承体、轴承体7 7、机械密封、机械密封8 8、皮带轮、皮带轮9 9、回流孔、回流孔1010、清污孔、清污孔1111、放水螺塞、放水螺塞1212、蜗壳、蜗壳 1414、自吸泵（内混式）、自吸泵（

15、内混式） 1414、自吸泵、自吸泵 自吸泵自吸原理自吸泵自吸原理 1 1、叶轮、叶轮 2 2、内蜗壳、内蜗壳 3 3、汽水分离室、汽水分离室 4 4、分离室出口、分离室出口 5 5、外蜗壳、外蜗壳1 1、自吸泵特点：、自吸泵特点： 进水口高于泵轴进水口高于泵轴 出水口有气水分离室出水口有气水分离室 一般有双蜗壳一般有双蜗壳 2 2、原理：、原理： 水水在在离离心心力力作作用用下下被被甩甩到到叶叶轮轮外外缘缘，叶叶轮轮入入口口处处形形成成真真空空，空空气气进进入入叶叶轮轮，在在叶叶轮轮外外的的混混合合体体流流至至气气水水分分离离室室3 3时时，因因面面积积增增大大，流流速速减减小小，空空气气由由

16、分分离离室室出出口口溢溢出出，水水经经外外蜗蜗壳壳下下部部的的回回流流孔孔回回到到内内蜗蜗壳壳。如如此此反反复复，直直到到吸吸水室中空气全被排出。水室中空气全被排出。 1-3 泵的主要性能参数一、流量一、流量Q 单位时间内通过水泵的液体的量。单位：单位时间内通过水泵的液体的量。单位： m3/h ，m3/s，L/s二、扬程二、扬程H 单单位位质质量量液液体体从从泵泵进进口口（泵泵进进口口法法兰兰）到到泵泵出出口口（泵泵出出口口法法兰兰）能能量量的的增值（能量差）。单位：增值（能量差）。单位：m二、扬程二、扬程H 需要强调的是：需要强调的是： （1）泵泵的的扬扬程程是是表表征征泵泵本本身身性性能能

17、的的，只只和和泵泵进进口口、出出口口法法兰兰处处的的液液体体能能量量有有关关，而而和和泵泵装装置置无无直直接接关关系系。但但是是，我我们们可可通通过过装装置置中中液液体体的的能量表示泵的扬程。能量表示泵的扬程。 （2）泵泵的的扬扬程程并并不不等等于于扬扬水水高高度度，扬扬程程是是一一个个能能量量概概念念，既既包包括括了了吸吸水高度的因素，也包括了出口压水高度，还包括了管道中的水力损失。水高度的因素，也包括了出口压水高度，还包括了管道中的水力损失。 思考题：阅读书上（思考题：阅读书上（P46）关于扬程计算实例，并完成本章习题）关于扬程计算实例，并完成本章习题43.三、转速三、转速n 泵轴每分钟旋

18、转的次数泵轴每分钟旋转的次数(r/min)四、功率四、功率P 泵的功率指输入功率，泵的功率指输入功率，P，即原动机传到泵轴上的功率。单位：即原动机传到泵轴上的功率。单位：kW 泵泵的的输输出出功功率率，又又称称有有效效功功率率、液液体体功功率率，Pe，表表示示单单位位时时间间内内泵泵输送出去的液体从泵中获得的有效能量。单位：输送出去的液体从泵中获得的有效能量。单位：kW五、效率五、效率 六、汽蚀余量六、汽蚀余量 表示泵汽蚀性能的主要参数，一般指必须汽蚀余量。单位：表示泵汽蚀性能的主要参数，一般指必须汽蚀余量。单位：m1-4 叶片泵的能量损失及效率一、能量损失分类一、能量损失分类 水力损失、容积

19、损失、机械损失水力损失、容积损失、机械损失包括沿程损失、边界层分离、冲击损失、二次流损失、其它流动损失等包括沿程损失、边界层分离、冲击损失、二次流损失、其它流动损失等二、水力损失二、水力损失h与水力效率与水力效率 经验公式：经验公式： （ 其其 中中 Q的的 单单 位位 为为 m3/s， n为为r/min) 泵的总效率为：泵的总效率为： 因泄漏导致的附加功率消耗。泄漏量用因泄漏导致的附加功率消耗。泄漏量用q表示。表示。三、容积损失三、容积损失q与容积效率与容积效率 经验公式：经验公式： 泄漏损失与圆盘损失泄漏损失与圆盘损失四、机械损失与机械效率效率四、机械损失与机械效率效率 包括：填料函摩擦损

20、失包括：填料函摩擦损失 轴承摩擦损失轴承摩擦损失 圆盘摩擦损失圆盘摩擦损失 圆盘摩擦的摩擦力矩：圆盘摩擦的摩擦力矩： 注注意意：圆圆盘盘摩摩擦擦损损失失与与直直径径5次次方方成成正正比比，与与转转速速3次次方方成成正正比比。 而填料函损失功能与转速而填料函损失功能与转速1次方成正比，轴承损失功率与转速平方成正比。次方成正比，轴承损失功率与转速平方成正比。 圆盘摩擦的摩擦力矩：圆盘摩擦的摩擦力矩： 圆盘摩擦的功率：圆盘摩擦的功率： 经验公式：经验公式：内机械效率内机械效率(只计圆盘损失只计圆盘损失, 不计填料及轴承损失不计填料及轴承损失)1-5 液体在叶轮中运动的分析一、叶轮轴面图、平面图一、叶

21、轮轴面图、平面图平面投影图平面投影图流线与流面流线与流面叶轮轴面投影图叶轮轴面投影图二、速度三角形二、速度三角形水泵进口速度三角形水泵进口速度三角形 出口速度三角形出口速度三角形1-6 叶片泵的基本方程一、叶片泵基本能量方程的作用一、叶片泵基本能量方程的作用 建立叶轮对液体所做的功与液体运动状态变化之间的关系。建立叶轮对液体所做的功与液体运动状态变化之间的关系。二、叶片泵基本能量方程的表示形式二、叶片泵基本能量方程的表示形式 由动量矩定理可推导得到该方程。由动量矩定理可推导得到该方程。 理论扬程：从叶轮进口至叶轮出口液体比能的增值理论扬程：从叶轮进口至叶轮出口液体比能的增值 （单位质量液体从叶

22、轮获得的能量）（单位质量液体从叶轮获得的能量）1-7 叶片无穷多假定（基本方程修正）一、叶片无穷多（一、叶片无穷多（z=）假定假定 假假定定叶叶片片数数无无穷穷多多，这这样样，流流道道内内任任一一点点的的相相对对速速度度均均应应沿沿叶叶片片骨骨线线的切线方向，换言之，相对运动流线与叶片骨线形状完全一致。的切线方向，换言之，相对运动流线与叶片骨线形状完全一致。流道内存在相对轴向旋涡流道内存在相对轴向旋涡 工作面减速、背面加速工作面减速、背面加速二、有限叶片数条件下的实际流动二、有限叶片数条件下的实际流动 叶轮出口速度三角形叶轮出口速度三角形三、有限叶片数理论扬程计算三、有限叶片数理论扬程计算 需

23、要计算需要计算三、滑移系数三、滑移系数 2、威斯奈尔、威斯奈尔(Weisner)公式公式 1、斯托道拉、斯托道拉(Stodola)公式公式 3、普夫列德尔、普夫列德尔(Pfleiderer)公式公式 （对蜗壳泵，（对蜗壳泵，a=0.650.85，叶片少取大值）叶片少取大值）（ 对对低比转速离心泵）低比转速离心泵）1-8 叶片泵的性能曲线一、泵的性能曲线一、泵的性能曲线 二、性能曲线的理论分析二、性能曲线的理论分析 按按 1、假定叶片无穷多，作、假定叶片无穷多，作 曲线曲线 演变顺序分析演变顺序分析 因出口角小于因出口角小于90 度，故度，故B为正值。为正值。上式为直线，随着流量增大，理论扬程减

24、小上式为直线，随着流量增大，理论扬程减小 2、考虑叶片数有限，作、考虑叶片数有限，作 曲线曲线 1)流流道道摩摩擦擦损损失失、流流动动扩散及弯曲等损失扩散及弯曲等损失通常，通常，P与流量无关，是常数。因此，与流量无关，是常数。因此， 也是直线也是直线 3、考虑泵内水力损失，作、考虑泵内水力损失，作 曲线曲线2)因因工工况况变变化化导导致致叶叶轮轮及及压水室入口冲击损失压水室入口冲击损失 4、考虑容积损失，作、考虑容积损失，作 曲线曲线通常，通常，P与流量无关，是常数。因此，与流量无关，是常数。因此， 也是直线也是直线泄漏量泄漏量 , 从曲线的横坐标中减去相应从曲线的横坐标中减去相应q (对应对

25、应Ht不变不变),得到得到1-9 叶片泵的相似理论一、什么是相似一、什么是相似 1、几何相似：对应角度相等，线性尺寸比值相同、几何相似：对应角度相等，线性尺寸比值相同 2、运动相似：速度的比值相同、运动相似：速度的比值相同 3、动力相似：同名义力的比值相同、动力相似：同名义力的比值相同动力相似的判别数动力相似的判别数(下式中下式中c为速度为速度)：惯性力（斯特卢哈）判别数：惯性力（斯特卢哈）判别数：压力（欧拉）判别数：压力（欧拉）判别数：重力（佛汝德）判别数：重力（佛汝德）判别数：粘性力（雷诺）判别数：粘性力（雷诺）判别数：一般很难同时满足四个判别数，水泵一般要求满足一般很难同时满足四个判别数

26、，水泵一般要求满足Sr和和Eu数相等。数相等。二、相似关系二、相似关系 若两台泵几何相似若两台泵几何相似,在相似工况在相似工况(特性曲线对应工况点运动相似特性曲线对应工况点运动相似)下有下有:上式成立的前提是假定上式成立的前提是假定当尺寸相差较大时，应修正实型泵效率，如水力效率可用下式换算：当尺寸相差较大时，应修正实型泵效率，如水力效率可用下式换算：上式实际包含了如下判别数相等：上式实际包含了如下判别数相等： 流流量量系系数数(折折引引流流量量): 扬扬程程系系数数(折折引引扬扬程程):三、相似关系的应用三、相似关系的应用 相似设计相似设计变工况运行（叶轮切割、调速）变工况运行（叶轮切割、调速

27、）1-10 比转速一、什么是比转速一、什么是比转速 据前面推导，有：据前面推导，有：我国泵行业规定，在前面乘常数我国泵行业规定，在前面乘常数3.65，泵的比转速表示为：，泵的比转速表示为：二、关于比转速的说明二、关于比转速的说明 1、泵的名义比转速、泵的名义比转速 一一台台泵泵在在不不同同工工况况下下有有不不同同的的 ，但但作作为为相相似似准准则则的的 是是指指最最优优工况（最高效率点）下的值。工况（最高效率点）下的值。 3、比转速的因次、比转速的因次 2、比转速是相似判据、比转速是相似判据 对对于于几几何何相相似似的的泵泵，在在相相似似工工况况下下， 相相等等。反反之之，一一般般来来说说，比

28、转速相等的泵，是几何相似和运动相似的，或形状相差不大。比转速相等的泵，是几何相似和运动相似的，或形状相差不大。 比转速的因次是比转速的因次是 ，但这不影响它作为相似判据使用。，但这不影响它作为相似判据使用。 4 、比比转转速速与与 几几何何形形状状 及及性性能能的的 关关系系1-11 叶片泵的运行特性一、管路特性曲线一、管路特性曲线 单单位位重重量量液液体体自自吸吸入入池池液液面面移移至至压压出出池池液液面面要要克克服服的的阻力阻力HC为：为： 这这里里，h为为管管路路中中水水力力损损失失总和。它与流速平方成正比：总和。它与流速平方成正比：二、水泵运行工况点二、水泵运行工况点 从而，得到管路（

29、装置）特性曲线：从而，得到管路（装置）特性曲线：管路特性曲线与泵性能特性曲线管路特性曲线与泵性能特性曲线HQ的交点的交点M，为水泵运行工况点。为水泵运行工况点。在在M点稳定运行的理由：假定在点稳定运行的理由：假定在A，因，因HCH，故，故V，Q，重回重回M点。点。三、水泵的不稳定运行三、水泵的不稳定运行 1、带带驼驼峰峰的的特特性性曲曲线线，有有二二个个交交点点，M为为稳稳定定工工况况点点，K为为不不稳稳定定工工况况点点。原原因因是是：当当振振动动等等引引起起离离开开K点点后后， HHC，故故V，Q，直直到到M点才稳定；反之，向点才稳定；反之，向K点左移，点左移， HCH，故，故V，Q，可能倒

30、流。可能倒流。2、供供水水情情况况：泵泵向向供供水水池池供供水水Q，而而供供水水池池向向用用户户供供水水Q1 。若若QQ1，则则水水池池水水位位上上升升，装装置置特特性性曲曲线线由由i到到j，再再到到K，水水泵泵流流量量急急剧剧到到0。然后水池液面下降，到然后水池液面下降，到j以下后，恢复供水。如此反复，造成不稳定。以下后，恢复供水。如此反复，造成不稳定。四、水泵的串联运行四、水泵的串联运行 1、相同泵的串联、相同泵的串联 两两台台性性能能相相同同的的泵泵串串联联时时，合合成成性性能能曲曲线线是是在在同同一一流流量量下下两两泵泵的的扬扬程相加得到。程相加得到。 由由图图可可见见，串串联联工工况

31、况点点B，单单机机运运行行时时工工况况点点为为A，但但B点点流流量量和和扬扬程均小于程均小于A点值的两倍。点值的两倍。2、不同泵的串联、不同泵的串联 两两台台不不同同性性能能的的泵泵串串联联时时，合合成成性性能能曲曲线线仍仍是是在在同同一一流流量量下下两两泵泵的的扬程相加得到。扬程相加得到。 但但管管路路特特性性曲曲线线不不能能是是R2，在在B点点以以下下的的区区域域是是不不合合理理运运行行区区，应应避免。避免。五、水泵的并联运行五、水泵的并联运行 1、相同泵的并联、相同泵的并联 两两台台性性能能相相同同的的泵泵并并联联时时，合合成成性性能能曲曲线线是是在在同同一一扬扬程程下下两两泵泵的流量相

32、加得到。的流量相加得到。2、不同泵的并联、不同泵的并联 两两台台性性能能不不同同的的泵泵并并联联时时，合合成成性性能能曲曲线线仍仍是是在在同同一一扬扬程程下下两两泵泵的的流量相加得到。流量相加得到。 当当管管路路特特性性曲曲线线为为R2时时，为为不不合合理理运运行行区区。因因为为实实际际扬扬程程大大于于泵泵II的关死点扬程，导致其流量为的关死点扬程，导致其流量为0，可能造成因流体发热等出现事故。，可能造成因流体发热等出现事故。1-12 水泵运行工作点的调节一、变阀调节一、变阀调节 通通过过改改变变出出水水管管路路中中闸闸阀阀开开度度的的大大小小来来达达到到改改变变水水泵泵工工作作点点的的目目的

33、的，这种调节方法称为变阀调节，亦称为节流调节。这种调节方法称为变阀调节，亦称为节流调节。 二、变速调节二、变速调节 通通过过改改变变水水泵泵转转速速以以改改变变水水泵泵的的性性能能，从从而而达达到到改改变变水水泵泵工工作作点点的的目目的，这种调节方法称为变速调节。的，这种调节方法称为变速调节。 由由得得即即三、变径调节三、变径调节 通过改变叶轮外径的大小以改变水泵的性能，从而达到改变水泵工通过改变叶轮外径的大小以改变水泵的性能，从而达到改变水泵工作点的目的，这种调节方法称为变径调节，亦称为车削调节或切削作点的目的，这种调节方法称为变径调节，亦称为车削调节或切削调节调节。从而：从而：有：有：即：

34、即：切削抛物线允许最大车削量比转速nS60120200300350350以上20%15%11%9%7%0效率下降值每车削10%，下降1%每车削4%，下降1%四、变角调节四、变角调节 通过改变叶片安装角度的大小通过改变叶片安装角度的大小以改变水泵的性能，从而达到以改变水泵的性能，从而达到改变水泵工作点的目的，这种改变水泵工作点的目的，这种调节方法称为变角调节。变角调节方法称为变角调节。变角调节适用于叶片可调节的轴流调节适用于叶片可调节的轴流泵与混流泵。泵与混流泵。 轴流泵性能曲线轴流泵性能曲线 1-13 泵的工作范围与型谱一、泵的工作范围一、泵的工作范围 效效率率下下降降不不超超过过8的的对对应

35、工作区。应工作区。二、泵的型谱二、泵的型谱 每种系列的泵有一个型谱（系列指相同结构或相同用途）的泵。每种系列的泵有一个型谱（系列指相同结构或相同用途）的泵。 型谱一方面供用户选泵；另一方面指出发展方向。型谱一方面供用户选泵；另一方面指出发展方向。 每种系列最好用几种比转速的水力模型。每种系列最好用几种比转速的水力模型。1-14 水泵汽蚀（空化）一、什么是汽蚀一、什么是汽蚀 由由于于压压力力的的变变化化，导导致致液液流流内内的的空空泡泡产产生生、发发展展、溃溃灭灭的的过过程程，以及由此产生的一系列物理化学变化，称为汽蚀或空化以及由此产生的一系列物理化学变化，称为汽蚀或空化(Cavitation)

36、。1、噪声和振动、噪声和振动二、汽蚀的影响和危害二、汽蚀的影响和危害 2、过流部件表面的材料破坏、过流部件表面的材料破坏3、运转性能下降、运转性能下降 （因空泡堵塞，流量、扬程（因空泡堵塞，流量、扬程 和和 效率均出现断裂现象）效率均出现断裂现象）三、汽蚀的主要部位（汽蚀破坏的类型）三、汽蚀的主要部位（汽蚀破坏的类型） 1、翼型汽蚀、翼型汽蚀 离心泵多发生在：叶片进口边的背面及后盖板处离心泵多发生在：叶片进口边的背面及后盖板处 轴流泵多发生在：叶片进水边背面及叶片与轮毂连接处，轴流泵多发生在：叶片进水边背面及叶片与轮毂连接处， 靠近叶片进口处的吸水管壁，靠近叶片进口处的吸水管壁， 导叶进口导叶

37、进口2、间隙汽蚀、间隙汽蚀 离心泵多发生在：口环处离心泵多发生在：口环处 轴流泵多发生在：叶片根部与轮毂之间，叶片外缘与叶轮室之间轴流泵多发生在：叶片根部与轮毂之间，叶片外缘与叶轮室之间3、空腔汽蚀、空腔汽蚀 泵泵的的进进口口和和吸吸水水室室管管道道内内，发发生生旋旋涡涡带带，涡涡带带是是中中间间夹夹杂杂有有气气体体的空腔，腔内压力低而导致汽蚀。的空腔，腔内压力低而导致汽蚀。 涡涡带带呈呈螺螺旋旋状状非非轴轴对对称称旋旋转转，使使流流速速场场和和压压力力场场周周期期性性变变化化，引引起机组振动和噪声。下图是水轮机尾水管内的涡带：起机组振动和噪声。下图是水轮机尾水管内的涡带：4、局部汽蚀、局部汽

38、蚀 局部的凸台、凹陷部位，如螺栓处、铸造缺陷处局部的凸台、凹陷部位，如螺栓处、铸造缺陷处1、出现汽蚀的原则（假设）、出现汽蚀的原则（假设）四、汽蚀余量四、汽蚀余量 2、装置汽蚀余量（有效汽蚀余量）、装置汽蚀余量（有效汽蚀余量） 定义：泵吸入口所余的高出汽化压力能头的那部分能量。定义：泵吸入口所余的高出汽化压力能头的那部分能量。注：下标注：下标s表示水泵吸入口，表示水泵吸入口，Pv表示汽化压力。表示汽化压力。 该能头以水泵基准面为基准。该能头以水泵基准面为基准。 可根据不同安装方式写出该式的不同表达，但与泵结构无关。可根据不同安装方式写出该式的不同表达，但与泵结构无关。 3、必须汽蚀余量、必须汽

39、蚀余量 有的文献称为汽蚀余量，用有的文献称为汽蚀余量，用 表示。表示。 就就是是液液流流进进入入泵泵后后，在在未未被被叶叶轮轮增增加加能能量量之之前前，压压力力能能头头降降低低的的那那部部分分数数值值，它它是是因因流流速速变变化化和和水水力力损损失失引引起起的的，主主要要影影响响因因素素是是叶叶轮轮及及吸吸水水室室的的几几何何形形状状和和流流速速，与与吸吸水水管管路路、液液体体性性质质无无关关，只只与与泵结构有关。它的大小，反映了泵抗汽蚀的能力。泵结构有关。它的大小，反映了泵抗汽蚀的能力。 要要防防止止叶叶轮轮内内发发生生空空泡泡现现象象，就就必必须须使使液液体体在在进进入入泵泵吸吸入入口口时

40、时，留留有有足足够够的的汽汽蚀蚀余余量量 ，以以便便流流体体在在流流动动过过程程中中压压力力降降低低了了一一定定数数值值后后，最最低低的的压压力力还还高高于于汽汽化化压压力力。换换言言之之，不不发发生生汽汽蚀蚀的的必必要要条条件件是：是： 注意：目前多数文献用注意：目前多数文献用 代替代替 ，用，用 代替代替 。4、临界汽蚀余量、临界汽蚀余量 以断裂特性扬程下降以断裂特性扬程下降1时的时的 ，用，用 表示。表示。5、许用汽蚀余量、许用汽蚀余量 这这是是确确定定泵泵使使用用条条件件（如如安安装装高高程程）用用的的汽汽蚀蚀余余量量，它它应应大大于于临界汽蚀余量，以保证泵不发生汽蚀。通常有：临界汽蚀

41、余量，以保证泵不发生汽蚀。通常有：四、汽蚀相似定律四、汽蚀相似定律 （近似公式）（近似公式）对于几何相似的泵来讲，在相似工况下，有：对于几何相似的泵来讲，在相似工况下，有：五、汽蚀比转速五、汽蚀比转速 C C 因而，将这两个常数合并（开根后相除），仍为常数，用因而，将这两个常数合并（开根后相除），仍为常数，用C表示：表示： 汽蚀比转速汽蚀比转速一般以最优工况下的一般以最优工况下的C值代表泵的值代表泵的C值。值。清水泵通常在清水泵通常在8001000，冷凝泵、火箭燃料泵可达，冷凝泵、火箭燃料泵可达16003000.六、汽蚀系数六、汽蚀系数 对于几何相似的泵来讲，在相似工况下，有：对于几何相似的泵

42、来讲，在相似工况下，有：因而，有：因而，有： 汽蚀系数汽蚀系数与与C具有相同性质，它的数值与泵大小无关，只要工况相似，具有相同性质，它的数值与泵大小无关，只要工况相似，相等。相等。七、汽蚀防护与改善措施七、汽蚀防护与改善措施 对已经设计好的水泵来讲，可采取以下措施进行汽蚀防护：对已经设计好的水泵来讲，可采取以下措施进行汽蚀防护：1、提高加工精度、提高加工精度2、选择良好材料、选择良好材料3、选择合理安装高度、选择合理安装高度4、规定合理运动范围、规定合理运动范围5、采用补气等办法、采用补气等办法对待设计的泵来讲，可采取以下措施改善汽蚀性能：对待设计的泵来讲，可采取以下措施改善汽蚀性能：1、提高

43、加工精度、提高加工精度2、选择良好材料、选择良好材料3、选择合理安装高度、选择合理安装高度4、规定合理运动范围、规定合理运动范围5、采用补气等办法、采用补气等办法1、提高加工精度、提高加工精度2、选择良好材料、选择良好材料3、选择合理安装高度、选择合理安装高度4、规定合理运动范围、规定合理运动范围5、采用补气等办法、采用补气等办法1、提高加工精度、提高加工精度2、选择良好材料、选择良好材料3、选择合理安装高度、选择合理安装高度4、规定合理运动范围、规定合理运动范围5、采用补气等办法、采用补气等办法1、使用诱导轮、使用诱导轮2、适当增加叶轮入口直径、适当增加叶轮入口直径3、加大前盖板圆弧半径、加

44、大前盖板圆弧半径4、将叶片进口边适当向吸入口延伸、将叶片进口边适当向吸入口延伸5、采用双吸叶轮、采用双吸叶轮6、使用超汽蚀翼型、使用超汽蚀翼型本章复习思考题1 1、泵的定义是什么？按作用原理可分成哪几类？、泵的定义是什么？按作用原理可分成哪几类？2 2、泵泵系系统统有有哪哪些些主主要要组组成成部部分分？泵泵本本身身包包含含哪哪些些主主要要结结构构部部件件？各各起起什什么么作作用用？填料函漏气将产生什么后果？填料函漏气将产生什么后果？3 3、离离心心泵泵与与轴轴流流泵泵有有什什么么不不同同？双双吸吸泵泵和和多多级级泵泵各各用用在在什什么么场场合合？双双吸吸泵泵有有什什么么特点？特点？4 4、泵的

45、主要参数有哪些？单位如何？、泵的主要参数有哪些？单位如何？5 5、能熟练地在各种装置条件下求水泵扬程。、能熟练地在各种装置条件下求水泵扬程。6 6、分析离心泵叶轮中流体流动规律时，有哪三点假设？、分析离心泵叶轮中流体流动规律时，有哪三点假设？7 7、什什么么叫叫流流面面？叶叶轮轮的的轴轴面面投投影影图图和和平平面面投投影影图图如如何何生生成成？叶叶片片的的安安放放角角如如何何度度量？量？8 8、什什么么是是叶叶片片泵泵的的速速度度三三角角形形？有有什什么么作作用用？要要求求能能绘绘制制任任意意给给定定叶叶轮轮在在任任何何工工况、任何一点处的速度三角形。况、任何一点处的速度三角形。9 9、什什么

46、么叫叫叶叶片片泵泵的的基基本本能能量量方方程程？如如何何推推导导？试试分分析析它它的的物物理理意意义义。一一台台泵泵抽抽水水与抽气时，以所抽液体的高度表示扬程，谁高谁低？与抽气时，以所抽液体的高度表示扬程，谁高谁低？1010、在用环量表示的基本方程中，当、在用环量表示的基本方程中，当2 12 hrha hr。 （2 2）叶叶轮轮入入口口至至叶叶片片最最低低点点K K有有很很大大的的压压降降，所所以以要要有有hrhr， hrhr就就等等于于这这个压降。个压降。 （3 3）hrhr不不是是能能量量损损失失，它它不不过过是是由由压压力力能能转转换换成成动动能能，在在液液体体流流过过K K点点之之后，

47、它又可能全部转换成压能。后，它又可能全部转换成压能。3434、汽汽蚀蚀相相似似律律的的计计算算公公式式与与各各参参数数的的单单位位如如何何？当当一一台台泵泵在在低低转转速速实实验验求求得得hrhr后后，用用在在高高转转速速的的情情况况下下，hrhr按按什什么么公公式式求求出出？这这时时是是偏偏安安全全还还是是偏偏危险？危险？3535、什什么么是是汽汽蚀蚀比比转转速速C C？它它的的物物理理意意义义与与用用途途？如如何何推推导导？C C与与nsns的的相相同同与与不不同同之处（指意义与用途二方面）？之处（指意义与用途二方面）？3636、泵泵的的能能量量平平衡衡试试验验的的目目的的是是什什么么？

48、中中哪哪几几项项可可以以用用试试验验求求出出，哪几项要计算得到？哪几项要计算得到？3737、泵内各部分损失的影响因素各是什么？、泵内各部分损失的影响因素各是什么？3838、离离心心泵泵机机械械损损失失中中哪哪一一项项占占的的比比重重最最大大？当当水水泵泵的的n n一一定定，抽抽送送液液体体一一定定时时，圆盘摩擦损失与哪些因素有关？圆盘摩擦损失与哪些因素有关？3939、泵泵内内的的容容积积损损失失与与密密封封环环的的形形式式有有关关，为为减减小小容容积积损损失失，希希望望密密封封环环中中的的水水力损失大好还是小好？力损失大好还是小好？4040、泄泄漏漏量量很很小小与与很很大大时时，泵泵腔腔中中的的压压力力变变化化有有何何不不同同？研研究究这这种种变变化化有有何何用用途途？4141、内机械效率、容积效率与、内机械效率、容积效率与nsns有何关系？即随着有何关系？即随着nsns变化，这两部分如何变化？变化，这两部分如何变化？4242、泵的效率与汽蚀性能之间有关系吗？若有，是什么样的关系？、泵的效率与汽蚀性能之间有关系吗？若有，是什么样的关系？4343、写出下述四种情况下的扬程表达式。、写出下述四种情况下的扬程表达式。