矿井排水课件

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1、机电学院机电学院矿山流体机械矿山流体机械张明辉张明辉矿井排水矿山排水设备矿山排水设备本章内容本章内容第四节第四节 离心式水泵在管路上工作离心式水泵在管路上工作第五节 刮板输送机的安装、运转、维护及故障处理第三节第三节 离心式水泵的工作理论离心式水泵的工作理论第二节第二节 离心式水泵主要结构离心式水泵主要结构 第一节第一节 矿井排水设备概述矿井排水设备概述第五节第五节 离心式水泵的调节离心式水泵的调节 第六节第六节 矿井排水设备的选型计算矿井排水设备的选型计算 第七节 矿井排水设备的操作与运行、维护及故障处理 矿井排水矿井排水第一节第一节 矿井排水设备概述矿井排水设备概述矿井排水矿井排水一、一、

2、 煤矿水源煤矿水源矿水矿水大气降水大气降水地表水地表水含水层水含水层水断层水断层水采空区水采空区水水力采煤和水砂充填后的废水水力采煤和水砂充填后的废水大气降水可能从地表低洼地通过塌陷区裂隙或井大气降水可能从地表低洼地通过塌陷区裂隙或井口灌入井巷，造成灾害口灌入井巷，造成灾害。地表水指河、湖、塘、沟及水库的积水地表水指河、湖、塘、沟及水库的积水。 含水层水如砂砾层含水、石灰岩溶洞水，两者含水层水如砂砾层含水、石灰岩溶洞水，两者可能通过裂隙、断层、旧巷等通道进入井巷。可能通过裂隙、断层、旧巷等通道进入井巷。断层破碎带常大量积水，特别是断层与含水层断层破碎带常大量积水，特别是断层与含水层或地表水沟通

3、时，补给丰富，威胁更大。或地表水沟通时，补给丰富，威胁更大。旧巷或采空区积水，往往静水压力大，来势猛，旧巷或采空区积水，往往静水压力大，来势猛，且常含有害气体，易造成人身事故。且常含有害气体，易造成人身事故。涌入矿井的水矿井排水矿井排水矿井排水设备的任务矿井排水设备的任务 将将矿矿水水及及时时地地排排到到地地面面，为为井井下下生生产产创创造造良良好好的的工工作作环环境境，保保证证人人员员的的安安全全工工作作和和机机械械、电电气气设备的良好运转。设备的良好运转。涌水量涌水量最大涌水量：最大涌水量：雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为最大涌水量，用最大涌水量，用

4、q qmaxmax表示，所对应的涌水时间为最大涌表示，所对应的涌水时间为最大涌水时间，用水时间，用t tmaxmax表示。表示。矿井涌水量：矿井涌水量：在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌量用涌量用q q表示，其单位是表示，其单位是m m3 3/h/h。矿井排水矿井排水绝对涌水量：绝对涌水量：单位时间内涌入矿井的水的体积量（单位时间内涌入矿井的水的体积量（q q），），单位是单位是m m3 3/h/h正常涌水量：正常涌水量：其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正常涌水量，用量为正常涌水量，用q qz z表示，所对应的

5、涌水时间为正常表示，所对应的涌水时间为正常涌水时间，用涌水时间，用t tz z表示。表示。相对涌水量：相对涌水量：同时期内相对于单位煤炭产量的涌水量，也称含水系数。以“Ks”表示。 TT同时期内煤炭日产量（同时期内煤炭日产量（t t）矿井排水矿井排水矿水性质矿水性质1 1）温度）温度 随井深增高。随井深增高。2 2）密度）密度 比清水大。比清水大。=1015-1025kg/m3=1015-1025kg/m33 3）化学性质）化学性质 矿水略带酸性，当矿水略带酸性，当PH5PH5时，应采时，应采取措施。取措施。矿井涌水量等级矿井涌水量等级1 1）涌水量小的矿井：）涌水量小的矿井：Q2mQ15mQ

6、15m3 3/min/min矿井排水矿井排水涌入矿井中的水根据巷道标高不同有两种排水方式。涌入矿井中的水根据巷道标高不同有两种排水方式。巷道高于地面的矿井巷道高于地面的矿井矿井涌水可沿巷道矿井涌水可沿巷道( (平硐平硐) )一侧水沟自行流出矿外一侧水沟自行流出矿外巷道低于地面的矿井巷道低于地面的矿井可用排水设备将水排到地面。可用排水设备将水排到地面。 目前，根据矿井深度、开拓方式、涌水时间以及目前，根据矿井深度、开拓方式、涌水时间以及各水平涌水量的大小，可采用不同的排水系统。各水平涌水量的大小，可采用不同的排水系统。 ( (一一) ) 单水平开采的排水系统单水平开采的排水系统（二）多水平同时开

7、采的排水系统（二）多水平同时开采的排水系统二、矿井排水系统二、矿井排水系统(一一) 单水平开采的排水系统单水平开采的排水系统直接排水系统直接排水系统（a）竖井单水平开采）竖井单水平开采（b）斜井单水平开采）斜井单水平开采o全部矿水聚集于水全部矿水聚集于水仓中，并用排水设仓中，并用排水设备直接排至地面。备直接排至地面。o排水管可沿井筒排水管可沿井筒敷设或敷设在专敷设或敷设在专用钻孔中，用钻孔中，系统简单系统简单开拓量小开拓量小基建费用低基建费用低管理方便管理方便矿井排水矿井排水(一一) 单水平开采的排水系统单水平开采的排水系统分段排水系统分段排水系统（c）井筒中部开拓泵房和水仓）井筒中部开拓泵房

8、和水仓（d）只开中间泵房，不开水仓）只开中间泵房，不开水仓o优点是上、下设备互不影响，可靠性高，但开拓工程量大；o不开拓中间水仓，但因要求上、下任意两台水泵都能串联工作，而使管路布置十分复杂，并且下部的排水设备可能受到全井深的水头压力。优先采用矿井排水矿井排水(二二) 多水平同时开采的排水系统多水平同时开采的排水系统1 1、独立排水系统、独立排水系统o当各水平涌水量都较大时，在各水平当各水平涌水量都较大时，在各水平分别设置水仓、泵房和排水设备，以分别设置水仓、泵房和排水设备，以便将各自水平的水直接排至地面。便将各自水平的水直接排至地面。优点是上、下水平互不干扰；优点是上、下水平互不干扰；缺点是

9、设备多，管路多。缺点是设备多，管路多。矿井排水矿井排水(二二) 多水平同时开采的排水系统多水平同时开采的排水系统2.2.集中排水系统集中排水系统 o当上水平的涌水量较小，没有必要单当上水平的涌水量较小，没有必要单独设置排水设备时，可将上水平的水独设置排水设备时，可将上水平的水下放到下水平，而后由下水平的水泵下放到下水平，而后由下水平的水泵排至地面。排至地面。优点是只需一套排水设备；优点是只需一套排水设备；缺点是上水平的水下放后再上排，缺点是上水平的水下放后再上排，损失了水的位能，增加了电耗。损失了水的位能，增加了电耗。矿井排水矿井排水(二二) 多水平同时开采的排水系统多水平同时开采的排水系统3

10、.3.分段排水系统分段排水系统 o将下水平的水用辅助排水设备排至上将下水平的水用辅助排水设备排至上水平的水仓中，然后集中排至地面。水平的水仓中，然后集中排至地面。缺点一旦上水平的排水设备发生故障，两水平都有被淹没的危险。o常用于具有下山的缓倾斜煤层矿井、且涌水量较小的情况矿井排水矿井排水三、矿井排水设备组成三、矿井排水设备组成 矿井排水设备由水泵、电动机、启动设备、管路及管路附件、仪表等组成。矿井排水设备由水泵、电动机、启动设备、管路及管路附件、仪表等组成。 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；1

11、0-旁通管；11-引水漏斗；12-放水管；13-防水闸阀；14-真空表；15-压力表；16-放气栓；17-吸水井 矿井排水矿井排水一、离心式水泵的类型一、离心式水泵的类型1.D1.D型离心式水泵型离心式水泵第二节第二节 离心式水泵离心式水泵的结构的结构型泵是单吸、多级、分段式离心泵。型泵是单吸、多级、分段式离心泵。o它可输送水温低于0的清水或物理性能类似于水的液体。o其流量范围和扬程范围大。o目前矿井主排水泵多采用D型泵。D型水泵经多年的发展已形成系列，其结构形式基本相同，只是尺寸大小不同。矿井排水矿井排水1. D D型离心式水泵主要部件型离心式水泵主要部件( (组装组装) )矿井排水矿井排水

12、一、D型泵的构造转动部分泵轴联轴器轴套叶轮平衡盘固定部分泵体导叶轴承部分密封部分矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水D D型泵的构造型泵的构造（1 1）叶轮叶轮铸成一个整体矿井排水矿井排水（2 2）泵轴）泵轴材材 料料传递扭矩和支承套装在它上面的其它转动部件。传递扭矩和支承套装在它上面的其它转动部件。4545号钢锻造加工号钢锻造加工作作 用用 轴轴 套套 防止泵轴锈蚀防止泵轴锈蚀（3 3）轴向推力及平衡装置）轴向推力及平衡装置产生轴向推力的原因：产生轴向推力的原因：(1)(1)由于作用在叶轮前，后轮盘上的压力不平衡；由于作用在叶轮前，后轮盘上的压力不平衡；(2)(2)由于叶轮内水流动量发生变化；由

13、于叶轮内水流动量发生变化；(3)(3)由于大小口环磨损严重，泄漏量增加，使叶轮前后由于大小口环磨损严重，泄漏量增加，使叶轮前后轮盘上的压力分布规律发生变化轮盘上的压力分布规律发生变化 矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水平衡装置示意图A-平衡盘；B-平衡盘室；C-平衡盘衬环（平衡座）；D-末级叶轮 D平衡盘平衡盘矿井排水矿井排水用平衡盘平衡轴向力用平衡盘平衡轴向力用平衡盘平衡轴向力用平衡盘平衡轴向力矿井排水矿井排水平衡孔平衡孔矿井排水矿井排水采用平衡叶轮采用平衡叶轮矿井排水矿井排水采用双叶轮采用双叶轮矿井排水矿井排水布置对称叶轮布置对称叶轮 矿井排水矿井排水进水段进水段出水段出水段中间段中间段吸水

14、口，水平吸水口，水平出水口，垂直向上出水口，垂直向上(4) (4) 固定部分固定部分矿井排水矿井排水固定部分主要包括进水段、中段和出水段等部件，用拉紧固定部分主要包括进水段、中段和出水段等部件，用拉紧螺栓连接。螺栓连接。吸水口为水平方向并位于进水段，出水口为垂直方向并位吸水口为水平方向并位于进水段，出水口为垂直方向并位于出水段。于出水段。 （1 1）进水段）进水段 将吸水管中的水均匀地引向第一级叶轮入口，降低流动将吸水管中的水均匀地引向第一级叶轮入口，降低流动损失。损失。 （2 2）中段）中段导水图导水图1-1-导水叶片；导水叶片；2-2-返水（反导）叶片返水（反导）叶片矿井排水矿井排水(3)

15、(3)出水段出水段收集最后一级叶轮流出的高压水，并以最小的损失把水均匀收集最后一级叶轮流出的高压水，并以最小的损失把水均匀地引至出口。同时在扩散管中将水的一部分动能（动压）转地引至出口。同时在扩散管中将水的一部分动能（动压）转化为压力能（静压）。化为压力能（静压）。 矿井排水矿井排水(5)(5)密封部分密封部分（1 1）叶轮密封）叶轮密封 密封环密封环1-1-叶轮；叶轮；2-2-大口环；大口环；3-3-小口环；小口环；4-4-泵壳泵壳 矿井排水矿井排水（2 2）吸水侧和排水侧密封）吸水侧和排水侧密封吸水侧填料密封结构吸水侧填料密封结构1-1-填料压盖；填料压盖；2-2-进水段；进水段；3-3-

16、轴套；轴套；4-4-压盖螺栓；压盖螺栓；5-5-水封环；水封环；6-6-填料填料 矿井排水矿井排水D D型泵型号意义型泵型号意义矿井排水矿井排水字母字母意意义义字母字母意意义义D分段式多分段式多级泵级泵KD中开式多中开式多级泵级泵DG分段式多分段式多级锅级锅炉炉给给水水泵泵QJ井用潜水井用潜水泵泵DL立立轴轴多多级泵级泵S单级单级双吸式离心双吸式离心泵泵DS首首级级用双吸叶用双吸叶轮轮的分段式的分段式多多级泵级泵M耐磨耐磨泵泵F耐腐耐腐蚀泵蚀泵WB微型离心微型离心泵泵JC长轴长轴深井深井泵泵WG高高扬扬程横程横轴污轴污水水泵泵部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义部分离心泵型号中某些

17、汉语拼音字母通常所代表的意义 矿井排水矿井排水2. IS2. IS（B B）型离心式水泵）型离心式水泵IS型水泵是单吸、单级、悬臂式离心泵。输送清水或物理化学性质类似于水的液体，液温不得起过80。其流量范围为4.5360m3/h，扬程为898m，可供小型矿井或采区局部排水及井底水窝排水等使用。IS型离心泵构造简图 特点：特点：体积小，重量轻，体积小，重量轻，结构简单，工作结构简单，工作可靠，零部件少，可靠，零部件少，易于加工和维护。易于加工和维护。 矿井排水矿井排水离心式水泵工作原理离心式水泵工作原理离心式水泵简图离心式水泵简图1-1-叶轮；叶轮；2-2-叶片；叶片；3-3-泵轴；泵轴；4-4

18、-外壳；外壳；5-5-吸水管；吸水管；6-6-滤水器底阀；滤水器底阀；7-7-排水管；排水管；8-8-漏斗；漏斗；9-9-闸阀闸阀 优点：优点：转数高、转数高、体积小、体积小、质量轻、质量轻、效率高效率高 第三节第三节 离心式水泵的工作原理离心式水泵的工作原理矿井排水矿井排水v叶轮随原动机的轴转时，叶片间的流体也随叶轮高速旋转，叶轮随原动机的轴转时，叶片间的流体也随叶轮高速旋转，受到离心力的作用，被甩出叶轮的出口。受到离心力的作用，被甩出叶轮的出口。v被甩出的流体挤入机（泵）壳后，机（泵）壳内流体压强增被甩出的流体挤入机（泵）壳后，机（泵）壳内流体压强增高，最后被导向泵或风机的出口排出。高，最

19、后被导向泵或风机的出口排出。同同时时，叶叶轮轮中中心心由由于于流流体体被被甩甩出出而而形形成成真真空空，外外界界的的流流体体在在大大气气压压的的作作用用下下，沿沿泵泵或或风风机机的的进进口口吸吸入入叶叶轮，如此源源不断地输送流体。轮，如此源源不断地输送流体。矿井排水矿井排水离心式水泵性能参数离心式水泵性能参数 主要性能参数有：流量、扬程、功率、效率、转速和允许主要性能参数有：流量、扬程、功率、效率、转速和允许吸上真空度等。吸上真空度等。流量流量指单位时间内水泵排出液体的体积。用指单位时间内水泵排出液体的体积。用Q Q表示，单表示，单位为位为m m3 3/s/s或或m m3 3/h/h。 扬程扬

20、程指单位重量液体获得的能量。用指单位重量液体获得的能量。用H H表示，单位为表示，单位为m m。 H=H=（P P1 1-P-P2 2）/矿井排水矿井排水功率水泵在单位时间内所做功的大小。用N表示，单位为kW。 效率指水泵有效功率与轴功率的比值。用表示。转速指水泵轴和叶轮每分钟的转数，用n表示，单位为r/min。 允许吸上真空度指水泵在不发生汽蚀的条件下，水泵吸水口所允许的真空度。用Hs表示，单位为m。 矿井排水矿井排水，叶片的进口直径为叶片的进口直径为叶轮的外径也就是叶片的出口直径为叶轮的外径也就是叶片的出口直径为叶片的进口宽度为叶片的进口宽度为出口宽度为出口宽度为叶轮的进口直径为叶轮的进口

21、直径为速度三角形速度三角形矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水几个概念矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水离心式流体输送机械的基本方程离心式流体输送机械的基本方程离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假设：离心式流体输送机械的基本方程的推导基于三个假设：（1 1）叶叶片片的的数数目目无无限限多多，叶叶片片无无限限薄薄，流流动动的的每每条条流流线线都都具有与叶片相同的形状。具有与叶片相同的形状。（2 2）流流动动是是轴轴对对称称的的相相对对定定常常流流动动，即即在在同同一一半半径径的的圆圆柱柱面上，各运动参数均相同，而且不随时间变化。面上，各运动参数均相同，而且不随时间变化。（3 3）流流经经叶叶轮

22、轮的的是是理理想想流流体体，粘粘度度为为零零，因因此此无无流流动动阻阻力力损失产生。损失产生。矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水能量方程式的推导能量方程式的推导推推推推导导导导思思思思路路路路 利利用用动动量量矩矩定定理理，建建立立叶叶片片对对流流体体作作功功与与流流体体运运动动状态变化之间的联系。状态变化之间的联系。 控制体和坐标系（相对）控制体和坐标系（相对） 相对坐标系相对坐标系相对坐标系相对坐标系控控控控制体制体制体制体 2 2 速度矩速度矩速度矩速度矩矿井排水矿井排水 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 在在稳稳定定流流动动中中， M= K。且且，单单位位时时间间内内流流出出、流

23、流进进控控制体的流体对转轴的动量矩制体的流体对转轴的动量矩K 分别为：分别为：K2= qVT 2 l2= qVT 2 r2cos 2 ，K1= qVT 1 l1= qVT 1 r1cos 1 作作用用在在控控制制体体内内流流体体上上的的外外力力有有质质量量力力和和表表面面力力。其其对对转转轴轴的的力力矩矩M由由假假设设可可知知：该该力力矩矩只只有有转转轴轴通通过过叶叶片片传传给给流流体体的力矩。则的力矩。则M= qVT( 2 r2cos 2 - - 1 r1cos 1 )矿井排水矿井排水当当叶叶轮轮以以等等角角速速度度旋旋转转时时，则则原原动动机机通通过过转转轴轴传传给给流流体体的功率为：的功

24、率为： 由由于于u2= r2、u1=r1、 2u = 2 cos 2 、 1u = 1 cos 1 ，代入上式得，代入上式得 ：P=M= qVT ( 2 r2cos 2 - - 1 r1cos 1 )P= qVT(u2 2u - - u1 1u ) 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 矿井排水矿井排水 上上两两式式对对轴轴流流式式叶叶轮轮也也成成立立，故故称称其其为为叶叶片片式式泵泵与与风风机机的能量方程式，又称欧拉方程式（的能量方程式，又称欧拉方程式（Euler.L ，1756.）。）。 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 （PaPa）pT = gHT = (u2 2u - -

25、u1 1u )而而单单位位体体积积流流体体流流经经叶叶轮轮时时所所获获得得的的能能量量，即即无无限限多多叶叶片时的理论能头片时的理论能头 pT 为：为： 则则单单位位重重力力流流体体流流经经叶叶轮轮时时所所获获得得的的能能量量，即即无无限限多多叶叶片时的理论能头片时的理论能头 HT 为：为： （mm） 矿井排水矿井排水能量方程式的分析能量方程式的分析矿井排水矿井排水 （1 1） 1u1u 反反反反映映映映了了了了泵泵泵泵与与与与风风风风机机机机的的的的吸吸吸吸入入入入条条条条件件件件。设设设设计计计计时时时时一一一一般般般般尽尽尽尽量量量量使使使使 1 19090 （ 1u1u 0 0），流体

26、在进口近似为），流体在进口近似为），流体在进口近似为），流体在进口近似为径向或轴向流入径向或轴向流入径向或轴向流入径向或轴向流入。 3 3、提高无限多叶片时理论能头的几项措施、提高无限多叶片时理论能头的几项措施： （2）增增增增大大大大叶叶叶叶轮轮轮轮外外外外径径径径和和和和提提提提高高高高叶叶叶叶轮轮轮轮转转转转速速速速。因因u2=2 D2n/60，故故D2 和和n HT 。 目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达7500r/min。矿井排水矿井排水后向式（后向式（ 2y 90 ）径向式（径向式（ 2y 90 ）前向式（前向式（ 2y 90 ）叶片出口安装角

27、：叶片出口安装角： 2y = （叶片出口切向，（叶片出口切向，- - u2）离心式叶轮的三种型式离心式叶轮的三种型式 矿井排水矿井排水 2y 对对HT 的影响的影响为为提提高高理理论论扬扬程程HT ，设设计计上上使使 190 。则则在在转转速速n、流量流量qV、叶轮叶片一定的情况下，有：、叶轮叶片一定的情况下，有：矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水讨论讨论1从从结结构构角角度度：当当HT =const.，前前向向式式叶叶轮轮结结构构小小，重重量量轻，投资少。轻，投资少。2从从能能量量转转化化和和效效率率角角度度：前前向向式式叶叶轮轮流流道道扩扩散散度度大大且且压压出出室室能能头头转转化化损损失失

28、也也大大；而而后后向向式式则则反反之之，故故故故其其其其克克克克服服服服管管管管路路路路阻阻阻阻力力力力的能力相对较好的能力相对较好的能力相对较好的能力相对较好。3从从防防磨磨损损和和积积垢垢角角度度：径径向向式式叶叶轮轮较较好好，前前向向式式叶叶轮轮较较差，而后向式居中。差，而后向式居中。4从从功功率率特特性性角角度度：当当qV 时时，前前向向式式叶叶轮轮Psh ，易易发发生生过过载问题。载问题。矿井排水矿井排水 1 1、无限叶片数的理解、无限叶片数的理解 叶片型线严格控制流体流动。叶片型线严格控制流体流动。2 2、有限叶片数的理解叶片型线不能完全控制流体流动。有限叶片数的理解叶片型线不能完

29、全控制流体流动。 AA轴向涡流试验轴向涡流试验3 3、轴轴向向涡涡流流流流体体(理理想想)相相对对于于旋旋转转的的容容器器，由由于于其其惯惯性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。流体在叶轮流道中的流动流体在叶轮流道中的流动轴向涡轴向涡轴向涡轴向涡流流流流无限叶片数无限叶片数无限叶片数无限叶片数有限叶有限叶有限叶有限叶片数片数片数片数AA A p p离心叶轮实际压头特性离心叶轮实际压头特性矿井排水矿井排水1 1、流线和流线和速度速度三角形发生变化，三角形发生变化，分布不均分布不均； 叶片数有限时对理论能头的影响叶片数有限时对理论能头的影响 轴向涡流对进、出口速度

30、三角形的影响轴向涡流对进、出口速度三角形的影响 p形成形成阻力矩阻力矩； 2 2、矿井排水矿井排水3 3、使理论能头降低：、使理论能头降低： 不是效率，不是由损失造成的；不是效率，不是由损失造成的；流体惯性流体惯性有限叶片有限叶片轴向滑移；轴向滑移；b bK K为环流系数为环流系数为环流系数为环流系数a. HT (pT ) HT (pT) ，即：即： 矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水离心式叶轮的损失和效率离心式叶轮的损失和效率1、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 2、容积损失和容积效率、容积损失和容积效率3 3、流动损失和流动效率、流动损失和流动效率 矿井排水矿井排水机机械械损损失失（用用

31、功功率率 Pm表表示示）包包括括：轴轴与与轴轴封封、轴轴与与轴轴承承及及叶叶轮轮圆圆盘盘摩摩擦擦所所损损失失的的功功率率，一一般般分分别别用用 Pm1和和 Pm2表表示。示。1 1、什么是机械损失、什么是机械损失 2 2、机械损失的定性分析、机械损失的定性分析 P Pm2m2n n3 3D D2 25 5，叶叶轮轮在在壳壳腔腔内内转转动动时时，因因克克服服壳壳腔腔内内流流体体与与盖盖板板之之间间存存在在的的摩摩擦擦阻阻力力而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。 1、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 P Pm1m1nDnD2 2，与与轴轴承承、轴轴封封的的结

32、结构构形形式式、填填料料种种类类、轴轴颈的加工工艺以及流体密度有关，约为颈的加工工艺以及流体密度有关，约为1%3%Psh。矿井排水矿井排水3 3、机械效率、机械效率机机械械损损失失功功率率的的大大小小，用用机机械械效效率率 m来来衡衡量量。机机械械效效率率等等于于轴轴功功率率克克服服机机械械损损失失后后所所剩剩余余的的功功率率（即即流流动动功功率率Ph）与轴功率与轴功率Psh之比：之比：机械效率和比转速有关，表机械效率和比转速有关，表1-31-3可用来粗略估算泵的机械效率。可用来粗略估算泵的机械效率。 表表1-3 m与与ns的关系（泵）的关系（泵）比转速 ns5060708090100机械效率

33、m（%）848789919293矿井排水矿井排水当当叶叶轮轮旋旋转转时时，在在动动、静静部部件件间间隙隙两两侧侧压压强强差差的的作作用用下下，部部分分流流体体从从高高压压侧侧通通过过间间隙隙流流向向低低压压侧侧所所造造成成的的能能量量损损失失称称为容积（泄漏）损失，用功率为容积（泄漏）损失，用功率 PV 表示。表示。 2、容积损失和容积效率、容积损失和容积效率泵的容积损失主要发生在以下几个部位泵的容积损失主要发生在以下几个部位多级泵的级间间隙处；多级泵的级间间隙处；叶轮入口与外壳之间的间隙处；叶轮入口与外壳之间的间隙处；平衡轴向力装置与外壳之间的平衡轴向力装置与外壳之间的间隙间隙处以及轴封间隙

34、处等。处以及轴封间隙处等。矿井排水矿井排水 容积效率容积效率 容积效率容积效率V 与比转速有关，对给水泵，表与比转速有关，对给水泵，表1-4可供参考。可供参考。容容积积损损失失的的大大小小用用容容积积效效率率V 来来衡衡量量。容容积积效效率率为为考考虑虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比：容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比： ns=5060708090100qV90m3/hqV145m3/h0.800.900.8350.9200.860.940.8750.9500.8900.9550.900.96表表1-4 1-4 给水泵的容积效率给水泵的容积效率比转速比转速 V流量流量矿

35、井排水矿井排水1 1、什么是流动损失、什么是流动损失 流动损失和流动效率流动损失和流动效率 流流动动损损失失是是指指：泵泵与与风风机机工工作作时时，由由于于流流体体和和流流道道壁壁面面发发生生摩摩擦擦、流流道道几几何何形形状状改改变变使使流流速速变变化化而而产产生生旋旋涡涡、以以及及偏离设计工况时产生的偏离设计工况时产生的冲击冲击等所造成的损失。等所造成的损失。2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 流流动动损损失失和和过过流流部部件件的的几几何何形形状状，壁壁面面粗粗糙糙度度、流流体体的的粘性及流速、运行工况等因素密切相关。粘性及流速、运行工况等因素密切相关。 冲击损失冲击损失 摩擦

36、损失和局部损失摩擦损失和局部损失分类分类矿井排水矿井排水2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 1）摩摩擦擦损损失失和和局局部部损损失失 当当流流动动处处于于阻阻力力平平方方区区时时，这这部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：2）冲冲击击损损失失 当当流流量量偏偏离离设设计计流流量量时时，在在叶叶片片入入口口和和出出口口处处，流流速速变变化化使使流流动动角角不不等等于于叶叶片片的的安安装装角角，从从而而产产生生冲冲击损失。击损失。 冲击损失可用下式估算，即冲击损失可用下式估算，即 矿井排水矿井排水2 2、流动损失的定性分析、流动

37、损失的定性分析 2）冲击损失）冲击损失当当当当流流流流量量量量小小小小于于于于设设设设计计计计流流流流量量量量时时时时， 1y1y 1 1，则则则则 = = 1y1y 1 100，称称称称为正冲角；为正冲角；为正冲角；为正冲角；当当流流量量大大于于设设计计流流量量时时， 1y 1，则则 = 1y 10，称称为负冲角。为负冲角。正冲角及速度三角形正冲角及速度三角形正冲角及速度三角形正冲角及速度三角形负冲角及速度三角形负冲角及速度三角形负冲角及速度三角形负冲角及速度三角形w w1 1d d w w1 1 工作面背面工作面背面工作面背面工作面背面称称称称吸吸吸吸力边力边力边力边工作面工作面工作面工作

38、面称称称称压压压压力边力边力边力边矿井排水矿井排水2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 实实践践证证明明：正正冲冲角角时时，由由于于涡涡涡涡流流流流发发发发生生生生在在在在吸吸吸吸力力力力边边边边，能能量量损损失失比比负负冲冲角角（涡涡涡涡流流流流发发发发生生生生在在在在压压压压力力力力边边边边）时时为为小小。因因此此，设设计计时时，一般取正冲角一般取正冲角 =3 5 。若若全全部部流流动动损损失失用用hw表表示，则：示，则： hw= hf+ hj+ hs 正正冲冲角角的的存存在在，对对改改善善泵的汽蚀性能也有好处。泵的汽蚀性能也有好处。 流动损失曲线流动损失曲线存在存在流动损失最小

39、工况。流动损失最小工况。流动损失和流动效率流动损失和流动效率 矿井排水矿井排水3 3、流动效率、流动效率 流流动动损损失失的的大大小小用用流流动动效效率率h来来衡衡量量。流流动动效效率率等等于于考考虑虑流流动动损损失失后后的的功功率率（即即有有效效功功率率）与与未未考考虑虑流流动动损损失失前前的的功率之比功率之比 ，即，即泵与风机的总效率泵与风机的总效率 泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即： 矿井排水矿井排水1 1、泵与风机的性能及性能曲线、泵与风机的性能及性能曲线3 3、性能曲线的绘制方法、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定律试验

40、方法及借助比例定律）2 2、性能曲线的作用、性能曲线的作用能能直直观观地地反反映映泵泵与与风风机机的的总总体体性性能能，对对其其所所在在系系统统的的安安全和经济运行意义重大；全和经济运行意义重大；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态工作状态工况（运行、设计、最佳）工况（运行、设计、最佳）n=const.主要的主要的H- -qV 或或 p- -qVPsh- -qV - -qVNPSH- -qVn=const.其次其次Hs- -qV 离心式泵与风机的性能曲线离心式泵与风机的性能曲线矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水qVH2）H-qV

41、曲线曲线能头与流量性能曲线（能头与流量性能曲线（H- -qV）1）HT - -qVT曲线曲线 由无限多叶片时的理论能头可得：由无限多叶片时的理论能头可得：HT=KHT ，qVT- -q =qVH=HT- -hw ，HT - -qVTHT- -qVThf+ +hjhsH- -qVTH- -qVqqVd后向式后向式径向式径向式前向式前向式矿井排水矿井排水qVPshOPh-qVT功率与流量性能曲线功率与流量性能曲线（Psh- -qV ） 空空空空载载载载功功功功率率率率P Psh0sh0= = P Pmm+ + P PV V，若若现现场的凝结泵和给水泵闭阀启场的凝结泵和给水泵闭阀启动，动，则则这这部

42、部分分功功率率将将导导致致泵泵内内水水温温有有较较大大的的温温升升，易易产产生生泵泵内内汽汽蚀蚀，故故凝结泵和给水泵不允许空载运行凝结泵和给水泵不允许空载运行凝结泵和给水泵不允许空载运行凝结泵和给水泵不允许空载运行。后向式后向式径向式径向式前向式前向式q理论的理论的Psh-qV曲线曲线Psh-qVT Pm PV实际的实际的Psh-qV 曲线曲线矿井排水矿井排水效率与流量性能曲线（效率与流量性能曲线（ - -qV） 泵泵的的 - -qV性性能能曲曲线线由由下下式式计计算可得，即算可得，即并并随随性性能能表表一一起起附附于于制制造造厂厂家家的的产产品品说说明明书书或或产产品品样样本本中。中。 右右

43、图图为为与与300MW、600 MW机机组组配配套套用用的的锅锅炉炉给给水水泵的性能曲线。泵的性能曲线。 矿井排水矿井排水三种不同形式叶轮性能曲线的比较三种不同形式叶轮性能曲线的比较 三种不同型式叶轮的性能曲线三种不同型式叶轮的性能曲线 对对前前向向式式和和径径向向式式叶叶轮轮，能能头头性性能能曲曲线线为为一一具具有有驼驼峰峰的的或或呈呈型型的的曲曲线线，且且随随 2y 曲曲线线弯弯曲曲程度程度 。 K点左侧为不稳定工作区。点左侧为不稳定工作区。对对对对后后后后向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮，能能头头曲曲线线总总的的趋趋势势一一般般是是随随着着流流量量的的增增加加能能头逐渐降低，头逐渐降低，

44、不会出现不会出现型型。 1、H- -qV 性能曲线的比较性能曲线的比较 矿井排水矿井排水前前前前向向向向式式式式、径径径径向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮的的的的轴轴轴轴功功功功率率率率随随随随流流流流量量量量的的的的增增增增加加加加迅迅迅迅速速速速上上上上升升升升。当当泵泵与与风风机机工工作作在在大大于于额额定定流流量量时时，原动机易过载。原动机易过载。 而而而而后后后后向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮的的的的轴轴轴轴功功功功率率率率随随随随流流流流量量量量的的的的增增增增加加加加变变变变化化化化缓缓缓缓慢慢慢慢，且且且且在在在在大大大大流流流流量量量量区区区区变变变变化化化化不不不不大大大

45、大。因因而而当当泵泵与与风风机机工工作作在在大大于于额额定定流流量量时时，原原动动机机不不易过载。易过载。 2、Psh- -qV 性能曲线的比较性能曲线的比较 矿井排水矿井排水前前向向式式叶叶轮轮的的效效率率较较低低，但但在在额额定定流流量量附附近近，效效率率下下降降较较慢慢；后后后后向向向向式式式式叶叶叶叶轮轮轮轮的的的的效效效效率率率率较较较较高高高高，但但但但高高高高效效效效区区区区较较较较窄窄窄窄；而径向式叶轮的效率居中。而径向式叶轮的效率居中。 3、 -qV 性能曲线的比较性能曲线的比较 因因此此，为为了了提提高高效效率率，泵泵几几乎乎不不采采用用前前向向式式叶叶轮轮，而而采采用用后

46、后向向式式叶叶轮轮。即即使使对对于于风风机机，也也趋趋向向于于采采用用效效率率较较高高的的后后向式叶轮向式叶轮。 矿井排水矿井排水流体力学中的相似理论流体力学中的相似理论应用到泵和风机，就能进行下列工作：应用到泵和风机，就能进行下列工作：根根据据模模型型实实验验的的结结果果，进进行行新新型型泵泵或或风风机机的的设设计计，或或者者利利用用已有泵和风机的参数作为设计的依据，扩展系列；已有泵和风机的参数作为设计的依据，扩展系列；根根据据已已知知泵泵或或风风机机的的实实验验性性能能曲曲线线推推算算与与该该泵泵或或风风机机相相似似的的泵或风机的性能曲线；泵或风机的性能曲线；根根据据一一台台泵泵或或风风机

47、机在在某某一一状状态态下下的的工工作作参参数数，换换算算成成其其他他工工作状态的工作参数（如改变转速）。作状态的工作参数（如改变转速）。可可见见，在在泵泵与与风风机机中中应应用用相相似似理理论论不不仅仅有有助助于于解解决决泵泵和和风风机机的的设设计计、制制造造方方面面的的问问题题，而而且且也也有有助助于于解解决决泵泵和和风风机机的的运运转转问问题题。比例定律及比转数矿井排水矿井排水一、相似条件一、相似条件A A、几何相似、几何相似B B、运动相似、运动相似矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水C C、动力相似、动力相似雷诺数相等（惯性力与粘性力之比）：雷诺数相等（惯性力与粘性力之比）：欧拉数相等（压差与惯性力之比）欧拉数相等（压差与惯性力之比） ：矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水(2) 压头关系压头关系矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水三、比例定律注意：注意：注意：注意：流体重度相同流体重度相同流体重度相同流体重度相同矿井排水矿井排水 矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水