单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华南农业大学 工程学院 杨丹彤,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华南农业大学 工程学院 杨丹彤,*,1,8,1,概述,农田灌溉类型,（水泵、喷灌、滴灌）,没有水就没有农业！,农田排灌机械（地面灌溉）：,遇旱能灌；遇涝能排,水泵：水力机械,机械能水力能,通用机械,水泵类型：,1,）容积泵（活塞泵、柱塞泵）,2,）叶片泵（离心泵、轴流泵、混流泵、潜水泵）,3,）其他（射流泵、水锤泵）,第八章 农田排灌机械,181 概述第八章 农田排灌机械,2,第八章 农田排灌机械,2第八章 农田排灌机械,3,节水灌溉设备,滴灌,喷灌,膜下渗灌,3节水灌溉设备滴灌喷灌膜下渗灌,4,第八章 农田排灌机械,4第八章 农田排灌机械,5,第八章 农田排灌机械,农用水泵的类型及性能：,1,）离心泵：轴进斜出；,H,Q,2,）轴流泵：轴进轴出；,H,Q,3,）混流泵：斜进斜出；,HQ,中间,5第八章 农田排灌机械农用水泵的类型及性能：,6,8.2,水泵工作原理,8,2.1,离心泵抽水原理,启动前，对泵体及吸水管充水；,利用离心力吸水；叶轮压水；,安装高度不能大于,8m,。
68.2水泵工作原理82.1离心泵抽水原理,7,8.2,水泵工作原理,8.2.2,泵内水流与速度三角形,一、离心泵,A,点水的运动：复合运动,1,）圆周运动：,u,2,）相对运动：,w,相对于叶轮,3,）绝对运动：,C,相对于泵壳,速度三角形：,出水角（反映叶片安装角）,将,C,分解：,周向分速度,Cu,，与,H,有关,径向分速度,Cm,，与,Q,有关,Q,理,=,D.b.Cm,78.2水泵工作原理8.2.2泵内水流与速度三角形,8,8.2,水泵工作原理,二、轴流泵,复合运动,进口标,1,；出口标,2,Q,理,=A.Cm,=1/4.,(D,2,-d,2,).Cm,88.2水泵工作原理二、轴流泵,9,8.2,水泵工作原理,8.2.3,水泵（叶片泵）基本方程,泵内水流复杂（冲击、漩涡）,简化，假设：,1,）理想水流（没有任何能量损失）,2,）叶片无限多，无限薄,水流质点轨迹完全符合叶片形状,3,）泵内水流为稳定流（,v.p,不随时间而变）,T=0,，泵内水,abcd,dt:,流出,abfe;,流进,cdhg,连续不可压，具有质量,m,叶槽中间,abgh,比较复杂，不讨论；,只讨论进出口的水的动量变化（增量）。
动量：,mC,；动量矩：,mCd m(C,2,2,-C,1,1,)=M,由水力学知：,=m/V=m/Q,理,m=Q,理,.,2,=R,2,.Cos,2,又,=,水,/g,M=,/g.Q,理,.(C,2,R,2,Cos,2,-C,1,R,1,Cos,1,),又理想水没有能量损失：,N,输入,=N,输出,=M.,而,N,输出,=,.Q,理,.H,理,（,kg.m/s,）,H,理,=N,输出,/,=M.,/(,.Q,理,),=,/g.(,C,2,R,2,Cos,2,-C,1,R,1,Cos,1,),=1/g.(,C,2,U,2,Cos,2,-C,1,U,1,Cos,1,),=1/g.(,Cu,2,U,2,-Cu,1,U,1,),叶片泵基本方程：,H,理,=1/g.(,Cu,2,U,2,-Cu,1,U,1,),考虑,=85%-95%,98.2水泵工作原理8.2.3水泵（叶片泵）基本方程而N输出,10,8.2,水泵工作原理,对于离心泵：,H,实,=,/g.,U,2,.,Cu,2,（,Cu,1,=,C,1,Cos,1,=,C,1,Cos90=0,）,注意：,1,）推导过程中消掉了,，所以与介质无关了，公式适用于水、气、油等；,2,）,H,理,与设计参数有关：,U,2,=,Dn/60,Cu,2,=,CCos,2,H,与,D,、,n,、,2,有关。
3,）仅考虑出口即可，与入口无关离心泵理论方程：,Q,理,=,D.b.Cm,H,理,=1/g.,U,2,.,Cu,2,108.2水泵工作原理对于离心泵：,11,8.2,水泵工作原理,8.2.4,轴流泵工作原理,流体力学中：机翼原理,升力,升力大小的计算：,风洞试验：,Px=Cx.S.,/g.v,2,/Z,Py=Cy.S.,/g.v,2,/Z,其中：,Cx,迎面阻力系数,Cy,升力系数,对于轴流泵，轴向进水、轴向出水；,轴半径固定，,U,1,=U,2,=U,H,理,=1,/g.,U,.,Cu,2,其中：,U=R.,118.2水泵工作原理8.2.4轴流泵工作原理,12,混流泵叶轮,8.2,水泵工作原理,12混流泵叶轮8.2水泵工作原理,13,8.3,水泵设计基础,机械能叶轮水力能（具有,H,、,R,）,主要讨论叶轮设计；,介质：流体（液体,泵；气体,风机）,8.3.1,水泵叶轮形状的设计分析：,一、离心泵叶轮的设计分析,研究工具：,1,）基本方程：,H,理,=1,/g.,U,2,.,Cu,2,2,）速度三角形,研究目的：,1,）,H=f(,2,),决定叶片形状和安装角,2,）,H=f(D,2,),决定叶轮直径大小,3,）,H=f(Q),性能,Cu,2,=U,2,-x Ctg,2,=x/Cm,2,=(U,2,-Cu,2,)/Cm,2,而,H,理,=1,/g.,U,2,.,Cu,2,H,理,=1/g.U,2,.(U,2,-x),=1/g.(U,2,2,-U,2,Cm,2,.Ctg,2,),U,2,=,Dn/60,Cm,2,=Q/A=Q/,D,2,b,HQ,；,HQ,DH,138.3水泵设计基础机械能叶轮水力能（具有H、R）U2,14,220-30,流体的不可压缩性，决定了前弯效率低；,风机用前弯有利于风压的提高；联合收割机清粮风扇用直叶片。
叶片径向,2,=90,ctg,2,=0,H=1/g.U,2,2,C2,也大,不稳定,叶片前弯,2,90,ctg,2,0,H,流道形状弯曲，摩擦大，水力损失大，,N,有效,小，,C,2,大,不稳定,叶片后弯,2,0,H,平顺，水力损失小，,N,有效,大，,C,2,小,稳定,14220-30叶片径向叶片前弯叶片后弯,15,8.3,水泵设计基础,二、轴流泵,H,理,=1,/g.,U,.,Cu,2,U,内,=r.,U,外,=R.,U,外,U,内,H,外,H,内,产生紊流，浪费能量，无效功率增大；,设计上务必,Cu,2,外,外,叶片成,扭曲状,158.3水泵设计基础二、轴流泵,16,8.3,水泵设计基础,8.3.2,能量损失及效率：,一、机械损失及其效率,轴承摩阻,填料函的摩阻,叶轮与水的摩阻,二、容积损失及其效率,水封管回流,压水侧回流,三、水力损失及其效率,叶轮进出冲击,泵内涡流,叶槽粗糙引起沿程损失,叶槽内水流层间摩擦（原假设叶片无限薄）,四、水泵效率,=N,有效,/N,轴,.100%,=,机,容,水,168.3水泵设计基础8.3.2能量损失及效率：,17,8.3,水泵设计基础,8.3.3,相似理论及其应用：,相似理论,流体力学中常用的方法,用于：新产品开发、性能换算、调速等,模型试验：小大；模型物理,模型泵原型泵,一、相似条件,1,）几何相似,同名角相等,对应几何尺寸比例相等,2,）运动相似,对应点的同名速度比值相等,对应点的速度方向相同,178.3水泵设计基础8.3.3相似理论及其应用：,18,8.3,水泵设计基础,二、相似律的推导（性能换算）,1,）流量换算（第一相似律）,两泵相似，在工况相似情况下运转：,Q=f(D,n,),Q=,D.b.Cm.,容,=,（,）,3,.,2,）扬程换算（第二相似率）,=,（,）,2,.,3,）功率换算（第三相似率）,=,（,）,5,.,（,）,3,.,Dm.bm.Cmm.,容,m,Q,Qm,D.b.Cm.,容,D,Dm,n,n,m,容,容,m,1/gU,2m,Cu,2m,水,m,H,Hm,1/gU,2,Cu,2,水,Dn,D,m,n,m,水,水,m,N,Nm,D,Dm,n,n,m,机,机,m,188.3水泵设计基础二、相似律的推导（性能换算）Dm.b,19,8.3,水泵设计基础,对于同一水泵：,水泵性能调节,：（变速调节、变径调节、变角调节、串联并联）,198.3水泵设计基础对于同一水泵：,20,8.3,水泵设计基础,8.3.4,比转数与水泵分型,比转数,n,s,：,是表示水泵特性，并用以分类的一个综合性数据。
它与水泵的转数完全是两个概念一个水泵的比转数是指一个假想叶轮的转数，这个假想叶轮与该水泵的叶轮完全几何相似，它的,扬程为,1,米，有效功率为,1,马力，而流量为,0.075m,3,/s,时所具有的转数比转数与流量、扬程和转速之间的关系为：,8BA-12,：水泵进水口直径,8,寸；单级悬臂式；,n,s,=120,讨论：,1,）转数，没有单位,2,）公式推导不涉及,，但是，常数,3.65,是在,=1000kg/m,3,得出的，故本式只适用于水泵208.3水泵设计基础8.3.4比转数与水泵分型8BA-12,21,8.3,水泵设计基础,在设计中，计算,n,s,要注意：,1,）式中,Q,、,H,，应在,max,点；,2,）计算出,n,s,不要太小,=H,宽度太窄，难以铸造，一般,n,s,60,3,）对于,H,，与进水口无关，主要与出水口有关；,4,）,n,s,同样适用于风机设计，形式相同，,水,=1000kg/m,3,；,气,=1.2kg/m,3,水泵的分型：,n,s,=50-300,，离心泵,n,s,=300-500,，混流泵,n,s,=500-1000,，轴流泵,218.3水泵设计基础在设计中，计算ns要注意：,22,8.3,水泵设计基础,8.3.5,水泵汽蚀现象及其防范措施,允许吸上真空高度,：是说明水泵吸水能力的参数，也是确定水泵安装高程的依据。
水泵在吸水过程中，进水口处的真空度，在理论上可以将水吸上的高度，称吸上真空高度汽蚀,水泵的实际安装高程,(,进水池水面到叶轮中心线的垂直距离,),，不得超过上述计算值，否则将会产生汽蚀，甚至吸不上水来一般水泵的允许吸上真空高度为,2.5,8.5m,防范措施：,1,）设计,2,）安装,3,）调整,4,）材料,228.3水泵设计基础8.3.5水泵汽蚀现象及其防范措施防范,23,8.3,水泵设计基础,8.3.6,水泵其他设计,一、泵壳设计,1,）基圆,D,3,D,3,=,（,1.03-1.10,）,D,2,大泵取小，小泵取大,2,）涡室进口宽度,b,3,3,）舌角,3,=,2,4,）泵舌安装角,5,）涡室断面积,F,的确定,238.3水泵设计基础8.3.6水泵其他设计,24,8.3,水泵设计基础,二、圆筒形泵壳的设计,1,）导水结构,为减少螺旋运动，,3-10,片，,n,s,越大,Z,越少,间隙、锥度、,内外等,2,）锥形管段,扩散角,6,-12,3,）出水弯管,248.3水泵设计基础二、圆筒形泵壳的设计,25,8.3,水泵设计基础,8.3.7,径向力、轴向力及其平衡,一、径向力,轴变形、轴套磨损、变载荷,二、轴向力,258.3水泵设计基础8.3.7径向力、轴向力及其平衡,26,8.4,水泵性能及其工作状况,水泵性能曲线,：,离心泵：关阀启动,轴流泵：开阀启动,268.4水泵性能及其工作状况水泵性能曲线：离心泵：关阀启动,27,8.5,水泵选型及安装,8.5.1,水泵选型,根据当地条件及农业生产需要，确定,H,、,Q,。
一、流量的确定,1,）灌溉（最大需水期，如水稻在插秧回青期需水最多）,Q,设,=,（,m3/h,）,=,（,/s,）,mi:,灌溉定额，,m,3,/,亩，或水深，寸,Ai:,灌溉面积，亩,T:,灌溉时间，天,T:,运行时间，,h/,天,输送管道损失,：（,经验公式）,Q,损,=0.063K,Q,设,(m,3,/h.1000m),K:,粘土,0.01,；壤土,0.01-0.05,；砂壤土,0.4-1.0,补充：管道扬程损失,h,f,=,./d.。