第二章水泵的基本知識(shí)

1、第二章第二章 水泵的基本知識(shí)水泵的基本知識(shí)一、水泵及水泵站在給水排水事業(yè)中的作用和地位一、水泵及水泵站在給水排水事業(yè)中的作用和地位 1.市政建設(shè)方面市政建設(shè)方面 1)給水系統(tǒng)中：水庫(kù)水作為水源 如：白龜山水廠(chǎng) 水源-取水泵站-凈水廠(chǎng)-泵站-城市管網(wǎng) 水質(zhì)符合生活飲用水指標(biāo) 2)排水系統(tǒng)中： a:生活污水（工業(yè)廢水）排水管渠匯集排水泵站污 水處理廠(chǎng)排水泵站（或自流）水體 b:污水處理廠(chǎng)內(nèi)，用活性污泥法處理時(shí)，沉渣的排除、新 鮮污泥的抽送、活性污泥的回流，均需要不同類(lèi)型泵站。2.工礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中工礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中 1）采礦中： 豎井的井底排水，掘進(jìn)初期排水，水力掘進(jìn)，水力選礦等 需用不同的水

2、泵站。 2）火電站中： 維持冷凝器工作的凝水泵站，鍋爐上水的給水泵站，補(bǔ)充新水的補(bǔ)水泵站，水力除灰泵站。3.農(nóng)田灌溉及排澇方面農(nóng)田灌溉及排澇方面 建立流量大、揚(yáng)程低的排灌結(jié)合的泵站。目前，在我國(guó)西北 地區(qū)抽升黃河水進(jìn)行高原灌溉的工程中，已建成的大型泵站中，單泵揚(yáng)程一般均在70150m以上。4.在跨流域調(diào)水方面在跨流域調(diào)水方面 泵站是核心工程，如： 引灤入津工程： 全長(zhǎng)：234公里， 泵站： 4座，其中大型軸流泵（27臺(tái)）和高壓離心泵，水量：10多億立方米（全年）。 南水北調(diào)工程?hào)|線(xiàn)： 第一期全長(zhǎng)646km 20座泵站 500立方米/秒 第二期全長(zhǎng)1150km 37座泵站 700立方米/秒 南水

3、北調(diào)工程西線(xiàn)： 1997年長(zhǎng)江三峽的截流成功，標(biāo)志著西線(xiàn)正式啟動(dòng)。5.從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看 城鎮(zhèn)給水工程中： 總用電量的95%98%用來(lái)維持水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)， 2%5%用在制水過(guò)程中的輔助設(shè)備上。 泵站消耗的電費(fèi)，通常占自來(lái)水制水成本的40%70%，甚至更多。水泵的定義水泵的定義： 水泵是一種提升和輸送液體的機(jī)器。它是一種將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體動(dòng)能和勢(shì)能的換能裝置。二二.水泵分類(lèi)水泵分類(lèi) 按工作原理可分為以下三大類(lèi)： 1、葉片式水泵（在實(shí)際中用處最大） 特點(diǎn)：對(duì)液體的壓送是靠裝有葉片的葉輪高 速旋轉(zhuǎn)而完成 的，由于葉片與液體發(fā) 生力的相互作用，完成能量的轉(zhuǎn)換以 實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的抽送。 如

4、 ： 離心泵、軸流泵、混流泵 優(yōu)點(diǎn)：效率高、啟動(dòng)方便、工作穩(wěn)定、性能 可靠、容易調(diào)節(jié)。 單級(jí)單吸離心泵單級(jí)雙吸離心泵水環(huán)式真空泵單級(jí)單吸直聯(lián)式離心泵水環(huán)式真空泵的工作原理圖2）容積式水泵）容積式水泵 特點(diǎn)：特點(diǎn)：它是靠泵體工作室容積周期性的改變壓送液體的，工作室容積它是靠泵體工作室容積周期性的改變壓送液體的，工作室容積改變的方式有兩種分別是往復(fù)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的有：柱塞改變的方式有兩種分別是往復(fù)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的有：柱塞泵、隔膜泵?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的有：轉(zhuǎn)子泵、齒輪泵、刮片泵、羅茨泵。泵、隔膜泵?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的有：轉(zhuǎn)子泵、齒輪泵、刮片泵、羅茨泵。 往復(fù)泵往復(fù)泵: 利用柱塞利用柱塞(或活塞或

5、活塞)在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變工作室的容積而在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變工作室的容積而輸送液體輸送液體. 回轉(zhuǎn)泵回轉(zhuǎn)泵: 利用轉(zhuǎn)子作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)輸送液體利用轉(zhuǎn)子作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)輸送液體.3）其它類(lèi)型泵）其它類(lèi)型泵 這類(lèi)水泵是除葉片泵和容積式水泵以外的特殊泵 例如：螺旋泵：利用螺旋推進(jìn)原理工作。 射流泵：利用高速液體（高壓液體）工作。 氣升泵：利用高速氣體（高壓氣體）工作。 水錘泵：利用有壓管道水擊原理工作。3.水泵發(fā)展的總趨勢(shì)：水泵發(fā)展的總趨勢(shì)： （1）大型化、大容量化、效率高 （2）高速化、高揚(yáng)程 （3）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。1.葉片式泵的葉片式泵的特點(diǎn)特點(diǎn) 依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)完成能量的轉(zhuǎn)換。依靠

6、葉輪的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)完成能量的轉(zhuǎn)換。2.葉片式泵的葉片式泵的分類(lèi)分類(lèi) 由于葉輪中葉片的形狀不同，旋轉(zhuǎn)時(shí)流體在葉輪由于葉輪中葉片的形狀不同，旋轉(zhuǎn)時(shí)流體在葉輪中所受到的質(zhì)量力的作用方式不同，流體流出葉輪中所受到的質(zhì)量力的作用方式不同，流體流出葉輪時(shí)的方向也就不同。所以按葉輪出水的水流方向可時(shí)的方向也就不同。所以按葉輪出水的水流方向可分為：分為： 1)徑向流：離心泵。液體質(zhì)點(diǎn)受離心力的作用徑向流：離心泵。液體質(zhì)點(diǎn)受離心力的作用(質(zhì)點(diǎn)在葉輪中流動(dòng)時(shí)主要受到離心力作用質(zhì)點(diǎn)在葉輪中流動(dòng)時(shí)主要受到離心力作用)。 2)軸向流：軸流泵。液體質(zhì)點(diǎn)受軸向升力的作用軸向流：軸流泵。液體質(zhì)點(diǎn)受軸向升力的作用(質(zhì)點(diǎn)在葉輪中流

7、動(dòng)時(shí)主要受到的是軸向升力質(zhì)點(diǎn)在葉輪中流動(dòng)時(shí)主要受到的是軸向升力)。 3)斜向流：混流泵。質(zhì)點(diǎn)受兩種力的作用斜向流：混流泵。質(zhì)點(diǎn)受兩種力的作用(質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)在葉輪中流動(dòng)時(shí)，既受離心力的作用，又有軸向升在葉輪中流動(dòng)時(shí)，既受離心力的作用，又有軸向升力的作用）。力的作用）。第一節(jié)第一節(jié) 離心泵的工作原理與基本構(gòu)造離心泵的工作原理與基本構(gòu)造軸流泵混流泵DL型單級(jí)多級(jí)立型單級(jí)多級(jí)立式離心泵式離心泵臥式、單吸、多級(jí)、分段式離心泵 一、離心泵工作原理一、離心泵工作原理 在水力學(xué)中，我們知道當(dāng)盛有水的敞口圓筒繞中心軸作等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓筒內(nèi)的水面便呈為拋物線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)拋物面。 如圖：當(dāng)坐標(biāo)原點(diǎn)置于拋物面最低點(diǎn)時(shí)與原點(diǎn)相

8、距r的D點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)為 Pc=Pa+22/2=Pa + r h 當(dāng)r 時(shí)h ， D點(diǎn)所受到的 水靜壓力F ，離心泵是根據(jù)這一原理來(lái)工作的，所不同的是離心泵的葉輪和外殼都是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的水力計(jì)算和設(shè)計(jì)來(lái)完成的。泵軸泵軸葉輪進(jìn)水口葉片葉輪 離心泵主要由葉輪、泵殼、泵離心泵主要由葉輪、泵殼、泵軸等組成，由若干彎曲葉片組成軸等組成，由若干彎曲葉片組成的葉輪緊固在泵軸上安裝在蝸的葉輪緊固在泵軸上安裝在蝸殼形的泵殼內(nèi)。泵殼的吸入口殼形的泵殼內(nèi)。泵殼的吸入口與吸入管路相連，出水口與與吸入管路相連，出水口與壓水管路連接。壓水管路連接。 泵殼內(nèi)灌滿(mǎn)所輸送的液體泵殼內(nèi)灌滿(mǎn)所輸送的液體電機(jī)電機(jī)泵軸旋轉(zhuǎn)泵軸旋轉(zhuǎn)葉輪旋轉(zhuǎn)葉

9、輪旋轉(zhuǎn)葉片間的液體旋轉(zhuǎn)葉片間的液體旋轉(zhuǎn)受受離心力的作用使液體向葉輪外緣作徑向運(yùn)動(dòng)。離心力的作用使液體向葉輪外緣作徑向運(yùn)動(dòng)。流體通過(guò)葉輪獲得了能量，并以流體通過(guò)葉輪獲得了能量，并以1525m/s的速度進(jìn)的速度進(jìn)入泵殼。在蝸殼中由于流道的逐漸擴(kuò)大，又將大部分入泵殼。在蝸殼中由于流道的逐漸擴(kuò)大，又將大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強(qiáng)，使壓強(qiáng)進(jìn)一步提高，最終以較高動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強(qiáng)，使壓強(qiáng)進(jìn)一步提高，最終以較高的壓強(qiáng)沿切向進(jìn)入排出管道，實(shí)現(xiàn)輸送的目的，此即的壓強(qiáng)沿切向進(jìn)入排出管道，實(shí)現(xiàn)輸送的目的，此即為排液原理。為排液原理。v通過(guò)討論和進(jìn)一步分析，不難理解通過(guò)討論和進(jìn)一步分析，不難理解 1）離心泵一般沒(méi)有自吸收能力

10、。 2）離心泵要能連續(xù)抽升液體須有三個(gè)基本部件： 葉輪、泵軸、泵殼。 3）離心泵工作過(guò)程伴隨著能量損失，能量損失 越大，該離心泵的性能就越差，工作效率就越 低。1、離心泵的主要零部件、離心泵的主要零部件 以常用單級(jí)單吸臥式離心泵為例 轉(zhuǎn)動(dòng)部分：葉輪、泵軸 固定部分：泵殼、泵座 交接部分：填料盒、減漏環(huán)、軸承座、聯(lián)軸器 1）葉輪(又稱(chēng)工作輪) 作用：抽送液體 材料：鑄鐵、鑄鋼和青銅，也有采用機(jī)械強(qiáng)度 高、耐腐蝕、耐磨的不銹鋼、塑料和陶瓷。 葉輪分類(lèi)： 1）按吸水方式分：?jiǎn)挝饺~輪，雙吸式葉輪 2）按蓋板情況分：封閉式,6-8個(gè)最多12個(gè)、 敞開(kāi)式和半開(kāi)式,2-5個(gè)多用于污水泵中。2 2）泵軸泵軸

11、 作用：用來(lái)旋轉(zhuǎn)葉輪并傳遞扭矩的。 材料：碳素鋼、不銹鋼。有足夠的抗扭強(qiáng)度 和足夠的剛度。撓度不超過(guò)允許值。半開(kāi)式葉輪敞開(kāi)式封閉式3 3）泵殼泵殼 作用：1)是用來(lái)匯集葉輪甩出的液體，將它平穩(wěn)地 引向壓水管。 2)使流體通過(guò)它時(shí)，流速降低以達(dá)到將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗艿哪康摹?材料：選擇耐磨，耐腐蝕，還應(yīng)有足夠機(jī)械強(qiáng)度， 因?yàn)槭悄蛪喝萜鳌? 4）泵座）泵座 泵座上有與底版或基礎(chǔ)固定用的法蘭孔、有收集軸封滴水的水槽，槽底開(kāi)設(shè)有泄水螺孔，以便隨時(shí)排走由填料盒內(nèi)流出的滲漏水滴。5 5）軸承座軸承座軸承座：作用是用來(lái)支承泵軸的。軸承是轉(zhuǎn)動(dòng)體的支 撐體，裝于軸承座內(nèi)。常用的軸承可分為滾 動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承，

12、滾動(dòng)軸承又由滾珠（荷 載?。┖蜐L柱（荷載大）組成。材 料：1)大中型水泵采用青銅或鑄鐵，用油潤(rùn)滑冷 卻。 2)用橡膠合成樹(shù)脂石墨等非金屬材料制成， 用水潤(rùn)滑冷卻。6 6）聯(lián)軸器聯(lián)軸器( (又稱(chēng)靠背輪又稱(chēng)靠背輪) ) 作用：作用：傳遞作用，即電機(jī)的出力是通過(guò)聯(lián)軸器來(lái)傳 給水泵的（用來(lái)聯(lián)結(jié)水泵軸的電機(jī)軸的）。 分類(lèi)：分類(lèi)： 剛性：剛性：實(shí)際上是兩個(gè)圓法蘭盤(pán)的螺栓連接。對(duì)于泵軸 和電機(jī)不同心度，在連接中無(wú)法調(diào)節(jié)，因此安裝要求 精度高。 撓性：撓性：是用帶有橡膠圈的鋼柱銷(xiāo)聯(lián)接（大中型）?？?以調(diào)節(jié)機(jī)軸的少量偏心。避免引起軸的周期性振動(dòng)。7 7）軸封裝置軸封裝置 作用：作用：用于泵軸與泵殼之間起封閉作用

13、。1 1）填料密封）填料密封組成組成：軸封套、填料（阻水、阻氣、石棉繩、不銹 鋼、碳素線(xiàn)維、合成樹(shù)脂）、水封管、水封環(huán) （圓環(huán)水封通過(guò)水封管進(jìn)入水封環(huán)）、壓蓋（通 過(guò)調(diào)節(jié)壓蓋來(lái)調(diào)節(jié)軸封的）。 填料的作用：填料的作用：阻水或阻氣的密封作用。常用的填料是 浸油、浸石墨的石棉填料。目前出現(xiàn)各種耐高 溫、耐磨損以及耐強(qiáng)腐蝕的填料，如碳素纖維、 不銹鋼纖維以及合成樹(shù)脂纖維編織成的填料等。 水封水的作用：水封水的作用： 1）輔助密封介質(zhì)； 2）冷卻 ； 3）潤(rùn)滑。2）機(jī)械密封）機(jī)械密封組成：組成：動(dòng)環(huán)（隨軸一起旋轉(zhuǎn)并能作軸向移動(dòng)）、靜環(huán)、壓緊 元件和密封元件（密封圈）。密封元件的作用：密封元件的作用：密封

14、、緩沖補(bǔ)償作用。三道密封三道密封：（1）動(dòng)環(huán)與靜環(huán)界面上有一層極薄的液體膜達(dá)到 密封的。（2）動(dòng)環(huán)與軸之間由動(dòng)環(huán)密封圈密封。（3） 靜環(huán)與壓蓋之間由靜環(huán)密封圈密封。機(jī)械密封的種類(lèi)機(jī)械密封的種類(lèi)：常見(jiàn)的有非平衡型、平衡型及完全平衡型 非平衡型：密封介質(zhì)作用在動(dòng)環(huán)上的有效面積B等于或 大于動(dòng)靜環(huán)端面接觸面積A。 平衡型：密封介質(zhì)作用在動(dòng)環(huán)上的有效面積B小于動(dòng) 靜環(huán)端面接觸面積A。8 8）減漏環(huán)）減漏環(huán) 作用：1)承磨。 2)減少泄漏。 減漏方式：1)減小接縫間隙 2)增加泄漏通道中的阻力9 9）軸向推力平衡措施）軸向推力平衡措施 單吸式離心泵內(nèi)存在此力。平衡措施： 1)鉆“平衡孔”(單吸) 2)設(shè)

15、平衡盤(pán)2、離心泵的類(lèi)型v按進(jìn)水方式分：?jiǎn)挝?、多吸v按葉輪數(shù)目分：?jiǎn)渭?jí)、多級(jí)v按泵軸方向分：臥式、立式v按比轉(zhuǎn)數(shù)分：低、中、高 比轉(zhuǎn)數(shù)ns v廠(chǎng)家為了方便用戶(hù)，每臺(tái)水泵的泵殼上定有一塊銘牌，銘牌上簡(jiǎn)明標(biāo)出了該泵在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，效率最高時(shí)的流量、揚(yáng)程、軸功率及允許吸上真空高度或汽蝕余量值。例如12sh28A型單級(jí)雙吸式離心泵的銘牌為： 銘牌上各符號(hào)及數(shù)字的意義： 12表示水泵吸水口直徑（in 既英寸）； sh表示單級(jí)雙吸臥式離心泵； 28表示水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)被10除的整數(shù)，即水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)為280； A表示該水泵葉輪的直徑已經(jīng)切削小了一檔。 離心式清水泵型號(hào)： 12sh28A 轉(zhuǎn)速：1450 r/mi

16、n揚(yáng)程：10m 效率：78%流量：684 m3/s 軸功率：28kW允許吸上真空高度：4.5m 重量：660kg第二節(jié)第二節(jié) 離心泵的性能參數(shù)離心泵的性能參數(shù)1.1.流量流量 Q Q 定義：指水泵在單位時(shí)間內(nèi)所輸送液體的體積或質(zhì)量。 單位：m3/h、m3/s、L/s、Kg/s、T/h2.2.揚(yáng)程揚(yáng)程 H H 定義：總揚(yáng)程是指水泵對(duì)單位重量的液體所做的功（即單位 重量液體通過(guò)水泵后其能量的增值）。 單位 ： mH2O(簡(jiǎn)稱(chēng)m)、Pa、kPa、MPa 1mH2O=9800Pa=9.8KPa=0.0098MPa3.3.軸功率軸功率 N 定義：原動(dòng)機(jī)傳送給泵軸的功率(輸入功率)。 單位：KW4.4.效

17、率效率 反映了泵內(nèi)功率損失的大小，是一項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 (1)有效功率Nu：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)水泵的液體從水泵那里得到的能量(泵輸出功率)。 單位：KW KW Nu=QH -液體重力密度（kN/m3）水通常取9.8kN/m3 Q-水泵流量 (m3/s) H-泵揚(yáng)程(m)單位為：kgkg m/s Nu=QH式中-液體的容重（kg/m3）； Q-水泵流量 (m3/s)； H-泵揚(yáng)程(m m)。(2)效率是指有效功率與軸功率比值，用表示。水泵效率： = 水泵軸功率： N= = （ kgkg m/s） 或 N= （kw） QHUN102QHNNU 在工程實(shí)踐中用計(jì)算運(yùn)行水泵的電耗值。 電耗：W= W= t

18、 （kWh） 式中式中t為水泵運(yùn)行的小時(shí)數(shù)；1及 2分別為水泵和電機(jī)的效率值。5.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n定義：泵葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，以每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)表示。(往復(fù)泵 轉(zhuǎn)速以活塞往復(fù)次數(shù)表示)單位 ：r/min 當(dāng)n變化時(shí)，該水泵的其它性能參數(shù)也發(fā)生化。21102QH6.允許吸上真空高度允許吸上真空高度Hs及汽蝕余量及汽蝕余量Hsv (1) Hs -指水泵在標(biāo)準(zhǔn)況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水泵吸入口處所允許的 最大吸上真空高度。 單位：mH2O （2）Hsv -指水泵吸入口處，單位重量液體必須具有的超過(guò)飽 和蒸汽壓力的富余能量 。 單位： mH2O (3) Hs 與Hsv 從不同角度反映泵吸水性能的參數(shù)。 Hs 值越大，水泵吸水性能越好。 Hsv 值越小，水泵吸水性能越好。一、水泵特性曲線(xiàn)表示主要性能參數(shù)之間關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為離心泵的性能曲線(xiàn)或特性曲線(xiàn)表示主要性能參數(shù)之間關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為離心泵的性能曲線(xiàn)或特性曲線(xiàn).當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)一定時(shí)，通過(guò)離心泵性能試驗(yàn)繪制而得。在實(shí)際工程中選高效率區(qū)間運(yùn)在實(shí)際工程中選高效率區(qū)間運(yùn)行，即節(jié)能，又能保證泵正常工