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水泵结构及运行原理介绍目录一、绪论二、水泵基础概述三、水泵中的能量转换四、数值模拟五、水泵特性泵、汽轮机、燃气轮机泵、压缩机、风机、汽轮机一、绪论本章内容：1、水泵分类2、应用范围3、工作介质绪论——水泵分类根据能量传递的方向不同，可以将流体机械分为原动机和工作机。流体机械原动机工作机将流体的能量转换为机械能用于驱动其他的设备。如水轮机、汽轮机、燃气轮机、风力机等。将机械能转换为流体的能量，以便将流体输送到高处或有更高压力的空间或克服管路阻力输送到远处，如各种泵、风机和压缩机等。瀑布的能量——上下游水位差汽车的涡轮增压风力机用于发电等风机用于输送空气绪论——水泵分类根据流体与泵相互作用的方式，可将泵分成容积式和叶片式。泵容积式叶片式工作介质处于一个或多个封闭的工作腔中，工作腔的容积是变化的，机械与流体之间的相互作用力主要是静压力。能量转换是在带有叶片的转子及连续绕流叶片的介质之间进行的。叶片与流体的相互作用力是惯性力。绪论——水泵分类容积式双螺杆泵动力输入轴承、密封等主动螺杆从动螺杆壳体绪论——水泵分类容积式双螺杆泵优点：1，流量平稳无脉动，流量与转速成正比，具计量特性；2，低剪切；3，自吸性能好；4，适应从很低到很高黏度；5，兼容高含固量、含颗粒工况。缺点：1，因定转子间摩擦大，需要较大力矩。效率偏低，往往轴吸收功率1kw,厂家会配3kw甚至更大电机。2，较容易出现干磨，高温，损坏橡胶等材质的定子，定子和密封件一样是耗材。3，往往细长，需要较大安装空间。绪论——水泵分类叶片式动力输入蜗壳进口出口叶片式叶轮基脚密封、轴承等绪论——水泵分类叶片泵离心泵混流泵轴流泵叶轮结构：前盖板、叶片、后盖板叶轮对于泵，即心脏对于血液循环系统绪论——应用范围电力工业目前最大的锅炉给水泵的功率已达到49.3MW，扬程3000m水利工程我国排灌机械的配套功率，在80年代就已达到57000MW化学工业石油工业潜油泵、油田注水泵、水下油气混输泵、采矿工业航天技术生物医药食品运输核电工程核反应堆中的核主泵对振动、噪声、耐热、耐压、寿命等性能要求非常高绪论——工作介质泵的工作介质多种多样，包括水、油、化学液体、固液两相混合物甚至牛奶等等粘性是指液体在剪切力的作用下，将产生连续不断的变形以抵抗外力的特性在泵的内部，特别是液体流动速度较高的叶片泵的内部，液体的粘性作用紧紧在高进固壁表面的薄膜（边界层）中才比较显著，而在大部分流场中可以忽略粘性的作用二、水泵基础概述本章内容：1、叶片泵工作过程2、主要性能参数水泵基础概述——叶片泵工作过程动力输入进口出口问题：大小、厚度不一？多级离心泵叶轮水泵基础概述——叶片泵工作过程流体机械的叶片表面一般是空间曲面，为了研究流体质点在叶轮中的运动，必须用适当的方法描述叶片的空间形状。由于叶轮是绕定轴旋转的，故用圆柱坐标系描述叶轮及叶片的形状比较方便。空间曲面叶片叶片的轴面投影图轴面？轴截面投影水泵基础概述——叶片泵工作过程轴面投影图叶轮零件图水泵基础概述——叶片泵工作过程吸入室在泵中称为吸水室，它的作用是向叶轮提供具有合适大小的、均匀分布的速度入流。入流速度的分布，对叶轮的工作有很大影响。a)直椎管式b)弯管式c)肘管式d)环形e)半螺旋形水泵基础概述——叶片泵工作过程吸入室在泵中称为吸水室，它的作用是向叶轮提供具有合适大小的、均匀分布的速度入流。入流速度的分布，对叶轮的工作有很大影响。直椎管式弯管式肘管式环形半螺旋形水泵基础概述——叶片泵工作过程吸入室在泵中称为吸水室，它的作用是向叶轮提供具有合适大小的、均匀分布的速度入流。入流速度的分布，对叶轮的工作有很大影响。进口肋板直椎管式水泵基础概述——叶片泵工作过程吸入室在泵中称为吸水室，它的作用是向叶轮提供具有合适大小的、均匀分布的速度入流。入流速度的分布，对叶轮的工作有很大影响。进口半螺旋形对称水泵基础概述——叶片泵工作过程水泵基础概述——叶片泵工作过程压水室的作用是将从叫轮内流出的介质收集起来送到出口管路或下一级。同时消除介质所具有的环量（速度矩），将圆周分速度所对应的动能转化为压力能。水泵基础概述——叶片泵工作过程蜗壳可以降低从叶轮流出的截止的流速，但通常还难以满足要求，所以蜗壳后的排出管要做成扩散管，以进一步降低流速。a)蜗壳b)环形室c)叶片式扩压器（径向导叶）d)无叶扩压器e)组合式f)空间导叶g)轴向导叶水泵基础概述——叶片泵工作过程蜗壳无叶扩压器水泵基础概述——主要性能参数1、流量q单位时间内通过机器的介质的量（体积或质量）称为流量。体积流量qv，单位为立方米每秒（m3/s）、升每秒（L/s）或立方米每小时（m3/h）。质量流量qm，单位为千克每秒(kg/s）、千克每分（kg/min）或千克每小时（kg/h）。根据质量守恒定律，机器在稳定条件下工作时（稳定工况），如果忽略机器内部的泄漏，则通过机器各个过流断面的质量流量是相同的。对不可压缩介质，体积流最也将保持不变。进口出口水泵基础概述——主要性能参数扬程势能动能位能3、转速n转速n是叶轮（转轮）旋转的速度，单位常用转每分（r/min）4、功率P功率P对泵而言是指机器的输入功率，单位为kW。水泵基础概述——主要性能参数效率=流体功率/机械功率三、水泵中的能量转换本章内容：1、流体运动分析2、基本方程式3、能量损失水泵中的能量转换——流体运动分析圆柱坐标系中，任意速度矢量都可用其在三个方向上的分量表示。速度矢量c分解成了圆周cu、径向cr与轴向cz三个分量。c=cr+cz+cu其中，圆周分量cu沿圆周方向与轴面垂直，该分量对叶轮与流体之间的能量转换有决定性作用。径向速度cr和轴向速度cz的合成为：cm=cr+cz该分量位于轴面内，称为轴面速度，与流量有密切的关系，故一般情况下只研究速度矢量的两个分量，即：c=cm+cu水泵中的能量转换——流体运动分析离心叶轮中的绝对运动与相对运动由于叶轮是旋转的，故流体质点相对于静坐标系的绝对运动与相对于叶轮的运动是不同的。图示为一离心叶轮的叶片中流体的运动情况。a为叶轮不动时流体在叶片中的流线，b为叶轮转动时叶片上固体质点运动的轨迹，c为叶轮中流体绝对运动的流线。根据速度合成定律，绝对运动是相对运动与牵连运动的矢量和，有：c=w+u式中c——绝对运动速度；w——流体质点相对于叶轮的速度，称相对速度；u——叶轮上所考查的流体质点重合点的速度（u=ω∙r）。水泵中的能量转换——流体运动分析轴流式叶轮中的绝对运动与相对运动将轴流式叶轮按照圆周方向进行展开，得到如下图所示的直列叶栅，其绝对速度与相对速度的分析与离心叶轮一致。水泵中的能量转换——流体运动分析流体质点在三维空间中流经的路径称为空间流线；空间流线所组成的面，成为空间流面；空间流线上的点按照一定的角度进行旋转，投影在轴面上形成轴面流线。水泵中的能量转换——基本方程式为了分析叶轮内的流动，暂时引入以下基本假设：1）叶轮的叶片数为无穷多，叶片无限薄。因此叶轮内的流动可以看作是轴对称的，并且相对速度的方向与叶片表面相切；2）相对流动是定常的；3）轴面速度在过流断面上均匀分布。水泵中的能量转换——基本方程式u1=πnr1/30进口过流断面A1有：A1=2πr1b1cm1=qv1/A1=qm1/A1ρ1对椎管、弯管及环形吸入室，可认为cu1=0。u2=πnr2/30cm2=qv2/A2=qm2/A2ρ2水泵中的能量转换——基本方程式水泵中的能量转换——基本方程式伯努利方程：能量头=压能差+动能差+位能差+损失能量守恒定律qv、H、n欧拉方程三维流场研究计算流体动力学求解叶片泵内部无黏流动的数值解的方法已较为成熟；借助湍流模型，利用N-S方程求解叶轮内的粘性流动。水泵中的能量转换——基本方程式纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokesequation）描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，简称N-S方程。矢量形式直角坐标系中N-S方程反映了粘性流体（又称真实流体）流动的基本力学规律，在流体力学中有十分重要的意义。水泵中的能量转换——能量损失流动损失泄漏损失机械损失•摩擦损失•冲击损失•分离损失•二次流损失•叶端损失······通过转子部件和壳体之间的间隙而引起的泄漏轴承、轴封等部位固体摩擦引起的损失；盖板外侧及外缘与介质摩擦引起的损失，称为圆盘摩擦损失水泵中的能量转换——能量损失泄漏损失的位置四、数值模拟本章内容：1、水力设计软件2、三维造型软件3、网格划分软件4、数值计算软件数值模拟——过程简介4、数值计算3、划分网格2、三维造型1、水力设计过程5、后处理6、记录结果数值模拟——水力设计软件CFturbo是专业的叶轮及蜗壳设计软件，该软件结合了成熟的旋转机械理论与丰富的实践经验，基于设计方程与经验函数开展设计，并且能够根据用户积累的专业技术和设计准则来定制特征函数。CFturbo广泛应用于离心泵、混流泵、离心风机、混流风机、压缩机、涡轮等旋转机械的设计，只需要给出流量、效率等性能需求，就可以自动生成叶轮及蜗壳造型。CFturbo具备与多种CAD与CAE软件的直接接口，从而确保CFturbo设计生成的几何造型能够便捷地导入各种软件进行模型修改、性能校核、优化设计、性能分析等相关工作。数值模拟——水力设计软件数值模拟——三维造型软件UG（UnigraphicsNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。UG包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要，优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。数值模拟——三维造型软件数值模拟——三维造型软件Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。数值模拟——三维造型软件数值模拟——三维造型软件Solidworks软件功能强大，组件繁多。Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。数值模拟——三维造型软件数值模拟——网格划分软件GAMBIT是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学（CFD）模型和其它科学应用而设计的一个软件包。GAMBIT通过它的用户界面（GUI）来接受用户的输入。GAMBITGUI简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，然而这对很多的模型应用已是足够了。数值模拟——网格划分软件ICEMCFD(TheIntegratedComputerEngineeringandManufacturingcodeforComputationalFluidDynamics)是一种专业的CAE前处理软件。作为专业的前处理软件ICEMCFD为所有世界流行的CAE软件提供高效可靠的分析模型。它拥有强大的CAD模型修复能力、自动中面抽取、独特的网格“雕塑”技术、网格编辑技术以及广泛的求解器支持能力。同时作为ANSYS家族的一款专业分析环境，还可以集成于ANSYSWorkbench平台,获得Workbench的所有优势。ICEM作为fluent和CFX标配的网格划分软件，取代了GAMBIT的地位。数值模拟——数值计算软件CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流