动力输入
主动螺杆 从动螺杆
双螺杆泵
壳体
8
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。
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：
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
2
泵、汽轮机、燃气轮机
3
泵、压缩机、风机、汽轮机
4
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
15
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。
轴面？
空间曲面叶片
叶片的轴面投影图
轴截面投影
16
水泵基础概述——叶片泵工作过程
轴面投影图
45
数值模拟——三维造型软件
46
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。
5、后处理
6、记录结果
42
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。
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
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。
叶片式
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。
7
绪论——水泵分类
容积式
轴承、密封等
叶轮零件图
17
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
18
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。
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。
38
水泵中的能量转换——能量损失
• 摩擦损失 • 冲击损失 • 分离损失 • 二次流损失 • 叶端损失 ······
流动 损失
泄漏 损失
通过转子部件和 壳体之间的间隙 而引起的泄漏
机械 损失
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
30
水泵中的能量转换——流体运动分析
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。
33
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。
34
水泵中的能量转换——基本方程式
u1 = πnr1/ 30
进口 半螺旋形
对 称
21
水泵基础概述——叶片泵工作过程
22
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。
23
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。
出口
进口
26
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。
27
水泵基础概述——主要性能参数
效率 = 流体功率 / 机械功率
28
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
49
数值模拟——三维造型软件
50
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 e) 组合式
c) 叶片式扩压器（径向导叶）
f) 空间导叶 g) 轴向导叶24
水泵基础概述——叶片泵工作过程
蜗壳 无叶扩压器
25
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。
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 ）。
离心叶轮中的绝对运动与相对运动31
水泵中的能量转换——流体运动分析
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。
轴流式叶轮中的绝对运动与相对运动 32
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。
9
绪论——水泵分类
叶片式
出口
动力输入
密封、轴承等
蜗壳
叶片式叶轮
进口
基脚
10
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
11
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
进口过流断面A1有： A1 = 2πr1b1
cm1 = qv1 / A1 = qm1 / A1ρ1
对椎管、弯管及环形吸入室，可认为cu1=0。
u2 = πnr2/ 30 cm2 = qv2 / A2 = qm2 / A2ρ2
35
水泵中的能量转换——基本方程式
36
水泵中的能量转换——基本方程式
伯努利方程：
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。
43
数值模拟——水力设计软件
44
数值模拟——三维造型软件
UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software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。