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2.2 叶片泵的基本方程

一、液体在叶轮中的运动

水泵工作时,液体在叶轮内的运动是一种复合运动,它可分解为两种运动:一是液体质点随叶轮一起旋转的运动,称圆周运动或牵连运动,其速度称圆周速度或牵连速度,用M表示,其方向为质点所在处的圆周切线方向,如图2-3(a)所示。二是液体质点相对于旋转叶轮由叶槽进口流向出口的运动t称相对运动,其速度称相对速度,用m表示,其方向为质点运动轨迹的切线方向,如图2-3(b)所示D液体质点相对于静止坐标系或不动泵壳的运动称绝对运动,其速度称绝对速度,用c表示□绝对速度c等于圆周速度u和相对速度w的向量和,如图2-3(c)所示,即

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二、进、出口速度三角形

图2-3(C)所示的速度四边形可简化为速度三角形,如图24所示。绝对速度可分解为两个互相垂直的分速度:一个是圆周分速度,用表示,方向与圆周速度的方向一致;另一个是轴面分速度,用~表示,方向与圆周速度的方向垂直。速度三角形中a是绝对速度和圆周速度的夹角/楚相对速度和圆周速度反方向的夹角。

速度三角形适用于叶槽内任何一点,但一般只计算叶轮进口和出口的速度三角形。为区别起见,迸口速度用下角标“1”,出口速度用下角标“2” D如图2-5所示为离心泵和轴流泵叶轮进、出口速度三角形。

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三、叶片泵的基本方程

液体在叶轮内的运动很复杂T为了便于基本方程式的推导,对液体性质和在叶轮内的运动状况作如下假定:液体为理想液体,即不考虑叶轮内液体运动的水力损失。

液体运动是均匀一致的;即认为叶轮的叶片无限多而又无限薄,液体的流动与叶片表面形状完全一致。液体为稳定流,此假定在叶轮转速不变、流量一定时,可认为基本与实际相符Q在上述瘕淀下,把动fi矩定理应用于叶片泵的叶槽,再把叶轮对液体做的功与叶轮进、出口液体运动状况变化联系起来,即可推导出叶片泵的基本方程为HT =(2-14)由式(2-14)可见,叶片泵的基本方程是反映叶片泵理论扬程与液体在叶轮进、出n运

动状况变化的关系式。因此,又称理论扬程方程,也称欧拉方程.

四、 基本方程的分析与讨论

基本方程只与叶片泵进、出口速度三角形有关,与水流在叶槽中的流动情况及叶片形状无关,它适用于一切叶片泵。

基本方程与被抽送的液体种类和性质无关,它适用于一切流体^对于同一台泵抽送不同的流体(如水、空气)时,所产生的理论扬程数值是相同的,但要用不同的液体柱高表示。由于不同流体的容重不同,泵产生的压力不同。所以,安装在进水池水面以上的泵,启动前必须充水排气,杏则开机后所抽空气柱折合成水柱枏当微小,进水池中的水吸不上来。

(3)为了提高水泵的扬程和改善吸水性能,大多数叶片泵的叶轮进口为圆锥形或喇机形,即屮=90°,(^ =0,则

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由速度三角形可知Q = c2cosa2,a2愈小,则q愈大,水泵的理论扬程A愈大。在实际应用中,一般选用% = V〜15°。愈大,水泵的理论扬程&愈大,而            

因此增加叶轮转速和加大叶轮外径,可以提高叶片泵的扬程。

(4 )由叶片进、出口速度三角形,根据余弦定理可得


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由此可见,方程式(2-16)在端前两项为单位重力液体从叶片进口到出口的势能增量,

通常称为势扬程第三项为单位重力液体从叶片进口到出口的动能增量,称为动扬程开3。因此,理论扬程是由好#和两部分所组成的。就水泵而言,希望动扬

程所占比例小一些。因为要把动能转化为泵所需要的压能,会增加泵內能量损失,降低泵的效率。

(5)用基本方程可以分析离心泵叶片的型式。图2-6为离心泵叶轮叶片的三种型式。可以看出,离心泵叶片出口角氏大于或等于90°时,出口绝对速度4值大。动扬程在理论扬程中占有较大的比例,同时叶槽过于弯曲粗短且扩散角较大,水力损失大。为减少能量损失和提高泵的效率,实践中离心泵叶轮的叶片都釆用向后弯曲的形式,叶片出口角—般在6°〜40e范围内,常用的氏为20°〜25°。

另外,用基本方程式还可以分析轴流泵叶轮的形状及一些水流现象对水泵运行的影响。

五、有限叶片理论扬程的修正

基本方程是叶片为无限多时的理论扬程,式(2-14)应写成

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式中下角标“《 ”表示叶片为无限多时的参数。在实际叶轮中,叶片是有限的,有限叶片理论扬程小于无限叶片理论扬程。因此,在应用基本方程时必须予以修正。

有限叶片理论扬程为式中一修正系数,与叶片数、出口角、叶轮尺寸等有关,许多学者根据实践经验提出了修正系数计算公式,但都是一些经验公式,可査阅有关专业书籍。


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