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第7章孔口管嘴出流與有壓管流7.1孔口出流（掌握）7.2管嘴出流（掌握）7.3短管的水力計(jì)算（掌握）7.4長管的水力計(jì)算（掌握）7.5有壓管道的水擊（了解）7.6離心泵的原理和選用（自學(xué)）,7.1孔口出流在容器壁上開孔，流體經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔口出流，孔口出流損失只計(jì)局部損失。7.1.1薄壁小孔口恒定出流孔口出流的分類1、按d/H的比值大小分為：d/H0.1大孔口2、按容器中的流體量是否能得到不斷補(bǔ)充分為：恒定出流和非恒定出流3、按孔厚度及形狀對出流的影響分為：薄壁孔口：容器壁厚與孔口直徑之比小于二分之一時(shí)，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，其厚度對流動(dòng)不產(chǎn)生顯著影響，經(jīng)過孔口的出流形成射流狀態(tài)厚壁孔口：若孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又?jǐn)U開，與孔壁接觸形成面而不是線4、按孔口是否流入大氣中分為：自由出流和淹沒出流,,,7.1.1薄壁小孔口的恒定出流1、自由出流斷面1-1和收縮斷面C-C，列能量方程考慮到：1）小孔口自由出流，則有；2）水箱中的微小水頭損失可忽略不計(jì)，主要是流經(jīng)孔口的局部水頭損失。則有：令,,,,,,自由出流,代入得，孔口的流量為：收縮系數(shù)：是指收縮斷面面積與孔口斷面面積之比；作用水頭，水面至孔口形心的水深,當(dāng)時(shí)，孔口局部水頭損失系數(shù),流速系數(shù),流量系數(shù),,,,,,,,2、淹沒出流作用水頭，為兩水頭面的水位差；孔口局部水頭損失系數(shù),水流自收縮斷面突然擴(kuò)大的局部水頭損失系數(shù),流速系數(shù)流量系數(shù)，,,,,淹沒出流,3的影響因素1）孔口形狀對的影響實(shí)驗(yàn)證明，對于小孔口，不同形狀孔口的流量系數(shù)影響不大。2）孔口邊緣情況對的影響孔口邊緣情況對收縮系數(shù)會(huì)有影響：薄壁孔口的收縮系數(shù)最?。ǎ?，圓邊孔口收縮系數(shù)較大，甚至等于1。,3孔口出流的各項(xiàng)系數(shù)全部收縮孔口：當(dāng)孔口的全部邊界都不與相鄰的容器底邊和側(cè)邊重合時(shí)，孔口出流時(shí)的四周流線都發(fā)生收縮，這種孔口稱為全部收縮孔口(如A,B)。否則稱為部分收縮（如C,D）。全部收縮孔口又分完善收縮和不完善收縮。全部完善收縮：凡孔口與相鄰壁面的距離大于同方向孔口尺寸的3倍（L>3a或L>3b），孔口出流的收縮不受距壁面遠(yuǎn)近的影響，這就是完善收縮(如A)，各項(xiàng)系數(shù)如表7-1。全部不完善收縮：不滿足上述條件的孔口出流為不完善收縮(如B)。,7.1.2孔口的變水頭出流孔口出流過程中，容器內(nèi)水位隨時(shí)間變化，導(dǎo)致孔口的流量隨時(shí)間變化的流動(dòng)，稱為孔口的變水頭出流。,,,某時(shí)刻容器中水面高度為h，微小時(shí)段dt內(nèi)，孔口自由出流時(shí)體積的變化量：,該時(shí)段容器減少的體積為:,變水頭出流,例7.1貯水罐底面積，貯水深4m，由于銹蝕，距罐底0.2m處形成一個(gè)直徑為5mm的孔洞，試求：（1）水位恒定，一晝夜的漏水量；（2）因漏水水位下降，一晝夜的漏水量。解：（1）水位恒定，一晝夜的漏水量可按薄壁孔口恒定自由出流計(jì)算，代入公式其中所以,,,解：（2）因漏水水位下降，一晝夜的漏水量按孔口變水頭出流計(jì)算其中所以解得因此一晝夜的漏水量為：,,,7.2管嘴出流在孔口周邊連接一長為3～4倍孔徑的短管，水經(jīng)過短管并在出口斷面滿管流出的水力現(xiàn)象，稱為管嘴出流。7.2.1圓柱形外管嘴恒定出流在相同水頭的作用下，同樣斷面面積的管嘴的過流能力是孔口的1.32倍。,,,,,,,管嘴的局部水頭損失系數(shù),,7.2.2圓柱形外管嘴的真空（cc和出口斷面11的伯努利方程）,,,,,圓柱形管嘴收縮斷面處真空度可達(dá)作用水頭的0.75倍。相當(dāng)于把管嘴的作用水頭增大了75%。這就是相同直徑、相同作用水頭下的圓柱形外管嘴的流量比孔口大的原因。7.2.3圓柱形外管嘴的正常工作條件（1）作用水頭，這是因?yàn)楫?dāng)收縮斷面的真空高度超過7m水柱時(shí)，空氣會(huì)被吸入，管嘴不能保持滿管出流；（2）管嘴長度,如果管嘴長度太短，不能形成真空，如果管嘴長度太長，則要計(jì)入沿程水頭損失，成為了短管而非管嘴。,,,,7.3短管水力計(jì)算有壓管道分為短管和長管。短管是沿程水頭損失和局部水頭損失都不可忽略的管道；長管是指水頭損失以沿程水頭損失為主，忽略流速水頭和局部水頭損失的管道。7.3.1基本公式1.自由出流,,,2.淹沒出流其中含有管道出口水頭損失系數(shù),,,7.3.2水力計(jì)算問題1.已知作用水頭、管道長度、直徑，管材（管道壁面的粗糙情況），局部阻礙的組成，求流量。2.已知流量，管道長度、直徑，管材（管道壁面的粗糙情況），局部阻礙的組成，求水頭。3.已知流量，作用水頭，管道長度、管材（管道壁面的粗糙情況），局部阻礙的組成，求直徑。一、虹吸管的水力計(jì)算（例7-2）由于虹吸管一部分管段高出上游水面，必然存在真空段。真空的存在將使溶解在水中的空氣分離出來。隨著真空度的增大，分離出來的空氣量會(huì)急驟增加。工程上，為保證虹吸管能通過設(shè)計(jì)流量，一般限制管中最大真空度不超過允許值[hv]=7～8.5m水柱)。以避免氣蝕破壞。這是虹吸管正常過流的工作條件。,（1）虹吸管的流量（如圖按短管淹沒出流計(jì)算）流速流量：（2）最大真空高度（列11、cc斷面伯努利方程）即,,,,,,最大超高,*例7-2用虹吸管自鉆井輸水至集水池如圖所示。虹吸管長，直徑。鉆井至集水池間的恒定水位高差。又已知沿程阻力系數(shù)，管路進(jìn)口、120彎頭、90彎頭及出口處的局部阻力系數(shù)分別。試求：(1)虹吸管的流量Q；(2)若虹吸管頂部B點(diǎn)安裝高度hB=4.5米，校核其真空度是否滿足［hv］=7～8m。,,,,,解：短管淹沒出流計(jì)算(1)流速流量為：,,,,(2)最大真空高度為所以虹吸管高度hs=4.5m時(shí)，虹吸管可以正常工作。,,,,二、水泵吸水管的水力計(jì)算（例7-3）水泵的工作原理：通過水泵轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，在泵體進(jìn)口造成真空，水體在大氣壓作用下經(jīng)吸水管進(jìn)入泵體，水流在泵體內(nèi)旋轉(zhuǎn)加速，獲得能量，再經(jīng)壓水管進(jìn)入水塔。1、水泵吸水管由取水點(diǎn)至水泵進(jìn)口的管道稱為吸水管。吸水管長度一般較短而管路配件多，局部水頭損失不能忽略，所以通常按短管計(jì)算。吸水管的水力計(jì)算主要是確定水泵的允許安裝高度HS和過流能力Q。,取吸水池水面1-1和水泵進(jìn)口2-2斷面列伯努利方程，并忽略吸水池流速，得式中：水泵安裝高度水泵進(jìn)口斷面真空高度吸水管沿程摩阻系數(shù)吸水管各項(xiàng)局部水頭損失系數(shù)之和。水泵進(jìn)口處的真空度是有限制的。,當(dāng)進(jìn)口壓強(qiáng)降低至該溫度下飽和的蒸汽壓強(qiáng)時(shí)，水因氣化而生成大量氣泡。氣泡隨著水流進(jìn)入泵內(nèi)高壓部位，因受壓縮而突然潰滅，周圍的水便以極大的速度向氣泡潰滅點(diǎn)沖擊，在該點(diǎn)造成高達(dá)數(shù)百大氣壓以上的壓強(qiáng)。這種集中在極小面積上的強(qiáng)大沖擊力如發(fā)生在水泵部件的表面，就會(huì)使部件很快損壞。這種現(xiàn)象稱為空蝕。為了防止空蝕發(fā)生，通常水泵廠由實(shí)驗(yàn)確定水泵進(jìn)口的允許真空度[hv]。作為水泵的性能指標(biāo)之一。當(dāng)水泵進(jìn)口斷面真空度等于允許真空度［hv］時(shí)，就可根據(jù)抽水量和吸水管道情況，按上式確定水泵的允許安裝高度和流量，即,,例7-3圖中所示離心泵實(shí)際抽水量Q=8.1L/s，吸水管長度l=7.5m，直徑d=100mm，沿程阻力系數(shù)λ=0.045，局部阻力系數(shù)：帶底閥的濾水管ζ1=7.0，彎管ζ2=0.25。如允許真空度［hv］=5.7m，試決定其允許安裝高度Hs。解：由式中局部阻力系數(shù)總和管中流速將各值代入上式得,,三、短管直徑計(jì)算（例7-4）管道直徑的計(jì)算，最后化簡為解算高次代數(shù)方程，難以由方程直接求解，一般采用試算法，更適于編程電算。例7-4圓形有壓涵管(如圖)，管長50m，上下游水位差H=3m，各項(xiàng)阻力系數(shù)：沿程λ=0.02，進(jìn)口ζe=0.5、轉(zhuǎn)彎ζb=0.55、出口ζ0=1，如要求涵管通過流量，確定管徑。,,解以下游水面為基準(zhǔn)面，對1-1、2-2斷面建立伯努利方程，忽略上下游流速，得即代入已知各數(shù)值，簡化得用試算法求d，設(shè)d=1.0m代入上式采用規(guī)格管徑d=1.0m.,,7.4長管水力計(jì)算7.4.1簡單管路沿程直徑不變，流量也不變的管道為簡單管路。簡單管路的計(jì)算是一切復(fù)雜管路水力計(jì)算的基礎(chǔ)。以通過管路出口斷面2-2形心的水平面為基準(zhǔn)面，水池中取符合漸變流的斷面1-1。對斷面1-1和2-2建立伯努利方程式，得長管中，沿程局部水頭損失與流速水頭可以忽略不計(jì),上述方程就簡化為。長管全部作用水頭都消耗于沿程水頭損失。流速水頭可以忽略不計(jì),因此總水頭線與測壓管水頭線重合。,,,因此引入比阻的概念：(比阻取決于沿程摩阻系數(shù)和管徑)則土木工程中，通常采用謝才公式計(jì)算沿程摩阻系數(shù)，即所以按上式編制出水管通用比阻計(jì)算表（表7-3）用于查表計(jì)算。,,阻抗*：流量模數(shù)*：例7-5由水塔向工廠供水，采用鑄鐵管。管長2500m，管徑350mm。水塔處地面標(biāo)高▽1=61m，水塔水面距地面高度H1=18m，工廠地面標(biāo)高▽2=45m，管路末端需要的自由水頭H2=25m，求通過管路的流量。,解以海拔水平面為基準(zhǔn)面，在水塔水面與管路末端間列長管的伯努利方程：則管路末端的作用水頭H便為比阻查表7-3，得350mm鑄鐵管(查表6-3，得)的比阻代入式，解得,例7-6上題中，管線布置、地面標(biāo)高及供水點(diǎn)需要的自由水頭都不變，供水量增至100L/s，試不求管道直徑。解作用水頭不變，則比阻比阻查表7-3，有可知所需管徑介于之間，但無此種規(guī)格產(chǎn)品。因而只能采用較大的管徑。這樣將浪費(fèi)管徑。合理的辦法是用兩段不同直徑的管道（400mm和350mm）串聯(lián)。,7.4.2串聯(lián)管道串聯(lián)管道：由直徑不同的幾段管段順次連接而成的管道稱為串聯(lián)管道。適用于沿管線向幾處供水的情況。因有流量分出，沿程流量減少，所采用的管徑也相應(yīng)減小。設(shè)串聯(lián)管路各管段長度、直徑、流量和各管段末端分出的流量分別用、、和表示。,串聯(lián)管路的流量計(jì)算應(yīng)滿足連續(xù)性方程。將有分流的兩管段的交點(diǎn)(或者說三根或三根以上管段的交點(diǎn))稱為節(jié)點(diǎn)，則流向節(jié)點(diǎn)的流量等于流出節(jié)點(diǎn)的流量，即串聯(lián)管路各管段雖然焊接在一個(gè)管路系統(tǒng)中，但因各管段的管徑、流量、流速互不相同，所以應(yīng)分段計(jì)算其沿程水頭損失。則串聯(lián)管路總水頭損失等于各管段水頭損失之和.當(dāng)節(jié)點(diǎn)無流量分出()，則有串聯(lián)管路水力計(jì)算的基本公式，可用以解算Q、H、d三類問題。串聯(lián)管路的測壓管線與總水頭線重合，整個(gè)管道的水頭線呈折線形。這是因?yàn)楦鞴芏瘟魉俨煌渌ζ露纫哺鞑幌嗟取?例7-7在例7-6中，為了充分利用水頭和節(jié)省管材，采用400mm和350mm兩種管徑的管路串聯(lián)，求每段管路的長度。解設(shè)直徑400mm的管段長，350mm的管段長。由表7-3查得由式解得,,,,7.4.3并聯(lián)管道并聯(lián)管道：兩條或兩條以上的管道同在一處分出，又在另一處匯合，這種組合而成的管道為并聯(lián)管道。并聯(lián)管段一般按長管計(jì)算。并聯(lián)管路的水流特點(diǎn)在于液體通過所并聯(lián)的任何管段時(shí)其水頭損失皆相等。在并聯(lián)管段AB間，A點(diǎn)與B點(diǎn)是各管段所共有的，如果在A、B兩點(diǎn)安置測壓管，每一點(diǎn)都只可能出現(xiàn)一個(gè)測壓管水頭，其測壓管水頭差就是AB間的水頭損失，即,,,,每個(gè)單獨(dú)管段都是簡單管路，用阻抗和流量表示可寫成另外，并聯(lián)管路的各管段直徑、長度、粗糙度可能不同，因而流量也會(huì)不同。但各管段流量分配也應(yīng)滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡條件，即流向節(jié)點(diǎn)的流量等于由節(jié)點(diǎn)流出的流量。對節(jié)點(diǎn)A對節(jié)點(diǎn)B例7-8三根并聯(lián)鑄鐵管路，由節(jié)點(diǎn)A分出，并在節(jié)點(diǎn)B重新會(huì)合。已知總流量Q=0.28m3/s，=500m,=300m，=800m,=250mm，=1000m,=200mm求并聯(lián)管路中每一管段的流量及水頭損失。,,,解并聯(lián)各管段的比阻由表7-3查得由能量方程得即則,由連續(xù)性方程所以AB間水頭損失為,7.4.4沿程均勻泄流管路沿著管長從側(cè)面不斷連續(xù)向外泄出的流量，稱為途泄流量。管段每單位長度上的流量均相等，這種管路稱為沿程均勻泄流管路。設(shè)沿程均勻泄流管路管長為，直徑為，總途泄流量，末端泄流傳輸流量為。通過某斷面的流量等于管段的傳輸流量與該斷面以后的總途泄流量之和，即：水頭損失按簡單管道計(jì)算:,,,,折算流量,,,,,,例7-9圖中，由水塔供水的輸水塔，有三段鑄鐵管組成，中段為均勻泄流管段。已知：l1=300m，d1=200mm，l2=150m，d2=150mm，l3=200m，d3=100mm，節(jié)點(diǎn)B分出流量q=0.01m3/s，途泄流量Qt=0.015m3/s，傳輸流量Qz=0.02m3/s，，沿程阻力系數(shù)，局部阻力不計(jì)，求需要的水塔高度（作用水頭）。,解：首先將途泄流量轉(zhuǎn)換為傳輸流量：各管段的流量為：整個(gè)管路由三管段串聯(lián)而成，因而作用水頭等于各管段水頭損失之和。,7.5有壓管道中的水擊非恒定流主要表現(xiàn)為壓強(qiáng)和液體密度的變化和傳播。7.5.1水擊現(xiàn)象在有壓管道系統(tǒng)中，由于某一管路中的部件工作狀態(tài)的突然改變，就會(huì)引起管內(nèi)液體流速的急劇變化，同時(shí)引起液體壓強(qiáng)大幅度波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為水擊又稱為水錘。水擊引起的壓強(qiáng)升高，可達(dá)管道正常工作壓強(qiáng)的幾十倍甚至幾百倍，這種大幅度的壓強(qiáng)波動(dòng)，往往引起管道強(qiáng)烈振動(dòng)，閥門破壞，管道接頭斷開，甚至管道爆裂或嚴(yán)重變形等重大事故。1、水擊產(chǎn)生的原因引起管道水流速度突然變化的因素(如閥門突然關(guān)閉)是發(fā)生水擊的條件，水流本身具有慣性和壓縮性則是發(fā)生水擊的內(nèi)在原因。,閥門關(guān)閉前流速為v0，壓強(qiáng)為p0。閥門突然完全關(guān)閉，速度由v0驟變?yōu)榱?，?dòng)量發(fā)生變化。根據(jù)動(dòng)量定律，由于閥門對水的作用力使得緊靠閥門n-m段的水體的應(yīng)力(即壓強(qiáng))突然增加了Δp，Δp稱為水擊壓強(qiáng).由于水擊壓強(qiáng)的作用，n-m段將產(chǎn)生水的壓縮及管壁的膨脹。由于產(chǎn)生上述變形，閥門突然關(guān)閉時(shí)，管道內(nèi)的水就不是在同一時(shí)刻全部停止流動(dòng)，壓強(qiáng)也不是在同一時(shí)刻同時(shí)升高。而是，當(dāng)靠近閥門的第一層水停止流動(dòng)后，與之相鄰的第二層及其后續(xù)各層水相繼逐層停止流動(dòng)，同時(shí)壓強(qiáng)逐層升高，并以彈性波的形式由閥門迅速傳向管道進(jìn)口。這種由于水擊而產(chǎn)生的彈性波，稱水擊波.,二、有壓管道中的水擊的四個(gè)階段第一階段：增壓波從閥門向管路進(jìn)口傳播階段，緊靠閥門的m-n段水體，由于閥門突然完全關(guān)閉，速度由v0立即變?yōu)榱?，相?yīng)壓強(qiáng)升高Δp，水密度增加Δρ，管道斷面積增加ΔA。然而m-n段上游水流仍然以v0速度向下游流動(dòng)，于是在m-n段產(chǎn)生水的壓縮及管壁的膨脹。之后，緊靠m-n段的另一層的水也停止流動(dòng)，這樣其后的水體都相繼停止下來，同時(shí)壓強(qiáng)升高，水體受壓，管壁膨脹。這種減速增壓的過程是以波速c自閥門向上游傳播的。經(jīng)過后，水擊波到達(dá)水池。這時(shí)，全管液體處于被壓縮狀態(tài)。,,第二階段：減壓波從管道進(jìn)口向閥門傳播階段。時(shí)刻全管流動(dòng)停止，壓強(qiáng)增高，但這種狀態(tài)只是瞬時(shí)的。由于管路上游水池體積很大，水池水位不受管路流動(dòng)變化的影響。管路進(jìn)口的水體，便在管中水擊壓強(qiáng)(p0+Δp)與水池靜壓強(qiáng)(p0)差作用下，立即以和Δp相應(yīng)的速度v0向水池方向流去。與此同時(shí)，被壓縮的水體和膨脹了的管壁也就恢復(fù)原狀。管內(nèi)水體受壓狀態(tài)的解除便自進(jìn)口處開始以水擊波速c向下游方向傳播，這就是從水池反射回來的減壓彈性波。至?xí)r刻，整個(gè)管中水流恢復(fù)正常壓強(qiáng)p0，并且都具有向水池方向的運(yùn)動(dòng)速度v0。,,,第三階段：減壓波從閥門向管道進(jìn)口傳播階段。繼之后，由于水流的慣性，管中的水仍然向水池倒流，而閥門全部關(guān)閉無水補(bǔ)充，以致閥門端的水體首先停止運(yùn)動(dòng)，速度由v0變?yōu)榱?，引起壓?qiáng)降低、密度減小與管壁收縮。這個(gè)增速減壓波由閥門向上游傳播，在時(shí)刻傳至管道進(jìn)口，全管處于瞬時(shí)低壓狀態(tài)。,第四階段：增壓波從管道進(jìn)口向閥門傳播階段。時(shí)刻，因管道進(jìn)口壓強(qiáng)比水池的靜水壓強(qiáng)低Δp，在壓強(qiáng)差Δp作用下，水又以速度v0向閥門方向流動(dòng)。管道中的水又逐層獲得向閥門方向的流速，從而密度和管壁也相繼應(yīng)恢復(fù)正常。至?xí)r刻增壓波傳至閥門斷面，全管恢復(fù)至起始狀態(tài)。由于慣性作用，水仍具有一向下游的流速v0，但閥門關(guān)閉，流動(dòng)被阻止，于是和第一階段開始時(shí)閥門突然關(guān)閉的情況完全一樣，水擊現(xiàn)象將重復(fù)上述四個(gè)階段。周期性循環(huán)下去(以上分析均未計(jì)及損失)。,水擊波在全管段來回傳遞一次所需的時(shí)間為一個(gè)相或相長。在水擊的傳播過程中，管道各斷面的流速和壓強(qiáng)皆隨時(shí)間周期性的升高、降低，所以水擊過程是非恒定流。如果水擊傳播過程中沒有能量損失，水擊波將一直周期性地傳播下去。但實(shí)際上，水在運(yùn)動(dòng)過程中因水的粘性摩擦及水和管壁的形變作用，能量不斷損失，因而水擊壓強(qiáng)迅速衰減。閥門斷面實(shí)測的水擊壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖。,閥門斷面壓強(qiáng)變化,實(shí)測閥門斷面水擊壓強(qiáng)變化,7.5.2水擊壓強(qiáng)的計(jì)算1、直接水擊:當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)間小于或等于一個(gè)相長時(shí)，最早由閥門處產(chǎn)生的向上傳播而后又反射回來的減壓順行波，在閥門全部關(guān)閉時(shí)還未到達(dá)閥門斷面，在閥門斷面處產(chǎn)生的可能最大水擊壓強(qiáng)將不受其影響，這種水擊稱直接水擊。2、間接水擊:當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)間大于一個(gè)相長時(shí)，從上游反射回來的減壓波會(huì)部分抵消水擊增壓，使閥門斷面處不致達(dá)到最大的水擊壓強(qiáng)，這種水擊稱為間接水擊。,,7.5.3水擊波的傳播速度式中：c0——水中聲波的傳播速度，c0=1435m/s；K——水的彈性模量，K=2.04109N/m2；E——管壁的彈性模量；d——管徑（m）；δ——管道壁厚（m）。,,水擊過程的運(yùn)動(dòng)特征,,,,,,,,,,,7.6離心泵的原理及選用7.6.1工作原理離心泵是一種最常用的抽水機(jī)械，它是由1、工作葉輪；2、葉片；3、泵殼(或稱蝸殼)；4、吸水管；5、壓水管；6、泵軸等零部件構(gòu)成。離心泵啟動(dòng)之前，通過頂上注水漏斗將泵體和吸水管內(nèi)注滿水。啟動(dòng)后，葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在泵的葉輪入口處形成真空，吸水池的水在大氣壓強(qiáng)作用下沿吸水管上升，流入葉輪吸水口，進(jìn)入葉片槽內(nèi)。由于水泵葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，壓水、吸水便連續(xù)進(jìn)行。,當(dāng)液體通過葉輪時(shí)，葉片與液體的相互作用將機(jī)械能傳遞給液體，從而使液體在隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)增加了動(dòng)能和壓能。因此水泵是一種轉(zhuǎn)換能量的水力機(jī)械，它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為被抽送液體的機(jī)械能。液體由葉輪流出后進(jìn)入泵殼，泵殼一方面是用來匯集葉輪甩出的液體，將它平穩(wěn)地引向壓水管，另一方面是使液體通過它時(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?.6.2工作性能曲線為了正確地選用離心泵，首先應(yīng)該了解泵的基本工作參數(shù)：(1)流量：單位時(shí)間通過水泵的液體體積。單位為升/秒(L/s)，米3/秒(m3/s)、米3/小時(shí)(m3/h)。(2)揚(yáng)程：水泵供給單位重量液體的能量，常用單位為米(m)水柱。,現(xiàn)分析揚(yáng)程在管路系統(tǒng)中的作用。取吸水池與壓水池水面列能量方程，見圖。當(dāng)，上式可寫成式中：，為提水高度。上式表明，在管路系統(tǒng)中，水泵的揚(yáng)程用于提水高度和補(bǔ)償管路的水頭損失。(3)功率水泵的功率分軸功率和有效功率。軸功率：電動(dòng)機(jī)傳遞給泵的功率，即輸入功率，常用單位為瓦(W)或千瓦(kW)。有效功率：單位時(shí)間內(nèi)，液體從水泵實(shí)際得到的能量：,,(4)水泵效率：有效功率與軸功率之比，即小型水泵最高效率一般在70%，大、中型泵可達(dá)80～90%。(5)轉(zhuǎn)數(shù)：水泵工作葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。一般情況下轉(zhuǎn)數(shù)固定，如970、1450、2900轉(zhuǎn)/分(rmp)。(6)允許吸水真空度見7.3。在轉(zhuǎn)速n一定的情況下，水泵的揚(yáng)程、功率、效率同流量的關(guān)系曲線稱為泵的性能曲線。水泵性能曲線是通過實(shí)驗(yàn)確定的。水泵盡管可以在最小流量到最大流量之間任一點(diǎn)工作，但只有一個(gè)點(diǎn)的效率最高，水泵名牌上所列的、值，就是這個(gè)點(diǎn)的值，而所列的N值則是這臺(tái)泵要求的最大功率。,通常水泵廠對生產(chǎn)的每一臺(tái)泵都規(guī)定了一個(gè)許可工作范圍，并在揚(yáng)程曲線上用記號(hào)標(biāo)明此范圍，水泵在這個(gè)范圍內(nèi)工作，才能保持較高效率。一般水泵廠還將同一類型、不同容量水泵的性能曲線(許可工作范圍段)繪在一張總圖上，供用戶選用。7.6.3管路特性曲線水泵總是與管路連接起來組成一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工作，因此，在考慮水泵性能曲線的同時(shí)還應(yīng)考慮管路的特性，才能最后確定泵在系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況。把單位重量的水由吸水池升至壓水池，必然需要能量以抬高液體位置高度Hz和克服管路(包括吸水、壓水管)沿程與局部阻力。所需要的能量為,令則有式中S——管路總阻抗，對于給定管路，且流動(dòng)處于阻力平方區(qū)，S為定值。由上式，以為自變量繪出～關(guān)系曲線，即為管路特性曲線，如圖所示。管路特性曲線表征該管路通過不同流量時(shí)，每單位重量液體由吸水池至壓水池所需要能量的大小。,,,7.6.4工作點(diǎn)的確定水泵的~性能曲線表示泵通過流量為時(shí)，泵能提供給單位重量液體的能量為。管路特性曲線表示使流量通過該管路系統(tǒng)，每單位重量液體所需要的能量。如果把泵的~曲線和管路特性曲線按同一比例尺畫在一張圖上，這兩條曲線的交點(diǎn)A就顯示出了水泵在此管路系統(tǒng)中的工作情況，所以稱A為水泵的工作點(diǎn)。綜上所述，選用水泵可按所需供水量及計(jì)算的揚(yáng)程，查水泵產(chǎn)品目錄。如所需、值在某水泵的、范圍內(nèi)，則此泵初選合用。然后，用該水泵性能曲線及管路特性曲線確定其工作點(diǎn)。若工作點(diǎn)在水泵最大效率點(diǎn)附近，說明所選的泵是合理的。,例7-11由集水池向水塔供水。已知水塔高度10m，水塔水箱容量50m3，水箱水深2.5m，水塔地面標(biāo)高101m，集水池水面標(biāo)高94.5m，管路(吸、壓水管)為鑄鐵管，直徑100mm，總長200m。要求每次運(yùn)轉(zhuǎn)2h(2h使水箱貯滿水)，試選擇水泵。解(1)計(jì)算流量(2)計(jì)算揚(yáng)程按長管估算水頭損失揚(yáng)程(3)選擇水泵及確定工作點(diǎn),按所需流量Q=6.95/s、揚(yáng)程H=22.62m查附表，選用一臺(tái)2BA-6型泵。由泵性能曲線及按式(7-37)繪出的管路特性曲線(見圖)的交點(diǎn)即為水泵工作點(diǎn)：Q=8.2L/s、H=24.2m，該點(diǎn)效率η=64%。滿足供水要求。(4)選電動(dòng)機(jī)計(jì)算軸功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率，考慮電機(jī)過載安全系數(shù)，選用電動(dòng)機(jī)功率為4.5kW。,附表,,注：(1)本表所列的流量及揚(yáng)程是指在水泵最高效率點(diǎn)附近的流量及揚(yáng)程的范圍。(2)選用DA型多級(jí)水泵時(shí)，如揚(yáng)程不夠，可增加級(jí)數(shù)，其揚(yáng)程亦按比例增加。,