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水泵公式
目录
1.水泵流量测定
2.总扬程的测定
3.排水垂高的测定
4.管路阻力系数的计算
5.水泵功率的测定和计算
6.水泵和排水计算系统效率
7.水泵扬程的调整方法
8.水泵
9.水泵效率计算公式
1.水泵流量测定
测定流量方法
一、水堰(三角堰、矩形堰,全宽堰)
lockweir(triangularnotch,rectangularweir,flat-crestedweir)
二、管式流量计(喷咀、孔板)
pipetypeflowmeter(spout,measuringdiaphragm,)
三、其他测定法:
Othermeasuringmethod:
1、环秤式差压计
ring-scaletypedifferentialpressureflow-meter
2、浮子式差压计
floattypedifferentialpressureflow-meter
3、涡轮流量计
turbineflow-meter
4、电磁流量计与容积法等
electromagneticflow-meterandvolumemethodetc
水堰
水堰由堰板和堰槽构成,当水经堰槽流过堰板的堰口时,根据堰上水头的高低即可计算出流量。
1.堰板的结构
(1)堰口的断面如图3所示,堰口与内侧面成直角,唇厚2毫米,向外侧倒45°倾斜面,毛刺应清除干净。
(2)堰口棱缘要修整成锐棱,不得呈圆形,堰板内侧面要平滑,以防发生乱流。
(3)堰板的材料必须保证不生锈和耐腐蚀。
(4)堰板安装时必须铅直,堰口应位于堰槽宽度的中央,与堰槽两侧壁成直角。
(5)各种水堰的堰口如图4所示。
90°三角堰的直角等分线应当铅直,直角允差为±5′。
形堰和全宽堰的堰口下缘应保证水平,堰口直角允差为±5,堰口宽度允差为±0.001b。
(1)堰槽要坚固,不易变形,否则使测量产生误差。
(2)在堰槽上流设置适当整流装置,以减少水面披动。
(3)堰槽的底面应平滑,侧面和底面应垂直。
(4)全宽堰槽堰的两侧面应向外延长,如图4c所示,延长壁应和两侧面一样的平滑,与堰口下边缘垂直,直角允差±5′。
延长壁上应设置通气孔,通气孔应靠近堰口并在水头下面以保证测量时水头内侧空气畅通。
通气孔的面积S≥
B——堰口宽度(mm)
h'——最大水头(mm)。
(5)堰进水部分的容量应尽可能大些厂这部分的宽度和深度不能小于整流栅下流的宽度和深度,导水管应埋设在水中。
3.堰的水头测定方法
(1)水头是指水流的上水面至堰口底点(90’三角堰)或堰口下边缘(矩形堰、全宽堰)的垂直距离。
(2)为避免近堰板处水面降低而引起的误差,测定水头h处离堰口的距离等于200~B(毫米)。
(3)应当在越过堰口流下来的水流与堰板不附着的情况下进行测量。
(4)水堰的堰口至堰口外水池液面的高度不得小于100毫米。
(5)可以采用钳针或测针液面计测量水头。
钩针液面计构造如图6所示。
使用时应将针先沉入水内再提上对准水面,以消除水的表面张力的影响。
(6)水位零点的测定精度应在0.2毫米以内,最好当堰口流出来的水流刚停止时测定水位的零点,每次试验时都要测定零点。
由于表面张力的影响,矩形堰和全宽堰测量零位数值时应减少1毫米。
4.水堰流量的计算公式和计算表
(1)90°三角堰如图7所示
90°三角堰流量计算公式
式中Q——流量(l/s)
h——堰口水头(m)
c——流量系数
c=1354+
+(140+
)(
-0.09)2
B——堰槽宽度(m)
D——堰槽底面至堰口底点距离(m)
流量系数公式在下述范围内适用:
B=0.5~1.2(m)D=0.1~0.75(m)
(2)矩形堰如图8所示
矩形堰流量计算公式
式中Q——流量(l/s)
h——堰水头(m)
b——堰口宽度(m)
c——流量系数
B——堰槽宽度(m)
D——堰槽底面至堰口底点距离(m)
流量系数公式在下述范围内适
B=0.5~6.3(m)b=0.15~5(m)
D=0.15~3.5(m)
=0.06以上
~0.45
(m)
当B=0.9(m)b=0.36(m)D=0.2(m)时,
当B=1.2(m)b=0.48(m)D=0.25(m)时,
(3)全宽堰图9所示
全宽堰流量计算公式
式中Q——流量(l/s)
B——堰槽宽度(m)
c——流量系数
D——堰槽底面至堰口下边缘距离(m)
——修正值,当D〈1(m)时,
=0
D〉1(m)时,
=0.55(D-1)。
流量系数公式在下述范围内适
B=0.5(m)以上D=0.3~2.5(m)
~0。
8(m)且h
D及h
当B=1.2(m)D=0.3(m)时,
=0
当B=3(m)D=0.75(m)时,
=0
管式流量计
1.管式流量计的类型和结构
管式流量计分为喷嘴、孔板和文吐里管三种类型,其工作原理是利用液体通过喷嘴、孔板或文吐里管的缩小断面,使其流速加快,动压增加,因而在测压断面之间产生相应的压差,用差压计测量出压差值即可计算出相应的流量。
标准喷嘴结构如图12、图13所示。
由于喷嘴也可以安装在管道终端进行测定,所以在测定时装上,测完后卸下,对排水无影响,通过喷嘴上的测压孔与水银差压计相连通,测出水银柱压差h值,即可计算出相应的流量。
这种方法简便,操作容易,故在煤矿广泛使用。
但管道终端处安装的喷嘴,由于喷嘴内外介质不相同,喷嘴易产生脱流现象而使流
量测量的精确度下降。
标准孔板结构如图14、图15所示。
孔板通常都装在管路中间进行测定,这样测定,不如把喷嘴装在管端方便。
如果经常装在管路上,则增加管路阻力,而且孔口积垢后影响测定精度。
为避免这个缺点,可在测定点处的主管路上并联一段支管,在支管中安装管式流量计。
在正常排水时,用闸阀把支管两端与主管路截断,使水流仅通过主管路排水,此时管式流量计无水流通过,必要时可把管式流量计拆下进行清洗。
测定时,用闸阀把测定点处的哇管路截断把支管路接通,使测定点处水流仅通过支管路及管式流量计排水,此时可进行测定工作。
必须注意,支管路的直管段长度要符合管式流量计对直管段长度的要求,以防止影响测定的精确度。
入口为喷嘴形的标准文吐里管的主要相对尺寸如图16所示。
2.管式流量计测定流量的计算公式
用管式流量计测定流量的计算公式如下:
式中Q——流量(l/s)(m3/h)
h——水银压差计读数(㎜Hg)
d——喷嘴或孔板的开孔直径,文吐里管喉部直径(㎜)
γ——被测液体比重,
C——流量系数
(1) 管式流量计的流量系数C值可按下式确定:
孔板C=C0K1K2K3
喷嘴及文吐里管C=C0K1K
式中c。
——各种流量计的原始流量系数,
K1——对粘性的修正系数,
K2——对管路粗糙度的修正系数;
K3——对入口棱缘的修正系数。
当管路雷诺数Re大于或等于极限雷诺数ReK时,则原始流量系数C。
值与雷诺数的变化无关,仅与m值的变化有关。
此时C。
值可查图17。
当管路雷诺数Re小于极限雷诺数ReK时,则原始流量系数C。
值与雷诺数及m值的变化都有关。
此时C。
值可查图18和图19。
m为管路断面比,m=(d/D)2,D为管路直径。
当Re≥ReK时,K1=1
当Re 当管路直径D<300毫米时,对管路粗糙度的修正系数K2值可查图21。 D 300毫米时,K2=1。 对入口棱缘的修正系数K2值可查图22。 极限雷诺数ReK可查图23。 或查表8。 (2)管路雷诺数Re值可按下式确定: 式中 V——测量管路内水流的平均速度(m/s) D——测量管路的直径(m) v——水的运动粘度(m2/s),可查表9 表9 其它测定法 1.环称式差压计和浮子式差压计 这两种差压计都是用来配合节流装置直接测量流体的流量。 (1)图28所示,为型环称式差压计原理示意图。 有一个内充工作液体的圆环1,通过刀口2置于刀承上。 圆环中有隔板3将圆环分成两个腔体。 当流体从管道12流过节流装置13的缩小断面时,产生压力差,因而使圆环1的两个腔体压力不等。 环中工作液体便产生高度差与两腔体间的压差平衡。 此时圆环向一个方向旋转,直到此力矩与平衡重锤6产生的反力矩平衡为止。 圆环的转角通过曲线板和连杆系统转变成指针7的直线运动,即可显示(指示或记录)出流量。 环秤式差压计流量测量范围较小,最大到32米3/小时,不适用于煤矿主水泵流量测定。 (2)图28 (2)图29所示,为CF型浮子式差压计结构原理图。 它是利用u形管的作用原理制成的,用来测量经过节流装置同时进入差压计两个金属容器内的压力差值。 这个压力差由两个容器内水银面相差高度使浮子4升降。 并由浮子升降的高度测出压力差的数值。 然后通过运动机构最后由指针指示出流量或自动记录出流量。 图29 2.涡轮流量计 涡轮流量计是由三部分组成。 即: 涡轮流量变送器、前置放大器和指示或 累计显示仪表(如图30所示)。 图30 图31为LW型涡轮流量变送器结构示意图。 图31 它主要是由叶轮组件1、导向架组件2、壳体3和磁电感应转换器4所组成,当流体流过变送器时,变送器内涡轮(即叶片)借助于流体的动能而产生旋转。 叶轮片周期性切割磁力线,使磁电感应转换器的磁组发生周期性变化而输出与流量成正比的信号,经前置放大器大后至显示仪表,即可读出流量。 涡轮流量计目前在煤矿上已开始使用,它的优点是使用方便,能指示瞬时值,可以在测定时装置到管道上,也可以长期装在调度室或泵房内。 缺点是该仪器不耐使用,特别是转子的轴承是靠测量液体来润滑的,由于矿井水混浊使轴承寿命受到影响。 另外受外来讯号的影响使测量精度不准确,特别是测小流量时更为显著。 和水堰法相比,涡轮流量计(测定最大流量为12米3/分)在4—8米3/分时和矩形堰测得结果相近,小于4米3/分时测得结果大于矩形堰测得数值。 如能消除外界信号干扰的影响,则所得结果近似。 测8米3/分以上时低于矩形堰所测数值。 因此使用涡轮流量计时,应注意测量范围,按说明书规定使用。 3.电磁流量计 电磁流量计是,由电磁流量变送器和电磁流量转换器两部分组成的,它是按法拉第电磁感应定律的原理进行工作的,适用于测量各种导电液体。 变送器利用导电液体在交变磁场中与磁力线成垂直方向运动,导电液体切割磁力线而产生电势讯号。 由于变送器的结构简单,使用方便,在测量导管内没有任何活动部分和节流装置,故得到广泛应用,但矿井用的还不多。 4.重量法或容积法 重量法或容积法适用于测定小流量液体,即在一定时间内注入容器内多少水量,容器可用小型水池、水箱或矿车等,然后即可计算出水泵的流量。 向容器内注入液体的动作要尽量快,注入和停止助操作时间不超过0.5秒。 向容器内注入液体的时间应在1分钟以上,秒表的读数精确到0.1秒,测定数次取其平均值。 流量的计算方法: 用重量法测定: Q=W/γt(l/s) 用容积法测定: Q=V/t(l/s) 式中Q——流量(l/s), W——在t秒内注入容器内液体的重量(kg), γ——在测定温度下液体的比重(kg/l), t——注入液体的时间(s), V——在t秒内挂入容器的液体的体积(l)。 注入容器的液体含有气泡时,待气泡消失后再行测定。 测定气泡不易消失的液体最好用重量法。 使用重量法测定时,秤的最大容量不得超过液体重量w的10倍。 2.总扬程的测定 水泵总扬程等于排水垂高水柱和管路阻力损失水柱之和。 测定总扬程可在水泵进,出口法兰盘小孔上,分别装上真空表(吸水方式抽吸式)和压力表, 并在表的连通管上装上旋塞。 测定时打开旋塞,记下读数,再按下式算出扬程(见图34)。 式中H——总扬程(m) p1——压力表读数(kg/cm) pm——真空表读数(mmHg) z——压力表和真空表间垂直距离(m), vd——排水管中流速(m/s) vs——吸水管中流速(m/s)。 当吸、排水管径相等时, =0。 一般 和z两项相对来 说,数值很小,可以忽略不计。 上式适用于吸水方式为抽吸式情况。 如果吸水方式为压入式, 则总扬程公式应为: 式中pm'——吸水侧压力表读数(kg/cm2), 其他符号与前一式同。 3.排水垂高的测定 排水垂高即吸水井水面至排水管出口的垂直距离(见t342)可用尺测 量或从地质图纸上查得标高,通过计算获得,也可在水泵出口闸门上 装一只压力表。 停泵关好闸阀,记下压力表读数,即可按下式求得: 式中Ha——排水垂高(m), p2——闸阀上方压力表读数(kg/cm2), hs——吸水井水面至水泵轴线垂直距离(m), hz——闸阀上方压力表至水泵轴线垂直距离(m)。 4.管路阻力系数的计算 水经过水泵获得能量后,沿管路从井下排送到地面。 由于管路的不同水泵将排送不同的流量,同时需要克服不同的阻力。 对于一定结构的管路,通过流量愈大,管路的阻力损失也愈大,相反则愈小。 如果通过流量为零,那就根本不产生租力: 损失。 管路特性曲线就是反映流量与阻力损失的变馋关系的曲线。 阻力损失包括: 吸水管路和排水管路的沿程损失(直管损失)以及弯管,各种闸阀等所造成的局部损失。 管路结构一定时,阻力损失与管路中水流速度或流量的平方成正比。 因此阻力损失可以下式表示: 式中 HW——管路损失压头(mH2O) ——沿程损失与各种局部损失系数之和; v——管路中水的流速(m/s) K——比例系数, RT——管路阻力系数。 上式可由图35的抛物线表示。 因为水泵扬程H等于排水垂高Ha和管路损失压头H之和,而排水垂高对于既定的排水系统是一个常数,它不随流量Q而改变。 所以抛物线顶点的位置是在H=Ha和Q=0的点上。 由管路特性方程 可以求得管路阻力系数 式中H是将流量Q从一定结构的管路(阻力系数为 )中排送出去所必须的压头。 在这个既定管路上,如流量Q发生变化,H也将变化,所以只要管路阻力系数确定 后,就可以将这个既定管路的特性曲线绘制出来(如图35所示)。 图35 5.水泵功率的测定和计算 (1)水泵的有效功率是指水泵输出功率,即水通过水泵获得的功率。 可按下式计算: 式中 ——水泵的有效功率(kW) Q——水泵流量(m3/min) H——水泵总扬程(mH2O), ——水的比重(㎏/m3),清水等于1000(㎏/m3) 对于矿井水一般含有泥沙,应实测确定。 (2)水泵的轴功率是指水泵输入功率,当水泵直接由电动机带动 时,就等于电动机的输出功率。 轴功率还可根据测到的扭转力矩按下式计算: 式中P——水泵轴功率(kW), M——水泵轴上的扭转力矩(kg-m) n——水泵转速(r.p.m) 6.水泵和排水系统效率计算 (1)水泵效率是指水泵有效功率与轴功率之比。 即 式中η——水泵效率(%)。 (2)管路效率是指水泵排水垂高与总扬程之比。 既 式中ηg——管路效率(%)。 (3)排水系统效率是指排水设备的总效率,等于水泵效率、管路效率和电动机效 率的乘积。 即 式中ηc——排水系统效率 ——电动机输入功率(KW) ηd——电动机效率 7.水泵扬程的调整方法 水泵的额定扬程过高与过低于装置扬程时,均使水泵效率降低,经济效益差。 现根据额定扬程与需要扬程的差值,对有些水泵可用以下方法调整: 一、水泵额定扬程偏高的调整 (1)把水泵原来的叶轮拆掉,换上同类型直径较小的叶轮。 例如6B20型水泵可换6B20A型水泵的叶轮,12sh—28型水泵可换12sh—28A型水泵的叶轮。 更换较小的叶轮后,扬程降低,流量减少,轴功率降低幅度较大,则相应地提高了机组效率,可节约不少电能。 (2)车削叶轮外径。 水泵额定扬程偏高时,更换较小的叶轮。 若没有,可用车床把叶轮外径车小。 例如6B20型水泵额定扬程是20.1m,现在需要扬程是16m,用切割定律计算后,可把原叶轮直径268mm车削至241mm。 对于不同转速比的叶轮,其车削量有不同的限制,车削方式要求不同,可按实际情况具体对待。 叶轮车小后,水泵扬程降低,流量稍有减少,但轴功率却降低较多,提高了机组效率。 (3)拆掉水泵部分叶轮。 对多极泵可采取拆掉部分叶轮的办法降低水泵额定扬程。 水泵卸掉叶轮的个数,要根据水泵额定扬程和需要扬程的差值,按每个叶轮承担的扬程来决定。 例如12JD230×4型深井泵,配套功率是40kW,每个叶轮承担的扬程是9m,如果卸掉一个叶轮,就等于降低扬程9m,减少配套功率10kW.卸掉两个叶轮,减少扬程和配套功率增加一倍,依次类推。 卸掉部分叶轮后,流量基本不变,但功率消耗却减少很多,可节约不少能源。 (4)降低水泵转速。 水泵扬程偏高时,也可采用降低转速的方法来降低扬程。 水泵转速降低后,虽然流量有所下降,轴功率消耗也相应降低,但相对提高了水泵的效率,节约了电费。 降低转速一般不应超过50%。 二、水泵额定扬程偏低时的调整 (1)把水泵原来的叶轮拆掉,换上同类型直径较大的叶轮。 例如6B13A型水泵可换6B13型水泵的叶轮。 但更换直径较大的叶轮后,水泵的配套功率也要相应加大。 (2)提高水泵转速。 对于在1450r/min以下转速的水泵,可以采取提高水泵转速的办法来提高水泵扬程。 但提高转速一般不应超过水泵额定转速的10%,否则容易损坏水泵。 水泵转速提高10%时,流量也增加10%,扬程大约增加20%,轴功率大约增加33%。 所以,水泵转速提高后,要相应增大配套动力功率,对于2900r/min转速的水泵,一般不能再提高转速。 8.水泵 水泵(waterpump) 水泵的类型、原理、用途 一、水泵的定义: 通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力,即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。 二、水泵的工作原理: 1、容积式泵: 利用工作腔容积周期变化来输送液体。 2、叶片泵: 利用叶片和液体相互作用来输送液体。 三、泵的具体用途: 泵具有不同的用途,不同的输送液体介质,不同的流量、扬程的范围,因此,它的结构形式当然也不一样, 材料也不同,概括起来,大致可以分为: 1、城市供水2、污水系统3、土木、建筑系统4、农业水利系统5、电站系统 6、化工系统7、石油工业系统8、矿山冶金系统9、轻工业系统10、船舶系统 水泵结构图 四、水泵类型分类 (一)根据泵的工作原理划分: 1、离心泵2、旋涡泵3混流泵、4、轴流泵、5、电动泵6、蒸汽泵7、齿轮泵8、螺杆泵9、罗茨泵、10、滑片泵11、喷射泵12、升液泵13、电磁泵等 (二)根据用途划分: 1、清水泵、2、渣浆泵3、排污泵4、化工泵5、输油泵等 (三)其他划分方法: 水泵还有其他很多划分方法: 根据叶轮是否串联分为单级和多级泵;根据水泵吸入口的是一个还是两个分为单吸泵和双吸泵等等。 革新离心水泵 革新多级水泵 革新自吸水泵 水泵行业发展前景 为确保生产,生活用水、用电需求,当前,我国各省市许多单位、宾馆饭店、居住小区等纷纷购买水泵、发电机、众多企业为了不耽搁生产,更是自掏腰包备起了发电机。 在此推动下,水泵和发电机自然成了紧俏商品。另据分析,起码在近几年内,电力短缺的局面仍将延续,而中国经济的增长态势仍将保持高速增长,如此电力供需矛盾在近几年内仍然突出,这对水泵和发电机行业来说,无疑是一个机遇。 水泵六大常见故障及解决方法 一、无法启动 首先应检查电源供电情况: 接头连接是否牢靠;开关接触是否紧密;保险丝是否熔断;三相供电的是否缺相等。 如有断路、接触不良、保险丝熔断、缺相,应查明原因并及时进行修复。 其次检查是否是水泵自身的机械故障,常见的原因有: 填料太紧或叶轮与泵体之间被杂物卡住而堵塞;泵轴、轴承、减漏环锈住;泵轴严重弯曲等。 排除方法: 放松填料,疏通引水槽;拆开泵体清除杂物、除锈;拆下泵轴校正或更换新的泵轴。 二、配套动力电动机过热 原因有四。 一是电源方面的原因: 电压偏高或偏低,在特定负载下,若电压变动范围应在额定值的+10%至-5%之外会造成电动机过热;电源三相电压不对称,电源三相电电压相间不平衡度超过5%,会引绕组过热;缺相运行,经验表明农用电动机被烧毁85%以上是由于缺相运行造成的,应对电动机安装缺相保护装置。 二是水泵方面的原因: 选用动力不配套,小马拉大车,电动机长时间过载运行,使电动机温度过高;启动过于频繁、定额为短时或断续工作制的电动机连续工作。 应限制启动次数,正确选用热保护,按电动机上标定的定额使用。 三是电动机本身的原因: 接法错误,将△形误接成Y形,使电动机的温度迅速升高;定子绕组有相间短路、匝间短路或局部接地,轻时电动机局部过热,严重时绝缘烧坏;鼠笼转子断条或存在缺陷,电动机运行1至2小时,铁芯温度迅速上升;通风系统发生故障,应检查风扇是否损坏,旋转方向是否正确,通风孔道是否堵塞;轴承磨损、转子偏心扫膛使定转子铁心相擦发出金属撞击声,铁芯温度迅速上升,严重时电动机冒烟,甚至线圈烧毁。 四是工作环境方面的原因: 电动机绕组受潮
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