水泵與水泵站講義

1、水泵與水泵站一、水泵基礎1.1 水泵定義：把原動機的機械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的能量，使液體能量（動能或勢能）得到增加的裝置。分類：按照作用原理的不同分為以下三類。（1）葉片式水泵：依靠裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)完成對液體的壓送，如離心泵、軸流泵、混流泵等。（2）容積式水泵：依靠泵體工作容積的改變完成對液力的輸送，如活塞式往復泵、轉(zhuǎn)子泵等。 （3）其它類型水泵：螺旋泵、射流泵(又稱水射器)、水錘泵、水輪泵以及氣升泵等。特點：往復泵的特點小流量、高揚程。軸流泵、混流泵的特點大流量、低揚程。離心泵的特點界于兩者之間。 1.2 葉片式水泵葉片式泵都是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)以完成其能量的轉(zhuǎn)換。由于葉輪中葉片形狀的

2、不同，旋轉(zhuǎn)時水流通過葉輪受到的質(zhì)量力就不同，水流流出葉輪時的方向也就不同。根據(jù)葉輪出水的水流方向可將葉片式泵分為徑向流、軸向流和斜向流3種。（1）徑向流的葉輪稱為離心泵，液體質(zhì)點在葉輪中流動時主要受到的是離心力作用。（2）軸向流的葉輪稱為軸流泵，液體質(zhì)點在葉輪中流動時主要受到的是軸向升力的作用。（3）斜向流的葉輪稱為混流泵，它是上述兩種葉輪的過渡形式，液體質(zhì)點在這種泵葉輪中流動時，既受離心力的作用，又有軸向升力的作用。 1.3離心泵的基本構(gòu)造與工作原理圖示為給水排水工程中常用的單級單吸式離心泵的基本構(gòu)造。泵包括蝸殼形的泵殼1，和裝于泵軸2上旋轉(zhuǎn)的葉輪3。蝸殼形泵殼的吸水口與泵的吸水管4相連，出

3、水口與泵的壓水管5相連接。泵的葉輪一般是由兩個圓形蓋板所組成，蓋板之間有若干片彎曲的葉片，葉片之間的槽道為過水的葉槽，如圖所示，葉輪的前蓋板上有一個大圓孔，這就是葉輪的進水口，它裝在泵殼的吸水口內(nèi)，與泵吸水管路相連通。離心泵在啟動之前，應先用水灌滿泵殼和吸水管道，然后，驅(qū)動電機，使葉輪和水作高速旋轉(zhuǎn)運動，此時，水受到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)蝸形泵殼中的流道而流入泵的壓水管道，由壓水管道而輸入管網(wǎng)中去。在這同時，泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大氣壓力作用下，沿吸水管而源源不斷地流入葉輪吸水口，又受到高速轉(zhuǎn)動葉輪的作用，被甩出葉輪而輸入壓水管道。這樣，就形成了離心泵的連續(xù)輸水

4、。 單級單吸式離心泵的構(gòu)造1泵殼； 2泵軸； 3葉輪； 4吸水管； 5壓水管； 6底閥； 7閘閥； 8灌水漏斗； 9泵座單吸式葉輪1前蓋板；2后蓋板；3葉片；4葉槽；5吸水口；6輪轂；7泵軸1.4 離心泵的主要零件 離心泵的組成主要有：葉輪、泵軸、泵殼、泵座、軸封裝置、減漏環(huán)、軸承座、聯(lián)軸器、軸向力平衡裝置。 1.4.1 葉輪(工作輪)分類：（1）按照吸水方式分：單吸式葉輪：單邊吸水，葉輪的前后蓋板不對稱。 雙吸式葉輪：兩邊同時吸水，葉輪前后蓋板對稱。（2）按照葉輪蓋板情況分：封閉式葉輪：具有兩個蓋板的葉輪，這種葉輪應用最廣，前述的單吸式、雙吸式葉輪均屬這種形式。敞開式葉輪：只有葉片沒有完整蓋

5、板的葉輪。半開式葉輪：只有后蓋板，沒有前蓋板的葉輪。一般在抽升含有懸浮物的污水泵中，為了避免堵塞，有時采用開式或半開式葉輪。這種葉輪的特點是葉片少，一般僅25片。而封閉式葉輪一般有68片，多的可至12片。（a）（b） （c） 葉輪形式（a）為封閉式葉輪；（b）為敞開式葉輪；（c）為半開式葉輪雙吸式葉輪1吸入口；2輪蓋；3葉片；4輪轂；5軸孔1.4.2泵軸作用：旋轉(zhuǎn)泵葉輪常用材料：碳素鋼和不銹鋼。泵軸應有足夠的抗扭強度和足夠的剛度，其撓度不超過允許值；工作轉(zhuǎn)速不能接近產(chǎn)生共振現(xiàn)象的臨界轉(zhuǎn)速。葉輪和軸的連接方式：用鍵來聯(lián)結(jié)。鍵是轉(zhuǎn)動體之間的連接件。 1.4.3 泵殼 離心泵的泵殼通常鑄成蝸殼形，其

6、過水部分要求有良好的水力條件。葉輪工作時，沿蝸殼的漸擴斷面上，流量是逐漸增大的，為了減少水力損失，在泵設計中應使沿蝸殼漸擴斷面流動的水流速度是一常數(shù)。水由蝸殼排出后，經(jīng)錐形擴散管而流入壓水管。蝸殼上錐形擴散管的作用是降低水流的速度，使流速水頭的一部分轉(zhuǎn)化為壓力水頭。 泵殼的材料選擇，除了考慮介質(zhì)對過流部分的腐蝕和磨損以外，還應使殼體具有作為耐壓容器的足夠的機械強度。1.4.4 泵座 泵座上有與底板或基礎固定用的法蘭孔。泵殼頂上設有充水和放氣的螺孔，以便在泵起動前用來充水及排走泵殼內(nèi)的空氣。在泵吸水和壓水錐管的法蘭上，開設有安裝真空表和壓力表的測壓螺孔。在泵殼的底部設有放水螺孔，以便在泵停車檢修

7、時用來放空積水。另外，在泵座的橫向槽底開設有泄水螺孔，以便隨時排走由填料盒內(nèi)流出的滲漏水滴。所有這些螺孔，如果在泵運動中暫時無用時，可以用帶螺紋的絲堵(又叫“悶頭”)栓緊。1.4.5 軸封裝置泵軸穿出泵殼時，在軸與殼之間存在著間隙，如不采取措施，間隙處就會有泄漏。在軸與殼之間的間隙處設置密封裝置，稱之為軸封。作用：對于單吸式水泵主要作用為阻氣。間隙處的液體壓力大于大氣壓力，泵殼內(nèi)的高壓水就會通過此間隙向外大量泄漏。對于雙吸式水泵為阻水。間隙處的液體壓力為真空，大氣就會從間隙處漏入泵內(nèi)，從而降低泵的吸水性能。分類：應用較多的軸封裝置有填料密封、機械密封。 1填料密封 較常見的壓蓋填料型的填料盒，

8、它是由軸封套l、填料2、水封管3、水封環(huán)4及壓蓋5等5個部件所組成。壓蓋填料型填料盒1軸封套；2填料；3水封管；4水封環(huán)；5壓蓋水封環(huán)1環(huán)圈空間；2水孔 填料密封結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。但填料的壽命不長，對有毒、有腐蝕性及貴重的液體不能保證不泄漏。如發(fā)電廠的鍋爐給水泵，需輸送高溫高壓水，而泵軸的轉(zhuǎn)速又高，若用填料密封則很難使泵正常工作。 2機械密封（端面密封）機械密封的基本元件和工作原理1彈簧座；2彈簧；3傳動銷；4動環(huán)密封圈；5動環(huán)； 6靜環(huán)；7靜環(huán)密封圈；8防轉(zhuǎn)銷；9壓蓋1.4.6 減漏環(huán)（承摩環(huán)）作用：減少葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處的高低壓交界面水的回流。方式：(1)減小接縫間隙(不

9、超過0.10.5mm)；(2)增加泄漏通道中的阻力等。在實際應用中，通常在泵殼上鑲嵌一個金屬的口環(huán)。形式： 減漏環(huán)（a）為單環(huán)型；（b）為雙環(huán)型；（c）為雙環(huán)迷宮型1泵殼；2鑲在泵殼上的減漏環(huán)；3葉輪；4鑲在葉輪上的減漏環(huán)1.4.7 軸承座作用：支承軸，軸承裝于軸承座內(nèi)作為轉(zhuǎn)動體的支持部分。分類：滾動軸承和滑動軸承。依荷載大小滾動軸承可分為滾珠軸承和滾柱軸承兩種，其構(gòu)造基本相同，一般荷載大的采用滾柱軸承。依荷載特性又可分為只承受徑向荷載的叫徑向式軸承，只承受軸向荷載的叫止推式軸承，以及同時支承徑向和軸向荷載的叫徑向止推軸承。1.4.8 聯(lián)軸器作用：傳遞原動機的出力給水泵。分類：剛性聯(lián)軸器，實際

10、上就是用兩個圓法蘭盤連接，它對于泵軸與電機的不同心度，在連接中無調(diào)節(jié)余地，因此，要求安裝精度高。常用于小型泵機組和立式泵機組的連接。撓性聯(lián)軸器。它實際上是鋼柱銷帶有彈性橡膠圈的聯(lián)軸器，包括有兩個圓盤，用平鍵分別將泵軸和電機軸相連接。一般大、中型臥式泵機組安裝中，為了減少傳動時因機軸有少量偏心而引起的軸周期性的彎曲應力和振動，常采用這類撓性聯(lián)軸器。1.4.9 軸向力平衡措施單吸式離心泵，由于其葉輪缺乏對稱性，離心泵工作時，葉輪兩側(cè)作用的壓力不相等。一般采取在葉輪的后蓋板上鉆開平衡孔，并在后蓋板上加裝減漏環(huán)，此環(huán)的直徑可與前蓋板上的減漏口環(huán)直徑相等。壓力水經(jīng)此減漏環(huán)時壓力下降，并經(jīng)平衡孔流回葉輪中

11、去，使葉輪后蓋板上的壓力與前蓋板相接近，這樣，就消除了軸向推力。對于多級泵則在泵的最后一級安裝推力平衡盤。對于雙吸式水泵，由于葉輪對稱，因此，無需采取推力平衡措施。上述的零件中，葉輪和泵軸是離心泵中的轉(zhuǎn)動部件，泵殼和泵座是離心泵中的固定部件，此兩者之間存在著3個交接部分，即：泵軸與泵殼之間的軸封裝置為填料盒；葉輪與泵殼內(nèi)壁接縫處的減漏裝置為減漏環(huán)；以及泵軸與泵座之間的轉(zhuǎn)動連接裝置為軸承座。1.5 葉片泵的基本性能參數(shù)葉片泵的基本性能，通常由6個性能參數(shù)來表示：（1)流量(抽水量) 泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體數(shù)量,用字母Q表示。常用的體積流量單位是m3/h或L/s；常用的重量流量單位是t/h。

12、(2)揚程(總揚程) 泵對單位重量(1kg)液體所作之功，也即單位重量液體通過泵后其能量的增值，用字母表示。其單位為kgm/kg，也可折算成抽送液體的液柱高度(m)表示；工程中用國際壓力單位帕斯卡(Pa)表示。 揚程是表征液體經(jīng)過泵后比能增值的一個參數(shù)，如果泵抽送的是水，水流進泵時所具有的比能為，流出泵時所具有的比能為，則泵的揚程。那么，泵的揚程，也就是水比能的增值。 (3)軸功率泵軸得自原動機所傳遞來的功率稱為軸功率，以表示。原動機為電力拖動時，軸功率單位以kW表示。 (4)效率泵的有效功率與軸功率之比值，以表示。 單位時間內(nèi)流過泵的液體從泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母表示，泵的有效功

13、率為：式中 液體的容重；g重力加速度（）；流量(）； 揚程（）。 由于泵不可能將原動機輸入的功率完全傳遞給液體，在泵內(nèi)部有損失，這個損失通常就以效率來衡量。泵的效率為：由此求得泵的軸功率：或或有了軸功率、有效功率及效率的概念后，可按下式計算泵的電耗值。式中為泵運行的小時數(shù)；及分別為泵及電機的效率值。 (5)轉(zhuǎn)速泵葉輪的轉(zhuǎn)動速度，通常以每分鐘轉(zhuǎn)動的次數(shù)來表示，以字母表示。常用單位為rmin。各種泵都是按一定的轉(zhuǎn)速來進行設計的，當使用時泵的實際轉(zhuǎn)速不同于設計轉(zhuǎn)速值時，則泵的其它性能參數(shù)(如、等)也將按一定的規(guī)律變化。 在往復泵中轉(zhuǎn)速通常以活塞往復的次數(shù)來表示(次min)。 (6)允許吸上真空高度(

14、)及氣蝕余量()； 允許吸上真空高度()指泵在標準狀況下(即水溫為20、表面壓力為一個標準大氣壓)運轉(zhuǎn)時，泵所允許的最大的吸上真空高度。單位為mH20。水泵廠一般常用來反映離心泵的吸水性能。 氣蝕余量()指泵進口處，單位重量液體所具有超過飽和蒸氣壓力的富裕能量。水泵廠一般常用汽蝕余量來反映軸流泵、鍋爐給水泵等的吸水性能。單位為mH2O。氣蝕余量在泵樣本中也有以h來表示的。1.6離心泵的基本方程式1.6.1 葉輪中液體流動情況相對運動：水流在葉槽中沿葉片流動，稱為相對運動，其相對速度為W。牽連運動：水流隨葉輪一起作旋轉(zhuǎn)運動，稱為圓周運動，其相對速度為u。絕對運動：上述兩個運動的合成，為液體質(zhì)點對

15、泵殼的絕對速度C。如圖所示。圖中速度C1與u1和C2與u2的夾角，稱為1和2角， Wl與負u1和W2與負u2間的夾角，稱為1和2角，在泵的設計中，1又被稱為葉片的進水角，2被稱為葉片的出水角。 離心泵葉輪中水流速度1.6.2 葉輪出口速度三角形葉輪出口速度三角形當葉片出口是徑向時，即290°。當1和2均小于90°時，葉片與旋轉(zhuǎn)方向呈后彎式葉片。當2大于90°時，葉片與旋轉(zhuǎn)方向呈前彎式葉片。因此，2角的大小反映了葉片的彎度，是構(gòu)成葉片形狀和葉輪性能的一個重要數(shù)據(jù)。實際工程中使用的離心泵葉輪，大部分是后彎式葉片。后彎式葉片的流道比較平緩，彎度小，葉槽內(nèi)水力損失較小，有

16、利于提高泵的效率。一般離心泵中常用的2值為20°30°之間。 速度C2的切向分速用符號C2u表示，徑向分速用符號C2r表示。 由圖可知： 離心泵葉片形狀（a）為后彎式（2<90°）；（b）為徑向式（2=90°）；（c）為前彎式（2>90°）1.6.3 基本方程式的推導 三點假定： (1)液流是恒定流； (2)葉槽中，液流均勻一致，葉輪同半徑處液流的同名速度相等； (3)液流為理想液體，也即無粘滯性。 恒定元流的動量方程對某固定點取矩，可得到恒定元流的動量矩方程。 葉槽內(nèi)水流上作用力單位時間里控制面內(nèi)恒定總流的動量矩變化(流出液體的動

17、量矩與流入液體的動量矩之矢量差)等于作用于該控制面內(nèi)所有液體質(zhì)點的外力矩之和。對輪心取矩：液體對流體所做之功：理論揚程： 1.6.4 基本方程式的討論與修正1）為了提高泵的揚程和改善吸水性能，大多數(shù)離心泵在水流進入葉片時，使，也即，此時，基本方程式可寫成： 由上式可知， 愈小，泵的理論揚程愈大。在實際應用中，水泵廠一般選用6°15°左右。2）水流通過泵時，比能的增值與圓周速度山有關。而，因此，水流在葉輪中所獲得的比能與葉輪的轉(zhuǎn)速、葉輪的外徑有關。增加轉(zhuǎn)速和加大輪徑，可以提高泵之揚程。3）基本方程式在推導過程中，液體的密度并沒起作用而被消掉的，因此，該方程可適用于各種理想流體

18、。這表明，離心泵的理論揚程與液體的密度無關，其解釋理由是：液體在一定轉(zhuǎn)速下所受的離心力與液體的質(zhì)量，也就是它的密度有關，但液體受離心力作用而獲得的揚程，相當于離心力所造成的壓強，除以液體的。這樣，容重對揚程的影響便消除了。然而，當輸送不同密度的液體時，泵所消耗的功率將是不同的。液體密度越大，泵消耗的功率也越大。因此，當輸送液體的不同，而理論揚程相同時原動機所須供給的功率消耗是完全不相同的。 4）由葉輪的進出口速度三角形圖可知，按余弦定律可得將上兩式除以，并相減可得：因此： 泵葉輪進出口斷面的勢能方程為： 式中用代表泵葉輪所產(chǎn)生的勢揚程，可得：如果用代表泵葉輪所產(chǎn)生的動揚程，可得：則：可見，泵的

19、揚程是由兩部分能量所組成的：一部分為勢揚程；另一部分為動揚程，它在流出葉輪時，以比動能的形式出現(xiàn)。在實際應用中，由于動能轉(zhuǎn)化為壓能過程中，伴有能量損失，因此，動揚程這一項在泵總揚程中所占的百分比愈小，泵殼內(nèi)部的水力損失就愈小，泵的效率將提高。在上述推導基本方程式時，曾作了3點假定，現(xiàn)分述并修正如下：假定1 關于液體是恒定流問題。當葉輪轉(zhuǎn)速不變時，葉輪外的絕對運動可以認為是恒定的。在泵開動一定時間以后，外界使用條件不變時，這一條假定基本上可以認為是能滿足的。 假定2 關于葉槽中，液流均勻一致，葉輪同半徑處液流的同名速度相等問題。這在實際應用中是有差異的。實際泵的葉輪葉片一般為212片左右，在葉槽

20、中，水流具有某種程度的自由。當葉輪轉(zhuǎn)動時，葉槽內(nèi)水流的慣性，反抗水流本身被葉槽帶著旋轉(zhuǎn)，趨向于保持水流的原來位置，因而相對于葉槽產(chǎn)生了“反旋現(xiàn)象”。由于反旋，靠近葉片背水面的地方，流速提高壓力降低?？拷~片迎水面的地方，流速降低壓力升高。 修正后的理論揚程為 (式中為修正系數(shù)，由經(jīng)驗公式確定)。 假定3 關于理想液體的問題。由于泵站抽升的是實際液體(如江河中的水)，在泵殼內(nèi)有水力損耗(包括葉輪進、出口的沖擊，葉槽中的紊動，彎道和摩阻損失等)，因此，泵的實際揚程值，將永遠小于其理論揚程值。泵的實際揚程可用下式表示：式中 水力效率()，修正系數(shù)。1.7 離心泵裝置的總揚程水泵的總揚程基本計算方法：

21、（1）進出口壓力表表示（校核）（2）用揚升液體高度和水頭損失表示（設計）1.7.1 水泵裝置的工作揚程（1）基本計算公式 以水柱高度表示的壓力表讀數(shù)（m） 以水柱高度表示的真空表讀數(shù)（m）（2）公式推導泵的揚程。就圖所示的離心泵裝置來分析，以吸水面0-0為基準面，列出進水斷面1-1及出水斷面2-2的能量方程式。則揚程為： 離心泵裝置故： （2-23）式中 相應于斷面1-1處的位置水頭、絕對壓力和流速頭；相應于斷面2-2處的位置水頭、絕對壓力和流速頭； （2-24）（2-25）式中 大氣壓力 真空表讀數(shù)，也即表示承接點的真空值。真空表讀數(shù)越大，表示該點的真空值越高； 壓力表讀數(shù)。也即表示承接點的

22、測管高度乘以液體密度與重力加速度。壓力表讀數(shù) 越大，說明該點的相對壓力越高。則 式中 以代入得：為以水柱高度表示的壓力表讀數(shù)，為以水柱高度表示的真空表讀數(shù)。一般水廠中的取水泵房運行時，其值較小，則實際應用時可寫為：把正在運行中的泵裝置的真空表和壓力表讀數(shù)相加，就可得出該泵的工作揚程。1.7.2 水泵裝置的設計揚程式中：水泵裝置靜揚程，即從水泵吸水井的設計水面到出水池最高水位之間的測壓管高差。 水泵裝置管路中水頭損失之和。 水泵吸水地形高度，即從水泵吸水井設計水位的測壓管水面到泵軸的高差。 水泵壓水地形高度，即從水泵泵軸到水泵出水池設計水位的測壓管水面高差。二 、 離心泵特性曲線2. 1離心泵的

23、特性曲線 特性曲線：在一定轉(zhuǎn)速下（n=const），離心泵的揚程（H）、功率（N）、效率（）以及允許吸上真空高度（Hs）等隨流量（Q）的變化關系稱為特性曲線。它反映泵的基本性能的變化規(guī)律，可做為選泵和用泵的依據(jù)。各種型號離心泵的特性曲線不同，但都有共同的變化趨勢。2.2 特性曲線定性分析由離心泵的理論揚程公式：中，將代入可得：葉輪中通過的水量可用下式表示 （其中）也即式中 泵理論流量()。也即不考慮泵體內(nèi)容積損失(如漏泄量、回流量等)的泵流量；葉輪的出口面積()；葉輪出口處水流絕對速度的徑向分速()。 式中、均為常數(shù)。當泵轉(zhuǎn)速一定時，也為常數(shù)。故上式可以寫成 1、當葉片的<時，也即葉片是

24、后彎式時，有（1）將隨的增加而減小，如圖QTHT所示。該直線在縱坐標H軸上的截距為。（2）直線，考慮在葉槽中液流不均勻的影響，該直線與縱軸相交于。（3）曲線，考慮泵內(nèi)部的摩阻、沖擊水頭損失，從直線上減去相應流量下的水泵內(nèi)部水頭損失，可得實際揚程H和理論流量之間的關系曲線，也即曲線。（4）扣除容積損失泵工作過程中存在著泄漏和回流問題，也就是說泵的出水量總要比通過葉輪的流量小，即，此就是漏滲量，它是能量損失的一種，稱為容積損失。漏滲量值大小與揚程H有關。從曲線的橫坐標值中減去相應H值時的值，這樣，就可最后求得揚程隨流量而變化的離心泵特性曲線。 離心泵的理論特性曲線水力效率：泵體內(nèi)摩阻、沖擊損失必然

25、要消耗一部分功率，使水泵的總效率下降。容積效率：在水泵工作過程中存在著泄漏和回流問題，存在容積損失。機械效率：泵在運行中還存在軸承內(nèi)的摩擦損失、填料軸封裝置內(nèi)的摩擦損失以及葉輪蓋板旋轉(zhuǎn)時與水的摩擦損失(稱為圓盤損失)等，這些機械性的摩擦損失同樣消耗了一部分功率，使泵的總效率下降?？傂剩杭此玫目傂适?個局部效率的乘積。要提高泵的效率，必須盡量減小機械損失和容積損失，并力求改善泵殼內(nèi)過水部分的設計、制造和裝配，以減少水力損失。2、當葉片的>時，也即葉片是前彎式時， 有這是水泵的揚程將隨流量的增大而增大，并且，它的軸功率也將隨之增大。對于這樣的離心泵，如使用于城市給水管網(wǎng)中，將發(fā)現(xiàn)它對電

26、動機的工作是不利的。3、當葉片的時，也即葉片是徑向式時，有，水泵揚程為對應于Q的平直線。結(jié)論：目前離心泵的葉輪幾乎一律采用后彎式葉片(20°30°左右)。這種形式葉片的特點是隨揚程增大，水泵的流量減小，因此，其相應的流量Q與軸功率N關系曲線(Q-H曲線)，也將是一條比較平緩上升的曲線，這對電動機來講，可以穩(wěn)定在一個功率變化不大的范圍內(nèi)有效地工作。2.3 實測特性曲線 14SA-10型離心泵的特性曲線（1）揚程H是隨流量Q的增大而下降。（2）離心泵的效率曲線Q是一條過原點且有極大值的曲線。水泵的高效段：在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵存在一最高效率點，稱為設計點。該水泵經(jīng)濟工作點左右的一

27、定范圍內(nèi)(一般不低于最高效率點的10左右)都是屬于效率較高的區(qū)段，在水泵樣本中，用兩條波形線標出（3）在QN曲線上各點的縱坐標，表示水泵在各不同流量Q時的軸功率值。電機配套功率的選擇應比水泵軸率稍大。離心泵的功率QN的特點是，在出水量為零時軸功率并不為零，且所需的軸功率隨著出水量的增加而增大。在壓水管路上的閥門全閉（即Q=0）時，水泵的軸功率為而定功率的3040%，而揚程又最大，在此狀態(tài)下啟動水泵完全符合電動機輕載啟動的要求，因此，離心泵通常采用“閉閘啟動”。即水泵啟動前，壓水管上的閘閥是全閉的，待電動機運轉(zhuǎn)正常后，再打開閘閥，使水泵正常運行。(4) 允許吸上真空高度曲線QHs，表示水泵在不同

28、流量下所允許的最大真空高度值。水泵的實際吸水真空值必須小于QHs曲線上的相應值，否則，水泵將會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。 （5）水泵所輸送液體的粘度越大，泵體內(nèi)部的能量損失愈大，水泵的揚程(H)和流量(Q)都要減小，效率要下降，而軸功率卻增大，也即水泵特性曲線將發(fā)生改變。（6）效率最高時對應參數(shù)為水泵在設計工況下的對應值，即為水泵銘牌上所列出的各數(shù)據(jù)（額定值）。三 離心泵定速運行工況 3.1 管道系統(tǒng)曲線水流經(jīng)過管道時，一定存在管道水頭損失。其值為： 式中 管道中摩阻損失之和； 管道中局部損失之和。 對于管道系統(tǒng)布置已經(jīng)定局后則管道長度()、管徑()、比阻()以及局部阻力系數(shù)()等都為已知數(shù)。具體計算時可

29、查問給水排水設計手冊中“管渠水力計算表”。 采用水力坡降()公式時：對于鋼管 式中由鋼管壁厚不等于10引入的修正系數(shù)。 對于鑄鐵管： 采用比阻()公式時：對于鋼管： 式中由管中平均流速小于1.2ms引入的修正系數(shù)。 由鋼管壁厚不等于10引入的修正系數(shù)。對于鑄鐵管： 因此，采用比阻公式表示時式(2-51)可寫為： 上式中為修正系數(shù)，對于鋼管，對于鑄鐵管。括號內(nèi)的數(shù)值，對于一定的管道是個常量。為計算方便計，常用表示：即 式中 代表長度、直徑已定的管道的沿程摩阻與局部阻力之和的系數(shù)。上式曲線即為管道水頭損失特性曲線，此線為一條二次拋物線。曲線的曲率取決于管道的直徑、長度、管壁粗糙度以及局部阻力附件的

30、布置情況。 在泵站計算中，為了確定泵裝置的工況點，我們將利用此曲線，并且將它與泵站工作的外界條件(如泵的靜揚程等)聯(lián)系起來考慮，按式： 可畫出泵裝置的管道系統(tǒng)特性曲線。該曲線上任意點的一段縱坐標()，表示泵輸送流量為將水提升高度為時，管道中每單位重量液體所需消耗的能量值。換句話說，管道系統(tǒng)中，通過的流量不同時，每單位重量液體在整個管道中所消耗的能量也不同。泵裝置的靜揚程，在實際工程中，可以是吸水井至高地水池水面間的垂直 管道水頭損失特性曲線 管道系統(tǒng)特性曲線幾何高差，也可能是吸水井與壓力密閉水箱之間的表壓差。因此，管道水頭損失特性曲線，只表示在泵裝置管道系統(tǒng)中，當時，管道中水頭損失與流量之間的

31、關系曲線，此情況為管道系統(tǒng)特性曲線的一個特例。3.2 水箱出流工況點假設兩個水箱中水位高差為，如果水箱比較大，忽略水箱內(nèi)的行近流速。那么，當管道的管徑、長度及布置已定時，即可由畫出管道水頭損失特性曲線（曲線）。然后，沿水箱的水面畫一水平線與曲線相交于點。此點的縱坐標值，既表示水箱能夠供給液體的比能，也表示當管道中通過流量為時，消耗于摩阻上的液體比能值 (也即)。從能量供與求的關系上看，點是矛盾統(tǒng)一的一個點。在水箱水位不變時，管道中將有穩(wěn)定的流量出流，點稱為該水箱出流的工況點。顯然，如果水箱水位不斷地下降，則工況點將沿此曲線向左下方移動。同樣，我們也可以換一種形式來求此水箱出流的工況點：沿水箱水

32、面畫一水平線I，其縱坐標值皆為，又沿坐標軸下面畫出該管道的水頭損失特性曲線，然后，由水平線I上減去相應流量下的水頭損失，得到曲線，此曲線與坐標軸相交于點。則點表示此水箱所能提供的總比能全部消耗掉的情況,也表示水箱能夠供給的總比能與管道所消耗的總比能相等的那個平衡點。因此，點即為該水箱出流的工況點。其流量值。水箱出流工況圖示上述求水箱出流工況點的兩種方式，實質(zhì)上是一樣的。前一種比較直觀，后一種，在水箱的水位線I上扣除了管道的水頭損失，這個方法實際上是一種折引的方法，即將高水箱的工作能量扣除了管道的水頭損失后，把它折引到低水箱的位置上來了（折引曲線法）。3.3 離心泵定速運行工況水泵在運行過程中，

33、實際的出水量Q、揚程H等數(shù)值或其在水泵特性曲線上的對應位置，稱為該水泵裝置的工況點（工作點），水泵的工況點是穩(wěn)定運行時的點，是水泵提供能量與管道系統(tǒng)所需能量平衡的點。3.3.1 圖解法求離心泵裝置的工況點1、直接法畫出離心泵樣本中提供的該曲線，再按公式，在沿的高度上，畫出管道損失特性曲線，兩條曲線相交于點。此點表示將水輸送至高度為時，泵供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個點，稱它為該泵裝置的平衡工況點。只要外界條件不發(fā)生變化，泵裝置將穩(wěn)定地在這點工作，其出水量為，揚程為。假設工況點不在點，而在點，當流量為時，泵能夠供給水的總比能將大于管道所要求的總比能，也即供給需要，能量富裕了值，此富

34、裕的能量將以動能的形式，使管道中水流加速，流量加大，由此，使泵的工況點將自動向流量增大的一側(cè)移動，直到移至點為止。反之，假設泵裝置的工況點不在點，而在點，那么，泵供給的總比能將小于管道所要求的總比能，也即供給需要，管道中水流能量不足，管流減緩，泵裝置的工況點將向流量減小的一側(cè)移動直到退至點才達到平衡。所以，點就是該泵裝置的工況點。如果，泵裝置在點工作時，管道上的所有閘閥是全開著的，那么，點就稱為該裝置的極限工況點。也就是說，在這個裝置中，要保證泵的靜揚程為時，管道中通過的最大流量為，在工程中，我們總是希望，泵裝置的工況點，能夠經(jīng)常落在該泵的設計參數(shù)值上，這樣，泵的工作效率折引特性曲線法求水泵裝

35、置工況點最高，泵站工作最經(jīng)濟。 直接法求離心泵裝置的工況2、折引曲線法先在沿坐標軸的下面畫出該管道損失特性曲線，再在泵的特性曲線上減去相應流量下的水頭損失，得到曲線。此曲線稱為折引特性曲線。此曲線上各點的縱坐標值，表示泵在扣除了管道中相應流量時的水頭損失以后，尚剩的能量。這能量僅用來改變被抽升水的位能，即它把水提升到的高度上去。因此，沿水塔水位作一水平線，與曲線相交于點，此點的縱坐標代表了該裝置的靜揚程，由點向上作垂線引伸與曲線相交于點，則點的縱坐標值，即為該泵的工作揚程。它就是管道需要的總比能與泵供給的總比能正好相等的一點，點稱為該離心泵裝置的工況點，其相應的流量為。3.3.2 數(shù)解法求解水

36、泵裝置工況點離心泵裝置工況點數(shù)解法依據(jù)是利用水泵及管道特性曲線方程式聯(lián)立解出Q和H值。 現(xiàn)假設水泵廠樣本中所提供曲線上的高效段，可用下列方程的形式來表示，即 式中 H泵的實際揚程； 泵在Q=0時所產(chǎn)生的虛總揚程； 相應于流量為Q時，泵體內(nèi)的虛水頭損失之和。； 泵體內(nèi)虛阻耗系數(shù)； m指數(shù)。對給水管道一般m2或m1.85。 離心泵虛揚程現(xiàn)采用m2，則得： 將泵的高效段視為曲線的一個組成部分，并延長與縱軸相交得值。然后，在高效段內(nèi)任意選取兩點的坐標，此兩點一定能滿足此方程式，即：對于一臺泵而言： 因、均為已知值，故可以求出值。 水泵的特性曲線方程式，就可以寫出為： 當離心泵工作時，利用水泵特性曲線與

37、管道系統(tǒng)特性曲線聯(lián)解方程：式中、及均為已知值，當一定時，即可求出泵相應工況點的流量和揚程。3.4 離心泵裝置工況點的改變離心泵裝置的工況點，是建立在水泵和管道系統(tǒng)能量平衡的基礎上，因此，只要水泵特性曲線或者管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生改變，水泵裝置的工況點就會發(fā)生改變。管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生改變主要有兩種情況：一是戲水池水位或水池出水位變化引起的靜揚程的變化，導致管道特性曲線改變，圖示為靜揚程便哈udaozhi離心泵工況點改變的示意圖，向水塔供水的水泵，其靜揚程隨著水塔水位的升高或吸水池水位的降低而增加，管道系統(tǒng)特性曲線由Qh，變?yōu)椋≦h）。相應的工況向左移動，由A點移至B點，出水量由QA減小到QB。二

38、是出水閘閥開啟度變化而引起的管道系統(tǒng)特性曲線的變化，即所謂的節(jié)流調(diào)節(jié)，如圖所示，關小出水閥門時，管道系統(tǒng)特性曲線的曲率增大，管道系統(tǒng)特性曲線由Qh，變?yōu)椋≦h）。相應的工況向左移動，由A點移至B點，出水量由QA減小到QB。節(jié)流調(diào)節(jié)方便易行，但是，從水泵運行的角度出發(fā)，節(jié)流調(diào)節(jié)是消耗BB之間多余的能量來維持一定的水量，若泵站長期需要維持在流量QB，則節(jié)流調(diào)節(jié)不滿足經(jīng)濟性要求。因此，在泵站的設計和運行中，一般情況下，不宜采用閘閥來調(diào)節(jié)流量。 閘閥節(jié)流調(diào)節(jié) 離心泵工況隨水位變化3.5 離心泵裝置的調(diào)速運行工況3.5.1 葉輪相似定律泵葉輪的相似定律是基于幾何相似和運動相似的基礎上的。凡是兩臺泵能滿足

39、幾何相似和運動相似的條件，稱為工況相似泵。幾何相似：兩個葉輪主要過流部分一切相對應的尺寸成一定比例，所有的對應角相等。式中 分別為實際泵與模型泵葉輪的出口寬度； 分別為實際泵與模型泵葉輪的外徑； 任一線性尺寸的比例或稱模型縮小的比例尺。例如比模型泵大一倍的實際泵2。運動相似：兩葉輪對應點上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。也即在相應點上水流的速度三角形相似。在幾何相似的前題下，運動相似就是工況相似。葉輪相似定律有三個方面：1、第一相似定律確定兩臺在相似工況下運行泵的流量之間的關系。由 式中 考慮葉片厚度而引起的出口截面減少的排擠系數(shù)。對于兩臺滿足相似條件的泵而言，可得： 上式表示兩臺相似泵

40、的流量與轉(zhuǎn)速及容積效率的乘積成正比，與線性比例尺的三次方成正比。2、第二相似定律確定兩臺在相似工況下運行泵的揚程之間的關系。由泵揚程也即 。現(xiàn)假定表示反旋現(xiàn)象的修正系數(shù)值相等。則： 因為，在相似工況下運行，故得： 上式表示兩臺相似泵的揚程與轉(zhuǎn)速及線性比例尺的二次方及與水力效率的一次方成正比。3、第三相似定律確定兩臺在相似工況下運行泵的軸功率之間的關系。由 故 上式中為實際泵的機械效率，為模型泵的機械效率。抽升液體的密度相等時，上式表示了兩臺相似泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方，線性比例尺的五次方成正比，與機械效率成反比。實用中，如實際泵與模型泵的尺寸相差不太大，且工況相似時，可近似地認為三種局部效率都

41、不隨尺寸而變，則相似定律可寫為： 3.5.2 相似定律的特例比例律把相似定律應用于以不同轉(zhuǎn)速運行的同一臺葉片泵，則可得到比例律：， ， 3.6 離心泵裝置的調(diào)速運行工況比例律的應用比例律在泵站設計與運行中的應用，最常遇到的情形有兩種：（1）已知水泵轉(zhuǎn)速為nl時的(QH)l曲線，但所需的工況點，并不在該特性曲線上，而在坐標點A2(Q2，H2)處。現(xiàn)問；如果需要水泵在A2點工作，其轉(zhuǎn)速n2應是多少?（2）已知水泵nl時的(QH)l曲線，試用比例律翻畫轉(zhuǎn)速為n2時的(QH)2 曲線。3.6.1 圖解法求離心泵調(diào)速運行工況對于第一類問題，求“相似工況拋物線”。 比例律的應用采用圖解法求轉(zhuǎn)速值時，必須在

42、轉(zhuǎn)速的曲線上，找出與點工況相似的點，其坐標為。下面采用“相似工況拋物線”方法來求點。根據(jù)比例律，消去其轉(zhuǎn)速后可得： 即： 由此得： 由上式可看出，凡是符合比例律關系的工況點，均分布在一條以坐標原點為頂點的二次拋物線上。此拋物線稱為相似工況拋物線(也稱等效率曲線)。利用將點的坐標值求出值，再按上式，寫出與點工況相似的普通式。則此方程式即代表一條與點工況相似的拋物線(為常數(shù))。它和轉(zhuǎn)速為的曲線相交于點，此點就是所要求的與點工況相似的點。把點和點的坐標值和代入比例律，可得： 對于第二類問題，在(QH)l線上任取a、b、c、d、e、f點；利用比例律求(QH)2上的a、b、c、d、e、f作(QH)2曲線

43、。同理可求(QN)2曲線。求(Q)2曲線。在利用比例律時，認為相似工況下對應點的效率是相等的，將已知圖中a、b、b、d、e、f等點的效率點平移即可。 轉(zhuǎn)速改變時特性曲線變化3.6.2 數(shù)解法求離心泵調(diào)速運行工況對于第一類問題依據(jù) 上式中值已如前述。因此，由比例律可求出值： 對于第二類問題 （推導略）3.6.3相似準數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)（）按照水泵的相似原理，葉片泵可被分為若干相似泵群，在每一個泵群中，都可以用一臺模型泵作代表，來反映該群相似泵的共同特性和葉輪構(gòu)造。模型泵的特點是：在最高效率下，當有效功率Nu=735.5W時，揚程Hm=1m，流量Qm=0.075m3/s。這時，該模型泵的轉(zhuǎn)速，就叫做與它相似

44、的各實際泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。式中 n水泵的額定轉(zhuǎn)速（r/min） Q水泵效率最高時的單吸流量（m3/s） H水泵效率最高時的單級揚程（m）在應用上式時應注意以下幾點：（1）和是指泵最高效率時的流量和揚程，也即泵的設計工況點。（2）比轉(zhuǎn)數(shù)是根據(jù)所抽升液體的密度時得出的，也即根據(jù)抽升20左右的清水時得出的。 （3） 和是指單吸、單級泵的流量和揚程。如果是雙吸式泵，則公式中的值，應該采用泵設計流量的一半（也即采用）。若是多級泵，應采用每級葉輪的揚程（如為三級泵，則揚程用該泵總揚程的代入）。（4）對于任一臺泵而言，比轉(zhuǎn)數(shù)不是無因次數(shù)，它的單位是“rmin”。比轉(zhuǎn)數(shù)的討論與應用（1）比轉(zhuǎn)數(shù)中包含了實際原型泵的幾

45、個主要性能參數(shù)Q、H、n值。因此，它是反映實際泵的主要性能的。當轉(zhuǎn)速n一定時，越大，表示這種泵的流量越大，揚程越低，一般低揚程的農(nóng)用泵都是高比轉(zhuǎn)數(shù)的。反之，比轉(zhuǎn)數(shù)越小，表示這種泵的流量小，揚程高，一般高壓鍋爐給水泵，多數(shù)是低比轉(zhuǎn)數(shù)的。 （2） 葉片泵葉輪的形狀、尺寸、性能和效率都隨比轉(zhuǎn)數(shù)而變的。因此，使用比轉(zhuǎn)數(shù)，可對葉片泵進行分類。低比轉(zhuǎn)數(shù)：揚程高、流量小。在構(gòu)造上可用增大葉輪的外徑()和減小內(nèi)徑()與葉槽寬度()的方法來得到高揚程、小流量。其可以大到2.5，可以小到0.03。結(jié)果使葉輪變?yōu)橥鈴胶艽?，外型扁平，葉輪流槽狹長(呈瘦長型)，出水方向呈徑向。 葉片泵葉輪按比轉(zhuǎn)數(shù)分類 高比轉(zhuǎn)數(shù)：揚程低

46、、流量大。要產(chǎn)生大流量，葉輪進口直徑及出口寬度就要加大，但又因揚程要低，則葉輪的外徑就要縮小，于是，比值就小，就大。這樣的結(jié)果，葉輪外型就變成外徑小而寬度大，葉槽由狹長而變?yōu)榇侄?呈矮胖型)，水流方向由徑向漸變?yōu)檩S向。當時，離心泵就演變成了軸流泵，其出水方向是沿泵軸方向。介于離心泵和軸流泵之間的是混流泵，其比轉(zhuǎn)數(shù)=300500左右?；炝鞅玫奶攸c是流量大于同尺寸的離心泵而小于軸流泵，揚程大于軸流泵而小于離心泵。 不同葉片泵的相對曲線 不同ns葉片泵的相對曲線 3比轉(zhuǎn)數(shù)不同，反映了泵特性曲線的形狀也不同。我們將各種不同的特性曲線用相對值為坐標繪出如圖2-50、圖2-51及圖2-52所示。圖中以設計

47、工況的工作參數(shù)：、作為100，按下式算出不同的葉片泵，在非設計工況下的性能參數(shù)、及的相對值、及值為： 越小，曲線就越平坦，時的值就越小。因而，低的泵，采用閉閘起動時，電動機屬于輕載起動，起動電流減小，另外，越小，效率曲線在最高效率點兩則下降得也越和緩。反之，越大，曲線越陡降，時的值越大，效率曲線高效點的左右部分下降得越急劇。對于這種泵，最好用于穩(wěn)定的工況下工作，不宜在水位變幅很大的場合下工作。相對性能曲線還具有實用意義，如果在實際工作中遇到一臺沒有特性曲線資料的泵，而且也無法進行性能試驗時，那就可按照泵銘牌上的、值，算出該泵的值。再從圖上找出相對性能曲線。然后，按下式即可點繪出該泵的，及曲線。

48、， ， 四 離心泵并串聯(lián)運行工況多臺泵聯(lián)合運行，通過連絡管共同向管網(wǎng)或高地水池輸水的情況，稱為并聯(lián)工作。泵并聯(lián)工作的特點：(1)可以增加供水量，輸水干管中的流量等于各臺并聯(lián)泵出水量之總和；(2)可以通過開停泵的臺數(shù)來調(diào)節(jié)泵站的流量和揚程，以達到節(jié)能和安全供水的目的。 (3)當并聯(lián)工作的泵中有一臺損壞時，其它幾臺泵仍可繼續(xù)供水，因此，泵并聯(lián)輸水提高了泵站運行調(diào)度的靈活性和供水的可靠性，是泵站中最常見的一種運行方式。串聯(lián)工作就是將第一臺泵的壓水管，作為第二臺泵的吸水管，水由第一臺泵壓入第二臺泵，水以同一流量，依次流過各臺泵。在串聯(lián)工作中，水流獲得的能量，為各臺泵所供給能量之和。串聯(lián)工作的總揚程為：

49、，各泵串聯(lián)工作時，其總和性能曲線等于同一流量下?lián)P程的疊加。如果需要泵串聯(lián)運行，要注意參加串聯(lián)工作的各臺泵的設計流量應是接近的。否則，就不能保證兩臺泵都在較高效率下運行，嚴重時，可使小泵過載或者反而不如大泵單獨運行。因為，在泵串聯(lián)條件下，通過大泵的流量也必須通過小泵，這樣，小泵就可能在很大的流量下“強迫”工作，軸功率增大，電動機可能過載。另外，兩臺泵串聯(lián)時，應考慮到后一臺泵泵體的強度問題。4.1 并聯(lián)工作的圖解法4.1.1同型號、同水位的兩臺泵的并聯(lián)工作（等揚程下流量疊加法）在繪制泵并聯(lián)性能曲線時，先把并聯(lián)的各臺泵的曲線繪在同一坐標圖上，然后把對應于同一值的各個流量加起來。 同型號、同水位，對成

50、布置的兩臺水泵并聯(lián)步驟：(1)繪制兩臺水泵并聯(lián)后的總和(Q-H)l+2曲線(2)繪制管道系統(tǒng)特性曲線，求并聯(lián)工況點M。(3)求每臺泵的工況點N。結(jié)論：(1)NN1,2，因此，在選配電動機時，要根據(jù)單條單獨工作的功率來配套。(2)QQ1,2，2QQ1+2，即兩臺泵并聯(lián)工作時，其流量不能比單泵工作時成倍增加。4.1.2 同型號、同水位的兩臺泵的并聯(lián)工作（折引后的流量疊加法） 不同型號，相同水位下兩臺泵并聯(lián) 步驟：(1)繪制兩臺水泵折引至B點的(Q-H)、(Q-H) 曲線；(2)繪制兩臺水泵折引至B點的(Q-H) 曲線；(3)繪制BD段管道系統(tǒng)特性曲線,求并聯(lián)工況點E；(4)求每臺泵的工況點。結(jié)論：

51、并聯(lián)機組的總軸功率及總效率分別為： 4.2 并聯(lián)工作的數(shù)解法4.2.1 定速運行并聯(lián)數(shù)解式n臺同型號泵并聯(lián)工作時，其總和曲線上各點的流量（為已知揚程時一臺泵的流量）。此時，并聯(lián)工作泵的總虛揚程()等于每臺泵的虛揚程（）。n臺水泵并聯(lián)時，泵的揚程為： 并聯(lián)時泵的總虛阻耗與單泵虛阻耗的關系：4.2.2 調(diào)速運行下并聯(lián)工作的數(shù)解法（以取水泵站為例）設某水廠的取水泵站有兩臺不同型號的離心泵并聯(lián)工作(如圖所示)。其中1泵為定速泵，其曲線高效段的方程為。2泵為可調(diào)速泵，當轉(zhuǎn)速為時，其曲線高效段的方程為。圖中、分別為1泵、2泵吸水井水位標高()，為水廠混合井水面標高()，為管道阻耗系數(shù)(1，2，3)，其單位為：，水廠要求取水泵站供水量為。計算步驟： 調(diào)速取水泵