泵的性能参数

1、泵的性能参数叶片泵性能是由其性能参数表示的。表征水泵性能的主要参数有六个：流量、扬程、 功率、效率、转速和允许吸上真空高度（或必需汽蚀余量）。这些参数之间互为关联，当其中某一 参数发生变化时，其它工作参数也会发生相应的变化，但变化的规律取决于水泵叶轮的结构型式和 特性。为了深入研究叶片泵的性能，必须首先掌握叶片泵性能参数的物理意义。1、流量（flowrate, capacity, discharge）水泵的流量是指单位时间内流出泵出口断面的液体体积或 质量，分别称为体积流量（volume capacity）和质量流量（mass capacity）。体积流量用符号Q 表示，质量流量用Qm表示。体积流量常用的单位为升每秒（L/s）、立方米每秒（m3/s）或立方米 每小时（m3/h）;质量流量常用的单位为千克每秒（kg/s）或吨每小时（t/h）。根据定义，体积流量 与质量流量有如下的关系：Qm =p Q,式中的p为被输送液体的密度（kg/m3）。由于各种应用场合对流量的需求不同，叶片泵设计流量的范围很宽，小的不足1升每秒，而大的 则达几十、甚至上百立方米每秒。除了上述的水泵流量以外，在叶轮理

2、论的研究中还会遇到水泵理论流量QT和泄漏流量q的概念。所谓理论流量（theoretical capacity）是指通过水泵叶轮的流量。泄漏流量（leakage capacity） 是指流出叶轮的理论流量中，有一部分经水泵转动部件与静止部件之间存在的间隙，如叶轮进口口 环与泵壳之间的间隙、填料函中泵轴与填料之间的间隙以及轴向力平衡装置中的平衡孔或平衡盘与 外壳之间的间隙等，流回叶轮进口和流出泵外的流量。由此可知，水泵流量、理论流量和泄漏流量之 间有如下的关系：QT = Q + q。2、扬程（head）扬程，用符号H表示，是指被输送的单位重量液体流经水泵后所获得的能量增值，即水泵实际传给 单位重量液体的总能量，其单位为m（ N m / N = m）。因此，由水泵扬程的定义，扬程也可表示为水泵进、出口断面的单位能量差。（一）卧式叶片泵的扬程如图中所示，以泵的基准面（datum level of pump）（通过由叶轮叶片进口边的外端所描绘的圆的 中心的水平面，各种类型叶片泵的基准面如图所示）为基准，分别列出水泵进口断面1-1和出口断面处的单位总能量：水泵进口断面1-1处的单位总能量：图 水泵

3、基准面示意图卧式单吸离心泵、混流泵；（b）立式单吸离心泵；（c）立式双吸离心泵（d）卧式轴流泵；（e）立式混流泵；（f）立式轴流泵；（g）斜式轴流泵 水泵出口断面处的单位总能量:则泵的扬程式中:Z1、Z2-分别为水泵进、出口断面中心到泵基准面的位置高差（m）,当断面中心位于泵基准面以上时，高差取正值，反之则取负值；pl、p2 分别表示水泵进、出口断面的平均绝对压力（N/m2）；v1、v2 分别表示水泵进、出口断面的平均流速（ m/s）;P被抽液体的密度（kg/m3 ）;g重力加速度（m/s2）。由式（1-1）可以看出，液体经过水泵所获得的能量由三部分组成：单位位能差（Z2Z1）；单位压能差；单位动能差。因为单位位能差与单位压能差之和亦称作单位势能差，所以通常也称扬程由单位势能差和单位动能差两大部分组成，即。由水力学可知，该单位势能差即为如图中所示的水泵进、出口断面的测压管水面之间的垂直 距离。 在水泵实际运行中，常采用真空表和压力表来测量水泵进、出口断面的压力，如图所示。图卧式泵扬程计算示意图图（a）所示的是水泵基准面高于吸水面的情况，此时，水泵运行时其进口 1-1断面为负压，故用真空

4、表V测量该断面的压力，且由于测压连接管内充满空气，故真空表的测量值可以近似看成 是该断面的平均压力；出口 2-2断面的压力用压力表M来测量。设真空表的读数为V （米水柱），压力表的读数为M （米水柱），那么，1-1、断面的绝对压头可用下列二式分别表 示：上列式中：pa大气压力，N/m2 ；Zm -压力表中心至测点断面的垂直距离，m。将上列二式代入式后，水泵扬程的表达式可表达为：上式可改写为式中 Z= Z2+Zm- Z1为压力表中心与水泵基准面之间的垂直高差，当压力表位于基准面 的上方 时， Z取正值，反之，当压力表位于基准面下方时，Z取负值。式（）表明，安装在进水面以上的卧式泵的扬程等于出口压力表中心与泵基准面之间的位置高差、 泵进口断面的真空压头、出口断面的压头及进、出口断面的动能差四项之和。b）所示，水泵进口 1-1当泵的基准面低于进水池水面，即水泵安装在吸水面以下时，如图（断面为正压，故需用压力表来来测量该断面的压力。设进、出口压力表的读数分别为M2 （米水柱），类似上面的推导，可得：M1、式中 Z为进、出口压力表中心之间的垂直高差，当出口压力表M2高于进口压力表M1时， Z取正

5、值，反之， Z取负值。式（）表明，安装在进水面以下的卧式泵的扬程等于进、出口压力表中心的位置高差、泵进、出 口断面的压头差及进、出口断面的动能差三项之和。式（）和（）为卧式叶片泵扬程H的实用计算公式。（二）立式轴流泵（混流泵）的扬程对于如图所示的立式轴流泵（或混流泵），因泵的叶轮和进口部分一般淹没在进水池水位以下，不 易测量进口断面处的压力。因此，通常将立式轴流泵的进口断面近似地取在进水池液面处，并在泵 出口 2-2断面（一般为出水弯管出口断面）安装压力表M。取进水池液面为0-0断面，并以该断面为基准面，列0-0断面、2-2断面的能量方程式：图立式轴流泵（混流泵）扬程计算示意图泵进口断面（即0-0断面）单位总能量E0：泵出口断面单位总能量E2：则由定义，泵的扬程H：式中，当进水池水面流速v 0很小可以忽略时，上式可简化为：式中ZM -压力表中心全进水池水面的位置高差（ m）;其余符号意义同前。式（）即为计算立式轴流泵或混流泵扬程的实用公式。该式表明，立式轴流泵或混流泵的扬程等于泵出口压力表中心全进水面的位置高差、出口断面压头及其平均动能三项之和。（三）水泵装置需要扬程（system r

6、equied head of pump）我们知道，水泵必须在与进水池、进、出水管路和出水池构成的装置系统中才能工作。下面我们分析一下水泵在如图150 （a）所示的装置中运行时的扬程。分别列泵的出口 2-2断面与出水池水面d-d断面、进水池水面S-S断面与水泵进口 1-1断面 的能量 方程：式中：E1、E2 -分别为水泵进、出口断面的单位总能量，m；Hg-水泵安装高度(setting height of pump)，又称水泵吸上扬程(suction lift),为进水池水 面与泵基准面0-0断面的垂直距离，当水泵安装在进水池水面上方时，Hg取正值，反之，当水泵淹 没在进水面以下时，Hg取负值，m ；Zd出水池水面与泵基准面 0-0断面的垂直距离，m ;ps、pd -分别为进、出水池水面上的压力，N/m2 ;vs、vd分别为进、出水池水面的流速，一般可取vs 0、vd 0, m/s ;hs-1、一一分别为进、出水管路系统的水力损失，m。按照扬程的定义H= E2-E1,则可得水泵在该系统中运行的装置需要扬程HR:上式中：Hj -出水池水面与进水池水面的位置高差，m ;hl -进、出水管路系统

7、的水力损失之和，m。式中的称作装置静扬程(static head)，即上下水位差与上下水面上的压头差之和。当进、出 水池水面 上的压力均为大气压力时，则有，即装置静扬程等于上下水位差。引入装置静扬程后，式可改写 为：式()表明，在装置中工作的水泵，为了把进水池中的水送到出水池，需要提供的单位能 量，即水泵的装置需要扬程为装置静扬程与进、出水管路系统的阻力损失之和。(四) 水泵比能 Y (special energy)水泵的能量特性还可用比能来表示，水泵比能Y是指单位质量液体流经水泵后所获得的能量增值，即 水泵实际传给通过水泵的单位质量液体的总能量，其单位为J/kg。显然，根据定义水泵比能与扬程之间的关系为：Y= gH。3、功率(power )功率是指水泵在单位时间内对液流所做功的大小，单位是瓦(W)或千瓦(kW)。水泵的功率包含轴功率、有效功率、动力机配套功率、水功率和泵内损失功率等四种。(1 )轴功率(shaft power， input power ) P轴功率是指动力机经过传动设备后传递给水泵主轴上的功率，亦即水泵的输入功率。通常水泵铭牌上所列的功率均指的是水泵轴功率。2)有效功

8、率(actual power， effective power) Pe有效功率是指单位时间内，流出水泵的液流获 得的能量，即水泵对被输送液流所做的实际有效功，即：动力机配套功率(matched power of motive power machine ) Pg动力机配套功率为与水泵配套的原动机的输出功率，考虑到水泵运行时可能出现超负荷情况，所以动力机的配套功率通常选择得比水泵轴功率大。动力机的配套功率一般可按下式进行计算：式中K为动力机功率备用系数，可参考表中的值，并考虑水泵陈I日时的功率增加或意外的 附加功率损失等因素选择确定。表动力机功率备用系数K水泵轴功率(kW ) 100电动机 内燃机 (4) 水功率(water power) Pw水功率是指水泵的轴功率在克服机械阻力后剩余的功率，也就是叶轮传递给通过其内的液体的功 率。即式中：水泵的机械损失功率；理论流量， ；理论扬程，水泵输送理想流体时的理想扬程，即不考虑泵内任何流动损失的扬程。(5) 泵内损失功率(lost power within pump )水泵的输入功率(即轴功率)，只有部分传给了被输送 的液体，这部分功率即是有效

9、功率，另一部分被用来克服水泵运行中泵内存在的各种损失，也就是 损失功率。泵内的功率损失可以分为三类，即机械损失(mechanical losses).容积损失(volumetric losses)和水力损失(hydraulic losses) oI 机械损失功率机械损失包括转子旋转所引起的水泵密封装置(口环、填料函)及轴承的机械摩擦损失和叶轮前后 盖板外表面与液体之间的摩擦损失(圆盘摩擦损失)两部分。水泵密封装置和轴承的摩擦损失与其结构型式有关，这两项损失之和大约只占轴功率的1 %3%,相对其它各项损失来说很小。圆盘摩擦损失(disk losses)是机械损失的主要部分，约为轴功率的2 %10%，其大小可用下式来计算：式中：一一圆盘摩擦损失功率，kW；K-圆盘摩擦系数，由试验求得，其大小与叶轮出口的流动雷诺数、被输送液体的种类、叶轮轮盘 外表面以及泵壳内表面的粗糙度等因素有关，一般可近似取K=x 10 6;D2叶轮出口直径，m ;u2 -叶轮出口圆周速度，m/s ;n叶轮转速，r/mi n ;P -被输送液体的密度，kg/m3。由上式可知，圆盘摩擦损失与叶轮转速的3次方成正比，与叶轮外径的5次方成正比。可见，圆 盘摩擦损失将随叶轮转速和外径的增大而急剧增加，从而使泵的效率大大降低。n.容积损失功率容积损失，又称泄漏损失(leakage losses),是由泄漏流量q引起的功率损失，即川水力损失功率当液体由水泵进口经过叶轮至水泵出口流出时，在泵内部沿程会产生各种水力损失，主要有经过泵内各过流段的沿

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