泵的性能参数.docx

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1、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。为了深化讨论 叶片泵的性能，必需首先把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（VoIUnlC capacity） 和质量流量（mass capacity） o体积流量用符号。表示，质量流量用g表示。体积流量常用

2、的单位 为升每秒（Ls）、立方米每秒（m3s）或立方米每小时（m3h）；质量流量常用的单位为千克每秒（kgs） 或吨每小时（th）。依据定义，体积流量与质量流量有如下的关系：Oi=Pft式中的P为被输送液 体的密度（kgm3） o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，在叶轮理论的讨论中还会遇到水泵理论流量07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

3、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：仃=0 + q。2、扬程（head）扬程，用符号，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 （NmN = 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1.48中所示，以泵的基准面（datum level of pump）（通过由叶轮叶片

4、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L 49所示）为基准，分别列出水泵进口断面1-1和 出口断面2. 2处的单位总能量：水泵进口断面1-1处的单位总能图1.49水泵基准面示意图3）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2. 2处的单位总能量回1回则泵的扬程Ml （1.1）式中:0、22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.成一分别表示水泵进、出口断面的平均肯定压力（Nm2）；内

5、、吆一分别表示水泵进、出口断面的平均流速（ms）；。一被抽液体的密度（kgm3）；g一重力加速度（ms2） O由式（IT）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（龙一力）；单位 压能差巨I；单位动能差回：由于单位位能差与单位压能差之和回亦称作单位势能差，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，即回：由水力学可知，该单位势能差即为如图1. 48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，常采纳真空表和压力表来测量水泵进、出口断面的压力，如图1.50所示。回图1.50卧式泵扬程计算示意图图1.50 （a）所示的是水泵基准面高于吸水面的

6、状况，此时，水泵运行时其进口 1 1断面为负压，故 用真空表/测量该断面的压力，且由于测压连接管内布满空气，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 22断面的压力用压力表.物来测量。设真空表的读数为/（米水柱），压力表 的读数为材（米水柱），那么，1T、2. 2断面的肯定压头可用下列二式分别表示：回0上列式中：Pa大气压力，N/m2；Zm一一压力表中心至测点断面的垂直距离，mo将上列二式代入式LI后，水泵扬程的表达式可表达为：回上式可改写为H(1. 1a)式中bZ=Zl+Zm-4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，AZ 取正值，反之，当压力表位于

7、基准面下方时，AZ取负值。式(1.1a)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。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L 50(b)所示，水泵进口 IT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，、极(米水柱)， 类似上面的推导，可得：Ml (1. 1b)式中为进、出口压力表中心之间的垂直高差，当出口压力表的高于进口压力表M时，AZ取正值， 反之，AZ取负值。式(Llb)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

8、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(1.1a)和(Llb)为卧式叶片泵扬程的有用计算公式。(二)立式轴流泵(混流泵)的扬程对于如图L 51所示的立式轴流泵(或混流泵)，因泵的叶轮和进口部分一般沉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)安装压力表也取进水池液面为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1.51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)单位总能量印：泵出口断面单位总能量位:则由定义，泵的

9、扬程回式中回；当进水池水面流速PO很小可以忽视时，上式可简化为:国1(1.2)式中ZJ/-压力表中心至进水池水面的位置高差(In)；其余符号意义同前。式(1.2)即为计算立式轴流泵或混流泵扬程的有用公式。该式表明，立式轴流泵或混流泵的扬程等于 泵出口压力表中心至进水面的位置高差、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 requied head of pump)我们知道，水泵必需在与进水池、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

10、面与水泵进口 IT断面的能量方程：回式中：加、皮一一分别为水泵进、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，施取正值，反之，当水泵沉没 在进水面以下时，施取负值，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、rd分别为进、出水池水面的流速，一般可取rsgO、Pdg0, m/s；方sT、2. d分别为进、出水管路系统的水力损失，mo依据扬程的定义代 *n,则可得

11、水泵在该系统中运行的装置需要扬程联S (1.3)上式中：HJ出水池水面与进水池水面的位置高差，m；hl进、出水管路系统的水力损失之和，mo式(1.3)中的回称作装置静扬程(StatiCheaC1),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，则有回，即装置静扬程等于上下水位差。引入装置静扬程后, 式(L 3)可改写为:(1.3a)式(1.3a)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，需要供应的单位能量，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/(special energy)水泵的能量特性还可用比能来

12、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。明显，依据定义水泵比能与扬程之 间的关系为：Y=gHo3、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) 0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施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)有效功率(actual power, effect

13、ive 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:(3)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消失超负荷状况，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：(1.5)式中为动力机功率备用系数，可参考表1. 2中的值，并考虑水泵陈旧时的功率增加或意外的附加功 率损失等因素选择确定。表1.2动力机功率备用系数4水泵轴功率(kW)电动机1001. 151. 101. 10

14、1.051.05内燃机1.51.31.3L21. 15(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zj (1.6)式中：口 I水泵的机械损失功率；回一一理论流量，回I；-一理论扬程，水泵输送抱负流体时的抱负扬程，即不考虑泵内任何流淌损失的扬程。(5)泵内损失功率(IoSt power within pump) I 口 I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

15、(mechanical losses)、容积损失(VOIUmetriC losses)和水力损失(hydraulic losses)。I .机械损失功率回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 IoSSeS)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：zj (1.8)式中：回圆盘摩擦损失功率，kW；K-一一圆盘摩擦系数，由试验求得，

16、其大小与叶轮出口的流淌雷诺数、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=O. 88X10-6；Dl叶轮出口直径，m；R叶轮出口圆周速度，m/s；n叶轮转速，r/min；P一一被输送液体的密度，kgm30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。.容积损失功率回容积损失，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

17、段的沿程表面摩擦损失；由于液流沿程过流面积或者液流方向突然转变产生的局部水力损 失；由于其它缘由产生的漩涡所引起的损失等。这些损失都要消耗部分功率，该部分消耗在泵内流 淌过程中的功率统称为水力损失功率。显见，水力损失的大小与液体的种类及其在泵内的流淌形态和 泵内流道的结构型式、表面粗糙程度等因素有关。按其定义，水力损失的表达式可表示如下：IHl (1.10)式中叵1由于水力损失引起的损失扬程，即国14、效率(efficiency) I W水泵传递能量的有效程度称为效率。水泵的输入功率(即轴功率0 ,由于机械损失、水力损失和容积 损失，不行能全部传递给液体，液体经过水泵只能获得有效功率尸仇效率是

18、用来反映泵内损失功率的 大小及衡量轴功率0的有效采用程度的参数，即有效功率外与轴功率夕之比的百分数：从图L 52的水泵功率能量平衡图可得各项功率的含义和相互关系，并可用机械效率、容积效率巴 和水力效率H分别来衡量各种损失的大小。图1.52水泵功率能量平衡示意图机械效率L2衡量机械损失大小的参数，可用下式表示容积效率衡量容积损失大小的参数，可用下式表示Bl(1. 13)水力效率回：衡量泵内水力损失大小的参数，可用下式表示11(1. 14)在引入上述三个效率后，水泵的效率叵还可表达为:由式(Llla)可知，水泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率三个分效率的乘积。因此，要 提高水泵的效率就需要

19、在设计、制造及运行等方面尽可能削减机械、容积和水力损失。目前，离心泵 的效率大致在0. 452.9的范围内,轴流泵的效率范围约为0. 70. 9o5、转速(PUnlP speed) n转速是指水泵轴或叶轮每分钟旋转的次数。通常用符号表示，单位为转每分(rmin)。水泵的转速 与其它的性能参数有着亲密的关系，肯定的转速，产生肯定的流量、扬程，并对应肯定的轴功率，当 转速转变时，将引起其它性能参数发生相应的变化。水泵是按肯定转速设计的，因此配套的动力机除功率应满意水泵运行的工况要求外，在转速上也应与 水泵转速相全都。目前，我们国家常用的水泵转速为：中、小型离心泵一般在7302950rmin的范围；

20、中、小型轴流泵 一般在2501450rmin的范围，大型的轴流泵的转速则更低，在100250 r/min的范围。6、允许吸上真空高度布或必需汽蚀余量力r允许吸上真空高度(permitted suction vacuum lift)和必需汽蚀余量(net positive suction head required)是表征水泵在标准状态下的汽蚀性能(吸入性能)的参数。水泵工作时，常因装置设计或 运行不当，会消失水泵进口处压力过低，导致汽蚀发生，造成水泵性能下降甚至流淌间断、振动加剧 的现象。泵内消失汽蚀现象后，水泵便不能正常工作，汽蚀严峻时甚至不能工作。为了避开水泵汽蚀 的发生，就必需通过泵的汽

21、蚀性能参数来正确确定泵的几何安装高度和设计水泵装置系统。关于汽蚀 的概念和汽蚀性能参数的定义及其物理意义等的进一步说明，详见第3章。水泵的各共性能参数表征了水泵的性能，是了解运行特性的重要指标，它们通常可从水泵产品样本上 获得。此外，每台水泵的铭牌上，简明地标示有水泵性能参数及其它一些数据。但需要指出的是，铭 牌上标出的参数是指该水泵在额定转速(设计转速)下运行时的流量、扬程、轴功率、效率及允许吸 上真空高度或必需汽蚀余量等值。例如12sh-28型双吸离心泵的铭牌如下：离心式清水泵型号:12sh-28 转速:1450rmin扬程：12In轴功率:32 kW流量:220L/s效率:8设允许吸上真空高度：4. 5m重量:66OKg出厂日期XXXX年X月X XX水泵厂