泵与泵站复习资料

泵 与 泵 站

1、泵是把原动机的机械能或其他外加的能量，转换成流经其部的液体的动能和势能的流体输送机械。

2、按工作原理泵一般可以分为：叶片泵（如离心泵、轴流泵和混流泵）、容积泵（如往复式活塞泵、转子泵），其他类型泵（射流泵、气升泵、水锤泵）三类。

3、离心泵的主要部件包括叶轮、泵轴、泵壳、减漏环、轴承和填料函等。

4、叶轮通常可分为：闭式、半开式和开式三种类型。

5、轴流泵的主要零部件有：喇叭口、叶轮、导叶体、泵轴、轴承、填料函等。

6、水泵的流量是指单位时间流出泵出口断面的液体体积或质量，分别称为体积流量Q 和质量流量m Q 。

7、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力增值，即水泵实际传给单位重量液体的总能量。其单位为(/)m N n N m ?=。

8、功率是指水泵在单位时间对流体所做功的大小，单位是W 或kW 。水泵的功率包含轴功率、有效功率、动力机配套功率、水功率和泵损失功率等五种。

9、液体在叶轮的运动属于复合运动。

10、进口绝对流动角190α=。

11、欧拉基本方程式的推导

叶轮构造和液体在叶轮的运动做如下3点假定：

①假定叶轮中的叶片数为无限多，叶片的厚度为无限薄。

②假定通过叶轮的液体为理想液体。

③假定液体在叶轮的运动状态是稳定均匀流动。

12、叶片泵基本方程式，或称为基本能力方程式：

2211

u u T v u v u H g ∞∞∞?-?=

式中 T H ∞——理论扬程

1u v ∞、2u v ∞——分别为叶轮进、出口的圆周分速

u 1、u 2——叶轮进出口圆周速度

13、动量矩定理：稳定流动中，流体质量对某点的动量矩随时间的变化率等于作用在该流体质量上的所有外力对同一点的力矩之和。

14、离心式叶轮叶片形状有：后弯式叶轮、径向式叶轮、前弯式叶轮三种。

对三种不同叶片型式叶轮的特点归纳如下：

前弯式叶轮的特点是在D 2、n 相同的情况下，产生的理论扬程H T ∞最大，或者说产生相同扬程时可以有较小的叶轮外径或转速，但泵的流动损失较大，泵的效率较低。这是因为：①在D 2、n 、Q T 都相同的情况下，前弯式叶轮出口的绝对速度v 2最大，因此，流体流过叶轮及蜗壳时的能量损失也最大；②由于其反作用度τ＜1/2，叶轮传递给液流的总能量中，动能所占比例大于压能，而流体的输送主要是靠压能来克服流动过程中的阻力损失，为此需要将液流的部分动能在蜗壳中转换为压能，这种转换将造成很大的能量损失；③流道较短，过流断面的扩散较急剧，叶轮的流动损失较大；④流道称曲折状，

即流道有两个方向不同的弯曲，造成较大的流动损失，流道所以有曲折，是因为进口附近的叶片必需后弯，以避免进口处产生漩涡。

径向式叶轮在D2、n相同的情况下，产生的理论扬程H T∞居中，反作用度τ=1/2，叶槽过流断面的扩散较前弯式叶轮缓和，泵的流动损失也较前弯式叶轮的小。

后弯式叶轮在D2、n相同的情况下，产生的理论扬程H T∞最小，，但由于叶轮的流道较长，流道截面的变化较缓和，所以叶轮的流动损失也较小。此外，由于产生的总扬程中压能所占比例大于动能（即τ＞1/2），故叶轮出口的绝对流速较低，使得液体在泵流动的能力损失也较小。因此，后弯式叶轮具有较高的效率。

通过以上定性的比较分析可以得到如下结果：

⑴在相同的条件下，前弯式叶轮的能力损失大于后弯式叶片的能力损失。

⑵前弯式叶片所需要的轴功率随着流量增大而增大，容易导致动力机负荷不足或严重超载等现象，而后弯式叶片则反之。

⑶后弯式叶片叶轮传给液体的总能量中势能所占的比例大于动能，泵的流动损失较小，因此相应的效率要比前弯式叶片的叶轮要高。

综上所述，后弯式叶片的优点显而易见，所以，通常离心泵

=15°～45°,常用角叶轮均采用后弯式叶片，叶片出口安放角β

b2

度多在β

=15°～30°的围，相应的反作用度τ=0.70～0.75（即b2

叶轮产生的势能扬程占总扬程的70%～75%）。美国学者

A·J·Stepanoff在某种条件下推得的叶片出口最佳安放角为β

．．．．．．．．．．．

b2．．=22.5．．．．．

°。 15、应用叶片泵的相似理论可以解决以下三个方面的问题：

①借助模型试验设计新泵；

②运行相似泵之间的性能转算；

③确定一台泵在某些参数（转速n 、叶轮直径D 以及液体密度ρ等）改变时，水泵性能的变化。

16、两台水泵部的流动相似，必需满足几何相似，运动相似和动力相似三个条件。

17、相似率

第一相似率——流量相似率

322v m M M vM Q n D Q n D ηη??= ???

上式即为流量相似率的表达式，它指出两台几何相似的水泵，在运动相似的条件下，其流量与泵叶轮出口直径D （一般采用叶轮出口直径D 2）的三次方成正比，与转速n 和容积效率ηv 的一次方成正比。

第二相似率——扬程相似率

222222h

m hM M M H D n H D n ηη=?

上式即为扬程相似率的表达式，它指出两台几何相似的水泵，在运动相似的条件下，其扬程与泵叶轮出口直径D 2和转速n 的平方成正比，与水力效率ηh 的一次方成正比。

第三相似率——功率相似率

523523mM m M m M M D n P P D n ηρρη=??

上式即为功率相似率的表达式，它指出两台几何相似的水泵，在运动相

似的条件下，其功率与泵叶轮出口直径D 2的五次方、转速n 的三次方及液体密度的一次方成正比，与机械效率ηm 的一次方成反比。

18、相似率的特例

仅水泵转速改变时的相似率——比例率

当两台几何尺寸相同的水泵在不同转速下输送相同的液体时

1122Q n Q n = 211222H n H n = 311322P n P n =

比例率公式表明：当叶片泵的转速变化时，它的流量与转速的一次方、扬程与转速的二次方、功率与转速的三次方成正比。

19、水泵的动力比转数n

s

s n H =

n s 的物理意义可以这样来理解：将水泵的叶轮按比例缩放成某一标准叶轮，使其在输送常温清水时产生的扬程H s =1m 、有效功率P es =1PS=0.7355kW （相应的流量Q =0.75m 3/s ）。该标准叶轮称为动力比叶轮，动力比叶轮的转速n s 即为水泵的动力比转数。

20、比转数的应用

比转数是叶片泵分类的基础．．．．．．．．．．．．

，利用比转数n s 可以对水泵进行分类和根据比转数的大小决定叶片泵的泵型。

从比转数表达式可以看出，比转数n s 的大小与泵的转速、扬程及流量有关。在一定的转速下，扬程H 越大，流量Q 越小，水泵的比转数n s 就越低，即高扬程小流量的离心泵，其比转数较低；而低扬程大流量的轴流泵，其比转数就较高。

随着比转数n s 从小到大的变化，泵型也就从离心泵过度至混流泵，最终变为轴流泵。

21、理论性能曲线Page73

22、流量与效率关系曲线（Q ～η曲线）

有了流量与扬程、流量与轴功率关系曲线后，可查出同一流量Q 下相应的扬程H 和轴功率P ，然后按下列公式计算泵的效率：

gQh

P ρη=

由该公式可知，水泵的效率曲线有两个零点：当Q =0时，H ≠0时，η=0；H=0，Q ≠0时，η=0。

23、叶片泵性能曲线随比转数n s 的变化规律：

随着比转数n s 的增大，Q ～H 曲线逐渐变陡；Q ～P 曲线由随流量增加轴功率变大的上升曲线变为比较平坦，继而变为轴功率随流量的增加而减小的下降曲线。

24、水泵的气蚀现象

水泵在运行期间，若由于某种原因使泵局部压力降低到水的气化压力时，水就会产生气化而形成的液流。从水中离析出来的大量气泡随着水流向前运动，到达高压区时收到周围液体的挤压而溃灭，气泡的气体又重新凝结成水，同时产生很高的水锤压力，使材料的边壁遭受侵蚀和破坏。通常把这种现象，称为水泵的气蚀现象。

25、表征水泵的气蚀性能的参数有两种表达形式：吸上真空高度和气蚀余量，前者常用于离心泵和中、小型泵，后者常用于轴流泵和大型混流泵。

所谓水泵的吸上真空高度是指水泵进口s-s 断面上的真空度，其大小以换算到水泵基准面的米水柱数来表示，即:

a s s p p H g g

ρρ=- 式中：

a p 为标准大气压，101.3a p kPa =；s p 为泵进口s-s 断面的绝对压力，a p ；ρ为20℃时水的密度，ρ=9806kg/m 3。

吸上真空高度

22a s a e s s g w p p p p v H H h g g g g g

ρρρρ=-=-+++ 式中：g H 为进水池水面的位置高度，即水泵的安装高度，m ；e p 为进水池水面上的压力，a p ；s v 为水泵入口s-s 断面的平均流速，m/s; w h 为

吸水管路水力损失，m 。 26、产生气蚀的原因分析：

①水泵安装高度过高； ②水泵偏离设计工况运行；

③进水条件差； ④安装地点海拔高程较高；

⑤水泵过流部件材料抗气蚀能力差；

⑥泵本身抗气蚀能力较差。

27、气蚀的危害

①水泵性能恶化；②水泵过流部件发生破坏；③产生噪音和振动。

28、当吸水面上的压力不为标准大气压，且水温不是20℃时，要保证水泵不发生气蚀应满足：

[][]210.33'0.242e s v s g w s s p v p H H h H H g g g

ρρ=-+++≤=-+ 29、气蚀余量

气蚀余量是国际上通常采用的标准水泵气蚀性能参数，用NPSH 或△h 表示。气蚀余量是指在水泵进口断面，单位重量的液体具有的超过气化压头的剩余能量，其大小以换算到水泵基准面的米水柱数来表示。

通常用必需气蚀余量来描述水泵本身的气蚀性能；用有效气蚀余量，又称装置气蚀余量，来描述装置吸入条件对水泵气蚀的影响。必需气蚀余量用符号NPSH r 或△h r 表示，有效气蚀余量用符号NPSH a 或△h a 表示。

30、气蚀相似率

对转速变化的同一台水泵，则有

211222r r h n h n ?=?

该公式说明，同一台水泵的必需气蚀余量与转速的平方成正比，即当转速增加后，必需气蚀余量成平方的增加，而水泵的抗气蚀性能大大下降。

31、气蚀比转数

气蚀比转数的定义式：

4r C h =?