关于节水灌溉工程的水泵79内容丰富

关于节水灌溉工程中的

水泵

任晓力2014.07德州

在喷灌、微灌、管道输水灌溉中，通常是用水泵给灌溉系统加压的。水泵选择的是否合理，不仅影响到灌溉系统能否按设计的状况实现正常运行，而且还将影响到今后长期运行期间费用的高低。因此，在进行喷灌、微灌、管道输水灌溉工程的技术设计时，必须认真对待水泵的选型。

水泵是一种输送和提升水的机器，它可以把原动机的机械能转换为被输送水的动能或势能。因为它用途广泛，所以它既是一种水力机械，也是一种通用机械。在节水灌溉工程中常用的水泵都是叶片式泵，它是通过装有叶片的叶轮在泵壳内高速旋转来完成能量转换的。叶片泵的分类离心泵的性能参数离心泵的性能曲线离心泵正常运行工作点的确定离心泵工作点的调节离心泵选型使用应关注的几个问题叶片泵的分类

叶片泵按其工作原理可分为三大类：

离心泵—靠离心力提水，高扬程小流量。

水流在叶轮中是轴进径出。

混流泵—靠离心力和轴向升力提水，扬程和流量适中。

水流在叶轮中是轴进斜出。

轴流泵—靠轴向升力提水，低扬程大流量。

水流在叶轮中是轴进轴出。叶片泵的分类

在节水灌溉工程中常用的水泵都是

离心泵，常用的离心泵泵型有：

单级单吸离心泵单级双吸离心泵潜水电泵自吸泵单级单吸离心泵单级单吸离心泵机组双吸泵泵多级离离心泵泵潜水电电泵自吸泵泵离心泵泵的性性能参参数离心泵泵的性性能参参数离心泵泵的性性能参参数是是用来来表征征离心泵性性能的的一组组数据据，包包括：：流量、、扬程程、功功率、、效率、、转速速、允许吸吸上真真空高高度，，一共有有6个。流量Q–指单位位时间间内从从水泵泵出口口流出出水的的体积，单单位为为m3/h、m3/s。水泵铭铭牌上上的流量量称为为水泵泵的额定流流量。扬程H–指单位位重量量的水水从水水泵进进口到到出口口所增加的的能量量，单单位为为m。水泵铭铭牌上上的扬程称称为水水泵的的额定扬扬程。离心泵泵的性性能参参数水泵功功率分分为有效功功率、、轴功功率和和配套套功率，一般用用轴功率率和配配套功功率表示。。有效功功率P效–是指被被抽水水流实实际得得到的的功率率。P效=γQH/102(kw)式中：：γ–水的容容重，，kg/m3;Q–水泵流流量，，m3/s;H–水泵扬扬程，，m。离心泵泵的性性能参参数轴功率率P–是指水水泵所所需要要提供供的功功率。。它是由动动力机机通过过传动动装置置传递递给水泵叶叶轮轴轴上的的，又又称输输入功功率。。单位为为kw。水泵铭铭牌上上的轴功功率称为水水泵的的额定功功率。配套功功率P配–是指与与水泵泵配套套的动动力机机所应有的的功率率。P配=kP式中k–电动机机功率率备用用系数数。。离心泵泵的性性能参参数电动机机功率率备用用系数数但中小小型水水泵（（包括括潜水水电泵泵），，水泵泵铭牌牌上的额定定功率率指的的是配配套功功率。配套功功率P配＞轴功率率P＞有效功功率P效额定功率P＜11–22–55–1010–2525–6060–100备用系数k1.71.7–1.51.5–1.31.3–1.251.25–

1.151.15–1.11.1–

1.08离心泵泵的性性能参参数效率ŋ–表示水水泵传传递能能量的的有效效利用用程度度，等于有有效功功率与与轴功功率的的比值值，单单位为﹪。ŋ=P效／P水泵铭铭牌上上的效率率是对应水水泵额额定流流量的效率率，为为水泵泵的最最高效效率。。离心泵泵的性性能参参数允许吸吸上真真空高高度HS–是指为为了保保证水水泵内内压力最最低点点不发发生气气蚀而允允许的的水泵泵进口口处最大大真空空度。。水泵进进口处处最大大真空空度就就是指指水泵泵进口口中心心线高出出水源源水面面的允允许最最大高高差与与水泵泵进水水管路水头头损失失之差差。离心泵泵的性性能参参数转速n–是指水水泵轴轴每分分钟旋旋转的的圈数数，单单位为r/min。水泵泵铭铭牌牌上上的转转速速称称为水水泵泵的的额定定转转速速。转速速是是影影响响水水泵泵性性能能的的一一个个重重要要参参数数，，当当转速速变变化化时时，，水水泵泵的的其其他他几几个个性性能能参参数数都都会会随着着转转速速的的变变化化相相应应发发生生变变化化。。离心心泵泵的的性性能能参参数数离心心泵泵的的性性能能参参数数水泵泵的的性性能能主主要要取取决决于于它它的的叶叶轮轮，，水水泵泵叶叶轮轮形形状状不不同同，，它们们的的性性能能曲曲线线也也就就不不同同。。比转转数数ns是水水泵泵叶叶轮轮形形状状及及性性能能的的一一个个综综合合判判据据。。因因此此，，比转转数数ns也就就是是进进行行水水泵泵分分类类的的一一个个综综合合判判据据。。ns=3.65nH1/2／Q3／4比转转数数ns只能能用用水泵泵设设计计工工况况下下的的性性能能参参数数来计计算算。。比转数ns30～300300～500＞500水泵类型离心泵混流泵轴流泵离心心泵泵的的性性能能曲曲线线由于于水水泵泵的的6个性性能能参参数数之之间间既既相相互互联联系系，，又相相互互制制约约，，关关系系比比较较复复杂杂，，因因此此目目前前尚尚不不能用用数数学学上上的的函函数数关关系系准准确确地地表表达达它它们们之之间间的变变化化规规律律。。通常常，，水水泵泵的的6个性性能能参参数数之之间间的的关关系系是是通过过水泵泵实实验验的的方方法法，，采集集水水泵泵各各相相应应的的性性能参参数数，，在在坐坐标标图图上上用用性性能能关关系系曲曲线线来来表表达达。。这个个关关系系曲曲线线即即为为水水泵泵的的基基本本性性能能曲曲线线。。（购购买买水水泵泵时时，，厂厂家家均均会会提提供供泵泵的的基基本本性性能能曲曲线线））离心心泵泵的的性性能能曲曲线线指导导水水泵泵实实验验的的理理论论依依据据是是水水泵泵的的相似似率率和比例例率率。。相似似率是指指两两台台相相似似泵泵的的流流量量、、扬扬程程、、功功率率与其其叶叶轮轮直直径径及及转转速速之之间间的的比比例例关关系系。。水泵泵的的比例例率率是是其其相相似似率的的特例例。比例例率率是指同同一一台台泵泵流流量量、、扬扬程程、、功功率率与与其其转速速之之间间的的比比例例关关系系。。（（因因同同一一台台泵泵的的叶轮轮直径径不不变变，，其其比比例例为为1））离心心泵泵的的性性能能曲曲线线相似似率对两台台相相似似台泵泵来来说说，，流量量、扬程程、功率率与叶叶轮轮直直径径和和转速速之之间间的的换换算算关关系系，，即即：：Q1／Q2=(D1／D2)3（n1／n2)流量量与叶叶轮轮直直径径的3次方方成成正正比比，与转转速速的1次方方成成正正比比H1／H2=(D1／D2)2(n1／n2)2扬程程与叶叶轮轮直直径径的平方成成正正比比，与转转速速的的平平方方成成正正比比N1／N2=(D1／D2)5(n1／n2)3功率率与叶叶轮轮直直径径的的5次方方成成正正比比，与转转速速的的立立方方成成正正比比离心心泵泵的的性性能能曲曲线线比例例率率对同同一一台台泵泵来来说说，，不不同同转转速速下下性性能能参参数数之间间的换算算关关系系，，即即：：Q1／Q2=n1／n2流量与与转速速的一一次方方成正正比H1／H2=(n1／n2)2扬程与与转速速的平平方成成正比比N1／N2=(n1／n2）3功率与与转速速的立立方成成正比比离心泵泵的性性能曲曲线离心泵泵的性性能曲曲线Q–Hs水泵的的性能能曲线线图一一定是是在某某一特特定转转速下下的。。将泵的转转速n作为常常量，将流流量Q、扬程程H、功率P、效率率ŋ和允许许吸上上真空空高度度Hs，随流量Q变化而而变化化的关关系，，在以以流量量为横横坐标标，扬程、、轴功功率、、效率率、允允许吸吸上真真空高高度为为纵坐标的的坐标标图上上，分分别绘绘制成成的Q–H曲线、、Q–P曲线、Q–ŋ曲线、Q–Hs曲线，统称为为水泵泵性能能曲线线。离心泵泵的性性能曲曲线离心泵泵的Q–H曲线通通常是是一条条缓慢慢下降降的曲线，，零流流量下下的扬扬程最最高，，随着着流量量的增大，，扬程程逐渐渐减小小；离心泵泵的Q–P曲线通通常是是一条条缓慢慢上升升的曲线，，零流流量下下的轴轴功率率最小小，随随着流流量的增大大，轴轴功率率逐渐渐增大大；离心泵泵的性性能曲曲线离心泵泵的Q–ŋ曲线通通常是是一条条有最最高点点，最高点点两侧侧均下下降的的曲线线，最最高效效率点点通常与与额定定流量量点相相对应应；在最高高效率率点两两侧，，以最最高效效率值值下降降5﹪～7﹪为限，，两点点间的的曲线线区域域为水水泵的高高效区区。离心泵泵的Q–Hs曲线通通常是是一条条从最最高效效率点以以下，，随着着流量量的增增大而而下降降的曲曲线。离心泵泵的性性能曲曲线离心泵泵综合合型谱谱图离心泵泵正常常运行行工作点点的确确定离心泵泵正常常运行行工作作点的的确定定水泵在实实际运行行时，它它的工作作状况取取决于：：①水泵的性性能—由水泵性性能曲线线（Q–H曲线）可可知。②管路的性性能—由管路特特性曲线线（Q–H损曲线）可可知。（指管路路中的水水头损失失随流量量变化而而变化的的曲线））③上下水位位差—净扬程（指水源源水位与与管路中中最不利利点的地地形高差差）这三个因因素中任任何一个个发生变变化，水水泵的工作状状况都要要随着发发生变化化。也就是说水泵运运行时的的实际工工作点是是一个动动态的工作点点。我们希望望水泵实实际工作作点尽量量少变动动，而且尽量量在水泵泵的高效效区范围围内变动动。离心泵正正常运行行工作点点的确定定管路特性性曲线–水泵进、、出水管管路系统统中，管管路损失失h损随流量Q而变化的的关系曲曲线，即即Q–h损曲线。需要扬程程曲线–将管路的的特性曲曲线与需需要的净净扬程，，在以流量为横横坐标，，扬程为为纵坐标标的坐标标系中进进行叠加，，即可得得到需要扬程程曲线，，即Q–H需曲线。（H需=H净＋h损）离心泵正正常运行行工作点点的确定定管路特性性曲线和和需要扬程程曲线水泵工作作点的确确定，就就是水泵泵工作状状况的确定。水泵的工工作点–将所选水水泵的流流量–扬程曲线线（Q–H曲线）和灌灌溉系统统的需要要扬程曲曲线（Q–H需）画在同一一坐标系系中，这这两条曲线线的交点点，就是这台台水泵的的工作点点。水泵运行行中的实实际工作作点并不不一定是是水泵铭铭牌上标注注的额定定工况点点的值。。离心泵正正常运行行工作点点的确定定井泵工作作点的确确定静水位水井在未未抽水前前的稳定定水位称称为静水水位。动水位抽水后井井中水位位随抽水水量的增增大而逐逐渐下降，当当井的出出水量为为一定值值时，井井中的水位会会保持为为某一定定值，称称为动水水位。水井的降降深曲线线由水井的的抽水试试验可知知，井水水位的降深深S和井的涌涌水量Q间的关系为为一下降降曲线，，称为水水井的降深深曲线，，用S～Q表示。井泵工作作点的确确定工作点所所对应的的流量和和扬程，，就是这这台水泵正常运运行时，，可提供供给灌溉溉系统的的流量和扬程。。工作点不不仅确定定了Q和H，而且还可可从水泵的Q–P曲线、Q–ŋ曲线、Q–Hs曲线图上查出相对对应的其其他工作作参数P、ŋ、HS等。以便校验验水泵工工作效率率的高低低，相对对应的功率的大大小，是是否有汽汽蚀发生生的危险险。离心泵正正常运行行工作点点的确定定同一台水水泵只要要转速不不变，它它的（Q–H）曲线是不不变的；；而灌溉溉系统运运行时相相对不同的轮轮灌组，，其（Q–H需）曲线是变变化的。所以以这两条条曲线的的交点—工作点是是一个实时时变动的的点。显然，水水泵的工工作点是是随着灌灌溉系统统的（Q–H需）曲线变化化而沿着水泵泵的（Q–H）曲线移动动的动态态点。离心泵正正常运行行工作点点的确定定当一台水水泵不能能满足灌灌溉工程程的需求求时，可根据需需要选择择多台泵泵进行并联或串联运行。当水泵并并联或串串联运行行时，并并联或串串联后总流量量扬程曲曲线可在在流量—扬程坐标标系上，以以参与并并联或串串联的水水泵流量量扬程曲线为为基础，，用作图图法得到到。离心泵正正常运行行工作点点的确定定作图方法法有横加法和纵加法。①横加法是指将同同扬程下下的流量相加；；②纵加法是指将同同流量下下的扬程相加。。离心泵正正常运行行工作点点的确定定水泵并联联–由几台水水泵向一一条公共共出水管管供水，，称为水泵泵的并联联工作。。水泵并联联通常用用于一台台水泵不不足以供供给所需流流量的场场合。水泵并联联的总扬扬程曲线线可用横加法画出。离心泵正正常运行行工作点点的确定定两台同型型号水泵泵并联工工作点的的确定两台不同同型号水水泵并联联工作点点的确定定并联后的的总扬程程曲线与与需要扬扬程曲线线的交点为并并联时的的工作点点，它反反映了几几台水泵并联联时共同同向公共共出水管管提供的的流量和扬程程。由该工作作点画Q轴的平行行线，与与每台水水泵的Q–H曲线的交交点，为为并联时时每台水水泵的工作点点，它反反映了并并联时每每台水泵泵分别向公共共出水管管提供的的流量和和扬程。。离心泵正正常运行行工作点点的确定定水泵在并并联工作作时，①各台水泵泵提供给给公共出出水管联联结点的压力是是相同的的。②并联时每每台水泵泵的工作作点均位位于其单独向同同一出水水管供水水时的工工作点的左侧。。离心泵正正常运行行工作点点的确定定③并联时每每台水泵泵的流量量均小于于它单独向同一一条管路路输水时时的流量量。④并联时每台水水泵的功率均均小于它单独向同一条管管路输水时的的功率，⑤但为水泵选配配动力机时应应按其单独工作时的功率率配套。水泵串联–几台水泵顺次次连接，前一一台水泵向后一台水泵的的进水管供水水，称为串联工作。通常用于一台台水泵不足以以供给所需扬扬程的场合。水泵串联的总总流量扬程曲曲线可用纵加法画出。离心泵正常运运行工作点的的确定串联后的总扬扬程曲线与需需要扬程曲线线的交点为串联联时的工作点点，它反映了了几台水泵串联联时共同向出出水管提供的的流量和扬程。。水泵串联工作作时，各台水水泵中通过的的流量是相同的的，其总扬程程为该流量下下各台水泵的扬扬程之和。离心泵正常运运行工作点的的确定离心泵工作点点的调节选择或使用水水泵时，当其其工作点偏离离高效区较远，造成成水泵运行效效率太低、耗耗能较高、或易发生生汽蚀，又找找不到可以用用来替代的合适的离离心泵时，可可对现有的离离心泵进行工况调节节。离心泵工作点点的调节调节的方法有有：①改变需要扬程程曲线：节流调节；分流调节。②改变水泵扬程程曲线：变速调节；车削调节。离心泵工作点点的调节节流调节–通过关小水泵泵出水管路上的闸阀来改变离心泵工作作点位置的方方法。节流调节虽简简单易行，但但很不经济。。一般多用在实验室室的水泵性能能试验中，实实际生产中很少采用用。离心泵工作点点的调节当离心泵实际际运行中工作作点的位置在在高效区外的右侧偏偏离较多时，，关小闸阀就就相当于在管路上增增加了一个局局部阻力，使使原管路特性曲线变变陡，随着阀阀门逐渐关小小，其工作点就会沿沿着水泵的Q–H曲线朝着流量量减小的方向移移动，直到工工作点向左移移到高效区范围内。。离心泵工作点点的调节节流调节时水水泵的工作点点的变动分流调节–在水泵出水管管上接装一条条支管或旁通通管，分出部分流量量来改变水泵泵的工作点。。当离心泵实际际运行中工作作点的位置在在高效区外的左侧偏离离较多时，可可安装一条分分流管以增大水泵的出出水量，则其其工作点就会会沿着水泵的Q–H曲线朝着流量量增大的方向向移动，直到工作点向右右移到高效区区范围内。离心泵工作点点的调节变速调节–改变离心泵的的转速使水泵泵性能曲线改改变，达到调节节水泵工作点点的目的。变速调节的步步骤：①需要的水泵工工况点d′(Qd′、Hd′)不在已知转速为为nA的水泵(Q–H)A曲线上。②由比例率求出出相似工况抛抛物线公式;k=H／Q2;将Qd′、Hd′值代入，求出出k，则有H=kQ2。离心泵工作点点的调节③在水泵的流量量—扬程坐标系中中画出相似工况抛物线，，与已知水泵泵(Q–H)A曲线相交于点d(Qd、Hd)。将需要工况点点d′的流量值和d点的流量值以及已知水水泵额定转速速值nA代入比例率公式，即可可求出变速调调节后的转速速nB=nAQd′／Qd,，则点d′即为转速为nB的(Q–H)B曲线上的点。。离心泵工作点点的调节⑤根据比例率得得出式：HB＝HA（nB／nA）2，QB＝QA（nB／nA），可分别得到点点a、b、c、e的相似工况点点a‘、b’、c‘、e’，然后把a‘、b’、c‘、d’、e‘连成光滑曲线线，即可得到到水泵转速变为为nB时的性能曲线线(Q–H)B。⑥由曲线(Q–H)B与(Q–H)需曲线可求水泵泵变速后的工作点。离心泵工作点点的调节变速调节后的的水泵性能曲曲线需要注意，改改变转速是有有限度的：①水泵转速下降降幅度不宜超超过额定转速速的20％，否则会因因降速过多，，水泵的效率率会明显下降；；②水泵的转速也也不宜提高较较多，一般不不宜超过额定转速速的10％，否则不但但容易引起动力机超载载、可能发生生汽蚀、机组组振动等现象，而而且会增加水水泵零件的损损坏。若要增加转速速时，要征得得水泵生产厂厂家的同意。车削调节–沿外径车小离离心泵的叶轮轮，以改变水水泵性能曲线，，达到调节水水泵工作点的的目的。利用车削抛物物线和车削换换算公式可求求出叶轮的车削量，，并可画出车车削后，过需要的水泵工况点B(QB、HB)的Q–H)B曲线。由曲线(Q–H)B与Q–H需曲线可求水泵泵车削后的工作点。。离心泵工作点点的调节车削调节的特特点：①车削具有不可可恢复性，因因此应慎重选选择。②车削不改变叶叶轮进口的尺尺寸，不会降降低水泵的汽蚀性性能。③车削量有限制制，不同比转转数的叶轮允允许的车削量不同同，在叶轮上上车削的位置置也不同。离心泵工作点点的调节离心泵选型使使用应关注注的几个问问题在有压灌溉工工程中，水泵泵主要是用来来给灌溉系统中的水提提供压力的，，因此要选择择离心泵。水泵铭牌上的的流量与扬程程是水泵的额额定流量和额定扬程。。水泵制造厂家家还应提供水水泵的性能曲曲线，即流量—扬程曲线、流量—功率曲线、流量—效率曲线、流量—允许吸上真空空高度曲线。。离心泵选型使使用应关注的的几个问题选择水泵不能能仅看水泵铭铭牌，更重要要的是应看水泵能否否经常保持在在高效区内运运行。选择水泵时：：①应根据灌溉系系统的设计流流量和设计扬扬程值，初选额定定流量和额定定扬程值与其其相近的水泵；②看由最不利利管线的需需要扬程曲曲线和水泵泵流量—扬程曲线确确定的工作作点是否落在在所选水泵的的高效区范范围内；离心泵选型型使用应关关注的几个个问题③再用最有利利管线的需需要扬程曲曲线和水泵泵流量—扬程曲线确确定的工况况点来校核核，看是否也落在所所选水泵的的高效区范范围内；④若工况点落落在水泵高高效区外的的左侧，则则可通过增大管管径的方式式使需要扬扬程曲线向向右下方移动（（变缓），，使工况点点向右沿水水泵流量—扬程曲线移移进水泵高高效区范围围内；离心泵选型型使用应关关注的几个个问题⑤若工况点落落在水泵高高效区外的的右侧，则则应该减小管径径，使需要要扬程曲线线向左上方方移动（变陡）），使工况况点沿水泵泵流量—扬程曲线向左移移进水