泵与泵站第三讲

§2—6离心泵的特性曲线1、在离心泵的6个基本性能参数中，把转速（n）选定为常量，将扬程（H）、轴功率（N）、效率（η）、以及允许吸上真空高度（Hs）等随流量（Q）而变化的函数关系。例如如把这些关系式用曲线的方式来表示，就称这些曲线为离心泵的特性曲线。`

2、理论上偏差较大，我们常用性能实验来求特性曲线。一、理论特性曲线的定性分析：代人，可得：轮中通过的水量可用下式表示：代入上式`

理论上，扬程与流量的关系为一条直线。（即理想条件下，）`式中ß2、F2均为常数。当水泵转速一定时，u2也为常数。故上式可以写成：QT——泵理论流量(m3／s)。也即不考虑泵体内容积损失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量；F2——叶轮的出口面积(m2)；C2r——叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m／s)。Δq1、β２＜90°(1)直线QT-HT(2)直线I(3)扣除水头损失(Ⅱ)摩阻、冲击(4)扣除容积损失(Q-H线)对假定的修正：1、叶槽中液流为不均匀：2、离心泵内水头损失可分为两类：摩擦损失：Δh1水泵内部的水头损失的一部分，在吸水室、叶槽中和压水室中产生的摩阻损失。其中包括转弯处的弯道损失和由流速头转化为压头的损失。可表示为：`k1——比例系数。

冲击损失Δ

h2：水泵在设计工况下运行时，可认为基本上没有冲击损失。当流量不同于设计流量时，在叶轮的进口导水器、蜗壳压水室的进口等处就会发生冲击现象。流量与设计值相差越远，冲击损失也越大，其值可用下式表示式中Q。——设计流量（m2／s）；k2——比例系数。`4、水泵效率：①水力效率：

H—考虑水力损失后的扬程。

H=HT－Δh1－Δh2②容积效率：ηv

水泵工作过程中存在着泄漏和回流问题，也就是说水泵的出水量总要比通过叶轮的流量小。Δq是渗漏量，它是能量损失的一种，称为容积损失。渗漏量值大小与扬程H有关。从曲线II的横坐标值中减去相应H值时的Δq值，这样，就可最后求得扬程随流量而变化的离心泵Q一H特性曲线。考虑到损失消耗了一部分功率，其值可用容积效率ηv来表示：`

③机械效率:ηm除此以外，轴承内的摩擦损失、填料轴封装置内的摩擦损失以及叶轮盖板旋转时与水的摩擦损失（称为四盘损失）等，这些机械性的摩擦损失同样消耗了一部分功率，使水泵的总效率下降。其值可用机械效率ηm来度量：

Nh——叶轮传给水的全部功率，称为水功率（

Nh=ρgQTHT）。也即是：泵轴上输入的功率只有在克服了机械摩阻以后，才把剩下的功率传给了液体。④水泵的总效率：

η=ηh·ηv

·

ηm

`2、(β２>90°)

从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增大，并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样的离心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它对电动机的工作是不利的。结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(β２＝20°-30°左右)。这种形式叶片的特点是随扬程增大，水泵的流量减小，因此，其相应的流量Q与轴功率N关系曲线(Q-H曲线)，也将是一条比较平缓上升的曲线，这对电动机来讲，可以稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。二、实测特性曲线通过离心泵性能试验和汽蚀试验来绘制的。如图：图2－31。条件：转速（n）一定。1、Q－H曲线：是一条不规则的曲线。相应于效率最高值的（Q。，H。）点的各参数，为水泵铭牌上所列出的各数据（见图中A点所示）。它将是该水泵最经济工作的一个工况点。高效段：在该点左右的一定范围内（一般不低于最高效率点的10％左右）都是属于效率较高的段。在水泵样本中，用两条波形线“︴”标出，称为水泵的高效段。`2、Q—N曲线：在Q—N曲线上各点的纵坐标，表示水泵在各不同流量Q时的轴功率值。`

在选择与水泵配套的电动机的输出功率时，必须根据水泵的工况选择比水泵轴功率稍大的功率，以免在实际运行中，出现小机拖大泵而使电机过载、甚至烧毁等事故。但亦应避免选配过大功率的电机，造成机大泵小使电机容量不能得到充分的利用，从而降低了电机的效率和功率因数cosφ。电动机的配套功率（Np）可按下式计算:`式中:k——考虑可能超载的安全系数，可参考下表；

η”——传动效率。考虑电动机的功率传给水泵时，在传动过程中也将损失部分功率。传动方式不同，功率损失值也不同。采用挠性联轴器传动时：η”＞95％，采用皮带传动时：η”=90％～95％。

N——水泵装置在运行中可能达到的最大的轴功率。

`3、η—Q曲线：由式：高效范围：在最高效率点两侧效率下降10%左右的范围。在水泵样本中，用两条波形线“︴”标出，称为水泵的高效段。`4、Hs—Q曲线：表示水泵在相应流量下工作时，水泵所允许的最大限度的吸上真空高度值。它并不表示水泵在某（Q、H）点工作时的实际吸水真空值。水泵的实际吸水真空值必须小于Q－Hs曲线上的相应值，否则，水泵将会产生气蚀现象。曲线是试验测出的。`三、实际应用要注意的问题：1、离心泵的闭闸启动：水泵正常启动时，Q=0的情况，相当于闸阀全闭，此时泵的轴功率仅为设计轴功率的30％～40％左右，而扬程值又是最大，完全符合了电动机轻载启动的要求。因此，在给水排水泵站中，凡是使用离心泵的，通常采用“闭闸启动”的方式。所谓“闭闸启动”就是：水泵启动前，压水管上闸阀是全闭的，待电动机运转正常后，压力表读数达到预定数值时，再逐步打开闸阀，使水泵作正常运行。`

2、由图2－31可见，在流量Q=0时，相应的轴功率N≠0，而是N=100kw。此功率主要消耗于水泵的机械损失上。其结果将使泵壳内水的温度上升，泵壳、轴承会发热，严重时可能导致泵壳的热力变形。因此，在实际运行中，水泵在Q=0的情况下，只允许作短时间的运行。`

3其他液体的抽升：水泵样本中所给出的Q－N曲线，指的是水或者是某种特定液体时的轴功率与流量之间的关系，如果，所抽升的液体容重（γ）不同时，则样本中的Q—N曲线就不能适用，此时，泵的轴功率要按（2－4）式进行计算：`4、粘稠度大的液体的抽升：水泵所输送液体的粘度愈大，泵体内部的能量损失愈大，水泵的扬程（H）和流量（Q）都要减小，效率要下降，而轴功率却增大，也即水泵特性曲线将发生改变。在输送粘度大的液体（如石油、化工粘液等）时，泵的特性曲线要经过专门的换算后才能使用，不能直接套用输水时的特性曲线。`四、小结：1、从能量传递角度来看，对于水泵特性曲线中任意一点A的各项纵坐标值，见图2－31所示，可作如下的归纳：(1)扬程（HA）表示：当水泵的流量为QA时，每1kg水通过水泵后其能量的增值为HA。或者说，当水泵的流量为QA时，水泵能够供给每1kg水的能量值为HA

。`

(2)功率（NA）表示：