泵的工作原理
㈠离心泵的工作原理：
用原动机带动水泵叶轮转动，叶轮中的叶片对其中的流体做功，迫使它们旋转，旋转的流体在惯性离心力的作用下，从中心向边缘流去，其压力和速度不断提高，最后以很高的流速和压力流出叶轮进入泵壳内。
其优点是效率高、性能可靠、流量均匀、容易调节，应用最为
广泛。
㈡轴流式水泵的工作原理：
当原动机驱动浸在流体中的叶轮旋转时，轮内的流体就相对叶片做绕流运动，叶片会对流体产生一个推力从而对流体做功，使流体的能量增加，并沿轴向流出叶轮，经过导叶等部件压出管路，同时叶轮入口处的流体被吸入，形成连续工作。其特点结构紧凑、外形尺寸小、质量轻的特点，适合于大流量、低压头的使
用环境。
㈢混流式水泵的工作原理：
此类型水泵结合了离心式水泵和轴流式水泵的特点，流体是沿介于轴向和径向之间的圆锥面方向流出叶轮，工作原理是部分利用了叶片推力和惯性离心力的作用。其特点是流量大、压头较高。
㈣容积式水泵的工作原理：
利用原动机驱动部件（活塞、齿轮等）使工作室的容积发生周期性的改变，依靠压差使流体流动，从而达到输送流体的目的。其特点是结构简单、轻便紧凑、工作可靠。
㈤喷射泵的工作原理：
高压的流体经喷嘴后成为高速射流进入工作室，工作室内喷管附近的低压流体大量地卷带经扩压管升压后输出，同时又使水池中的流体被吸入工作室，从而形成连续工作过程。喷射泵的工作流体可以是高压蒸汽，也可以是高压水，被输送的流体可以是水、油或空气。
第四讲：万丰常规水泵的规格型号
目前江苏万丰船用设备制造有限公司可整船配套：CLZ系列立式自吸离心泵、CLZ/2系列立式自吸双级双出口离心泵、CLH系列立式离心泵、CLH/2系列立式双级双出口离心泵、CWL系列系列卧式离心泵、CWZ系列卧式自吸离心泵、CQX（W）系列潜水（污）泵、CWY系列柴油机消防泵、CWF系列封水泵、CF系列粉碎泵、CS系列手摇泵、CP系列喷射泵等类型的水泵供应。
（DNW系列）(BA、CB系列)
(CL系列) (CLZ/2系列)(CLHG系列)(CLH/2系列)
(W系列)(CWL系列)
(BL 系列) (CWY 系列)
(CQX(W)系列)
(CW(L)S 系列) (CW(L)S 系列)
(CWD 系列) (CWZ 系列)
(CIS 系列) (CWF 系列)
(CPT 系列) (CPJ 系列)
（CBL系列）（CLZ系列）（CS系列）
（CQX系列）
（CQX系列）
举例：（CWX系列）CLH100-80-13(Z)型号意义为：船用立式离心泵，吸入口径为100mm，排出口径为80mm，泵的比转速为130，Z表示直联，无Z则说明用联轴节联接。
注：水泵的比转数是由最佳工况下的转速、流量和扬程组成的
一个有因次的相似特征数。
第五讲：水泵的基本技术参数
㈠流量Q
泵在单位时间内排出的液体体积，亦称为送液能力，单位为m3/h和 L/s，1 L/s=3.6m3/h。
㈡扬程H
水泵所输送的单位的流体从进口到出口的能量增值，也就是单位重量的流体通过泵所获得的有效能量。通俗地讲：克服阻力的能力及提升液体的高度称为扬程或压头。常用的单位为：mH2O 或m。
扬程与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。
H=P出口-P进口
P出口：水泵出口压力 P进口：水泵进口压力
㈢转速n
转速是指泵轴每分钟的回转数，用n表示，单位是r／min。大多数泵由原动机直接传动，二者转速相同。但电动往复泵一般需经过减速，故其泵轴(曲轴)的转速比原动机要低。
㈣效率
效率=输出功率/输入功率η =pe/p
总效率η考虑了泵的全部能量损失，其包括以下三种损失： 1)由漏泄及吸入液体中含有气体等造成的流量损失，用容积效率ηv来衡量，即ηv＝Q／Q t
2)液体在泵内流动因摩擦、撞击、旋涡等水力损失造成的扬程
损失，用水力效率ηh来衡量，即ηh= H／Ht
3)由运动部件的机械摩擦所造成的能量损失，用机械效率ηm 表示：ηm= p／pt
配套功率：指所配原动机的额定输出功率，用pm表示。考虑到泵运转时可能超负荷等情况，泵的配套功率应大于额定轴功率，即pm=kmp式中：K——功率储备系数
㈤允许吸上真空度
允许吸上真空度：泵工作时所允许的最大吸入真空度, 用Hs 表示，单位是MPa。泵工作时吸入口处的真空度高到一定程度时，由于液体在泵内的最低压力降到其饱和蒸汽压力pv，液体就可能在泵内汽化，使泵不能正常工作。
Hs是泵吸入性能好坏的重要标志，它主要和泵的型式与结构有关，泵内压降小的泵允许吸上真空度就大。大气压力入降低、液体温度增高或泵流量增大，也都会使允许吸上真空度减小。泵铭牌上的Hs是由制造厂在标准大气压(760mmHg)下以常温(20℃)清水在额定工况下进行试验而得出的。
按国标规定，试验时逐渐增加泵的吸入真空度，容积式泵以流量比正常工作时下降3％时所对应的吸入真空度为Hs的标定值。而叶轮式泵则以扬程或效率下降规定值为临界状态，再留一定余量，以必需汽蚀余量D hr的形式标示。
水泵的允许吸上真空度常用水柱高度(m)来表示，称为允许吸上真空高度，用[Hs]表示。
㈥功率
有效功率指泵实际输出的液体在单位时间内实际所增加的能量，用pe表示。
它可由泵在单位时间内输送多少牛顿重的液体乘以每牛顿液体经过泵后增加的能量而求出，即pe=ρgQH=(pd-ps)QW 输入功率（轴功率）指原动机传给泵轴的功率，用P表示。
第六讲：汽蚀余量
汽蚀余量是指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，用?h表示。汽蚀余量又有有效汽蚀余量?ha和必需汽蚀余量?hr之分。
?ha—指泵工作时实际所具有的汽蚀余量，取决于泵的吸入条件和液体的P，而与泵无关。它表示液体在泵进口处水头超出Pv的富裕能量
式中: z- 泵吸入口位置头；
Ps-泵吸入口绝对压力，Pa；
Vs—泵吸入口流速，m／s。
?hr为必需汽蚀余量-指泵为避免汽蚀所必需的汽蚀余量，它取决于泵进口部分的几何形状以及泵的转速和流量，反映了液体进泵后压力进一步降低的程度，而与泵的吸入条件及所吸液体的Pv值无关。?hr 越小，表明泵的汽蚀性能越好。?hr 随Q的增大而增大，因为Q增大时，液体进泵后的压降也增加的缘故。?hr 用汽蚀试验来确定，在试验中逐步增大吸入真空度。
?hr 和Hs都是由同样的汽蚀实验得出的用以表示泵吸入性能好坏的性能参数，其性质一样，只是表示方式不同而已。
在?ha 接近?hr, 但尚未降到很低时，汽泡虽已产生但不多，泵的性能参数没有显著变化，这种汽蚀实际已经发生但尚未明显
影响到泵性能的情况称为“潜伏汽蚀”。长期处在潜伏汽蚀工况下工作部件也会受到破坏。
当泵的有效汽蚀?ha降到低于?hr时，汽泡已发展到一定程度，它会使叶道间的通流截面明显减小，汽泡破灭时的液压冲击也要消耗能量，故泵的流量、扬程和效率都将明显降低，同时产生噪声和振动，这时测得的流量和扬程出现脉动，泵在不稳定汽蚀工况下工作时部件容易受到破坏。
当?hr进一步降低，液流在叶片进口处出现脱流，形成汽水
两相区。由于含汽量增加，汽泡破灭时
所引起的液压冲击就会明显减轻，Q和
H脉动消失。这时降低管路阻力只能减
小H，使两相区的长度增加，而Q几乎
不再增大,在特性曲线上表现为近似一
条下垂线，称为“断裂工况”，曲线上
开始陡降的那一点K称断裂点。在断裂
工况线上工作时振动和噪声并不强烈，
部件的汽蚀破坏也不明显，这种工况也称为“稳定汽蚀”。
ns不同的泵受汽蚀影响的情况不同，汽蚀特性曲线也有差异：
1.中、低ns的离心泵叶片流道比较窄长，发生汽蚀后汽泡很快就会布满流道，使扬程、效率急剧下降，其特性曲线具有明显的断裂点。
2.其中低ns的泵发生汽蚀后很快就会造成断流，难以出现稳定汽蚀的工况。
3.高ns的离心泵和混流泵或叶轮进口直径大的高汽蚀性能离心泵，叶片间的流道短而宽，所以汽泡发生后不会迅即布满流道，从而使特性曲线在达到断裂点之前有较长的一段扬程和效率逐渐下降的部分。
一、离心泵的汽蚀现象及其危害
液体在从泵吸入口流到叶片进口前，还会因流速增加和流阻损失而压力进一步下降。
当Q小于设计Q时，液流在进口的wl撞击叶片正面，最低压力在叶片进口处靠近前盖板的叶片背面上。如图K2处。
泵Q超过设计Q时，w1撞击叶片背面，最低压力部位在叶片进口靠近前盖板的叶片正面上，如图K1处。
1）气体产生：
如液体P降低到Pv或更低时，液体会汽化产生汽泡，还有原来溶于液体现因P降低而逸出的气体。
2）气泡破灭：
流到高压区，迅速凝结，气体重新溶入液体，造成局部真空，四周液体质点以极大速度冲来，互相撞击，产生局部高达几十MPa 的P，引起噪音和振动。
3）造成后果
这时泵的Q、H和效率都将降低，严重时导致吸入中断。气穴破灭区的金属受高频高压液击而发生疲劳破坏。氧气借助汽泡凝结时的放热，对金属有化学腐蚀作用。在上述双重作用下，叶轮外缘的叶片及盖板、蜗壳或导轮等处会产生麻点和蜂窝状的破坏。
二、防止汽蚀的措施
大多数离心泵都要避免工作中出现汽蚀。考虑到工况可能变化和潜伏汽蚀的危害，泵在使用时要求ha≥110％?hr ，(两者差值≥0.5m)。
在船用泵中，比较容易发生汽蚀的主要是:
1.输送的液体温度较高的泵,如锅炉给水泵、热水循环泵等；
2.工作中流注高度会显著降低的泵，如货油泵等；
3.吸入液面真空度较大的泵，如冷凝器及海水淡化装置的凝水泵；
防止汽蚀的措施：
1.提高装置的?ha
1)尽可能减小吸入管路的阻力
2)减小吸上高度或增大流注高度
3)控制液体温度不要过高
2.减小泵的 hr
1）在设计时尽量改进叶轮入口处的几何形状：加大叶轮的进口直径和叶片进口边的宽度；增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径；采用扭曲叶片或双吸叶轮；在泵的进口加设诱导轮等
2）采用强度和硬度高、韧性和化学稳定性好的抗汽蚀材料来制造叶轮，以及提高通流部分表面的光洁度，也是提高泵抗汽蚀性能的有效措施。
第七讲：离心泵的工况调节
离心泵的H和Q是由泵的特性曲线和管路特性曲线的交点——工况点所决定。
在船上，各种冷却水泵、锅炉给水泵、凝水泵、货油泵等，工作中往往需要调节流量，也就是说需要改变泵的工况点，称为“工况调节”。工况调节可借改变泵的特性或管路特性来实现，船用泵常用的工况调节方法有以下几种:
1．节流调节法
增加或减小离心泵排出阀的开度，可使流量增大或减小，称为节流调节。增或减泵排出阀开度，可使Q增大或减小。
节流调节简便易行，应用普遍。节流程度太大(小Q)时，泵有可能发热。当泵的特性曲线比较平坦(ns小)，管路特性曲线也较平坦时，采用节流调节损失较小。
减小吸入阀开度，也能实现节流调节，但使泵吸入压力降低，可能产生气穴现象，甚至失吸，故应慎用。
2．回流调节法
改变回流阀开度，改变从排出口流回吸入管路流量，以调节主管的流量。
回流调节法特点：
①经济性很差
开大回流阀，减少主管流量。泵流量和轴功率反而增加，可能超过额定功率。相当部分功率浪费于回流液体的阻力损失上。
随着泵的流量增大，Hs降低而实际吸入真空度却增大，如后者超过前者，即可能发生汽蚀。因此，只有在某些特殊场合下，例如锅炉给水泵有时要求将流量调到很小，这时单用节流调节难以精确，则可用回流调节作为补充调节手段。
②回流管以不直接通泵吸口为宜，小流量工作时液体容易循环发热。
3、变速调节法
通过调节转速改变泵的特性，称为变速调节。
变速调节法特点：
能在较大范围内保持较高的效率，比节流调节、回流调节都好。而且降速不会引起汽蚀，但仅适合于可变速原动机。近年来在某些船上，已采用变频交流电动机拖动主海水泵，实现了变速调节。
第八讲：离心泵的一般结构
离心泵的主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由5～7个弧形叶片和前、后圆形盖板所构成。
叶轮用键和叶轮螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母旋向通常与原动机旋转方向相反，防止反复起动后因惯性而松动。轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。
泵体中充满的液体介质随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出，在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。从叶轮流出的液体，压力和速度增大。经蜗壳汇聚并形成导流。叶轮不停回转，吸排就连续地进行。液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。
扬程主要取决于叶轮的直径和转速，要提高H，必须增大D2或提高n，D2关系到泵的外廓和重量，n受限于泵的汽蚀性能。离心泵n一般不超过8000～10000r／min，单级泵的H通常不超过150m。
离心泵额定扬程和流量的估算
离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。铭牌失落的离心泵可按经验公式估算其额定扬程：
式中，系数K：(1～1．5)X10-4
D2：叶轮外径
排送冷水的离心泵，设计的进口流速大约在3m／s左右，因此其额定流量可按下面公式估算：
式中，D。为泵吸口直径
离心泵的优点：
1．流量连续均匀，工作平稳；Q容易调节；所适用的Q范围很大，常用范围5 —20000m3／h。
2．转速高。可与电动机或汽轮机直接相连。结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。
3．对杂质不敏感，易损件少,管理和维修较方便。无论在陆上或船上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。
离心泵的缺点：
1.本身没有自吸能力。为扩大使用范围，在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵。在离心泵上附设抽气引水装置。
2.泵的Q随工作扬程而变。H升高，Q减小。达到封闭扬程时，泵即空转而不排液，不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合。
3.扬程由D2和n决定的，不适合小Q、高H。这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀
一、叶轮
叶轮是将原动机机械能传递给被排送液体的工作部件，对泵的工作性能有决定性影响。
1）闭式叶轮：有前、后盖板的叶轮，它工作时液体漏失少，效率较高，使用最普遍。
2）开式叶轮：只有叶瓣和部分后盖板。
3）半开式叶轮：只有后盖板的叶轮。
后两种叶轮铸造方便，但液体容易漏失。
叶轮又可分为单侧吸入式和双侧吸入式。
1.当流量小于300m3/h, 多采用结构较简单的单吸式叶轮。
2.当流量较大时可用双吸叶轮，无须加大叶轮进口直径即可限制叶轮进口流速，以免抗汽蚀性能变差。
二、压出室
液体离开叶轮时速度很高，而排出管中的流速却不允许太大，否则管路阻力损失过大。
压出室的主要任务就是要以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，将其引向泵的出口或下一级，并使液体的流速降低，将大部分动能转换为压力能。
扩压管的作用：
利用渐扩的截面进一步降低液流速度，将液体的大部分动能转换为压力能。