第3章 叶片式水泵的性能

第一章 泵的基本知识思考题：1、常用的泵有哪几种分类法？按工作原理分类有哪几种型式？叶片式水泵主要指哪几种？其工作原理如何？2、水泵的组成结构主要有哪些？3、水泵的基本性能参数有几个？它们是如何定义的？互相间的关系怎样？4、水泵的扬程是怎样定义的？它同水泵单位质量能Y 有何区别？5、区分下述物理量的概念及其相互关系。

（1）水泵的工作扬程，装置扬程，泵站扬程；（2）水泵的轴功率，水泵的有效功率，电动机的输入功率、输出功率；（3）水泵效率，传动效率，机组效率，电动机效率，装置效率，泵站效率。

计算题:1、试计算下列情况的水泵扬程(1) 水泵基准面高于吸水池水面，低于出水池水面，真空表测点高于水泵基准面14d (m)，压力表中心高于基准面20.32d +(m)。

如图l-2 （a ）所示。

(2) 水泵基准面均高于吸水池和出水池水面，吸水侧表计测点高于水泵基准面14d (m)，出水侧表计中心在水泵基准面以上20.32d +(m)处，如图1—2(b)所示。

(3) 水泵基准面均低于吸水池水面和出水池水面，吸水侧表计中心在水泵基准面，出水侧表计中心高于基准面20.32d +(m)。

如图1—2(c)所示。

2、如图l-4所示的三种离心泵抽水装置，水泵型号相同，泵轴线都位于同一平面内，其中(b)、(c)装置从密闭容器中吸水，(a)装置从开敞吸水池吸水。

3台泵装置吸水管路的管材、管径、管长、管路附件均相同，流量也相等。

试问，要使(a)、(b)、(c)3台泵装置的水泵进口真空度相同，则图中H=？c p=?b3、某抽水装置如图1-5所示。

已知水泵进、出口直径相同。

为测定水泵扬程，在泵进、出口处接有水银压差计。

当水银面平衡时，水银面至水泵轴心线的距离为a ；当水泵运转后，测得两支水银柱液面高差为h （ρ汞/ρ水）。

试写出水泵扬程的表达式。

4、已测得一台型号为32Sh —19的水泵抽水时流量为1530 l ／s ，扬程为32.5 m ，轴功率为580kw ，试求这台泵的有效功率e P 和效率η?如该泵用来抽送煤油(ρ油=330.810/kg m ⨯)，质量流量为21435/Q kg s ρ，扬程为25.4 m ，效率为80.5%，求此时泵的轴功率P 。

《化工过程流体机械》总结、思考、公式、习题（第三章）2009.10.15（内容总结及思考题）第三章叶片式压缩机§ 3.1 离心压缩机的结构类型3.1.1 离心压缩机的基本结构3.1.2 主要零部件3.1.3 典型结构小结：1．基本结构级、段、缸、列；首级、中间级、末级；叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳；2．主要零部件叶轮（后弯型，相对宽度b2/D2，直径比D1/D2）；扩压器（叶片、无叶片）；3．典型结构单级、多级，水平中开型、高压筒型等。

思考题：[2] 3-1．何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？§ 3.2 离心压缩机的工作原理3.2.1 工作原理3.2.2 基本方程3.2.3 压缩过程3.2.4 实际气体小结：1．工作原理离心压缩机特点（优缺点）；关键截面参数（s、0、1、2、3、4、5、0'）；2．基本方程连续性、欧拉方程，焓值方程（热焓形式）、伯努利方程（压损形式）；3．压缩过程等温压缩、绝热压缩、多变压缩过程（过程指数m、绝热指数k）；4．实际气体压缩性系数Z、混合气体（ρ、R、c p或c v、k）。

思考题：[2] 3-2．离心压缩机与活塞压缩机相比，它有何特点？[2] 3-3．何谓连续方程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中b2/D2和φr2的数值应在何范围之内？[2] 3-4．何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义。

[2] 3-5．何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方程的物理意义。

[2] 3-6．何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。

[2] 3-14．如何计算确定实际气体的压缩性系数Z？[2] 3-15．简述混合气体的几种混合法则及其作用。

§ 3.3 离心压缩机的工作性能3.3.1 能量损失3.3.2 性能参数3.3.3 单级特性3.3.4 多级特性3.3.5 性能换算小结：1．能量损失流动（摩阻、分离、冲击、二次流、尾迹、M）、轮阻、内漏气损失；2．性能参数能头、功率、效率，级中气体状态参数（温度、压比、比容）；3．单级特性能头（压比）、功率、效率特性，喘振和堵塞工况、稳定工况区；4．多级特性特性（曲线陡、喘振限大、堵塞限小、稳定区窄）、影响（u2、μ）；M、k）、完全相似和近似相似（k＝k'）换算。

泵与泵站复习思考题第一章1什么叫泵。

将外加的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能的机械设备叫做泵2．水泵的分类，叶片泵的分类。

3.泵的发展趋势第二章1．离心泵的基本构造，各部分的作用。

叶轮，泵轴，泵壳（泵体），吸水口（进水口），压水口（出水口），灌水漏斗，泵座，填料（盘根）闸阀，底阀。

2.离心泵的工作原理。

高速旋转的叶轮拨动水，使的水也高速旋转，进而使水产生离心力，在离心力的作用下，由叶轮中部甩向轮外缘。

离心泵的工作过程，实际上是一个能量传递和转化的过程，它把电动机高速旋转的机械能转化为被抽升液体的动能和势能。

3．叶片泵的基本性能参数。

流量Q ，扬程H，轴功率N ，效率η，有效功率Nu，转速，允许吸上真空高度（HS）及气蚀余量（HSV）4．离心泵基本方程式的物理意义。

5．理论扬程与实际扬程的差别，及形成差别的原因。

实际工程中的水泵扬程：①将水由吸水井提升至水塔。

（静扬程）②克服管路中阻力的水头损失。

注：如泵装置出口是自由出流，应加上流速水头。

6．什么叫离心泵装置？什么叫水泵装置的极限工况点？水泵配上管路以及一切附件后的系统称为“装置”，水泵的H—Q曲线和管道损失特性曲线Q-∑相交于M点，若装置在此点工作时，管道上的所有闸阀是全开着的，则M点就称为水泵装置的极限工况点。

7．什么叫离心泵的特性曲线？什么叫高效段（高效段如何确定的）。

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）而变化的函数关系用曲线的方式来表示，就称这些曲线为离心泵的特性曲线。

在最高效率点两侧效率下降10%左右的区段，在水泵样本中，用两条波形线“︴”标出称为泵的高效段。

8．（QT —HT）理论特性曲线与实际（Q—H）特性曲线的差别，及形成差别的原因。

理论上偏差较大，我们常用性能实验来求特性曲线。

理论上（即理想条件下），扬程与流量的关系为一条直线。

第一节概述自吸式水泵称自吸泵从60年代开始在我国出现，70年代开始推广，到80年代有了较大的发展。

国际上30年代初已开始设法使离心泵实现自吸，到50年代初才大量生产销售。

普通离心泵，若吸入液面在叶轮之下，起动时应预先灌水，很不方便。

为在泵内存水，吸入管进口需装底阀，泵工作时，底阀造成很大的水力损失。

所谓自吸泵，就是在起动前不需灌水，经短时间运转。

靠泵本身的作用。

即可把水吸上来，投入正常运转。

气液混合式自吸泵的工作过程：平时设法使泵内存一定量的水，泵起动后由于叶轮的旋转作用，吸入管路的空气和水充分的混合，并被排到气水分离室。

气水分离室上部的气体逸出，下部的水返回叶轮，重新和吸入管路的剩余气体混合，直到把泵及进水管路内的气体全部排尽，完成自吸，并正常抽水。

由此可见，自吸离心泵的工作原理分为三个过程。

⑴气体混合过程。

⑵气液分离过程。

⑶回流过程。

根据水和空气混合的部位不同，气液混合式自吸泵分为内混式和外混式。

其中气液分离室中的液体回流到叶轮进口处，空气和水在叶轮进口处混合的称为内混式自吸泵。

气液分离室中的液体回流到泵叶轮出口处，空气和水在叶轮外缘处混合的称为外混式自吸泵。

第二节外混合式自吸泵一、结构及工作原理1、结构特点外混式自吸离心泵具有一个两次转90°弯的进水流道可称做“S”型进水弯管，并具有一个双层的泵体，有如在普通离心泵壳外再包围一个泵体，见图4。

双层泵体中蜗壳与泵体间构成一个空腔，这个空腔有储存起动循环水和在自吸过程中进行气水分离的作用。

常称空腔下部为储水(液)室，上部为气水(液)分离室。

空腔下部有孔5与蜗壳的流道相通，称回流孔。

与蜗壳相接的扩散管2的出口只到气水分离室的上方，较普通离心泵要短。

也有的泵设计成扩散管直达泵的出口处，但这种扩散管在一定方位上开一个窗口，称上回水口。

具有此种扩散管的泵还需在泵体顶部装设一个排气阀8，便于起动过程中排气，见图。

有的泵还在泵进口处设一个拍门，目的是为防止停机时进水管中水倒流(回水)过急，使泵体中剩下的水过少而不够再次起动所需的量。

第3章 泵的相似理论3-1 相似理论的基本概念相似理论在泵的设计和实验中广泛应用，通常所说的按模型换算进行相似设计和进行模型实验就是在相似理论指导下进行的，按相似理论可以把模型试验结果换算到实型泵上，也可以将实型泵的参数换算为模型的参数进行模型设计和试验。

用小的模型进行试验要比真机试验经济得多．而且因受到条件的限制，当真机的尺寸过大、转速过高或抽送诸如高温等特殊液体时，往往难以进行真机试验，只能用模型试验代之。

相似理论指出，两个液流力学相似必须满足如下三个条件：一、几何相似叶片泵的相似定律是建立在泵的几何相似及运动相似的基础上的。

所谓几何相似，是指两个泵（模型泵和实型泵）它们相对应的尺寸均成同一比例，它们相对应的角度均相等。

通俗地讲，就是这两个泵的式样完全一，只是大小不同而已。

这样两个泵，它们就互相几何相似。

严格地讲、表面粗糙度也应当相似，但是这一点实际上是很难满足的，只能按经验资料进行修正。

几何相似是力学相似的前提条件。

没有几何相似，动力相似和运动相似也就无从谈起。

用下标M 表示模型，用不加下标表示实型(真机)，几何相似条件可以表示为MM M L L b b =⋯⋯==D D 二 运动相似所谓运动相似，即是两个几何相似的泵，在运转时所有相对应点的速度大小均成同一比例，所有相对应的速度之间的夹角均相等。

两个泵要求运动相似则首先必需几何相似。

两个泵如果几何相似，则它们不一定运动相似。

水泵的运动相似又称为工况相似，这时的工况称相似工况。

两几何相似的泵，如果工况相似，则两水泵中相对应的速度三角形为相似三角形，有MM M M M n D Dn u u w w v v =⋯⋯== 三 动力相似模型和实型过流部分相对应点液体的对应力的大小成比例、性质相同。

也就是流动所受的外部作用力F 和流体在外力作用下因本身质量引起的惯性力F i 的比值相同。

该比值称为牛顿数，用N e 表示，即e N maF = N e 值表示流动的一般动力相似条件，N e 相等，则流动动力相似。

各种泵的工作原理及性能特点泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。

本文跟大家一起来通过动画学习各种泵的工作原理及其性能特点，希望对大家有所帮助(当然这里的泵并全是真空所用的泵)。

一、齿轮泵齿轮泵的两齿轮的齿相互分开，形成低压，液体吸入，并友壳壁送到另一侧。

另一侧两齿轮互相合拢，形成高压将液体排出。

齿轮泵的性能特点齿轮泵的优点结构简单紧凑、体积小、质量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、对油液污染不敏感、转速范围大、能耐冲击性负载，维护方便、工作可靠。

齿轮泵的缺点径向力不平衡、流动脉动大、噪声大、效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复，不能做变量泵用。

二、多级离心泵多级离心泵相当于多个离心泵串联，一级一级增压，可获得较高压头。

多级离心泵性能特点多级离心泵与单级泵相比，其区别在于多级泵有两个以上的叶轮，能分段地多级次地吸水和压水，从而将水扬到很高的位置，扬程可根据需要而增减水泵叶轮的级数。

多级泵主要用于矿山排水、城市及工厂供水，农业灌溉用的很少，仅适用于高扬程、小流量的高山区提水来解决人畜饮水的困难。

多级高心泵有立式和卧式两种型式多级离心泵的泵轴上装有串联的两个亦上的叶轮，它相对于一般的单级离心泵，可亦实现更高的扬程；相对于活塞泵、隔膜泵等往复式泵，可亦泵送较大的流量。

多级离心泵效率较高，能够满足高扬程、高流量工况的需要，在石化、化工、电力、建筑、消防等行业得到了广泛的应用。

由于其本身的特殊性，与单级离心泵相比，多级离心泵在设计、使用和维护维修等方面，有着不同、更高的技术要求。

往往是人们在一些细节上的疏忽或者考虑不周，使得多级离心泵投用后频繁发生异常磨损、振动、抱轴等故障，亦致停机。

三、离心泵离心泵工作时，液体注满泵壳，叶轮高速旋转，液体在离心力作用下产生高速度，高速液体经过逐渐扩大的泵壳通道，动压头转变为静压头。

离心泵的性能特点1、高效节能：采用CFD计算流体动力学，分析计算出泵内压力分布和速度分布关系、优化泵的流道设计，确保泵有高效的水力形线，提高了泵的效率。

_《水泵及水泵站》配套习题一、填空题1、叶片式泵按其比转速从小到大,可分为 __离心 __泵、__混流 __泵、__轴流 __泵。

2、离心泵的设计工况点是___效率 __最高点。

3、离心泵的极限工况点是__流量 ___最大点。

4、水泵的效率是水泵的 ___有效 __功率与 ___轴 __功率的比值。

5、运转中的水泵装置 ,其总扬程约等于 ___真空表 __与_压力表 ___的读数（折算为mH2O ）之和。

6、工况相似的水泵，它们必备的条件是__几何 ___相似和 ___运动 __相似。

7、相似工况抛物线上各点的__效率 ___都是相等的。

8、ns 的数值可反映出水泵的 ___叶轮 __形状和 _特性曲线 ____的形状。

9 、选泵的主要依据是：所需要的___流量 __、___养成 __以及其 _变化规律 ____。

10 、对吸水管路的要求是：__不漏气 ___、__不积气 ___、 ___不吸气 _。

11 、离心泵的主要零件中，转动的有___叶轮 __ 、 __泵轴 ___；固定不动的有 ___泵壳 __ 、__泵座 ___；转动的与不动的交接处有_轴封装置 ___、_减漏环 ___ 、_ 轴承座 ___ 等。

12 、水泵的扬程与叶轮的 __外径 ___和 __转速 ___成正比。

13 、水泵叶轮的相似定律是基于__几何 ___相似和 __运动 ___相似的基础上的。

14 、水泵站按在给水系统中作用的不同，可分为：__取水 ___泵站、 ___送水 __泵站、__加压 ___泵站和 ___循环 __泵站。

15 、噪音防止的措施有 __吸音 ___主要用某种材料吸收，还有__消音 ___用于单体机组，以及__隔音、隔振 _。

16 、叶片式水泵是靠装有叶片的__叶轮 ___高速 __旋转 ___而提升液体的。

17 、往复泵的使用范围侧重于__高___扬程、 ___低 __流量。

18 、__单__吸式离心泵 ,由于叶轮缺乏 _对称 __性,导致水泵工作时出现推向入口的轴向力。

泵的性能参数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。

为了深入研究叶片泵的性能，必须首先掌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（volume capacity）和质量流量（mass capacity）。

体积流量用符号Q表示，质量流量用Qm表示。

体积流量常用的单位为升每秒（L/s）、立方米每秒（m3/s）或立方米每小时（m3/h）；质量流量常用的单位为千克每秒（kg/s）或吨每小时（t/h）。

根据定义，体积流量与质量流量有如下的关系：Qm＝ρQ，式中的ρ为被输送液体的密度（kg/m3）。

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，在叶轮理论的研究中还会遇到水泵理论流量QT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：QT ＝Q + q。

2、扬程（head）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（N·m / N = m）。