水泵基础

水泵基础知识

二〇一四年二月二十五日一．什么是泵？

1. 泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。

2. 泵主要用来输送水、油、酸、碱、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。

3. 泵通常可按工作原理分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵三类。

4. 容积式泵，依靠包容液体的密封工作空间容积的周期性变化，把能量周期性地传递给液体，使液体的压力增加至将液体强行排出，根据工作元件的运动形式又可分为往复泵和回转泵。

5. 动力式泵，又叫叶轮式泵或叶片式泵，依靠旋转的叶轮对液体的动力作用，把能量连续地传递给液体，使液体的动能（为主）和压力能增加，随后通过压出室将动能转换为压力能，又可分为.

离心泵 、轴流泵、混流泵和旋涡泵等。

6. 其他类型的泵，以其他形式传递能量。如射流泵依靠高速喷射的工作流体将需输送的流体吸入泵后混合，进行动量交换以传递能量；水锤泵利用制动时流动中的部分水被升到一定高度传递能量；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下产生流动而实现输送。

7. 除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。

8. 泵的各个性能参数之间存在着一定的相互依赖变化关系，可以画成曲线来表示，称为泵的特性曲线，每一台泵都有自己特定的特性曲线。

二、泵在各个领域的应用

1. 从泵的性能范围看，巨型泵的流量每小时可达几十万立方米以上，而微型泵的流量每小时则在几十毫升以下；泵的压力可从常压到高达

19.61Mpa(200kgf/cm2)以上；被输送液体的温度最低达-200摄氏度以下，最高可达 800摄氏度以上。泵输送液体的种类繁多，诸如输送水（清水、污水等）、油液、酸碱液、悬浮液和液态金属等。

2. 在化工和石油部门的生产中，原料、半成品和成品大多是液体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，泵在这些过程中起到了输送液体和提供化学反应的压力流量的作用，此外，在很多装置中还用泵来调节温度。

3. 在矿业和冶金工业、电力、国防建设、农业生产和其他生产生活中，到处都需要用泵，到处都有泵在运行。所以把泵列为通用机械，它是机械工业中的一类主要产品。

三．泵的基本参数

1.流量Q

a.离心泵的流量即为离心泵的送液能力，流量是泵在单位时间内输送出去的液体量（体积或质量）。

泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。

b.体积流量用Qv表示，单位是：m3/s，m3/h，l/s等。

c.质量流量用Qm表示，单位是：t/h，kg/s等。

d. 质量流量和体积流量的关系为：Qm=ρQv，式中ρ—液体的密度。

e.计量单位换算：1L/s=3.6m3/h=0.06m3/min=60L/min

2. .扬程H

a. 离心泵的扬程又称为泵的压头，扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处（泵进口法兰）到泵出口处（泵出口法兰）能量的增加值。也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。即单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。

b.泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况、转速等)。

c.扬程用 H表示，其单位是 N·m/N=m，即泵抽送液体的液柱高度，习惯简称为米。

d. 计量单位换算：泵的压力用P表示，单位为Mpa（兆帕），H=P/ρ.如P为1kg/cm2，则H =10m，

e. 目前对泵的压头尚不能从理论上作出精确的计算，一般用实验方法测定：泵的扬程可同实验测定。

.. 注意区分离心泵的扬程(压头)和升扬高度两个不同的概念。

3. 转速n：转速是泵轴单位时间的转数，用符号 n表示，单位是

r/min 。 4. 汽蚀余量 NPSH

a. 泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力。

b. 汽蚀余量又叫净正吸头，是表示汽蚀性能的主要参数。汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。

c.吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。

d.吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米），标准大气压能压管路真空高度 10.33米。例如：某泵必需汽蚀余量为 4.0米，求吸程Δh？解：Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米

5. 功率和效率

a. 泵的功率通常是指输入功率，即原动机传至泵轴上的功率，故又称为轴功率，用 P或 N表示；泵的轴功率即泵轴所需功率，其值可依泵的有效功率 Ne和效率η计算，即：

N=Ne/η=QHρg/η=QHρ/102η（kW）

b.泵的有效功率又称输出功率，用 Pe表示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。

c. 因为扬程是指泵输出的单位重液体从泵中所获得的有效能量，所以，扬程和质量流量及重力加速度的乘积，就是单位时间内从泵中输出的液体所获得的有效能量，即泵的有效功率。 d.轴功率P和有效功率Pe之差为泵内的损失功率，其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比，用 η表示：η=Pe/P。

e. 泵在输送液体过程中，轴功率大于排送到管道中的液体从叶轮处获得的功率，因为容积损失、水力损失和机械损失都要消耗掉一部分功率，而离心泵的效率即反映泵对外加能量的利用程度。

f. 泵的效率值与泵的类型、大小、结构、制造精度和输送液体的性质有关。大型泵效率值高些，小型泵效率值低些。

6. 额定性能参数：指额定流量，额定转速，额定扬程：根据设定泵的工作性能参数进行水泵设计，而达到的最佳性能，定为泵的额定性能参数，通常指产品目录或样本上所指定的参数值。

四．离心泵的工作原理

1. 离心泵的工作原理

a. 叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入口与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口与排出管连接。

b. 在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。

c. 在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。 d. 液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。

2. 气缚现象

a. 当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。

b. 为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。

3. 离心泵的主要部件:主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。

a.叶轮:

叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。

叶轮有开式、半闭式和闭式三种。

开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。 叶轮有单吸和双吸两种吸液方式

b.泵壳

泵壳作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。

c．轴封装置

作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。

常用轴封装置有填料密封和机械密封两种

填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。

五．泵的汽蚀现象

1. 离心泵的汽蚀现象

离心泵的汽蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处)的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降。显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。

2. 避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。 3. 汽蚀溃灭：汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡。 当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。

4.离心泵的安装高度H.

实际的允许吸上真空高度Hs值并不是计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。但应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20℃及压力为1.013×105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。

六．泵的特性曲线及其应用

1. 离心泵的特性曲线

a. 通常把表示主要性能参数之间关系的曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线，实质上，离心泵性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式，通过实测求得。