第二章 叶片泵的基本理论和性能
本章重点：通过本章的学习，要求学员熟练掌握叶片泵的性能参数及计算、相似条件、
相似定律、比例率、比转数的计算、实验性能曲线 、选泵原则；掌握功率的分类及其关系、效率的组成及其所包含的损失、叶轮进出口速度三角形、叶片泵的基本方程式及其分析、基本性能实验、选泵步骤、选泵中应注意的问题、选泵方法、电动机与水泵的配套、传动方式的选择和管路附件的选择；了解比转数的作用、叶片泵汽蚀实验、理论性能曲线、相对性能曲线、通用性能曲线、全面性能曲线、系列型谱图、柴油机与水泵的配套、水泵的性能方程等。
第一节 叶片泵的性能参数
叶片泵的性能是用性能曲线表示的，而性能曲线又是用性能参数之间的关系来表达的。因此，在研究叶片泵性能前，首先必须对性能参数的意义有一正确理解。叶片泵的性能参数主要有流量、扬程、功率、效率、转速、允许吸上真空高度或允许汽蚀余量等，分述如下: 一、流量
单位时间内水泵所抽提的流体体积，符号Q ，其常用单位有s l /、s m /3、和h m /3等。各单位间的关系是s m /13=s l /1000=h m /36003。设计流量的计算详见第六章水泵站规划。
二、扬程
（一）扬程的定义
扬程是指单位重量流体从水泵进口到出口能量增量，用符号H 表示， 常用单位是m 。
（二）扬程的计算
1.实验室或现场测定时扬程的计算 ⑴离心泵及其它卧式水泵
()()g
v v H H z z H v d 21020.02
12212-++⨯+-= （2—1—1）
式中：v H 、d H ——真空表、压力表的读数（KPa ）；
1v 、2v ——进、出水管的断面平均流速（s m /）；
g ——重力加速度（2/s m ）
。 ⑵立式轴流泵扬程 其计算公式可简化为：
g
v H z H d 222
2++=
（2—1—2） 2.设计泵站时扬程的计算
g v v h H H w ST
22122-++= ()g
v v h z z w b u 22
122-++-= ≈ w ST h H + （2—1—3）
式中：ST H ——实际扬程（有效扬程、净扬程、提水高度）（m ）；
w h ——损失扬程（水头损失）（m ）；
Z 、b Z ——设计上、下水位（m ）
。 水泵扬程，低于泵轴线取负值，高于泵轴线取正值。如图2—1—1，图2—1—2，图2—1—3。
三、功率
功率是指水泵在单位时间内所作功的大小，常用单位是KW 或HP 。KW HP 36.1=。水泵的功率可分为有效功率、轴功率和配套功率。
1.有效功率 指水流流经水泵时实际所得到的功率，用符号u P 表示。
QH P u γ= （2—1—4）
2.轴功率 是泵的输入功率，系指动力机传给泵轴的输入功率，用符号P 来表示，水泵运行时，不可避免地有各种损失，要消耗一部分功率。水泵的轴功率可按下式计算：
η
γQH P =
（2—1—5）
式中：η——水泵的效率（%）
3.配套功率 是指水泵所要求的动力机的输出功率。
d
p QH
k
P ηηγ= （2—1—7）
式中：k ——备用系数， 见表2—1—1、2—1—2 。
d η——传动设备的效率（%）见本章第六节三。
表2—1—1 电动机功率备用系数表
图2—1—1 卧式水泵的扬程
表2—1—2 柴油机功率备用系数表
四、效率
水泵的效率指水泵对于其输入功率的利用程度。
水泵内的损失主要有三种——机械损失、容积损失和水力损失。这些损失的大小可分别用机械效率、容积效率和水力效率来表达。
1.机械损失和机械效率 叶轮在泵体内的水中旋转时， 固定部件（轴封、轴承）与转动部件（泵轴）之间、固定部件（叶轮前后盖板外表面和盖板轮圈的圆柱表面）与水流之间产生摩擦。这些机械摩擦引起的能量损失称为机械损失，传给泵轴的轴功率，克服了机械损失之后，传给水的功率称水功率。8
t t w
H Q P γ= （2—1—8）
式中：t Q ——水泵的理论流量，即通过叶轮的全部流量
Q ——实际流量（s m /3）
q ——损失流量（s m /3）
t H ——水泵的理论扬程H H H t ∆+=（m ）； H ——实际扬程（m ） H ∆——损失扬程（m ）
机械损失的大小用机械效率为：
P
P w
m =
η （2—1—9） 2.容积损失和容积效率 水流流经叶轮之后，有一小部分高压水经过泵体内间隙（如密封环）和轴向力平衡装置（如平衡孔、平衡盘）回流到叶轮的进口，或泄漏泵外，因而损失一部分能量，这部分损失称为容积损失。所消耗的功率为：
t qH P γ=∆ （2—1—10）
功率w P 减去P ∆，剩余的功率为：
t w QH P P P γ=∆-=' （2—1—11）
容积损失的大小用容积效率表示，
q
Q Q
Q Q H Q QH t t t v +=
==
γγη （2—1—12） 3.水力损失和水力效率 水流流经水泵的吸水室、叶轮、压水室时，因水力阻力引起摩擦、冲击等损失，消耗了一部分能量，这部分损失称为水力损失。其大小为：
H
H H
H H QH QH P P t t u w ∆+=
=='=
γγη （2—1—13） 综上所述，泵效率的公式，可变换成下列形式
w v m u
w w u P P P P P P P P ηηηη⋅⋅='
'==
（2—1—4） 由上式可见，水泵的效率是三大效率（容积效率、水力效率、机械效率）的乘积。
要提高水泵的效率，必须尽量减小水泵内各种损失，特别是水力损失。提高水泵的效率意义很大，除了从设计、制造等方面加以改善外，使用单位要注意合理选型，正确运行，并加强对水泵的维护和检修，使水泵经常在高效率状态下工作，从而达到经济运行之目的。
五、转速
转速是指泵轴单位时间内旋转的圈数，用符号n 表示，单位是min r 。中、小型水泵常用的转速有2900、1450、970、730、485min r 等。一般口径小的泵转速高，口径大的泵转速低。转速是影响水泵性能的一个重要参数，当转速变化时，水泵的其它性能参数都相应地发生变化。
六、允许吸上高度或允许汽蚀余量
1.允许吸上真空高度 表示离心型泵（含离心泵和蜗壳式混流泵）吸上高度的安全理论上限。符号[]S H ，单位是m 。
2.允许汽蚀余量 也称为允许汽蚀裕量，表示水力机械低压侧（水泵进口侧）单位重量水体所具有的超过该温度下水体汽化压强的安全理论下限，西方发达国家均采用允许汽蚀余量详见第四章。符号[]v h ，单位是m 。
3.允许吸上高度与允许汽蚀余量的关系
[][]g
v H h s v 229.102
1+-= （2—1—16）
式中：1v ——水泵进口断面的平均流速（s m ）。
第二节 叶片泵的基本方程
一、水流在叶片中的运动
图2—2—1 水流在叶槽内的运动
（a ）圆周运动 （b ）相对运动 （c ）绝对运动
