泵與泵站第三講

§2—6離心泵的特性曲線1、在離心泵的6個(gè)基本性能參數(shù)中，把轉(zhuǎn)速（n）選定為常量，將揚(yáng)程（H）、軸功率（N）、效率（η）、以及允許吸上真空高度（Hs）等隨流量（Q）而變化的函數(shù)關(guān)系。例如如把這些關(guān)系式用曲線的方式來(lái)表示，就稱這些曲線為離心泵的特性曲線。`

2、理論上偏差較大，我們常用性能實(shí)驗(yàn)來(lái)求特性曲線。一、理論特性曲線的定性分析：代人，可得：輪中通過(guò)的水量可用下式表示：代入上式`

理論上，揚(yáng)程與流量的關(guān)系為一條直線。（即理想條件下，）`式中?2、F2均為常數(shù)。當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速一定時(shí)，u2也為常數(shù)。故上式可以寫成：QT——泵理論流量(m3／s)。也即不考慮泵體內(nèi)容積損失(如漏泄量、回流量等)的水泵流量；F2——葉輪的出口面積(m2)；C2r——葉輪出口處水流絕對(duì)速度的徑向分速(m／s)。Δq1、β２＜90°(1)直線QT-HT(2)直線I(3)扣除水頭損失(Ⅱ)摩阻、沖擊(4)扣除容積損失(Q-H線)對(duì)假定的修正：1、葉槽中液流為不均勻：2、離心泵內(nèi)水頭損失可分為兩類：摩擦損失：Δh1水泵內(nèi)部的水頭損失的一部分，在吸水室、葉槽中和壓水室中產(chǎn)生的摩阻損失。其中包括轉(zhuǎn)彎處的彎道損失和由流速頭轉(zhuǎn)化為壓頭的損失。可表示為：`k1——比例系數(shù)。

沖擊損失Δ

h2：水泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為基本上沒(méi)有沖擊損失。當(dāng)流量不同于設(shè)計(jì)流量時(shí)，在葉輪的進(jìn)口導(dǎo)水器、蝸殼壓水室的進(jìn)口等處就會(huì)發(fā)生沖擊現(xiàn)象。流量與設(shè)計(jì)值相差越遠(yuǎn)，沖擊損失也越大，其值可用下式表示式中Q?！O(shè)計(jì)流量（m2／s）；k2——比例系數(shù)。`4、水泵效率：①水力效率：

H—考慮水力損失后的揚(yáng)程。

H=HT－Δh1－Δh2②容積效率：ηv

水泵工作過(guò)程中存在著泄漏和回流問(wèn)題，也就是說(shuō)水泵的出水量總要比通過(guò)葉輪的流量小。Δq是滲漏量，它是能量損失的一種，稱為容積損失。滲漏量值大小與揚(yáng)程H有關(guān)。從曲線II的橫坐標(biāo)值中減去相應(yīng)H值時(shí)的Δq值，這樣，就可最后求得揚(yáng)程隨流量而變化的離心泵Q一H特性曲線?？紤]到損失消耗了一部分功率，其值可用容積效率ηv來(lái)表示：`

③機(jī)械效率:ηm除此以外，軸承內(nèi)的摩擦損失、填料軸封裝置內(nèi)的摩擦損失以及葉輪蓋板旋轉(zhuǎn)時(shí)與水的摩擦損失（稱為四盤損失）等，這些機(jī)械性的摩擦損失同樣消耗了一部分功率，使水泵的總效率下降。其值可用機(jī)械效率ηm來(lái)度量：

Nh——葉輪傳給水的全部功率，稱為水功率（

Nh=ρgQTHT）。也即是：泵軸上輸入的功率只有在克服了機(jī)械摩阻以后，才把剩下的功率傳給了液體。④水泵的總效率：

η=ηh·ηv

·

ηm

`2、(β２>90°)

從上式可看出，水泵的揚(yáng)程將隨流量的增大而增大，并且，它的軸功率也將隨之增大。對(duì)于這樣的離心泵，如使用于城市給水管網(wǎng)中，將發(fā)現(xiàn)它對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作是不利的。結(jié)論：目前離心泵的葉輪幾乎一律采用后彎式葉片(β２＝20°-30°左右)。這種形式葉片的特點(diǎn)是隨揚(yáng)程增大，水泵的流量減小，因此，其相應(yīng)的流量Q與軸功率N關(guān)系曲線(Q-H曲線)，也將是一條比較平緩上升的曲線，這對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)講，可以穩(wěn)定在一個(gè)功率變化不大的范圍內(nèi)有效地工作。二、實(shí)測(cè)特性曲線通過(guò)離心泵性能試驗(yàn)和汽蝕試驗(yàn)來(lái)繪制的。如圖：圖2－31。條件：轉(zhuǎn)速（n）一定。1、Q－H曲線：是一條不規(guī)則的曲線。相應(yīng)于效率最高值的（Q。，H。）點(diǎn)的各參數(shù)，為水泵銘牌上所列出的各數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖中A點(diǎn)所示）。它將是該水泵最經(jīng)濟(jì)工作的一個(gè)工況點(diǎn)。高效段：在該點(diǎn)左右的一定范圍內(nèi)（一般不低于最高效率點(diǎn)的10％左右）都是屬于效率較高的段。在水泵樣本中，用兩條波形線“︴”標(biāo)出，稱為水泵的高效段。`2、Q—N曲線：在Q—N曲線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)，表示水泵在各不同流量Q時(shí)的軸功率值。`

在選擇與水泵配套的電動(dòng)機(jī)的輸出功率時(shí)，必須根據(jù)水泵的工況選擇比水泵軸功率稍大的功率，以免在實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)小機(jī)拖大泵而使電機(jī)過(guò)載、甚至燒毀等事故。但亦應(yīng)避免選配過(guò)大功率的電機(jī)，造成機(jī)大泵小使電機(jī)容量不能得到充分的利用，從而降低了電機(jī)的效率和功率因數(shù)cosφ。電動(dòng)機(jī)的配套功率（Np）可按下式計(jì)算:`式中:k——考慮可能超載的安全系數(shù)，可參考下表；

η”——傳動(dòng)效率?？紤]電動(dòng)機(jī)的功率傳給水泵時(shí)，在傳動(dòng)過(guò)程中也將損失部分功率。傳動(dòng)方式不同，功率損失值也不同。采用撓性聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)：η”＞95％，采用皮帶傳動(dòng)時(shí)：η”=90％～95％。

N——水泵裝置在運(yùn)行中可能達(dá)到的最大的軸功率。

`3、η—Q曲線：由式：高效范圍：在最高效率點(diǎn)兩側(cè)效率下降10%左右的范圍。在水泵樣本中，用兩條波形線“︴”標(biāo)出，稱為水泵的高效段。`4、Hs—Q曲線：表示水泵在相應(yīng)流量下工作時(shí)，水泵所允許的最大限度的吸上真空高度值。它并不表示水泵在某（Q、H）點(diǎn)工作時(shí)的實(shí)際吸水真空值。水泵的實(shí)際吸水真空值必須小于Q－Hs曲線上的相應(yīng)值，否則，水泵將會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。曲線是試驗(yàn)測(cè)出的。`三、實(shí)際應(yīng)用要注意的問(wèn)題：1、離心泵的閉閘啟動(dòng)：水泵正常啟動(dòng)時(shí)，Q=0的情況，相當(dāng)于閘閥全閉，此時(shí)泵的軸功率僅為設(shè)計(jì)軸功率的30％～40％左右，而揚(yáng)程值又是最大，完全符合了電動(dòng)機(jī)輕載啟動(dòng)的要求。因此，在給水排水泵站中，凡是使用離心泵的，通常采用“閉閘啟動(dòng)”的方式。所謂“閉閘啟動(dòng)”就是：水泵啟動(dòng)前，壓水管上閘閥是全閉的，待電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，壓力表讀數(shù)達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，再逐步打開閘閥，使水泵作正常運(yùn)行。`

2、由圖2－31可見(jiàn)，在流量Q=0時(shí)，相應(yīng)的軸功率N≠0，而是N=100kw。此功率主要消耗于水泵的機(jī)械損失上。其結(jié)果將使泵殼內(nèi)水的溫度上升，泵殼、軸承會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致泵殼的熱力變形。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，水泵在Q=0的情況下，只允許作短時(shí)間的運(yùn)行。`

3其他液體的抽升：水泵樣本中所給出的Q－N曲線，指的是水或者是某種特定液體時(shí)的軸功率與流量之間的關(guān)系，如果，所抽升的液體容重（γ）不同時(shí)，則樣本中的Q—N曲線就不能適用，此時(shí)，泵的軸功率要按（2－4）式進(jìn)行計(jì)算：`4、粘稠度大的液體的抽升：水泵所輸送液體的粘度愈大，泵體內(nèi)部的能量損失愈大，水泵的揚(yáng)程（H）和流量（Q）都要減小，效率要下降，而軸功率卻增大，也即水泵特性曲線將發(fā)生改變。在輸送粘度大的液體（如石油、化工粘液等）時(shí)，泵的特性曲線要經(jīng)過(guò)專門的換算后才能使用，不能直接套用輸水時(shí)的特性曲線。`四、小結(jié)：1、從能量傳遞角度來(lái)看，對(duì)于水泵特性曲線中任意一點(diǎn)A的各項(xiàng)縱坐標(biāo)值，見(jiàn)圖2－31所示，可作如下的歸納：(1)揚(yáng)程（HA）表示：當(dāng)水泵的流量為QA時(shí)，每1kg水通過(guò)水泵后其能量的增值為HA?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)水泵的流量為QA時(shí)，水泵能夠供給每1kg水的能量值為HA

。`

(2)功率（NA）表示：