泵的性能参数

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）。因此，由水泵扬程的定义，扬程也可表示为水泵进、出口断面的单位能量差。

（一）卧式叶片泵的扬程

如图中所示，以泵的基准面（datum level of pump）（通过由叶轮叶片进口边的外端所描绘的圆的中心的水平面，各种类型叶片泵的基准面如图所示）为基准，分别列出水泵进口断面1-1和出口断面处的单位总能量：

水泵进口断面1-1处的单位总能量：

图水泵基准面示意图

(a)卧式单吸离心泵、混流泵；(b)立式单吸离心泵；(c)立式双吸离心泵

(d)卧式轴流泵；(e)立式混流泵；(f)立式轴流泵；(g)斜式轴流泵

水泵出口断面处的单位总能量：

则泵的扬程

式中:Z1、Z2—分别为水泵进、出口断面中心到泵基准面的位置高差（m），当断面中心位于泵基准面以上时，高差取正值，反之则取负值；

p1、p2—分别表示水泵进、出口断面的平均绝对压力（N/m2）；

v1、v2—分别表示水泵进、出口断面的平均流速（m/s）；

ρ—被抽液体的密度（kg/m3）；

g—重力加速度（m/s2）。

由式（1-1）可以看出，液体经过水泵所获得的能量由三部分组成：①单位位能差（Z2—Z1）；

②单位压能差；③单位动能差。因为单位位能差与单位压能差之和亦称作单位势能差，所以通常也称扬程由单位势能差和单位动能差两大部分组成，即。

由水力学可知，该单位势能差即为如图中所示的水泵进、出口断面的测压管水面之间的垂直距离。在水泵实际运行中，常采用真空表和压力表来测量水泵进、出口断面的压力，如图所示。

图卧式泵扬程计算示意图

图（a）所示的是水泵基准面高于吸水面的情况，此时，水泵运行时其进口1－1断面为负压，故用真空表V测量该断面的压力，且由于测压连接管内充满空气，故真空表的测量值可以近似看成是该断面的平均压力；出口2－2断面的压力用压力表M来测量。设真空表的读数为V（米水柱），压力表的读数为M（米水柱），那么，1-1、断面的绝对压头可用下列二式分别表示：

上列式中：pa——大气压力，N/m2；

Zm——压力表中心至测点断面的垂直距离，m。

将上列二式代入式后，水泵扬程的表达式可表达为：

上式可改写为

式中ΔZ＝Z2+Zm－Z1为压力表中心与水泵基准面之间的垂直高差，当压力表位于基准面的上方时，ΔZ取正值，反之，当压力表位于基准面下方时，ΔZ取负值。

式（）表明，安装在进水面以上的卧式泵的扬程等于出口压力表中心与泵基准面之间的位置高差、泵进口断面的真空压头、出口断面的压头及进、出口断面的动能差四项之和。

当泵的基准面低于进水池水面，即水泵安装在吸水面以下时，如图（b）所示，水泵进口1-1断面为正压，故需用压力表来来测量该断面的压力。设进、出口压力表的读数分别为M1、M2（米水柱），类似上面的推导，可得：

式中ΔZ为进、出口压力表中心之间的垂直高差，当出口压力表M2高于进口压力表M1时，ΔZ取正值，反之，ΔZ取负值。

式（）表明，安装在进水面以下的卧式泵的扬程等于进、出口压力表中心的位置高差、泵进、出口断面的压头差及进、出口断面的动能差三项之和。

式（）和（）为卧式叶片泵扬程H的实用计算公式。

（二）立式轴流泵（混流泵）的扬程

对于如图所示的立式轴流泵（或混流泵），因泵的叶轮和进口部分一般淹没在进水池水位以下，不易测量进口断面处的压力。因此，通常将立式轴流泵的进口断面近似地取在进水池液面处，并在泵出口2-2断面（一般为出水弯管出口断面）安装压力表M。取进水池液面为0-0断面，并以该断面为基准面，列0-0断面、2-2断面的能量方程式：

图立式轴流泵（混流泵）扬程计算示意图

泵进口断面（即0-0断面）单位总能量E0：

泵出口断面单位总能量E2：

则由定义，泵的扬程H：

式中，当进水池水面流速ｖ0很小可以忽略时，上式可简化为：

式中ZM——压力表中心至进水池水面的位置高差（m）；

其余符号意义同前。

式（）即为计算立式轴流泵或混流泵扬程的实用公式。该式表明，立式轴流泵或混流泵的扬程等于泵出口压力表中心至进水面的位置高差、出口断面压头及其平均动能三项之和。

（三）水泵装置需要扬程（system requied head of pump）

我们知道，水泵必须在与进水池、进、出水管路和出水池构成的装置系统中才能工作。下面我们分析一下水泵在如图150(a)所示的装置中运行时的扬程。

分别列泵的出口2-2断面与出水池水面d-d断面、进水池水面S-S断面与水泵进口1-1断面的能量方程：