第4章 水泵及水泵站1、水泵的定义：水泵是输送和提升液体的机器。

它把原动机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。

2、水泵的分类（按作用原理）：（1）叶片式泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转完成的。

（离心泵、轴流泵、混流泵）（2）容积式泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的。

（活塞式往复泵、柱塞式往复泵）（3）其它类型泵：指特殊用途的泵。

（螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵、气升泵）3、叶片式水泵分类（按叶轮出水水流方向）：（1）径向式（离心泵）：液体质点主要受离心力作用。

（2）轴向式（轴流泵）：液体质点主要受轴向升力作用。

（3）斜向式（混流泵）：离心力作用，也受轴向升力作用。

4、离心泵的工作原理：（1）灌泵；（2）压水；（3）吸水。

5、叶片泵的基本性能参数（1）流量Q （抽水量）——水泵在单位时间内所输送的液体数量。

常用的体积流量单位是“m 3／s ”或“L ／s ”；常用的重量流量单位是“t ／h ”。

（2）扬程H （水头）——水泵对单位重量（1kg ）液体所做功，也即单位重量液体通过水泵后其能量的增值。

常用液柱高度（m ）表示，工程中也用“kPa ”或“kg/cm ²”表示。

单位换算：1atm=101.325kPa=10.33mH 2O=760 mmHg1atm=1kgf/cm ²=98kPa=10mH 2O=736 mmHg ≈0.1 MPa水泵的扬程即泵出口与泵进口液体的比能差。

H=E 2-E 1(E 1、E 2指水体进、出泵时具有的比能)（3）功率轴功率N （输入功率）——泵轴得自原动机所传递过来的功率称为轴功率，单位以kW 表示，水泵铭牌上为轴功率，即额定功率。

水功率Nh ——叶轮传给水的全部功率。

它是水泵输入的轴功率在克服了叶轮等的机械摩阻以后，传给水的功率。

T T h H Q N ⋅=γ（γ水的重度，N/m ³；Q 流量，m ³/s ；H 泵全扬程，m ） 有效功率Nu （输出功率）——单位时间内通过水泵的液体从水泵那里实际得到的能量。

QH N u ⋅=γ（γ—液体的容重(KN/m ³））（4）水泵效率η——水泵的有效功率与轴功率的比值。

NgQH N N u ρη== （5）转速n ——水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来表示。

常用单位r/min 。

（6）允许吸上真空高度（Hs ）或气蚀余量(Hsv )允许吸上真空高度——指水泵在标准状况下(即水温为20℃、表面压力为一个标准大气压)运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度。

单位为mH 2O 。

气蚀余量——指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。

单位为mH 2O 。

6、离心泵基本方程式：（1）假设条件：○1液流是恒定流；○2液槽中液流均匀一致，液流同半径处同名速度相等；○3液流为理想液体。

（2）速度三角形（叶轮中液体的流速可以用牵连速度、相对速度和绝对速度来表示） 牵连速度u ：液体因叶轮旋转而具有的圆周运动的速度。

相对速度W ：液体相对于叶片的速度。

绝对速度C ：牵连速度与相对速度的矢量合成。

（3）叶片泵的基本方程式：()u u T C u C u g H 11221-= 7、水泵的出水角β：叶轮出口处液体牵连速度的反向延长线与相对速度的夹角。

依据β角的大小可将叶片分为后弯式（β＜90°）、径向式β=90°）、前弯式β＞90°）。

8、理论扬程的高低影响因素：增加转速n 和加大叶轮直径D 2可以提高水泵扬程。

9、水泵扬程的确定：（1）水厂运行管理中，正在运转的离心泵装置的总扬程：Z gv v H H H v d ∆+-++=22122 式中：Hd ——以水柱高度表示的压力表读数（m ）；Hv ——以水柱高度表示的压力表读数（m ）；g v 222、gv 221——分别为压力表所在断面2-2、真空表所在断面1-1的流速水头； △Z ——真空表接孔到压力表中心的位置高差（m ）。

（2）泵站的工艺设计中，依据原始资料确定所需扬程：2SQ Hsd Hss h H H ST ++=∑+=式中：Hst ——水泵装置的静扬程，即从水泵吸水井的设计水面到出水池最高水面之间的测压管高差（m ）；∑h ——水泵装置管路中水头损失的总和；Hss ——水泵吸水地形高度，即从水泵吸水井设计水位的测压管水面到泵轴的高差（m ）； Hsd ——水泵压水地形高度，即从泵轴到水泵出水池设计水位的测压管水面的高差（m ）； S ——管道系统的总摩阻系数（s n /m 3n-1，当n=2时为s 2/m 5）Q ——水泵的出水量（m3/s ）n ——指数，对给水管道可取n=2或n=1.852。

10、水泵的特性曲线：在一定转速n 下，将反映水泵扬程、轴功率、效率、允许吸上真空高度等随出水量而变化的函数关系用曲线的关系表示出来。

11、水头损失特性曲线：当静扬程0=ST H 时，反映管道中水头损失与流量之间的关系，是管道系统特性曲线在0=ST H 时的一个特例。

12、离心泵采用“闭闸启动”原因：当出水量为零时（闸阀关闭）轴功率并不为零，且所需要的的轴功率随着出水量的增加而增大。

在压水管路上阀门全闭（即Q=0）时，水泵的轴功率为额定功率的30%～40%，而扬程又最大，在此状态下启动水泵完全符合电动机轻载启动的要求。

13、极限工况点：水泵装置在工况点下工作，管道上的阀门是全部开着。

14、水泵工况点调节方法 闸阀调节——通过改变水泵出水闸阀的开启度来调节工况点。

优:方便易行。

缺:消耗能量大。

变速调节——采用可变电动机或可变速传动设备。

变径调节（车削调节）15、调速运行（1）叶轮相似定律（基于几何相似和运动相似的基础）几何相似条件：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有对应角相等。

运动相似条件：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。

1) 第一相似定律：反映在相似工况下运行的两台水泵流量之间的关系。

mm n n Q Q 3λ= 2) 第二相似定律：反映在相似工况下运行的两台水泵扬程之间的关系。

22⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=m m n n H H λ3) 第三相似定律：反映在相似工况下运行的两台水泵轴功率之间的关系。

35⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=m m n n N N λ （2）比例律（叶轮相似定律在λ=1时的特例）（水泵调速运行的理论依据是比例律）2121n n Q Q = 22121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n H H 32121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n N N 16、水泵调速运行时应注意：提高水泵的转速，将会增加水泵叶轮中的离心应力，可能造成机械损伤，也有可能接近泵转子固有的振动频率，而引起超强的震动现象。

17、相似工况抛物线（等效率曲线）：该抛物线方程为2kQ H =18、比转速ns ：4365.3H Qn n s =（式中：n ——水泵的额定转速，r/min ；Q ——水泵效率最高时的单吸流量，m ³/s ；H ——水泵效率最高时的单吸扬程，m ）19、比转速范围：35050→=s n 离心泵；500350→=s n 混流泵，1200500→=s n 轴流泵。

20、Q-η曲线特点：离心泵的效率在高效点两侧随流量的变化较平缓，离心泵有一个运行的高效段。

轴流泵的效率在高效点两侧随流量的变化较陡，轴流泵一般只适于在高效点稳定运行。

21、低比转速泵特点：扬程高，流量小，流槽狭长，出水呈径向。

（离心泵）22、高比转速泵特点：扬程低，流量大，流槽粗短，出水呈轴向。

（轴流泵）23、同型号、同水位、管路对称布置的两台水泵并联以后的单泵出水量比单独一台泵工作时的出水量小。

24、不同型号、同水位的两台水泵并联25、离心泵的吸水性能通常用允许吸上真空高度Hs 和气蚀余量Hsv 来衡量。

26、气蚀余量Hsv ：指水泵进口处单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富裕能量，反应水泵的吸水性能，可用NPSH 表示。

水泵厂要求的Hsv 越小，表示水泵的吸水性能越好。

ss s va a sv H h h h H -∑--=式中：ha ——即gP a ρ，吸水池水面的大气压（m ）； hva ——即g P va ρ，吸水池水温下的饱和蒸汽压力（m ）； s h ∑——吸水管路总水头损失（m ）；Hss ——水泵的安装高度，也称水泵的吸水地形高度，指自水泵吸水井液面的测压管水面至泵轴之间的垂直距离。

提高水泵实际气蚀余量的根本措施是降低水泵的安装高度。

27、如果水泵叶轮中最低压力Pk 降低到被抽升液体工作温度下的饱和蒸汽压力时，泵壳内即发生气穴和气蚀现象。

28、水泵气蚀会出现流量、扬程、功率、效率下降，严重时这些性能参数会急剧下降最终将为零。

29、轴流泵的工作是以空气动力学中的升力理论为基础的。

30、轴流泵分类（按调节叶片角度的可能性）：固定式、半调节式、全调节式。

31、轴流泵的性能特点：Q —H 曲线是陡降曲线，并有转折点；Q —N 曲线也是陡降曲线，一般称为“开闸启动”；Q —η曲线呈驼峰形，峰值两侧较陡；在水泵样本中，轴流泵的吸水性能，一般是用气蚀余量△h SV 来表示的。

32、混流泵分类（按结构形式）：蜗壳式和导叶式。

33、射流泵的工作原理:34、射流泵的工作性能一般可用下列参数表示：12Q Q ==工作液体流量被抽液体流量流量比α 212H H H -==工作压力射流泵扬程压头比α21m F F ==混合室断面面积喷嘴断面面积断面比 ()αβρρη=-=21122g g H H Q H Q 射流泵的效率Ql —工作液体的流量(m ³/s)Q2—被抽液体的流量(m ³/s)H1—喷嘴前工作液体具有比能(mH 20)；H2—射流泵出口液体具有比能，射流泵的扬程(mH 20)；F1—喷嘴的断面积(m 2)；F2—混合室的断面积(m 2)。

35、螺旋泵是依靠螺旋推进原理提升水的，泵直径（叶片外径）、轴直径、叶片与泵壳的间隙等均影响螺旋泵的提升效率，影响泵流量，但决定螺旋泵的流量的最根本因素是泵的直径。

36、给水泵站的分类（1）按泵机组的位置分类——地面式泵站、地下式泵站、半地下式泵站；（2）按操作条件及方式分类——人工手动控制、半自动化、全自动化和遥控泵站；（3）按给水工程中的作用分类——取水泵站、送水泵站、加压泵站及循环水泵站。

37、电力负荷一般分为三级一级负荷：指突然停电将造成人身伤亡，或将损坏主要设备且长期难以修复，或对国民经济带来巨大损失。

如大中城市的水厂及钢铁厂、炼油厂等重要工业企业的净水厂。

二级负荷：指突然停电产生大量废品、大量原材料报废或将发生主要设备破坏事故，但采用适当措施可避免。