泵的工作原理与性能

泵的工作原理与性能

一、泵的工作原理

泵按工作原理与性能可分为离心泵、轴流泵、容积泵、混流泵、旋涡式泵、真空泵、射水泵、水击泵等。

一）离心泵

离心泵主要是靠叶轮旋转时带动周围的水一起旋转，使液体产生惯性离心力而工作的。所以叫离心泵，离心力与物体的质量m，旋转半径R，旋转角度ω有关，若用F代表离心力，它们有这样的关系：F=mω2R。

泵的主要工作部件有叶轮，其上有一定数目的叶片，叶轮固定于轴上，由轴带动旋转；泵壳为一螺壳形扩散室，称为蜗壳，它静止不动，泵吸入口与吸入管相连，排出口与排出阀相连接。

离心泵工作之前首先要在吸入管路和泵内充满所输送的液体，当叶轮旋转时，拔动叶轮内的液体一起旋转，液体就获得了能量，因离心力而从叶轮内甩出。甩出的液体经过蜗壳，扩散管，再从排出管排走。与此同时，叶轮内产生真空，而吸入液面的液体在外压（大气压或其他压力）下，经过吸入管路被压入叶轮内。由于叶轮是连续而均匀地旋转的，所以液体连续而均匀地被甩出和吸入。

离心泵工作时泵内不能有空气存在。因为气体重度小，旋转时产生的离心力就小，在叶轮中难以造成必要的真空，也就无法将重度大液体吸入泵中。因此在泵启动前，必须使泵和吸入系统充满液体，工作中吸入系统也不能漏空气，这是离心泵正常工作必须具备的条件。

离心泵按叶轮吸入方式可分为单吸式和双吸式。前者为液体从一侧进入叶轮。该泵结构简单，制造容易，但叶轮两边所受液体的总压力及受力面不等，存在轴向推力。如电厂中常用的给水泵就属于这一类。后者为液体从两侧进入叶轮。该泵构造复杂，制造困难，且固叶轮两面吸入，在汇合处有冲击现象。

离心泵按叶轮数目来分可分为单级和多级高心泵，前置泵只有一个叶轮，属单级泵，其扬程较低。给水泵由六级叶轮串联工作，属多级泵，它可获得较高扬程。

二）轴流泵

轴流泵主要是利用叶轮旋转时产生的推力来工作的。叶片转动，使空气向前推的力叫推力。

当流体绕过翼型时，在翼型的头部A点处分离成两股，分别绕过翼型的上下表面后在尾部B点汇合后流出去。由于沿翼型下表面的路程要以沿翼形上表面的路程长一些。因此流体沿着翼型下表面的流动速度要比沿翼型上表面的流动速度快些。根据伯诺利定理，流速大的地方压力必然小，流速小的地方压力必然大，因此上表面的压力大，下表面的压力小，结果在翼型上产生了一个向下的压力P，这个力就是推力。当流体对翼型产生一个推力时，由于作用力和反作用力大小相等方向相反的原理，翼型相对地给流体一个反推力P′。

轴流泵在工作时，叶轮在水中旋转，水流相对于叶片就产生了急速的绕流，这样叶片的水流就产生一个反推力P′，不断地把水沿轴向往上推，水流得到叶轮的推力就产生了能量，通过导叶和出口弯管送到高处。

三）混流泵的工作原理

混流泵的叶轮形状介于离心泵和轴流泵之间，因此叶轮在旋转时，它的叶片对水既产生离心压力，又产生推压力。水流在进出叶轮时的方向是斜向的，故又称斜流泵。离心力或推力所占比例的大小取决于叶片的设计方法，当叶片用升力法设计时，则主要为推力。水离开叶轮后，通过出口导叶使部分速度能变成压力能。压力水再由水管流出去。另外，由于叶轮中的水在叶片上被压至导叶，叶轮进口附近形成了相对的低压区，在进水池液面上大气压力作用下，水源源不断地被压入叶轮，周而复始，水就被连续地送到需要的地方去。

二、泵的分类

一）泵的种类：

1、叶片泵：离心泵、轴流泵、混流泵等

2、容积泵：齿轮泵、螺杆泵、活塞泵等

3、其他类型：喷射泵、真空泵等

二）离心泵的种类：

1、按工作叶轮的数目分：单级泵、多级泵。

2、按工作压力分：低压泵、中压泵、高压泵。

3、按叶轮的进水方式分：单吸泵、双吸泵。

4、按泵轴的位置分：卧式泵、立式泵

5、按泵的转速是否可变分：定速泵、调速泵。

三、泵的性能参数

泵的性能参数包括流量、扬程（压头）、转速、功率、效率等。用它们就可以表征—台泵的的整体性能。

一）流量

流量是指泵在单位时间内输送流体的何种或质量。体积流量常用符号Q 表示，单位为米3/时，立升/秒或米3/秒。重量流量常用符号G 表示，单位为千牛/时、牛/秒。它们之间的关系为：

G=RQ 牛/秒

式中R ——流体高度，牛/米 3 。

Q ——体积流量，米3/秒。

二）压头

压头是指单位物量（重量或体积）的流体通过泵所获得的能量。泵的压头也叫扬程。它仅仅与泵本身有关，而与进出口管路无关。换名话说是泵在理论上所能提升的液体高度，它不是实际的扬水高度。通常用符号H 表示，单位是 液柱。

通常所指的泵的扬程是指它的全扬程。所谓全扬程是吸上扬程（泵能将液体吸上的高度）与压出扬程（泵能将液体压出的高度）之和，但是，水泵在管路系统中工作时，由于液体克服吸入管路阻力要损失一部分能量hw 1，克服压出管

路阻力也要损失一部分能量hw 2，同时考虑到吸水池液于至压水池液面的静水头

Ht ，两液面之间的压力水头差Hp ，如果考虑到进出水管的直径不同时，在进出口之间还有速度水头差

g v v H d 22122-=。

由此，水泵的扬程应为上述各项之和，即：

H=Ht+Hp+Hd+Hw m 液柱（4-1）

式中Ht ——静压水头，Ht=Hj ±Hg m ，当吸水池在泵轴中心线以上时，Hg 取“—”号，在轴中心线以下时，Hg 取“+”号；

Hj ——静压出水头，m ；

Hg ——静吸入水头（几何安装高度），m ；

Hw ——管路阻力损失水头，Hw= Hw 1+ Hw 2，m ；

Hp ——压力水头差，

V p p H e e p 1

2-=，m ；

其中Pe2——排水池液面压力，Pa （绝对压力）；

Pe1——吸水池液面压力，Pa （绝对压力）；

V ——流体重度，N/m 3；

通常在水泵的进出口法兰处分别装有真空表和压力表（如果进口压力高于大气压力时，如给水泵那样，进口也装压力表）。将它们的读数换算成水柱高度，就可以根据其值和速度水头算出水泵的扬程。

当泵入口压力P 小于大气压力Pa 时，称为真空，可用下式表示：

V

P P a s H -= m 三）功率

功率是指单位时间内作功的大小。

泵的输入功率是指从原动机侧通过轴传送过来的功率，通常称为轴功率，以符号N 表示，单位为千瓦。考虑到运转过程中可能会起负荷，因此与泵配套的原动机的功率应比轴功率大。

泵的输出功率是指单位时间内通过泵的流体所获得的能量，也称有效功率。用符合Ne 表示。若泵的扬程为H 米水柱，泵的容积流量是Q 米3/秒，则泵的有效功率可用下式计算：

1000H

Q V N e ⋅⋅= KW （4-2）

由于泵运转过程中内部有各种损失，它们包括轴承，密封填料与轴间的摩擦损失，叶轮与泵壳密封环间不正常的摩擦损失。叶轮前后盖板与液体的摩擦损失，液体通过密封环之间的泄漏损失，液体流经吸入口、叶轮、壳体等沿程摩擦阻力和局部阻力损失等。所以输入的轴功率不可能全部转换成流体的能量，也即有效功率始终小于轴功率。如果与泵配套的原动机的功率用符号Ng 表示，则它们之间有如下关系：