第3讲 离心泵特性曲线

引言：
特性曲线反映水泵本身潜在的工作能力 水泵装置的实际工况反映水泵实际做功情况

概念：
工况点——水泵装置在某瞬时的实际出水量、扬 程和功率以及吸上真空高度。
一、管道阻力特性曲线及表达式
P35图2-28

1.1 定义：水流经过管道时，水头损失与流量的关
系曲线
2 h SQ
式中：S——管路阻力损失 li 当V>1.2m/s S 0.001735 5.3
第六节 离心泵特性曲线
—扬程、功率、效率随水流量变化规律 —曲线表示方法：试验性能曲线、相对性能 曲线、综合性能曲线（型谱图）通用性能曲 线（轴流泵）、全面性能曲线等 —汽蚀曲线
第六节 离心泵特性曲线

复习：扬程表达式
u C u1C1u H T 2 2u g HT H h 1 P
2 2 2 u2 u12 w12 w2 C2 C12 HT 2g 2g 2g

4.2 工况点的调节（主观上）：为使水泵装置高 效运行， 例如： 闸阀调节——通过改变管路特性改变能量供求平 衡关系 变速调节——通过改变水泵转速的方法改变水泵 特性线 变径调节——切削调节，通过改变叶轮外径的方 法改变 水泵特性线 变角调节——轴流泵通过改变叶片安放角改变水 泵特性线
五、数解法求离心泵装置工况点
泵效率知识

在泵正常工作范围内：

水力阻力损失功率占30%
叶轮圆盘损失功率占8.2%（提高圆盘及泵体表面光滑度， 尽量减小叶轮外径）

止推轴承摩擦损失功率占6%（合理的轴向力平衡措施可减 小）

水力损失组成:

主要由叶轮、圆盘摩擦损失、叶轮流道摩擦损失、叶轮流道 扩散损失组成
实测特性曲线（P32图2－27）
实质：联立水泵特性线方程、管路特性线方程， 方程组的根即为水泵工况点 5.1 水泵特性线方程 用待定系数法或多项式系数求解的最小二乘法求解 H aQ2 bQ c 一般： 离心泵高效区：H H x S x Q 2 H x 、S x ——分别为水泵的虚扬程和虚阻耗

5.2 方程组的解：H H

3.2 前弯式叶片的弊端


三. 实测特性曲线的讨论

3.3 性能曲线具有“扬程随流量的上升而下降”的特
性，一方面有利于电机稳定运行，另一方面与管网 “阻力随流量的增加而上升”的特性相匹配，便于在 能量供求关系平衡的条件下达成工况点自动稳定。 3.4 在最高效率点周围的一定范畴为水泵运行高效区

3.2 动态平衡分析



P32图2-36 小于工况点流量点K：泵提供比能大于管路所需能 耗，多余能量使流量增加，工况点右移直至M 大于工况点流量点D：泵提供比能小于管路所需能 耗，不足能量（抽力不够）使流量减少，工况点左 移直至M H K
M
D
HST
0
QM
HST
Q
3.3 极限工况点


讨论观点：
（不低于最高效率的10%）

3.5 启动时，水泵在零流量下运行，其功率（30%N） 消耗于机械摩擦，泵壳温度上升，故离心泵关阀启动 时间不宜过长
三. 实测特性曲线的讨论

（2-50） 考虑因素：选择水泵运行过程中可能遇到的最大轴功 率
3.6 选配电机（P33表2-1） NP kN / 传
小知识：对于低比转速离心泵需要进行无过载设计

物理意义： 水箱所提供的比能H全部消耗于连接管路的 摩阻 h 上
f
直接法
Q─∑h
H H=Hk=∑hk
折引法
K
H=Hk=∑hk
H
H
I
H
(Q─∑h)' 0 Q'k ∑h
Qk
0
Q'k
Qk
Q
K' Q
(a)
(b)
水箱出流工况图
能量线与管路系统 特性线求交点

从能量线上扣除管路阻力 特性曲线后与横轴求交



1.水力效率 2.容积效率 3.机械效率 有效功率 水功率 轴功率
h H / HT
m Nh / N
Nu QH
v Q / QT
概念：
Nh QT HT
N QH /

4 .总效率：

Nu QH QH QHT QT HT hvm N N QHT QT HT N
x 2 H H SQ st
S xQ 2
作业


1、第五版： P109 习题8~11 2、选作：编程用最小二乘法或待定系数法求14SA-10型 泵特性线，并与H=58+0.000013Q^2联立求工况点 参考：P40第五版
际工作偏离设计工况时，泵内的流态变得很复杂，由于理论方法
很难得到精确的表达式，因此采用性能实验和汽蚀试验绘制经验 曲线——性能曲线，同时根据对试验点回归得出经验方程

设计工况——设计离心泵时所采用的工况，此时离心泵效率最高
一、性能曲线名称及形式

1.1名称（在转速一定下）
扬程曲线： H f (Q) Q-H 功率曲线：N F (Q) Q-N
(Q) Q- 效率曲线：
气蚀曲线：H s (Q) Q-Hs
一、性能曲线名称及形式

1.2 形式
实验性能曲线：各参数随流量的变化规律 全面性能曲线：反映水泵工况、水泵制动工况、水 轮机工况和水轮机制动工况的四象限性能曲线 相对性能曲线：相似水泵的性能曲线，不同比转速 通用性能曲线：对离心泵为在不同转速下的各性能 曲线，对轴流泵为在不同叶片安放角下的性能曲线 综合性能曲线：不同水泵高效区性能曲线
f
H H st h f
Hst
hk
∑ Q--
h
K
二、图解法求水箱出流工况点

P36图2-30 2.1 直接法(a)：能量线与管路系统特性线求交点

物理意义：水箱所提供总比能H与管道所消耗的总比能 数量相等 h f

2.2 折引法(b)：从能量线上扣除管路阻力特性曲 线后与横轴求交
四、离心泵工况点的改变

P38 图2-33 离心泵工况点随水位变化
H C B A
H''ST H'ST HST
0
QC QB QA
Q
图2─38 离心泵工况点随水位变化

4.1 工况点变化（客观上）：管路特性线的改变 例如：水位的变化、用水流量的变化、管路特性（管道堵 塞或破裂、闸阀开度改变）的变化等
工况点变化的结果可能是水泵工况偏 离高效区，对此需进行调节
QM
HST
Q
直接法求工况
绘制水泵特性曲线（样本提供）；公式计算管路 阻力特性曲线；结合进出水池水位差（净扬程） 绘出管路系统特性线；交点M为水泵装置工况平 衡点
H M M1
Q─H
折 引 法 求 解 步 骤
HST HM
(Q─H)'
0 QM ∑h
Q
图2─37

折引法求工况
绘制水泵特性曲线（样本提供）；公式 计算管路阻力特性曲线；从泵特性曲线 上扣除管路特性线所对应的阻力损失， 静扬程对应的高度所求交点，在加上扣 除的损失，即为对应的泵流量和扬程。
C
α
1
1
w1
β
1
C2
α
2
C2m
β
2
w1 u
2
b)
Q
u1
速度三角形
C2u
D2和b2对特性的影响 a) D2对性能影响 b) b2对性能影响
理论特性曲线

试验特性曲线
Q QT q
2.2 对理论扬程的修正
(2)对理想流体假定的修正： 泵内摩阻损失→ 曲线2，冲击损失 →曲线3 (3)对泄漏与回流的修正：容积损失→ 曲线4
二、理论性能曲线 —— （定性分析）

H D'2 D''2 D'''2 D'2>D''2>D'''2 a) H b'2 b''2 b'''2 Q
2.1 公式推导（P28）
由 得
H T u 2 C 2u / g
u2 QT H T (u 2 ctg 2 ) A BQT g F2
b'2>b''2>b'''2
三、图解法求离心泵装置的工况点

3.1 工况点求解步骤
P37 图2-31（直接法） 图2-32（折引法）

Baidu Nhomakorabea
直接法步骤：绘制水泵特性曲线（样本提供）； 公式计算管路阻力特性曲线；结合进出水池水 位差（净扬程）绘出管路系统特性线；交点M 为水泵装置工况平衡点
直 接 法 求 解 步 骤

H M
HST
0
(1)对一维流假定的修正：反旋引起扬程下降 → 曲线1
注意：由机械磨损带来的损失对扬程无影响，对功率有影响 （轴承、填料轴封、圆盘摩擦损失）
离心泵的理论特性曲线
H
冲击损失 反旋 B <90°
2
B >90°
2
B =90°
2
Q -H
T
T
摩擦损失 4 效率 3 1 2
离心泵的理论特性曲线
Q
2.3 效率 的概念
H H v H d Z (V22 V12 ) / 2g
H H st h f
新问题：

1、实际工作除对扬程提出要求外，还对流量提出要求，对于泵的
其他基本参数在选型和使用时，也应有相关要求，故需要提出一
种能直接反映泵的基本参数之间关系的方程——特性方程

2、水泵实际工作流量和扬程往往是在某一个区间内变化的，当实


3.7 气蚀曲线反映相应流量下水泵允许的最大吸上真 空高度，并非运行时的实际真空值 3.8 水泵抽吸其他液体时应根据该液体的密度（功率） 及粘度（扬程）进行换算
作业:

第六节习题：P108 习题5、6（第五版）
第七节 离心泵定速运行工况
讨论额定转速下离心泵的运行参 数随流量的变化
第七节 离心泵定速运行工况

定义：管道上所有闸阀全
开时水泵的工况点。
注意：管路特性线随闸阀
开度不止一条
管路特性曲线是不同阀 门开度对应管路曲线上 不同的点 ,对于固定管路 无论阀门开度如何 ,管路 特线曲线仅一条
讨论

错误观点：将管路特性线定义为不同阀门开度 对应的最大流量与管路所需耗能的关系线。

正确观点：管路特性线随闸阀开度不止一条， 对于同一开度，管路特性先反映了不同流量下， 管路阻力特征。极限工况点为闸阀全开时水泵 及管路特性线的交点。
dj
当v<1.2m/s
li 2 S 0.00148 5 ( 1 0 . 681 d j / Q) .3 dj
0.3
lj
1.2 管路系统特性曲线及方程表达式

P35图2-29
H
0 Qk Q

物理意义：曲线上任一点K的纵坐标H表示水泵输 送流量Q所需提供的静扬程，以及为此而消耗于 管路中的水力损失 h，即

扬程曲线 效率曲线 功率曲线 汽蚀曲线
三. 实测特性曲线的讨论

3.1 与理论特性线的关系：

定性分析理论特性曲线有助于了解实测特性线的变 化趋势，水泵厂通过实测的方法得到水泵特性线 (1) 前弯式叶片：水泵扬程和轴功率随流量的升高 而升高，造成电机过载，对电机的稳定运行不利 (2) 动扬程大（C2），水力损失大，效率低。