第3章 叶片式水泵的性能

则
HT
u2C2u g
（2）
u2
nD2
60
则增加转速(n)相加大轮径(D2)，可以提高水泵之扬 程。
(3)离心泵的理论扬程与液体的容重无关 但当输送不同容重的液体时，水泵所消耗的功率将
是不同的。
(4) HT H1 H2
水泵的扬程由两部分能量组成，一部分为势扬程(H1)， 另一部分为动扬程(H2)，它在流出叶轮时，以比动能 的形式出现。
▪ 结论：目前离心泵的叶轮几乎一律采用后弯式叶片(β２ ＝20°-30°左右)。这种形式叶片的特点是随扬程增大， 水泵的流量减小，因此，其相应的流量Q与轴功率N关 系曲线(Q-H曲线)，也将是一条比较平缓上升的曲线， 这对电动机来讲，可以稳定在一个功率P变化不大的范 围内有效地工作,电机不易超载。再而后弯式水流条件 好,损失小。
▪ 3.2.4基本方程式的修正
假定1 假定2
基本满足。 HT
“反旋现象”。
'
HT 1 p
假定3 有水力损耗
H
h HT
' h
HT 1 p
ηh——水力效率; p——修正系数。
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3.3 离心泵的特性曲线
▪ 离心泵的特性曲线
特性曲线：在一定转速下，离心泵的扬程、功率、 效率等随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基 本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。各种型 号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。
第3章 叶片式水泵的性能
▪ 3.1 水泵的6个性能参数：
1、流量(抽水量) 水泵在单位时间内所输送的液体数量。 用字母Q表示，常用的体积流量单位是m3／h或L／s。 常用的重量流量单位是t／h。
2、扬程(总扬程)
水泵对单位重量(1kg)液体所作功，也即单位重量液体 通过水泵后其能量的增值。
用字母H表示，其单位为kg·m／kg，也可折算成被送 液体的液柱高度(m)；工程中用国际压力单位帕斯卡(Pa) 表示 。
取进出口轮缘(两圆柱面)为控制 面。 组成M的外力有： 1、叶片迎水面和背水面作用于 水的压力P2及Pl； 2、作用叶轮进出口圆柱面上的 水压力P3及P4，它们都沿着径 向，所以对转轴没有力矩； 3、作用于水流的摩擦阻力P5及 P6，但由于是理想液体，故不 予考虑； 4、重力的合力矩等于零
C
α2
1、对轮心取矩
QC2 cos2 R2 C1 cos1 R1 M
2、叶轮对流体所作功率
NT M Qu2C2 cos2 u1C1 cos1
NT QHT
3、理论扬程
HT
u2C2
cos 2
u1C1 cos1
HT
1 g
u2C2u u1C1u
▪ 3.2.3基本方程式的讨论
（1）为了提高水泵的扬程和改善吸水性能，取α１＝ 90°，既Ｃ１u=0
▪ 3.3.1理论特性曲线的定性分析
HT
u2C2u g
HT
u2 g
(u2
QT F2
cot
2)
C2r
QT F2
HT A BQT
QT——泵理论流量(m3／s)。也即不考虑泵体内容积损失 (如漏泄量、回流量等)的水泵流量； F2——叶轮的出口面积(m2)； C2r——叶轮出口处水流绝对速度的径向分速(m／s)。
1、 β２＜90°
(1)直线QT-HT HT A BQT
A u22 g
(2)直线I
A u22 (1 p)g
(3)扣除水头损失(Ⅱ) 摩阻、冲击
(4)扣除容积损失(Q-H线)
▪ (1)水力效率ηh：泵体内两部分水力损失必然要消 耗一部分功率，使水泵的总效率下降。
h
H HT
▪ (2)容积效率ηv：在水泵工作过程中存在着泄漏和
回流问题，存在容积损失。
v
Q QT
▪ (3)机械效率ηM：机械性的摩擦损失
M
Nh N
▪ 总效率
QH
N
h v M
▪ 2、(β２>90°)
HT A BQT
从上式可看出，水泵的扬程将随流量的增大而增大， 并且，它的轴功率也将随之增大。对于这样的离 心泵，如使用于城市给水管网中，将发现它对电 动机的工作是不利的。
▪ 恒定元流的动量方程对某固定点取矩，可得到恒定元 流的动量矩方程
dQ(r2 u2 r1 u1) r F
A2 r2 u2u2dA2 A1 r1 u1u1dA1 (r F)
单位时间里控制面内恒定总流的动量矩变化(流出液体 的动量矩与流入液体的动量矩之矢量差)等于作用于该 控制面内所有液体质点的外力矩之和。
▪ 3、轴功率
▪ 泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以 N表示。
原动机为电力拖动时，轴功率单位以kw表示。
有效功率——单位时间内流过水泵的液体从水
泵那里得到的能量叫做有效功率，以字母 泵的有效功率为
Nu 表示
Nu QH
: 取1000 kg / m3
▪ 4、效率 ▪ 水泵的有效功率与轴功率之比值，以η表示。
(2)C与u的夹角α； C与W的夹角β
离心泵叶片形状
（a) 后弯式 (β２＜90°)
（b)径向式 (β２ ＝ 90°)
（b) 前弯式 (β２＞ 90°)
叶轮出口速度三角形
C2u C2 cos2 u2 C2r cot 2
C2r C2 sin2
▪ 3.2.2 基本方程式的推导
三点假定： (1)液流是恒定流； (2)叶槽中，液流均匀一致，叶轮同半径处液流的 同名速度相等。 (3)液流为理想液体，也即无粘滞性。
Nu
N
W QH t(kwh) 10212
t：运行时间h η1：水泵的效率 η2：电机的效率
▪ 例：某水厂取水泵站，供水量Q＝ 8.64×104m3／d，扬程H=30m；水泵及电 机的效率均为70％，则该泵站工作10h其电耗 值？
▪ 5、转速
▪ 水泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数来 表示，以字母n表示常用单位为r／min。
在往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示(次 ／nlin)
▪ 6 允许吸上真空高度(Hs)及气蚀余量(Hsv)
允许吸上真空高度(Hs)
指水泵在标准状况下(即水温为20℃、表面压力为一 个标推大气压)运转时，水泵所允许的最大的吸上真空 高度 (即水泵吸入口的最大真空度)。单位为mH20。水 泵厂一般常用Hs来反映离心泵的吸水性能。
气蚀余量(Hsv)
指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸气压 力的富裕能量。水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流 泵、锅炉给水泵等的吸水性能。单位为mH20 。气蚀 余量在水泵样本中也有以Δh来表示的。
3.2 离心泵的基本方程式
▪ 3.2.1叶轮中液体的运动状况
(1)相对速度W； 圆周速度u； (牵连速度) 绝对速度C