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各种用途使用泵的形式见表1.1.2。

表1.1.2各种用途使用泵的形式

用途

主要用途

概要

泵型

农

业

用

·

灌溉

排水

水田或旱田灌溉

土壤改良或排洪水

低扬程离心泵·

深井潜水泵

混流泵·

小型潜水泵

轴流泵·

潜水轴流泵

喷灌泵（自吸）·

潜水混流泵

自

来

水

工

程

引水

送水

配水

增压

把原水引到净水池

从净水池向配水池送水

从配水池向需要端配水

在配水管路途中对水增压

双吸离心泵中开泵

立式混流泵（斜流泵）

立式离心泵

潜水混流泵（斜流泵）

污水处理（下水道）

中继

污水处理

排放污水、雨水

把污水输送到处理池

输送污水、污物

立式（卧式）污水泵

可调叶片混流泵（斜流泵）

混流泵、轴流泵

污水潜水泵

火

力

发

电

厂

锅炉给水

冷凝水

循环水

除灰

向锅炉给水

抽吸冷凝器内凝结水

向冷凝器输送冷却循环水

水力输送锅炉灰渣

高温高压多级离心泵

高抗汽蚀性能立（卧）式离心泵

立式混流泵（斜流泵）、轴流泵

渣浆泵、灰渣泵

矿山、钢铁厂

坑内排水

水力采煤

水力输煤

钢铁除鳞

排除坑内涌水

从喷嘴喷射高压水粉碎煤层

水力输送煤粒

用高压水除去轧制钢材表面鳞片

潜水泵

卧式多级离心泵

高压往复泵

高扬程除鳞泵

石

油

钻井

抽油

注水

输油

炼油

带出钻屑冷却钻头

从井内抽油

向井内注水增加油层压力

集散油输送和长距离管道输送

在炼油厂各装置流程中输送各种油

活塞式泥浆泵·

离心泥浆泵

活塞式抽油泵（转子式稠油泵）

潜油电泵·

高压多级离心泵

高压柱塞泵·

单吸单级离心油泵

多级中开式油泵·

双吸油泵

化

学

化工流程

高温液体

低温液体

熔融金属

在化工装置中输送液体

输送400℃以上的热媒盐等

高温介质

输送-100℃以下的液态氧等

单级（多级）耐腐蚀离心泵

液下泵

高温泵

低温泵

船

舶

抽凝结水

输送循环水

货油·

清舱

平衡·

推进

抽吸冷凝器凝结水

输送冷凝器用循环水

装油、卸油·

清船

平衡船体和喷水推进

汽轮机驱动中开式多级泵

立式卧式（第一级双吸）泵

立式单吸（两级）离心泵

立式往复泵

轴流泵和导叶式混流泵（斜流泵）

建

筑

施

疏浚

混凝土

排除施工中涌水

清淤

压送混凝土·

向搅拌机供水

工程用潜水泵、自吸泵

污水泵

微型离心泵、柱塞泵

设

备

锅炉供水

楼房供水

排放污水

温水循环

冷房（冷却、循环、喷雾）

向锅炉供水

向楼房供水

宾馆、餐厅等排污水污物

供热水或暖房用温水

将冷冻机冷凝器出来的温水打到冷却塔进行循环

使水在冷冻机蒸发器和空调器盘管间循环

小型立式（卧式）多级离心泵

旋涡泵高楼送水装置

小型潜水泵、自吸泵、微型泵

立式多级泵

管道泵

屏蔽泵

双吸泵

轻

纸浆

药液

陶瓷泥浆

输送各种浓度纸浆

输送黑液

输送陶瓷液浆

无堵塞离心泵

耐腐蚀离心泵

隔膜柱塞泵

食

品

饮料

酵母

均质

输送饮料、乳品

输送酵母

细化果茶、乳品、豆制品等

不锈钢离心泵

转子泵、齿轮泵

高压柱塞式均质泵

1.2泵的工作原理

离心泵、混流泵（斜流泵）、轴流泵工作原理简述。

一.离心泵

泵在离心力的作用下抽吸液体（与旋转雨伞水滴飞出原理相同）。

二.轴流泵

叶轮旋转时，叶片翼型产生升力，在升力的作用下抽吸液体，（与飞机机翼产生升力的原理相同）。

三.混流泵（斜流泵）

在一部分离心力和一部分升力作用下抽吸液体。

离心泵混流泵（斜流泵）轴流泵

图1.2—1

1.3泵的基本参数及特性曲线

一．泵的基本参数

1.流量Q

流量：

泵在单位时间内排出液体的数量。

单位：

体积流量Q－m3/s，m3/h，L/s。

　　　重量流量G－T/h，kg/s。

2.扬程Ｈ

扬程：

单位重量液体通过泵后所获得能量的增量（一般以泵的进出口法兰为界）。

米（m）。

泵出口法兰处的单位重量液体能量减去泵进口法兰处单位重量液体能量，即为单位重量液体通过泵后所获得的能量。

液体的能量有压力能，速度能和位能。

所以　H＝

式中：

Pd，Ps—泵出口，进口处液体的静压力（m）。

Vd，Vs—泵出口，进口处液体速度（m/s）。

Zd，Zs—泵出口，进口到任选测量基准面的距离（m）.

3.转速n

转速：

泵轴每分钟的转数。

转/分（r/min）。

4．功率P

功率：

单位时间内所作的功。

单位：

千瓦（kw），马力（PS）

1千瓦=1.36马力1马力=0.735千瓦

轴功率：

原动机传给泵的功率，即泵的输入功率，Pa

有效功率（水功率）：

即泵的输出功率，Pe

Pe=

（kw）

轴功率Pa与有效功率Pe之差是在泵内损失的功率（见图2.3—1）。

配套功率：

泵配套原动机的额定功率，P

P=1.1~1.2Pa（防止超负荷）

5.效率

效率：

指有效功率与轴功率之比（即输出

功率与输入功率之比）。

%

η=

Pa＝

机械损失：

轴承，填料，叶轮等的摩擦损失。

图1.3—1

水力损失：

液体从泵的进口到出口途中有摩擦和局部阻力损失。

流量损失：

泵内液体回流，密封不严外漏的流量损失。

6.汽蚀余量NPSH

ａ．泵必须汽蚀余量（NPSH）R：

表示从泵进口到最低压力点（Pk）间液体流动过程中的压力降，也就是使泵不汽蚀在泵进口处单位重量液体所具有的超过气化压力的富余能量。

（NPSH）R由实验得出，单位：

ｍ。

ｂ．装置汽蚀余量（NPSH）a：

表示泵进口处单位重量的液体超过气化压力的富余能量，泵装好后，（NPSH）a可计算出。

（NPSH）a=Pa/γ—Pv/γ±

Hg-hc

Pv:

　汽化压力（m）

Pa:

　大气压力（m）

hc:

泵的吸入损失（m）

γ：

液体重度（kg/m3）

Hg:

泵的安装高度（m）

Hg：

为正（倒灌）Hg为负（吸上）

c.汽化压力（Pv/r）

液体在一定温度下大量汽化时的临

界压力，或称饱和蒸汽压。

（水在20℃时，Pv=0.0238kg/cm2，即0.238m）

d．NPSHR的物理意义图1.3—2

Ⅰ）液体流入泵后，未被叶轮增加能量前，压力能头降低的那部分数值，它是因流速变化和水力损失引起的，影响它的主要因素是泵吸入室的几何形状和流速，而与吸入管路系统，液体的性质等参数无关，它只与泵的结构有关，确切的说，它只与叶轮的形状及进、出口形状有关。

Ⅱ）（NPSH）R和（NPSH）A是两个性质不同的参数，（NPSH）R由泵本身的特性决定，是表示泵本身抗汽蚀性能的参数，（NPSH）R越大，泵的汽蚀性能越差，反之，越好。

而（NPSH）A是由外界的吸入装置特性决定的。

Ⅲ）泵产生汽蚀的界限（NPSH）A＝（NPSH）R

　　　　（NPSH）A＝（NPSH）R对应（Pk=Pv）泵开始汽蚀

　　　　（NPSH）A<

（NPSH）R　　对应（Pk<

Pv）泵严重汽蚀

　　　　（NPSH）A>

（NPSH）R　　对应（Pk>

Pv）泵无汽蚀

　　Pk—叶轮叶片某部位的最低压力

7.真空度Hs

Hs：

泵进口处的真空值，即叶轮进口的压力Ps小于大气压力Pa的数值，其值换算到泵基准面上用米柱表示。

Hs=

如在叶轮进口处安装一个真空表，从真空表上读得的数就是吸上真空度。

（NPSH）R与Hs的关系：

a）.Hs的大小与Hg、Vs、hc、Pa有关

b）.Hg≤

’－

8.比转数ns

a）.比转数是从相似理论中引出的一个综合性参数，表示叶轮特征型式的无量纲常数，它说明了相似泵的Q、H、n间的关系，相似泵在相似工况下，比转数相等。

同一台泵在不同工况下的ns不相同，通常用最佳工况点的ns来代表一系列几何相似的泵。

b）.ns的计算公式

一般的泵　　ns=

双吸泵　　ns=

多级泵　ns=

Q—m3/s　H—m　n—r/min　i—泵的级数。

c.比转数的用处（见表1.3.1）

表1.3.1比转数与叶轮形状和性能曲线形状的关系

Ⅰ）利用ns对叶轮进行分类。

　　ns小，流道细长，D2/D0值大，曲线平坦。

　　ns大，流道变宽，D2/D0值小，曲线变陡。

Ⅱ）ns是编制型谱的基础

Ⅲ）ns是泵设计的基础（相似换算等）

Ⅳ）ns体现叶轮的形状和性能曲线的关系

二．特性曲线

１．泵内运动参数之间存在着一定的联系，用曲线的形式表示泵性能参数之间的关系，称为泵的性能曲线（也叫特性曲线）。

换句话说，当泵工作时，转速一定时，用来表示Q（流量）与Ｈ（扬程）、η（效率）、Ｐ（功率）、（NPSH）R（汽蚀余量）之间相互关系的曲线称为泵的性能曲线或特性曲线，这些曲线都是实验得出的。

图1.3—3是泵性能曲线示例。

图1.3—3泵特性曲线

２．泵特性曲线全面，综合，直观地表示了泵的性能，因而有多方面的用途，用户可以根据性能曲线选择要求的泵，确定泵的安装高度，掌握泵的运转情况，制造厂在泵制造完毕后，通过试验作出特性曲线，并根据特性曲线形状变化，分析泵几何参数对泵性能的影响，以便设计出符合要求性能的泵。

3.在曲线上，对任一个Q点，都可以找出与其相对应的H、P、η、（NPSH）R。

通常，把这一组相应的参数称为工况点，一般把最高效率点称为最佳工况点（也就是设计点）。

在实际生产中，必须参照泵的性能曲线来选择泵的工况点，这样才能使泵经常在高效区运行，可调泵（转速可调，叶片角度可调）的目的就是使泵常年在高效区运行。

４．Q—H曲线有三种形状（见图1.3—4）

驼峰曲线：

上升和下降（ns<

80）→曲线①　　　　　

平坦曲线：

较平缓（ns80~150）→曲线②

陡降曲线：

下降较快（ns>

150）→曲线③

适用于流量调节范围比较大，而扬程要求变化较小的系统中。

适用于流量变化不大，而扬程要求变化较大的系统中，如输送纤维浆液的系统中。

影响曲线的因素图1.3—4

ａ．使叶轮出口宽度b2加大，曲线变平。

使叶轮出口宽度b2减小，曲线变陡。

ｂ．叶片出口角β２增大，曲线变平。

　　叶片出口角β２减小，曲线变陡。

5.Q—P曲线

①．不同ns的泵，曲线变化规律不同；

离心泵的轴功率随流量的增大而增大；

轴流泵的轴功率随流量的增大而降低；

斜流泵的轴功率通常随流量的增大而降低（介于离心泵和轴流泵之间）。

②．离心泵关阀启动；

轴流泵开阀启动；

斜流泵通常为半开阀启动。

6.Q—NPSHR曲线

确定泵安装高度的主要依据，同时也是确定运行范围的依据之一。

1.4泵的主要组成部分和作用

叶片泵的结构型式多种多样，但基本上由7个部分组成。

一．吸入部件

　作用：

吸入部件位于叶轮前面，其作用是引导液体顺利地进入叶轮。

　种类：

有直锥形，弯管形，螺旋形三种，这三种形式又可派生出很多结构，如斜流泵用吸入喇叭口，立式离心泵（沅江泵）用肘管吸入等。

二．叶轮

作用：

叶轮是泵最重要的工作元件，是过流部件的心脏。

它的作用是将机械能转换为液体的能量。

　　种类：

根据液体从叶轮流出的方向不同和原理分，叶轮可分为离心式、混流式（斜流式）和轴流式三种；

从结构上分，可分为单吸、双吸、闭式、半开式、开式叶轮等。

三．导出部件（压水室）

　　作用：

导出部件位于叶轮外围或后部，其作用是将从叶轮流出的液体收集和导出或导入下一级叶轮，并将液体的一部分速度能转换为压力能。

根据泵的结构形式有：

①螺旋形压水室（蜗壳），②多级泵的导叶，③斜流泵的导流体等。

四．支承部件

使叶轮能够旋转做功，并承受部分轴向力和径向力。

种类：

①对卧式泵，有托架部件、轴承部件。

　　　②对于立式泵，有轴承支架部件、电机支座等。

五.轴封部件

防止泵内的高压液体漏出，或防止空气进入泵内。

有填料密封，机械密封等。

六.平衡装置

平衡或减小轴向力

种类和方法：

①平衡盘、平衡鼓（主要用于多级泵）

②在叶轮上开平衡孔或加平衡筋等

七.其它辅助装置：

如润滑系统、冷却系统等。

1.5　汽蚀及提高泵抗汽蚀性能的措施

一.汽化压力

　　液体在某一温度下，当压力降至某一压力值时，液体会汽化。

我们称这一压力值为液体在该温度下的汽化压力。

二．泵内发生汽蚀的过程

（－）泵内汽蚀的过程

泵运转时，流道里液体的速度和压力都是变化的，当流道中局部区域（通常是叶轮进口边稍后的某处）液体的绝对压力降低到当时温度下的汽化压力时，液体便在该处发生汽化，形成许多汽泡。

汽泡随液体向前流动至压力大于汽化压力的区域时，汽泡内外产生压差，汽泡急剧地缩小以至凝结，凝结过程中，液体质点高速填充空穴，液体质点就像无数小弹头一样，连续打击在金属表面上，在压力很高（局部压力高达50MPa），频率很高的连续打击下，金属表面逐渐因疲劳而破坏。

另外，在所产生的汽泡中还夹杂一些活泼的气体（氧），借助汽泡凝结时所放出的热量（局部温度高达200~300℃）对金属起化学腐蚀作用。

在这种机械剥蚀和化学腐蚀的共同作用下，使泵过流部件受到破坏的过程就是泵内的汽蚀过程。

（二）泵产生汽蚀的现象

1.产生振动和噪声

泵汽蚀时，汽泡在高压区内连续不断发生突然溃灭，并伴随着强烈的水击，这时会产生频率为600~25000Hz的噪音，泵内可听到“劈劈”、“啪啪”的爆炸声，同时机组产生振动，机组的振动又将促使更多的空泡发生溃灭，两者相互激励，当频率接近于装置的固有频率时，机组将发生强烈的共振，称为汽蚀共振，这时，机组不应工作。

2.过流部件的汽蚀破坏

泵长时间在汽蚀条件下工作时，在连续强烈的高频（600~25000Hz）冲击下（压力达50MPa），金属表面出现麻点，严重时金属晶粒松动并脱落，呈现出蜂窝状、海绵状、沟槽状、鱼鳞状甚至穿孔、断裂。

实践证明，汽蚀破坏的部位，正是汽泡消失之处，所以常常在叶轮出口和压水室进口部位发现破坏痕迹。

轴流泵和斜流泵，通常在叶片背面和外周出现破坏（叶片与叶轮室接触的地方，即间隙汽蚀）。

3.性能下降

泵刚发生汽蚀时，对泵性能影响不大，待汽蚀发展到一定程度，由于叶轮和液体的能量交换受到干扰和破坏，大量的汽泡“堵塞”流道，泵的流量、扬程、效率、轴功率曲线就会显著下降。

低比转数泵的特性急速下降；

高比转数泵的特性下降较为缓慢，只是到了某一个流量后，性能才急剧下降；

轴流泵无显著下降阶段，多级泵汽蚀只限于第一级，因而性能下降较单级泵为小。

三、提高泵汽蚀性能的措施

（一）提高泵本身的抗汽蚀性能

1.增大叶轮进口直径D0

2.增大叶轮叶片进口宽度b1

3.增大叶轮盖板进口部分曲率半径

4.叶片进口边适当向吸入方向延伸

5.增大叶片进口角

6.尽量使叶片进口厚度薄

7.增加叶片的光洁度

（二）防止发生汽蚀的措施

1.减少几何吸上高度Hg（或增加几何倒灌高度）。

2.减少吸入损失hc（可增大管径、减少管路长度、弯头等）。

3.选泵时，注意泵最大流量的（NPSH）R，应使装置的（NPSH）A大于泵的（NPSH）R。

4.在同样的转速和流量下，采用双吸泵（减小进口流速）。

5.泵汽蚀时，把流量调小或降速运行。

6.泵吸水池对泵汽蚀有重要影响。

7.对于在苛刻条件下运行的泵，为避免汽蚀破坏，可使用抗汽蚀材料如斜流泵的叶轮用0Cr13Ni4Mo，叶轮室用Ni—Cr不锈钢。

1.6泵站装置特性曲线及一般计算方法

一.泵运行时的工况点

1.泵装置（泵系统）（图1.6—1a）

泵装置通常由各种管路、阀、附件、开式流道、容器、喷嘴、堰口、仪表、装置等组成。

范围从进水液面至出水液面。

2.装置扬程Hz

把单位重量的液体从吸水池液面送至排水池液面需要的能量称为装置扬程。

装置扬程Hz由几何高度Z（静扬程）、进出口压力差（Pd—Ps）/ρg和进出口速度差

以及整个管路装置系统（泵本身除外）的水力损失Σh四部分组成。

①

②

—沿程损失，—局部损失

对于吸入和吐出液面为静止液面而言，

，所以

公式①和②合并为：

Hz=③

3.装置特性曲线

根据Hz=

可绘出Hz与Q的关系曲线，它是一条二次抛物线，称为装置扬程曲线（即管路装置曲线图1.6—1b）。

4.工况点（M点）（图1.6—1c）

把泵性能曲线和装置特性曲线画在同一张图上，装置特性曲线与泵性能曲线的交点就是泵的运转工况点。

图1.6—1泵运转特性

　　a泵装置b装置特性曲线c泵运转工况点

二.装置特性曲线的一般计算

要确定所使用泵的设计扬程，首先就要计算和作出各种运行方式和各种水位变化情况下的泵装置特性曲线，然后综合分析确定泵的设计扬程。

关于装置特性曲线的计算和作图，有多种多样的公式和方法，阻力系数的选法也不尽一致，这里介绍通常的计算方法。

一般情况下（包括电站循泵、水厂取水泵）泵装置特性曲线的基本表达式（进出口水位压力差为零，即

）为：

Hz=Z+KQ2④

式中：

Hz—装置扬程（M）

Z—几何扬程（M）

K—装置的总阻力系数

Q—流量（变量值）

要作出装置特性曲线，关键是求出K值，不同的图1.6—2

运行方式有不同的K值，都要分别求出其K值。

由于电站循泵（或自来水取水泵）一般是由多台泵组合安装，有多种组合运行方式，在各种运行方式下，不同组合的阻力系数K值都不一样，为了方便而简捷的求出各种不同组合的装置阻力系数K值，本公司建议采用“分段计算，分别组合”的方法。

　　步骤如下：

　　１．根据管路管径变化和串、并联情况，将整个管路系统分成若干段（每段管径相同），记为A—Ｂ、Ｂ－Ｃ、Ｃ－Ｄ段……

　　２．分别求出每段的阻力系数Ｋ值。

对已分段的压力管路其Ｋ值可按下式计算：

⑤

　　　式中：

ｄ—管路公称直径（ｍ）

　　　　　　λ—沿程阻力系数（从水力手册中查找）

L—直管长度（ｍ）

　　　　　　ξ—局部阻力损失系数（从水力手册中查找）

每段管路的直径ｄ，管长Ｌ及管件（弯头、大小头、三通、阀等）的数量规格都是已知的，管件及直管的阻力系数ξ、λ可从水力手册中查找，因此，根据式⑤可求出每段管路的阻力系数K（分别记为KAB、KBC、KCD……），给出不同流量Q，可得出相应的Hz。

例：

有一台泵装置，Z=40m，管路总长L=2000m，管径d=0.8m，管路中装口径D=0.6m闸阀一个，逆止阀一个，90º

弯头一个，管径d=0.8m的90º

弯头20个，作出泵的装置特性曲线。

解：

查阻力系数表得：

管阻系数λ=0.03，闸阀ξ1=0.1（全开）

逆止阀ξ2=1.7，0.8m的弯头ξ3=0.22，0.6m的弯头ξ4=0.2

进口ξ5=0.2，出口ξ6=1

K=

Hz=Z+KQ2=40+17.54Q2

列表计算：

Q（m3/s）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Hz（m）

40.16

40.20

41.58

42.81

44.39

46.39

48.59

51.23

54.20

57.54

根据上表可做出Q－Hz曲线（图1.6—3）

图1.6—3图1.6—4两台相同特性泵的串联运转

三．泵的串联和并联运转

（一）相同特性泵的串联运转

图1.6—4中HⅠ（HⅡ）是单台泵的特性曲线。

HⅢ是两台泵串联工作时的合成特性曲线，它是在同一流量下两台泵相应扬程（纵坐标）相加得到的，Ｒ是装置特性曲线，单台泵运转时的工况点为A，两泵串联时工况点为B。

由图可知，两台泵串联扬程和流量都增加，其增加程度和装置特性的形状有关，但都小于单独运转时的两倍。

（二）不同特性泵的串联运转

图1.6—5中，HⅠ、HⅡ为两泵单独运转时的特性曲线，ＨⅢ是串联合成曲线。

Ｒ1和R2是两条装置特性曲线，当装置特性曲线为Ｒ1时，合成工况点为Ａ，两泵单独运行时的工况点分别为A1，A2。

如果装置特性曲线为R2时，合成工况点为Ｂ。

当阻力曲线在Ｒ２以下时，其运转状态是不合理的。

在Ｑ＞ＱB时，两泵合成扬程小于泵Ⅱ的扬程，若泵Ⅱ作为串联工作的第二级，则泵Ⅰ变为泵Ⅱ吸入侧阻力，使泵Ⅱ吸入条件变坏，有可能发生汽蚀。

若把泵Ⅰ为串联工作的第二级，则泵Ⅰ变为泵Ⅱ排出侧阻力，消耗一部分泵Ⅱ的扬程。

两台泵串联工作，第二级的压力增高，应注意校核轴封和壳体强度的可靠性，泵串联工作，按相同的流量分配扬程。

图1.6—5两台不同特性泵