離心泵知識(shí)、性能參數(shù)與特性曲線
要正確地選擇和使用離心泵，就必需了解泵的性能和它們之間的相互關(guān)系。離心泵的主要性能參數(shù)有流量、壓頭（揚(yáng)程）、軸功率、效率等。離心泵性能間的關(guān)系通常用特性曲線來表示。
一、泵的分類
泵的種類很多，可按其各種特征加以分類，見表1-1。
水泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成抽送液體能量的機(jī)器。來增加液體的位能、壓能、動(dòng)能。原動(dòng)機(jī)通過泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體作功，使其能量增加，從而使需要數(shù)量的液體，由吸入口經(jīng)水泵的過流部件輸送到要求的高處或要求壓力的地方。
二、離心泵的基本構(gòu)造
離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的，分別是：葉輪，吸液室，泵殼，轉(zhuǎn)軸，托架，軸承及軸承箱，密封裝置，基礎(chǔ)臺(tái)板等。
1、 葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高輸出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實(shí)驗(yàn)。葉輪上的的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。
2、 泵殼，它是水泵的主體。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接。
3、 轉(zhuǎn)軸的作用是借聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)相連接，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它是傳遞機(jī)械能的主要部件。
4、 軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種。軸承的依托為軸承箱。滾動(dòng)軸承使用牛油作為潤滑劑加油要適當(dāng)一般為2/3～3/4的體積太多會(huì)發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱！滑動(dòng)軸承使用的是透明油作潤滑劑的,加油到油位線。太多油要沿泵軸滲出，不利于散熱；太少軸承又要過熱燒壞造成事故！在水泵運(yùn)行過程中軸承的溫度最高在85度一般運(yùn)行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有雜質(zhì)，油質(zhì)是否發(fā)黑，是否進(jìn)水）并及時(shí)處理！
5、 密封裝置。葉輪進(jìn)口與泵殼間的間隙過大會(huì)造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低！間隙過小會(huì)造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，延緩葉輪和泵殼的所使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外援結(jié)合處裝有密封裝置，密封的間隙保持在0.25～1.10mm之間為宜。
1、流量：離心泵的流量Q---離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體
體積，常用單位為L/s或m3/h。
離心泵的流量Q與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸及轉(zhuǎn)速等有關(guān)。
泵安裝在特定的管路上，管路的特性必然要影響流量的大小。
2、壓頭（揚(yáng)程）
離心泵的壓頭H---又稱揚(yáng)程，指離心泵對(duì)單位重量（1N）的額液體所能提供的有效能量，其單位為m。
離心泵的壓頭H與葉片的彎曲情況β2、直徑D2、轉(zhuǎn)速n及流量Q有關(guān)。
3、效率
離心泵的效率η---反映泵對(duì)液體提供的有效能量與原動(dòng)機(jī)提供給泵的能量（軸功率N）之比。
離心泵的能量損失包括以下幾項(xiàng)：
（1）容積損失ηv 各種泄漏、回流，使泵對(duì)這部分液體作了無用功，減少了泵的實(shí)際輸送能量。ηv與泵結(jié)構(gòu)及液體在泵進(jìn)、出口處的壓強(qiáng)差有關(guān)。
（2）機(jī)械損失ηm 由泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間以及葉輪蓋板外表面與液體之間產(chǎn)生摩擦而引起的能量損失。其值一般為0.96—0.99。
（3）水力損失ηh 葉片間渦流造成的損失、液體入泵時(shí)的水力沖擊損失、液體與泵殼、葉片間的摩擦損失之和。水力損失ηh與泵的結(jié)構(gòu)、流量及液體的性質(zhì)有關(guān)。
離心泵的效率反映這三項(xiàng)能量損失的總和，故又稱為總效率η，總效率為這三個(gè)效率的乘積，即：
η=ηvηmηh
這里ηv、ηm與流量Q無關(guān)。
由水力損失圖示（右圖）可知：額定流量Qs（ηh=0.8--0.9）下hf最小，η最高。一般小型離心泵的效率為50%--70%,大型泵可高達(dá)90%。
4、軸功率
離心泵的軸功率P---泵軸所需要的功率，當(dāng)泵直接由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，它即是電機(jī)傳給泵軸的功率。單位為W或kW。
離心泵的有效功率Pe是指液體從葉輪獲得的有效能量。 
因?yàn)閾P(yáng)程是指水泵輸出的單位重液體從水泵中所獲得的有效能量，所以，揚(yáng)程和質(zhì)量流量及重力加速度的乘積，就是單位時(shí)間內(nèi)從水泵中輸出的液體所獲得的有效能量——即水泵的有效功率：
Pe=ρgQH(W)=γQH(W)
式中 ρ——水泵輸送液體的密度（kg/m3）；
γ——水泵輸送液體的重度（N/m3）；
Q——水泵的流量（m3/s）；
H——水泵的揚(yáng)程（m）；
g——重力加速度(m/s2)。
軸功率P和有效功率Pe之差為水泵內(nèi)的損失功率，其大小用大頭娃娃的效率來計(jì)量。大頭娃娃的效率為有效功率和軸功率之比，用η表示，即
1、特性曲線指H～Q、N～Q及η～Q（也有含△h～Q或hs～Q的）等的關(guān)系曲線。由泵的制造廠家提供，附于樣本或說明書中。右圖即為某一轉(zhuǎn)速下，典型的B型（單級(jí)單吸懸臂式）泵的特性曲線。 
特性曲線的共同特點(diǎn)：
（1）H～Q：Q↑→H↓
（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，Nmin；
（3）η～Q：先Q↑→η↑，達(dá)ηmin后Q↑→η↓，ηmax點(diǎn)——設(shè)計(jì)點(diǎn)。
其下的H、Q（即Os）、N是最佳工況參數(shù)——標(biāo)于銘牌上。
選擇泵時(shí)至少應(yīng)使其在≥92%ηmax下工作。
圖中的ABCD中的1、2是改變轉(zhuǎn)速或切割葉輪前后的特性曲線，3、4是改變轉(zhuǎn)速的相似拋物線或是切割外徑的切割線（拋物線）。方塊ABCD稱為水泵擴(kuò)大了的工作范圍，大頭娃娃可以在此范圍的任一點(diǎn)工作，而且效率下降最多不會(huì)趨勢(shì)5～8很多。
把許多水泵的工作范圍畫在一張坐標(biāo)圖中，稱為型譜。為了使圖形協(xié)調(diào)，高揚(yáng)程和大流量時(shí)的工作范圍不致過大（因高揚(yáng)程大流量的工作范圍相對(duì)變大），通常采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示。一般，每種系列大頭娃娃有一個(gè)型譜。
3、 汽蝕現(xiàn)象
液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生汽泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。汽蝕時(shí)產(chǎn)生的氣泡，流動(dòng)到高壓處時(shí)，其體積減小以致破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現(xiàn)象稱為汽蝕潰滅。
水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處）因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，產(chǎn)生大量蒸汽，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時(shí)，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應(yīng)力可達(dá)幾百至幾千個(gè)大氣壓，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬次，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將壁厚擊穿。
在水泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過流部件會(huì)產(chǎn)生破壞作用以外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并導(dǎo)致水泵的性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水泵中液體中斷，不能正常工作。
（1）、水泵汽蝕基本關(guān)系式
水泵發(fā)生汽蝕的條件是由水泵本身和吸入裝置兩方面決定的。因此，研究汽蝕發(fā)生的條件，應(yīng)從水泵本身和吸入裝置雙方來考慮，水泵汽蝕的基本關(guān)系式為
NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa
臨界汽蝕余量HL≤必須汽蝕余量HB≤許用汽蝕余量HX≤有效汽蝕余量HY
NPSHa=NPSHr(NPSHc)——水泵開始汽蝕
NPSHa> NPSHa>NPSHr(NPSHc)——水泵無汽蝕
式中 NPSHa——裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量，越大越不易汽蝕；
NPSHr——水泵汽蝕余量，又叫必需的汽蝕余量或水泵進(jìn)口動(dòng)壓降，越小抗汽蝕性能越好；
NPSHc——臨界汽蝕余量，是指對(duì)應(yīng)水泵性能下降一定值的汽蝕余量；
[NPSH]——許用汽蝕余量，是確定水泵使用條件用的汽蝕余量，通常取[NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。
（2）、裝置汽蝕余量的計(jì)算
（3）、 防止發(fā)生汽蝕的措施
欲防止發(fā)生汽蝕必須提高NPSHa，使NPSHa>NPSHr可防止發(fā)生汽蝕的措施如下：
1． 減小幾何吸上高度hg（或增加幾何倒灌高度）；
2． 減小吸入損失hc，為此可以設(shè)法增加管徑，盡量減小管路長度，彎頭和附件等；
防止長時(shí)間在大流量下運(yùn)行；
4． 在同樣轉(zhuǎn)速和流量下，采用雙吸水泵，因減小進(jìn)口流速、水泵不易發(fā)生汽蝕；
5． 水泵發(fā)生汽蝕時(shí)，應(yīng)把流量調(diào)小或降速運(yùn)行；
6． 水泵吸水池的情況對(duì)水泵汽蝕有重要影響；
7． 對(duì)于在苛刻條件下運(yùn)行的水泵，為避免汽蝕破壞，可使用耐汽蝕材料。
六、 水泵的相似理論的應(yīng)用：
換算改變轉(zhuǎn)速時(shí)水泵的特性曲線
設(shè)水泵的相應(yīng)尺寸相等（或?qū)ν慌_(tái)水泵），則相似定律公式
式中的下標(biāo)1表示轉(zhuǎn)速為n1時(shí)的參數(shù)，2表示轉(zhuǎn)速為n2時(shí)的參數(shù)。
七、 切割定律的應(yīng)用
1、切割葉輪外徑，按下式換算水泵的性能
Q1/Q2=D1/D2 H1/H2=（D1/D2）2 N1/N2=（D1/D2）3
1、 比轉(zhuǎn)數(shù)
水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)也稱水泵的相似準(zhǔn)則，是從水泵的相似定律推得的，表達(dá)式為
式中 Q——流量（m3/s），雙吸水泵取 ；
H——揚(yáng)程（m），多級(jí)水泵取單級(jí)揚(yáng)程； n——轉(zhuǎn)速(r/min)。
2、關(guān)于比轉(zhuǎn)數(shù)的說明
1． 同一臺(tái)水泵在不同工況下具有不同的ns值，作為相似準(zhǔn)則的ns是指對(duì)應(yīng)最高效率點(diǎn)工況下的值。
2． 因?yàn)閚s是水泵幾何相似的準(zhǔn)則，所以可以按ns對(duì)水泵特性曲線（運(yùn)動(dòng)參數(shù)的外部表現(xiàn)形式）的趨勢(shì)進(jìn)行分類。運(yùn)動(dòng)相似的前提條件是幾何相似。所以，水泵特性曲線的形狀和水泵的幾何形狀有關(guān)。 |
