泵的知识

（1）离心泵的主要性能参数 
    离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量。
  ①流量（q_V）：以体积流量来表示的泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。
  ②扬程（H）：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。
  ③轴功率（Pa）：单位时间内由电机输入离心泵的能量。有效功率(Pe)：离心泵单位时间内对流体做的功：Pe=q_VHρg；
  ④效率（η）：，由于以下三方面的原因，电机传给泵的能量不可能100%地传给液体，（A）容积损失；（B）水力损失；（C）机械损失。

（2）离心泵的性能曲线
   从前面的讨论可以看出，对一台离心泵，在转速固定的情况下，其压头、轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系。这些关系的图形表示就称为离心泵的性能曲线，包括q_V-H曲线、q_V-Pa曲线和q_V-η曲线,这些关系一般都通过实验来测定。
    离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供，标绘于泵产品说明书中，其测定条件一般是20℃清水，转速也固定。典型的离心泵性能曲线如图所示。

讨论：
  ①从q_V-H曲线中可以看出，随着流量的增加，压头是下降
   的，即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械能越小。
  ②轴功率随着流量的增加而上升，所以大流量输送一定对应着大的配套电机。另外，这一规
   律还提示我们，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流小。
  ③泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一大值后便下降，根据生产任务选泵时，应使
   泵在高效率点附近工作，其范围内的效率一般不低于高效率点的92%。
  ④离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与高效率点对应的性能参数。

（3）离心泵特性的影响因素
  ①流体的性质：
  （A）液体的密度：H、q_V、η均与密度无关；Pa和Pe随密度的增加而增加。
  （B）液体的粘度：μ增加，H、q_V、η都下降，但Pa上升。

  ②转速:
    离心泵的转速变化率<20%，效率不变时，其H、q_V和Pa都要发生变化： 
     ；    ；    ——比例定律

  ③叶轮直径：
    前已述及，叶轮尺寸对离心泵的性能也有影响。当切割量小于20%时：
    ——切割定律

【例2-1】右图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：泵进口处真空表读数p₁=2.67×10⁴Pa(真空度)，泵出口处压力表读数p₂=2.55×10⁵Pa(表压)，泵的流量q_V=12.5×10^-3m³/s，功率表测得轴功率为6.2kW，吸入管直径d₁=80mm，压出管直径d₂=60mm，两测压点间垂直距离Z₂-Z₁=0.5m，实验介质为20℃的清水，试计算在此流量下泵的扬程He、有效功率Pe和效率η。
解：（1）泵的扬程：在真空表及压力表所在截面1-1与2-2间列柏努利方程：
    式中:Z₂－Z₁=0.5m，p₁=－2.67×10⁴Pa（表压）
        p₂=2.55×10⁵Pa（表压）
        u1=
        u2=
  两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故：
    He=0.5+=29.88（mH₂O）
（2）有效轴功率：（W）
（3）泵的效率：
    在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据，计算出相应的H、N和η值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特性曲线。

 （3）离心泵的组合操作
    在实际生产中，有时需要几台组合运行。组合方式可以有串联和并联两种方式。下面的讨论限于性能相同的泵的组合。泵的组合联实际上是改变泵的特性。。

  ①泵的串联特性曲线
    两台完全相同的泵串联前后特性曲线见右图（请点击泵的串联）。
讨论：
    在管路特性不变的条件下，串联泵与单台泵相比，工作点处扬程并未加倍，但流量却有所增加。
    关小出口阀（改变管路特性），使流量与原先相同，则串联泵的扬程是原先单泵的2倍。

  ②泵的并联特性曲线
    两台完全相同的泵并联后特性曲线如右图所示（请点击泵的并联）。
讨论：
    管路特性一定时，采用两台泵并联组合，工作点处流量并未加倍，但压头却有所增加。
    开大出口阀（改变管路特性），使压头与原先相同，则流量加倍。

  ③组合方式的选择
    单台不能完成输送任务可以分为两种情况：①扬程不够，即：；②扬程合格，但流量不够。对于情形①，必须采用串联操作；对于情形②，应根据管路的特性来决定采用何种组合方式。如右图所示（请点击管阻），对于高阻管路，串联比并联组合效果好；但对于低阻管路，则是并联比串联的效果好。

    离心泵的安装高度是指被输送液体液面到离心泵入口处的垂直距离，即右图中的Hg。

（1）汽蚀现象
    对如右图所示的入口管线，在0-0（位能基准面）和K-K间列柏努利方程，得：
  在贮槽液面上方压力p0一定的情况下，若增加泵的安装高度ZK(即Hg)，则叶轮中心K处的压力pK必然下降。当ZK增加到使pK下降至被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压时，则被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量汽泡；汽泡在由叶片中心向周边运动时，由于压力增加而急剧凝结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片。此种现象称作“汽蚀现象”。
    离心泵在汽蚀状态下工作时，泵体振动并发出噪音；压头、流量大幅下降，严重时不能输送液体；时间长久，在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下，叶片表面出现斑痕和裂缝，甚至呈海绵状逐渐脱落（见右图）。
    通过以上讨论可以看出，安装高度过高将会导致叶轮中心处的压力过低，从而发生汽蚀。只要泵的实际安装高度低于允许安装高度，则操作时就可避免发生汽蚀现象。

（2）汽蚀余量与允许安装高度
  ①汽蚀余量（NPSH）：
    泵入口处（1-1截面）的动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差称作汽蚀余量，即：
（NPSH）的物理意义：（NPSH）越小，表明泵入口处的压力p1或叶轮中心处的压力pK越低，离心泵的操作状态越接近汽蚀。

  ②必需汽蚀余量（NPSH）_r：
    为避免发生汽蚀现象，离心泵入口处压力不能过低，而应有一低允许值p_1r，此时所对应的汽蚀余量称为必需汽蚀余量，以（NPSH）_r表示。（NPSH）_r一般由泵制造厂通过汽蚀实验测定，并作为离心泵的性能列于泵产品样本中（见教材附录八）。泵正常操作时，实际汽蚀余量必须大于（NPSH）_r，我国标准中规定应大于0.5m以上。

  ③由（NPSH）_r计算泵的大允许安装高度[Hg]
    一台泵的必需汽蚀余量（NPSH）_r数值由泵的生产厂家提供，供用户计算泵的大允许安装高度[Hg]：
      （m）
    离心泵的实际安装高度只要低于大允许安装高度[Hg]就不会发生汽蚀。

（3）讨论
  ①引起汽蚀现象的原因：a.离心泵的安装高度太高；b.被输送流体的温度太高；c.吸入管路的阻力或压头损失太高。由此，一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀，如被输送物料的温度升高，或吸入管线部分堵塞。
  ②有时，计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。
  ③大允许安装高度[Hg]的大小与泵的流量有关。流量越大，计算出的[Hg]越小,因此用可能使用的大流量来计算是必要的。

（1）离心泵的类型：
  ①清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体。例如：IS型离心泵；
  ②耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成，要求密封可靠；
  ③油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性；
  ④杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。