水泵与水泵站课堂讲义

教学目的：通过本课程的学习，掌握常用叶片泵（离心泵及轴流泵） 的基本构造、工作原理和主要性能；掌握水泵装置系统运行工况的图 解法和数解法计算原理、水泵机组的调节运行与节能原理；能够完成 给水排水泵站的机组选择、管道布置、辅助设施的选择与敷设任务， 具有泵站的初步设计能力。

教学内容：掌握水泵的基本性能、叶片泵的基本方程及分析应用、基 本性能曲线、串并联运行、汽蚀及安装高程确定、水泵机组的选配、 机组设备、辅助设备布置设计、管道系统设计、水锤计算、泵房设计、 井泵及井泵站等知识，掌握泵站运行管理方法及泵站经济指标的确定 方法。

第1章 绪论 1.1 泵与泵站在给水排水事业中的作用和地位

一、泵与泵站的作用 泵应用广泛

采矿——矿井竖井的井底排水，大型矿床地表疏干，掘进斜井的初期 排水（排水泵）

电力——高压锅炉给水泵，冷热水循环本，水力清渣除灰高压泵，冷 却水补给泵

农林——取水灌溉 市政建设

水的社会循环过程

水的采集——净化——输送——回收利用——再净化——再输送— —再利用

发达国家“零排放”——污水处理厂处理后的水不排放回水源，重新 做为城市自来水厂的第二水源启用。

二、地位

1、跨区、跨市的长距离、大流量的输配水系统工程建设 （1）“引滦入津”——原海河水因水库建设不满足天津市用水要求， 把河北迁西和遵化地区滦河上游潘家口和大黑汀两个水库的水引进 天津市。工程全长234km，全年引水量达10亿余立方米，全部工程 中建了4座大型泵站，分别采用多台叶片可调节型的大型轴流泵和高 压离心泵进行抽升工作，安装大型离心泵27台，总装机容量2万kw。 （2）南水北调——此工程是迄今为止世界上最大的水利工程，从1952 年10月毛泽东同志视察黄河时首次提出南水北调的伟大设想，到 1992年10月党的十四大把南水北调列入我国跨世纪骨干工程，再到 2002年12月南水北调工程正式开工。通过兴建南水北调工程，实现 东、中、西三条调水线路与长江、淮河、黄河和海河四大江河的联系， 构成“四横三纵”的中国大水网总体布局，实现水资源南北调配、东西 互济，工程建成后总调水规模448亿立方米，几乎相当于新增加一条 黄河。

2、农田灌溉

我国西北高原地区、南方丘陵地区和华北井灌地区，干旱少雨或水不 能自流灌溉，采用泵进行机电提水。在抽升黄河水引向西北高原的大 型灌溉工程中，已建成的大型泵站的单泵扬程一般均在70-150m以 上，有时多座泵站“串联”工作，组成阶梯泵站群。 3、防洪排涝

华北的平原河网地区，华东、华中的低洼地区，因地势低易涝，需要 水泵进行机电排水。

1.2 泵的定义及分类

一、泵的定义

泵是输送和提升液体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送液体 的能量，使液体获得动能或势能。

泵通过能量转换将水体自低处提升到高处或压送到用水地点。 二、水泵的分类

按作用 叶片式泵——靠装有叶片的叶轮高速旋转传递能量——

离心泵、轴流泵、混流泵

原理不同 容积式泵——靠泵体工作室容积的改变来转换能量——

活塞式往复泵、柱塞式往复泵、转子泵——水枪、气压擦车（高扬程、小流量）

其它类型泵——螺旋泵、 射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵等——除螺旋泵是利用螺旋推进原理来提高液体的位能以外，其它各泵都是利用高速液流或气流的动能或动量来输送液体的

三、给水排水工程中的水泵

给水工程：水厂扬程 20-100m 离心泵 单泵流量50-10000m3/h 大型水厂多台离心泵并联工作。

排水工程：城市雨水、污水泵站扬程2-12m 轴流泵 流量﹥10000m3/h

1.3 泵及泵站运行管理的发展趋势

一、水泵的发展趋向 1、大型化、大容量化

巨星轴流泵的叶轮直径已达7m，潜水泵已达1.6m，双吸离心泵的功 率已达5500kw。

2、高扬程化、高速化

目前，锅炉给水泵的单级扬程已打破1000m记录，要提高扬程就要提 高泵的转速。

3、系列化、通用化、标准化 4、微型化

第2章 叶片式泵

一、叶片式水泵的主要特点

依靠叶轮的高速旋转对水产生作用力，将原动机的机械能转化为水的 动能和压能，从而完成能量的转换。

效率高、成本低、结构简单、使用方便、运行可靠和适用范围广。 二、叶片式水泵的分类

叶轮出水 径向流——水流方向与泵轴垂直——离心力作用—

—离心泵

水流方向不同 轴向流——水流方向与泵轴平行——轴向升力——

轴流泵

斜向流——离心力和轴向升力共同作用——混流泵 2.1离心泵的工作原理与基本构造

一、工作原理

水泵抽取液体，分为两个过程，即吸水过程和压水过程。 1、压水过程

如图2-1所示，一个开口圆筒绕中心轴作等角速旋转时，筒内水面为抛物线上升的旋转凹面。

离心力F=mv2/R=mω2R （v=ωR） 当筒内的R大，ω大时，h就越大，壁面D点所受的静水压力也越大。离心泵的压水过程就是基于这一原理。叶轮中心处的液体，在离心力的作用下，迅速甩向叶轮四周，在这一过程中，液体质点相互碰撞，甩出叶轮后，又与蜗壳形泵壳碰撞，因此，使液体的动能减小，压能增大。液体进入泵壳流道后，

由于流道断面由小变大，液体流速继续减小，直至水泵出口时，流速降到最低值，液体的压能则达到最大值。液体就是借助此压力沿着水管上升到水池的。 2、吸水过程 （1）吸水现象

例如：吸饮料时，将吸管插入瓶中，首先将管内和口腔中的 空气吸走，使口腔中的气压低于饮料瓶中的水面气压，在此压力差的作用下，饮料才能源源不断地进入口中。水泵吸水，就是根据这一原理，在水泵进口处形成负压（低于吸水池液面上的压力），进水池的水才能不断地进入水泵。

（2）水泵进口处的负压形成方法

水泵启动前，将吸水管道和泵壳内注满水，随即启动水泵，叶轮进口处的液体在离心力的作用下，刹那间被甩出叶轮，当进水池的水还来不及补充时，在水泵进口处便形成局部真空（负压），此时，进水池的水面仍作用着一个大气压，于是水池的水面和水泵的进口处就形成一个压力差，进水池的水就是在此压力差的作用下源源不断地沿着吸水管进入水泵的。 3、离心泵工作原理

（1）水在大气压力作用下进入叶轮 （2）叶轮在泵轴驱动下高速旋转

（3）水在离心力作用下被甩入泵壳（完成能量交换） （4）泵壳约束水流进入水泵出水管 二、基本构造

1、蜗壳形泵壳的吸水口与水泵的吸水管相连 2、蜗壳形泵壳的出水口与水泵的压水管相连

3、叶轮的前盖板上有进水口，安装在泵壳的吸水口内，与水泵的吸水管路相连通 三、离心泵的分类

1、叶轮进水方式 单吸泵：单面吸水，前后盖板不对称——小流量 双吸泵：两面吸水，前后盖板对称——大流量 2、叶轮数量 单级泵：只有一个叶轮

多级泵：一根泵轴上串若干个 3、泵轴安装方式 卧式泵：泵轴与地面平行 立式泵：泵轴与地面垂直 4、工作压力 低压泵：P﹤100mH2o

中压泵：650mH2o﹥P﹥100mH2o 高压泵：P﹥650mH2o

2.2 离心泵主要零件

一、转动部分 1、叶轮

（1）功能：水泵进行能量转换的主要部件

（2）材料：离心力作用有一定机械强度，且要考虑耐磨性、耐腐蚀性。多采用铸铁、铸钢和青铜制作。 （3）构造

盖板情况 封闭式叶轮：前后两个盖板的叶轮，叶片6-8片

半封闭式叶轮：只有后盖板没有前盖板 用于污水泵中防 敞开式叶轮：只有叶片，没有完整盖板 止阻塞，叶片2-5

片

2、泵轴

（1）功能：支承叶轮并将原动机的机械能传递给叶轮

（2）材料：常用碳素钢制成，要求有足够的抗扭强度和刚度，挠度不超过允许值，工作转速不能接近产生共振现象的临界转速。

（3）水泵的转子=叶轮+泵轴，二者通过键来连接的，但此键只能传递扭矩而不能固定叶轮的轴向位置，大中型泵中叶轮轴线采用轴套和并紧轴套的螺母来定位的。

轴套：保护泵轴，以防锈蚀和磨损。 二、固定部分

1、泵壳（蜗壳状） 泵壳由泵盖、壳体组成

泵盖——渐缩的锥形管，锥度一般为7o-18o，将吸水管路中的液体以最小损失均匀进入叶轮。 壳体——泵的压出室，由蜗室和扩散管组成，扩散管扩散角为8o-12o，汇集叶轮处高速流出的液体，导向水泵出口，使流速水头的一部分转化为压力水头。

材料：耐腐蚀、耐磨损，具有一定得机械强度（做耐压容器） 泵壳顶设有充水和放气的螺孔——水泵启动前充水及放走空气 泵吸水和压水椎管的法兰上，设有安装真空表和压力表的测压螺孔 泵壳底部设有放水孔——泵停车检修时放空积水 2、泵座

（1）功能：支承整个泵体

（2）泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。泵体用螺栓固定于底板上；而底板用地脚螺栓固定于基础上。

泵座横向槽底开设有泄水螺孔——随时排走由填料盒内流出的渗漏水滴。

注：以上螺孔在泵运行中暂时无用可用带螺纹的丝堵栓紧。

三、防漏密封部分 1、轴封装置

（1）功能：防止泵轴和泵壳之间漏水与进气。 （2）填料密封

①组成：轴封套、填料（盘根）、水封管、水封环、压盖（格兰） ②填料材料：浸油、浸石墨的石棉绳或碳素纤维、不锈钢纤维及合成树脂纤维编织成的填料等。

为提高密封效果，填料绳一般做成矩形断面。 ③压盖压紧程度判断：水封管内的水能够通过填料缝隙呈滴状渗出为宜。

④泵壳内的压力水由水封管经水封环的小孔流入轴与填料件的隙面，起引水冷却与润滑的作用。 2、减漏环

（1）功能：减少泵壳内高压水向吸水口的回流量，承受叶轮与泵壳的磨损。

水泵叶轮进口外缘与泵壳内缘之间留有一间隙，如果间隙过小，将会引起机械磨损过大，出水侧的高压水流会经过此间隙大量地回流到吸水口一侧，使水泵出水量减小，效率降低。为了使间隙尽可能的小，又能在磨损后便于处理，一般是在泵壳上镶装一个铸铁减漏环。当减漏环磨损到漏水量太大时可以更换。 四、其他零件 1、轴承座

（1）功能：支承泵轴

（2）轴承的作用：轴承装于轴承座内，用以支承水泵的转动部分，同时又有利于泵轴旋转并承受轴向推力。离心泵使用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种。单级单吸离心泵通常采用单列向心球轴承（滚动轴承）。

（3）常用轴承材料：青铜或铸铁制造金属滑动轴承，用油润滑；

橡胶、合成树脂、石墨等制成的滑动轴承用水润滑。

2.3 叶片泵的基本性能参数

一、流量（抽水量）Q

泵在单位时间内输出液体的数量。体积流量单位为L/s，m3/s，重量流量单位t/h。

水泵铭牌上标出的流量是这台泵的设计流量，又称额定流量。泵在该流量下运行效率最高。若偏离这个流量运行，效率就会降低，为节约能源，节省提水的成本，应力争使水泵在设计流量下运行。 二、扬程（总扬程）H

泵对单位重量（1kg）液体所作的功，也即单位重量液体通过泵后其能量的增值，即水从泵进口到泵出口所增加的能量。用H表示。单位kg.m/kg=mH2O

水泵铭牌上标出的扬程是这台泵的设计扬程，即相应于通过设计流量时的扬程，也称额定扬程。 三、轴功率N

又称输入功率，泵轴得自原动机所传递来的功率称为轴功率，以N表示。原动机为电力施动时，轴功率用kw表示，也用马力表示。1马力=735.5瓦=0.7355kw。

水泵铭牌上的轴功率是指通过设计流量时的轴功率，又称额定功率。

四、效率?

泵的有效功率与轴功率的比值，用?表示。是标志水泵性能优劣的一项重要技术经济指标。

有效功率——又称输出功率，单位时间内流过泵的液体从泵那里得到的能量叫做有效功率，用Nu表示。

Nu??gQHNu(W) （2-1）

Nu效率?? （2-2）

N?gQHN??轴功率???gQH =

735.5?(W) （2-3）

?gQH = (KW) （2-4）

1000?(HP) （2-5）

?gQHW??t(KW?h)泵的电耗 （2-6） 1000?1?2水泵铭牌上的效率是对应于通过设计流量时的效率，该效率为泵的最高效率。泵的效率越高，表示泵工作时能耗损失越小。 五、转速n

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r/min。

水泵铭牌上的转速是这台泵的设计转速，又称额定转速。一般口径小的泵转速高，口径大的泵转速低。转速是影响水泵性能的一个重要参数，转速变化时，水泵的其他5个性能参数也相应的按一定规律变化。 六、允许吸上真空高度和汽蚀余量

1、允许吸上真空高度HS——泵在标准状态下（水温20℃，表面压力为一个标准大气压）运转时，泵所允许的最大的吸上真空高度。常用它来反映离心泵的吸水性能。即水泵吸入口处的最大真空值。 2、气蚀余量HSV

泵进口处，单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽压力（液体汽化的压力）的富裕能量。铭牌上最大允许吸上真空高度是真空表读数HV的极限值。在实用中，泵的HV超过样本规定的HS值，就意味着泵将会遭受气蚀。

说明：（1）气蚀余量是恒量水泵抗气蚀性能的一个指标，水泵的气蚀余量越小，说明水泵抗气蚀的性能越好。

（2）Q、H是基本要素，是选择水泵的主要依据。 七、水泵的铭牌

叶片泵的品种和规格繁多，为便于技术上的应用和商业上的销售，对不同品种、规格的水泵，按其基本结构、型式特征、主要尺寸和工作参数的不同，分别规定为各种型号。国产水泵通常用汉语拼音表示泵的名称、型式及特征，用数字表示泵的主要尺寸和工作参数。

铭牌上简明列出了该泵在设计转速下运转，效率最高时的数值，是设计工况下的参数值，它只是反应在特性曲线上效率最高的那个点的各参数值。 离心式清水泵 型号：12sh-28A

12-水泵吸水口直径（in），1in=2.54cm Sh-单级双吸卧式离心泵

28-泵的比转数被10整除的整数，该泵比转数为280 A-该泵叶轮直径已切削小了一档 型号：IB50-32-125

IB-符合国际标准的单级单吸离心泵 50-泵进口直径为50mm 32-泵出口直径为32mm 125-叶轮名义直径为125mm 型号：250S-39

250-泵进口直径为250mm S-单级双吸卧式离心泵 39-额定扬程39m

2.4 离心泵的基本方程式

应用理论力学和水力学方面的知识，通过离心泵基本方程式的推导，分析水流在叶轮中的运动规律，以便从理论上阐明水泵叶轮和水流之间的能量交换过程。这对深入了解水泵的性能、特性及合理选择、使用水泵都具有重要的意义。

叶片泵的基本方程是计算叶轮对流体做功大小的理论扬程方程式。

一、叶轮中液体的流动情况 1、液体的流道

叶轮进口、叶轮叶槽、叶轮出口 动坐标系统——旋转的叶轮 静坐标系统——泵壳或泵座

2、液体的流动情况——复合圆周运动

离心泵工作时，水流一方面随着叶轮一起旋转，同时又从转动的叶轮由里向外流动，产生如下三种运动速度：

（1）相对速度W：液体从旋转着的叶轮由里向外的运动，这是液体质点对动坐标系统的运动，称为相对运动，相应的速度称为相对速度，所谓相对速度是相对于叶轮而言的，用W表示。其方向与叶轮的叶片相切且由里向外。

（2）牵连速度（圆周速度）：液体随着叶轮做旋转运动，此运动可以看做叶轮这个动坐标系统对泵壳这个静坐标系统的运动速度，称为牵连速度（圆周运动），以u表示。其方向与叶轮圆周切线方向一致即与所在点对应的叶轮半径R垂直。

（3）绝对速度C：液体相对与泵壳的运动称为绝对运动，其速度称为绝对速度，用C表示。绝对速度是相对速度和牵连速度的合成，等于两个速度的向量和，其方向为u，ω二者合成方向，C表示水流在叶槽内的速度。

水流在叶轮中的复合运动可以用速度平行四边形来表示。故C为推导基本方程式具有不可替代的作用。

?1——C1与u1的夹角，叶片进口水流的绝对速度角

?2——C2与u2的夹角，叶片出口水流的绝对速度角

?1——W1与u1反方向的夹角，叶片进水角

?2——W2与u2反方向的夹角，叶片出水角

（4）离心泵叶片形状

叶片的出水角度?2的大小反映了叶片的弯度，是构成叶片形状和叶片

性能的一个重要数据。

叶片出水 ?2﹤90o，叶片与旋转方向呈后弯式叶片——流道平缓，弯 角不同 度小，叶槽内水力损失较小，效率较高。——离心泵常用?2为20o-30o

?2=90o，叶片出口是径向

?2﹥90o，叶片与旋转方向呈前弯式叶片——槽道短弯度

大，水力损失大，效率低

（5）速度三角形

C的切向分速度为Cu，径向分速度为Cr

C2u?C2COS?2?u2?C2rcot?2 （2-7） C2r?C2sin?2 （2-8）

二、基本方程式的推导

叶片泵的基本方程是反映叶片泵理论扬程和液体运动状况变化的方程式，又称理论扬程方程或欧拉方程。 动量矩定理：作用于控制体上的外力矩之和与单位时间内通过控制面净流入的动量矩之和等于单位时间内控制体中流体动量矩的增量。

其数学表达式为：

（一）方程式推导假定条件

液体在叶轮中的运动很复杂，为简化分析推理，对叶轮的构造和液流的性质做三点假设：

1、液体是恒定流（叶轮在工作期间Q一定）

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（认为叶轮的叶片无限多无限薄，液体的流动与叶片完全一致） 3、液流为理想液体（不考虑叶轮中液体运动的水力损） （二）叶槽中水流状态分析 1、外力矩∑M分析 组成M的外力有：

①作用于叶片迎水面和背水面的压力P1和P2；实践表明，物体在水中运动时，迎水面的压力要大于背水面的压力，即P1＞P2。叶轮旋转时，也正是由于这个压力差，才能把机械能传给被抽液体，使水流动，并获得能量。

②作用在ab和cd断面上的水压力P3、P4。因作用于径向，对转轴无

力矩。

③轮盘、叶片作用在水流的摩擦力P5、P6。在理想流体的假定下，不予考虑。 2、一般分析

一段水流在t时刻处于abcd处，t+△t位于efgh处，在△t时间段内有abfe流出叶槽，有cdhg流入叶槽，根据假定二者相等，记为dm

动量矩（对轴）变化分析

叶槽内水流abgh的动量矩在△t时间内没有变化，△动量矩=（abgh+cdhg）动量矩-（abgh+abfe）动量矩=cdhg动量矩-abfe动量矩 分析：

abfe速度为C2,cdhg速度为C1，两者质量均为dm △ 动量矩=dm（C2COS?2R2?C1COS?1R1）

?动量矩dm?（C2COS?2R2-C1COS?1R1)=M （2-9） dtdtdm??dV dt?dV QT作用于全部水流的所有力矩之和

?M??QT(C2COS?2R2-C1COS?1R1) （2-10）

根据假定3，液流为理想流体，无水头损失，叶轮的功率全部传给了液体，理论功率NT??M?=?gQTHT （2-11）

HT?=

?M? （2-12）

?gQT?QT(C2COS?1R2?C1COS?1R1)?

?gQT?=(C2COS?2R2?C1COS?1R1) （2-13） g根据假定2,u1?R1?1，u2?R2?2因此

1离心泵基本方程式HT?(u2Cu2?u1Cu1) （2-14）

g三、基本方程式的讨论

根据方程，理论上得出Q、H等的变化规律

1HT?(u2Cu2?u1Cu1)=?(C2COS?2R2?C1COS?1R1）

gg1、叶片泵的基本方程只与叶片泵进、出口速度三角形有关，与水流在叶槽中的流动情况和叶片形状无关，它适用于一切叶片泵。 2、基本方程与被抽送的液体的种类和性质无关，它适用于一切流体。

3、若使HT↑,C2、a2、R2不变，则应使a1↑，cosa1↓当a1=90o时，cosa1=0，即C1u=0，故大多数叶轮的进口为圆锥形或喇叭形，

HT?u2C2u （2-15） g若使HT↑,则应使a2↓，cosa2↑，当a2=0时cosa2=1这时的HT最大，但实际a2=0不能做到，水泵厂一般选用a2=6o-15o左右。 4、从速度方面分析，由分析1得HT?故HT?u2C2un?D2u2?，当u2↑，HT↑，,

60gn?D2C2u，增加转速和加大叶轮直径可以提高水泵扬程 605、HT与密度无关，但NT??M?=?gQTHT，当输送的液体不同，理论扬程相同时，原动机所需攻击的功率消耗不同。 6、分析叶轮的进出口速度三角形

W2?C2?u2?2C2u2cos?2 （2-16）

W1?C1?u1?2C1u1cos?1 （2-17） （2-16）和（2-17）除以2g并想减可得：

u2C2cos?2?u1C1cos?1u2?u1C?C1W1?W2 ??2?g2g2g2gu?u1C?C1W1?W2因此：HT?2 （2-18） ?2?2g2g2gPCPG由能量方程HT?E2?E1?(Z2?2?2)?(Z1?1?1)

?g2g?g2gPPCC =(Z2?2)?(Z1?1)?(2?1)

?g?g2g2gu?u1W1?W2PP因此2??(Z2?2)?(Z1?1) （2-19）

2g2g?g?gPP叶轮水泵产生的势扬程H1?(Z2?2)?(Z1?1) （2-20）

?g?g22222222222222222222222222C?C1叶轮水泵产生的动扬程H2?2 （2-21）

2g22故HT?H1?H2 （2-22）

说明：动扬程以比动能的形式出现，在实际应用中，由于动能转化为势能的过程中有能量损失，因此H2所占比例越小，泵壳内部水力损失越小，水泵的效率越高。（H2的作用可以理解为保持水在管路中流动和克服泵内出水流道和管路中的水力损失）

7、用基本方程可以分析离心泵的叶片形式。离心泵叶片出水角?2大于或等于90o时，出口绝对速度C2值大（速度三角形222C2?W2?u2?2W2u2co?s2)，即动扬程在理论扬程中所占的比例大，同时叶槽过于弯曲粗短且扩散角较大，水力损失大。为减少能量损失和提高泵的效率，实践中叶轮的叶片都采用后弯曲的形式（?2＜90o＝,叶片出水角一般在20o-30o 四、基本方程式的修正

1、假定1：液体为恒定流，当叶轮的转速不变时，叶轮外的绝对运动可以认为是恒定的，当外界使用条件不变时，这一假定可以认为符合条件，不做修正。

2、假定2叶槽内液体流动均匀一致，这只有在叶片无限多且很薄的情况下才能实现，而叶轮的叶片一般只有6～12片，所以，液流并非均匀一致。在叶槽中，水流具有一定得自由度，有时会产生反旋现象，叶槽中的液流流速实际是不均匀的，修正公式HT'?HT 1?p3、假定3：由于水泵抽升的是实际液体（并非理想液体），液体在泵壳内有水力损耗，包括叶轮进、出口的冲击，叶槽中的紊动、弯道和摩阻损失等，因此水泵的实际扬程H将小于理论扬程HT 水泵的实际扬程H??hH??h?h——水力效率（%）

p——修正系数

HT （2-23） 1?p2.5 离心泵装置的总扬程

一、基本方程式的意义

从理论上阐明了水泵叶轮和水流之间的能量交换过程，揭示了决定水泵本身扬程的一些内在因素，以及理论扬程和水泵构造、泵内水力条件之间的关系，这时深入了解水泵的特性，合理选择和使用水泵都是十分重要的。 二、水泵装置

水泵配上管路和相应附件后的系统称为水泵装置。水泵的选型，必须事先确定两个基本参数，即水厂中离心泵装置的总扬程H总和所需的

装机流量Q。

三、离心泵总扬程的表示方法 1、真空表和压力表表示法

从管理角度确定总扬程，供水泵站管理人员使用和统计数据

PvPvH?E2?E1?(Z2?2?2)?(Z1?1?1)

?g2g?g2gP?Pv?v1=(Z2?Z1)?(21)?(2) （2-24）

?g2g2222P1?Pa?PV （2-25）

PV——真空表读数，对应点1的真空度，即1点的绝对压力比一个大

气压的差值

P2?Pa?Pd（2-26）

Pd——压力表读数，对应点2处的相对压强，即2点的绝对压力值比一个大气压的增量

P?P1v?v1H?(Z2?Z1)?(2)?(2)

?g2gP?Pv?v1=(Z2?Z1)?(dV)?(2)（2-27）

?g2gv?v1 =Hd?HV??Z?2 （2-28）

2gv?v1一般水厂取水泵房运行时?Z?2较小，故H?Hd?HV（2-29）

2g22222222因此，只要把正在运行的水泵装置的真空表和压力表读数相加，就可得出该水泵的工作扬程。水泵的工作扬程是不包括管路水头损失的净扬程，或称地形扬程，即被抽液体的实际上升高度，由吸水净扬程（Hss）和压水净扬程（Hsd）两部分组成。 2、静扬程和水头损失表示法

从设计角度确定，供泵站设计人员使用 断面0-0和断面1-1的能量方程（吸水段）：

PvPvZ0?0?0?Z1?1?1??hs

?g2g?g2gP1?Pa?PV?P0?PV,v0≈0,HV?222PV ?g2v?Zv1因此HV?(Z1?Z0)?1??hs=HSS????hs （2-30）

2g22gHss——水泵吸水地形高度，即自水泵吸水井（池）水面的测管水面至

泵轴之间的垂直距离

?hs——吸水段水头损失

断面2-2和断面3-3的能量方程（压水段）

PvPvZ2?2?2?Z3?3?3??hd

?g2g?g2gP2?Pa?Pd，P3?Pa，v3≈0，Hd?222Pd ?g2v?Zv2因此Hd?(Z3?Z2)?2??hd=Hsd????hd （2-31）

2g22gHsd——水泵压水地形高度,即从泵轴至水塔的最高水位或密封水箱

液面的测管水面之间的垂直距离

?hs——压水段水头损失 将2-30、2-31代入2-28得

v?v1H?Hd?HV?2??Z

2g22 =Hsd?HV??hd??hs （2-32） =HST??h （2-33）

通过此公式根据外界条件确定水泵应具有的扬程

即水泵吸水井的设计水面与水塔（或密闭水箱）HST——水泵静扬程，

最高水位之间的测管高差

?h——水泵装置管路中水头损失之和 说明：

①水泵的扬程在实际工程中用于两个方面：一是由吸水井提升至水塔（静扬程HST），二是消耗在克服管路中的水头损失（?h）。

②在实际工程中，3-3水位容易确定，0-0水位不断变化，其设计水位的确定一般需保证供水95%，污水排放90%。 3、自灌式取水泵房

以进水轴线为基准，该水泵扬程能量方程

PvPvH?E2?E1=Z?2?2?(1?1)

?g2g?g2gPP式中P1、P2用相对压力表示，1?Hd'，2?Hd

?g?gv?v1H?Hd?Hd?2?Z (2-34)

2g'2222如果压力表均安装在沿泵轴轴线（即Z=0）,又忽略速度头差（即

v2?v1，则扬程公式简化为 ?0）

2g22H?Hd?Hd

'

断面0-0和断面1-1的能量方程（吸水段）

P0vPv?HSS?0?1?1??hs ?g2g?g2gPP1Pa''??Hd=0?Hd，v0?0 ?g?g?g22因此Hd'v?Hss?1??hs （2-36）

2g222断面2-2和断面3-3的能量方程（压水段）

PvP2v?Z?2?3?Hsd?3??hsd ?g2g?g2gPP2Pa??Hd?3?Hd，v3?0 ?g?g?gHd?Hsdv?2?Z??hd （2-37） 2g2将2-36、2-37代入2-34得

H?Hsd?Hss??hd??hs=HST??h （2-38）

2.6 离心泵的特性曲线

水泵的性能是指水泵各参数之间的关系及其变化规律。是水泵合理选型配套；正确确定安装高程；以及调节运行工况，使之在高效率区工作的重要依据。 一、水泵特性曲线定义

当水泵转速n为常数时，水泵扬程H，轴功率N，效率?，以及允许吸上真空高度Hs等随着流量Q而变化的函数关系，当n=const时，H=f（Q），N=F（Q），HS??(Q)，???(Q)，将这些关系式用曲线的形式表现出来，即为水泵的特性曲线。 二、水泵实际运行条件和设计情况的关系

设计工况：在设计水泵时首先根据一组（Q，H）与n值，按水力效率最高的要求来进行计算的。符合这一组参数的工作情况被称为水泵的设计工况。

水泵在实际运行中，其Q，H总是在一定区间内变化，与设计情况并不完全吻合，因此，泵内的水流运动就变得十分复杂，目前还没有一种进行精确计算的方法。对于离心泵的特性曲线，由于上述原因，通常采用试验的方法来确定的，下面我们将首先对离心泵的特性曲线进行理论分析。然后再结合实验性能曲线进行讨论。

三、理论特性曲线的定性分析 1、速度三角形分析

C2u?u2?C2rctg?2

uCu(u?C2rctg?2) （2-39） HT?22u=22gguuQ=2?2?Tctg?2 （2-41） ggF222、设叶轮外面积为F2，外缘径向分速度为C2r，故QT?F2C2r（2-40） 3、水泵制造好后，其叶轮面积F2和出水角?2不变，即一常数，设为B

n?D2，n为常数时，u2为常数，u22为常数，设为常数A 60因此，离心泵理论特性曲线为HT?A?BQT （2-42）

u2ctg?2为

gF24、u2?5、考虑叶流不均匀一致的修正

HuuQu2uctg?21H?T=?(2?2?Tctg?2)=?2QT

1?p1?pggF2g(1?p)g(1?p)F2'T22此时，曲线为直线Ⅰ，它与纵轴相较于HT'u2 ?(1?p)g26、考虑泵内部水头损失，曲线Ⅱ

水泵效率?：有效功率和轴功率的比值 功率?N?N?Nu消耗在以下以下几个部分

⑴机械损失：轴承内、填料轴封装置内的摩擦损失及叶轮盖板旋转时与水的摩擦损失等

Nh (2-45) N?gQTHT =

NNh——水功率。叶轮传给水的全部功率。即泵轴上输入的功率只

机械效率?m?有在克服了机械摩擦阻力后，才把剩下的功率传给了液体。Nh??gQTHT

⑵容积损失：减漏环、填料盒处漏损 容积效率?V??gQHTQ= （2-46）

?gQTHTQT⑶水力损失：吸水室、叶槽中和压水室产生的摩擦损失，如水泵流量不同于设计流量时，在叶轮进口、蜗壳形压水室进口等处会发生冲击现象，产生冲击损失。

?h??gQTHH （2-47） ??gQTHTHTNu?gQH? NN由式2-2可得，水泵效率?? =

?gQHT?gQTHT?gQH ???gQHT?gQTHTN将（2-45）、（2-46）、（2-47）代入得???h??v??m

水泵的总效率是三个局部效率的乘积，要提高泵的效率，必须尽量减小机械损失和容积损失，并力求改善泵壳内过水部分的设计、制造和装配，以减少水力损失。

7、关于叶片的讨论（离心泵理论特性曲线QT——HT的斜率是用叶片出水角?2来反映的）。 ⑴?2与QT、HT的关系

离心泵理论特性曲线QT——HT的斜率是用叶片出水角?2来反映的，对一定转速的某一叶轮，其u2、?2均为常数。泵流量与扬程的变化可以用C2r和C2u的变化来反映。

C2r?C2sin?2 C2u?C2cos?2 QT?C2rF2

HT?u2C2uu2uQ?(u2?C2rcot?2)?2(u2?Tcot?2) gggF2①?2?0时，C2ru?0，即QT?0,此时扬程最大HT?2

g2②?2?90o时，C2r最大，即QT最大，C2u?0，此时HT?0 ③?2?00?900时，可绘制出QT——HT曲线 ⑵?2与QT、HT的关系（为什么?2﹤900）

①当?2＞900时，HT?A?BQT,扬程随着流量的增大而增大，

如使用于城市给水管Nu??gQTHT，Nu↑则N↑,对于这样的离心泵，

网中，它对电动机的工作是不利的。 ②n和Q一定时，u2一定（u2?n?D2Q）,C2r一定（C2r?） 60F2若?2↑则C2↑(C22?W22?u22?2W2u2cos?2)这时叶轮出口动能增加，

动扬程H2↑，效率降低。

③为避免叶轮进口处产生旋涡，一般离心泵叶轮进口?1?900，这样，若采用?2﹥900，叶槽弯度增加，叶片存在两个不同方向的弯曲，使叶轮内液体的水力损失增大。

因此为了避免在叶轮进口处产生涡流，一般?1?900，而?2?900，且在200～300之间，使Q～N曲线呈一条比较平缓上升的曲线，扬程曲线才能由Q的增大而下降。对电动机来讲才可在稳定的一个功率变化不大的范围内来有效地工作。 四、实测特性曲线的讨论 ⑴Q-H曲线

1、扬程H随流量Q的增大而减小，Q=0时H最大。Q～H为一平缓的

下降曲线，与理论分析结果相吻合，有利于电机的选择和管网联合工作情况的自动调节。 2、高效区（高效段）：在该曲线中，相应于效率最高的点的各参数，均列于水泵的铭牌上，它是该泵的最经济工作点(即最佳工况点)，在其左右一定范围内（一般效率不低于最高效率的10%左右），都属于效率较高的区段，在水泵样本中用两条波纹线“ξ”标出，称为水泵的高效区。在选择水泵时，应使泵所设计要求的流量和扬程都落在高效区范围内。 3、“闭闸启动”：水泵启动前，压水管上的闸阀全部关闭，待电动机运转正常压力表读数达到预定数值时，再逐步打开闸阀使泵做正常运行。（Q=0,N=30%-40%设计轴功率，H最大，符合电动机轻载启动的要求。）

⑵Q-N曲线

1、Q-N曲线为一缓慢上升的直线，N随Q的增大而增大，当Q=0时，N=N0＞0，此功率主要用于消耗在泵的机械损失上，摩擦所产生的热能，使泵内水温上升，泵壳、轴承发热，严重时将导致热力变形，因此在Q=0的情况下，只允许作短时间的运行。

2、在选择水泵的配套动力机时，应使电动机的功率稍大于水泵的轴功率，以避免小机带大泵，否则，不是带不动，就是出水量较小，不能满足供水要求，轻则发热严重，重则烧毁电机。反之，大机带小泵，电动机的容量又得不到充分利用，不仅降低了电机的效率，而且造价高，增大了运行费用。 电动机配套功率 NP?kN?\

?\——传动效率。挠性联轴器传动?\＞95%，皮带传动?\=90%-95%

水泵样本中Q～N曲线是在液体为水或特定的液体下做出的功率和流量的关系。若液体的容重与此不符时，其N应按下式进行计算：

N??gQH(KW) 1000?⑶Q-Hs曲线

Q-Hs曲线上各点的纵坐标，表示泵在相应流量下工作时，泵所允许的最大限度的吸上真空高度值，并不代表泵在某（Q,H）点工作时的实际吸水真空值。泵的实际吸水真空值必须小于Q-Hs曲线上的对应值，否则，将会出现气蚀现象。 ⑷Q-?曲线

随着Q的增加，开始η不断上升（快），直到曲线顶点后（慢），η逐渐下降。η下降是由于水泵不在设计点工作，叶轮进、出口处产生漩涡，增加了水头损失的缘故。

制作和安装、设备的维护和管理都很方便。（150页（2））

c、水泵台数增加，泵站投资费用也增加，一般水泵站并联台数不是 特别多（5-7台内）时，运行效率提高而节省的能耗足以抵偿多设置 水泵的投资。 3、水泵换轮运行

水泵换轮运行同样可以达到减少扬程浪费的目的。但更换叶轮需要停 泵，操作不方便，宜于长期调节时使用。 4、水泵调速运行

多台水泵并联工作时，可以采用调速泵和定速泵配合工作，达到节能 和节省投资的最佳效果。 5、合理利用各泵的高效段

6、近远期相结合。可考虑近期用小泵大基础的方法，近期发展采用 换大轮运行，远期采用换大泵运行。 7、大中型泵站需做选泵方案比较。 选型设计例题（151页例4-1）

最大时用水量——最高日最大用水时段内的小时用水量 平均时用水量——最高日用水时段内平均小时用水量 五、选泵时需考虑的其他因素 1、泵的构造形式。 2、保证泵的正常吸水条件，在保证不发生气蚀的前提下，充分利用HS 3、选用效率较高的泵。尽量选择大泵，因大泵效率高。 4、为保证供水可靠性，选择一定数量的备用泵。

⑴不允许减少供水量和不允许间断供水的泵站，应有两套备用机组， 如大工况企业；

⑵允许减少供水量，只保证事故供水量的泵站，可设一套备用泵组； ⑶允许短时间间断供水、城市供水系统中的泵站以及高层建筑给水泵 一般只设一台备用泵；

⑷通常备用泵与最大泵型号相同；

⑸如果给水系统中有相当大容积的水塔，也可不设备用机组；

⑹备用泵要处于完好准备状态，随时能启动工作，备用泵和工作泵互 为备用、轮流工作的关系。

5、选泵时尽量结合地区条件优先选择当地制造成系列生产的、比较 定型的和性能良好的产品。 六、选泵后的校核

在泵站中的泵选好之后，必须按照发生火灾时的供水情况，校核泵站 的流量和扬程是否满足消防时的要求。 1、一级泵站备用泵流量的校核

一级泵站在火灾时只在规定时间内向清水池中补充必须得消防储备

用水，由于供水强度小，一般可不专门设置消防水泵，在补充消防备 用水时间内开动备用泵加强泵站工作。 备用泵流量校核

Q?2?(Qf?Q')?2Qrtf

2、二级泵站选泵后校核

二级泵站中如开动备用泵也不能满足消防时所需流量，可增加一台消 防水泵。如果是因为启用备用泵后扬程不能满足消防用水，泵站中正 常运行的泵都停运，另选合适消防时扬程的泵，其流量为消防流量和 最高时用水量之和，这样增加泵站的容量，不合理，一般采用调整个 别管段的管径，而不使消防扬程过高。 七、选泵注意事项（155页） 八、选泵的步骤 1、确定Q、H

2、确定水泵型号（一种或几种） 3、确定水泵台数

4、分析水泵工作情况 5、选择备用泵

6、选泵后的校核：消防时的流量和扬程

4.3 泵机组布置与基础

掌握了解水泵的布置原则与布置形式——决定泵站的面积 一、泵机组的布置 （一）纵向排列

各机组轴线平行单排并列

特点：1、布置紧凑、泵房跨度小、进水管顺直

2、吸水、出水条件好，出水管省弯头

3、适用于IS型单级单吸离心泵

（二）横向排列

各机组轴线成一直线单行排列，侧向进出水。

特点：1、布置紧凑，泵房跨度小，进出水管顺直，水力条件好

2、吸压水条件好，布置简单，吊装方便

3、泵房最长

4、适用于SH、SA型单级双吸卧式离心泵

（三）横向双行排列

特点：1、排列紧凑，节省建筑面积

2、泵房跨度大，起重设备需考虑采用桥式行车

3、两行水泵的转向从电机方向看去是彼此相反的，在水泵订货时应向水泵厂特别水明，配置不同转向的轴套止锁装置。

（四）轴线呈直线双行交错排列

特点：1、适合泵站内多台泵，管路顺直的情况

2、可减小泵房长度，减小面积 3、泵房宽度比第三种情况小，泵房长度比第二种情况小

4、此种布置方式使用较多，房间跨度较大

（五）轴线平行双排交错排列

特点：1、排列紧凑、节省建筑面积 2、泵房跨度大，管线布置复杂 3、多台泵时可明显缩短泵房长度 4、梁的高度与跨度之比1:8-1:12 5、如果跨度大则梁大，施工不方便

（六）斜向布置

受地形条件影响，一般很少见

（七）圆形泵房泵的排列

也可采用横向双行排列，可节省较多的基建造价。

二、泵机组的基础

1、基础的作用：泵和电机安装在共同的基础上，机组支承并固定机 组，使其平稳运行，不致发生剧烈震动。

2、基础的要求：1、坚实牢固，能承受机组的静荷载和震动荷载；2、 浇筑在较坚实的地基上，以免发生基础下沉或不均匀沉陷。 3、卧式泵块式基础尺寸的确定：

（1）按所选泵的安装尺寸提供的数据确定。 （2）带底座的小型泵 L?L1?(0.15?0.20) m B?b1?(0.15?0.20) m H?l1?(0.15?0.20) m

（3）不带底座的大、中型水泵

a、确定泵型和电动机型号 b、查看样本手册，得到L'和L'' c、x取0.2-0.25m d、或基础长度和宽度可根据水泵或电动机（取其宽者）地脚螺孔间距加上0.4-0.5m e、基础高度H确定方法和带底座的方法同

4、泵机组基础的施工要求

（1）泵机组基础采用混凝土浇筑，施工时预埋螺栓孔0.15-0.2m

（2）基础重量大于泵机组总重量的2.5-4倍，基础高度一般不应小于50-70cm

（3）混凝土基础应高出室内地坪10-20cm，基础在室

内地坪以下的深度还取决于邻近管沟的深度，不得小于管沟的深度。 （4）尽量使基础底部放在地下水位以上（以免水促进震动传播），如在地下水位以下应将泵房地板做成整体的连续钢筋混凝土板，将机组安装在地板上凸起的基础座上。 5、泵房平面尺寸的确定（长*宽）

（1）水泵基础之间净距或水泵和电机凸出部分净距y一般不小于2m（检修时取出泵和必要的人行通道）（人行通道距离：电动机容量不大于55kw时，应不小于0.8m，电动机容量大于55kw时不小于

1.2m）

（2）水泵机组宽度方向净距a：水泵的宽度加上1m同时保证其不小于2m

（3）机组与墙的净距z、b：不小于0.7m，如电动机容量大于55kw则不小于1m

其特点是：离心泵的Q～η曲线变化比较平缓，尤其在高效率点两侧最为明显。高效率区的范围越宽，其使用的范围也就越宽。

注：泵所输送液体的黏度越大，泵体内部能量损失越大，泵的扬程H和流量Q都要减小，效率?下降，而轴功率N却增大，即水泵的特性曲线将发生改变。故在输送不同密度的液体时，泵的特性曲线要经过专门的换算才能使用，不能直接套用输水时的特性曲线。

2.7 离心泵装置定速运行工况

思路：离心泵在固定的单一转速条件下，如何充分利用其Q-H曲线上的高效区。

瞬时工况点：水泵工作时某一瞬时的实际出水量（Q），扬程（H），轴功率（N）以及效率（?）值等，表示了水泵在此瞬时的实际工作能力。把这些值在Q-H、Q-N、Q-?曲线上的具体位置，称为该泵装置的瞬时工况点。

离心泵装置工况点的影响因素：①泵本身型号②泵运行实际转速③水泵装置管路系统布置

说明：配上管道系统，在固定转速下运行，一台水泵会维持在一个相对固定的工况点工作，提供一个相对固定的（Q、H）组合。 一、 管道系统特性曲线 1、管道水头损失特性曲线 水泵管道系统的水头损失 ?h??hf??h1

采用比阻公式?hf??AklQ2

Q2 ?h1???

?D222g()4

????21?h???Akl????Q 2?D?2g()2???4??当水泵管路系统一定时，A、k、l、D、?都是定值，所以水泵管道系统总的水头损失可以记为?h?SQ2

说明：①管道水头损失特性曲线为一二次抛物线

②曲线的曲率S取决于管道的直径、长度、管壁粗糙度以及局部阻力附件的布置情况。

2、离心泵装置的管道系统特性曲线 管道系统特性曲线H?HST??h

说明：①K点表示水泵输送流量Qk，将水提升高度HST时，管道中每单

位重量液体所消耗的能量值。

②水泵消耗的总能量包含两个部分，将液体提升HST和克服管路系统的水头损失?h。

③泵装置的静扬程HST在实际工程中，可以是吸水井至高地水池水面间的垂直几何高差，也可能是吸水井与压力密封水箱之间的表压差。 二、图解法求离心泵装置的工况点

绘制离心泵装置的管道特性曲线和离心泵的特性曲线，两者的交点即为该水泵装置的工况点。 说明：①M点表示将水输送至高度为HST时，泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等，此点也称能量供需平衡点。

②水泵一旦选定，系统装置固定后，外界条件不变则水泵装置将稳定或围绕在工况点工作。

讨论：①假设工况点不在A点而在K点，泵供给水的总比能HK1＞管道所需总比能HK2,即【供给】＞【需要】，富裕能量△h将以动能的形式使管路中水流速增加，流量增大，水泵的工况点将自动向流量增大一侧流动，直到移至M点为止。

②假设工况点不在A点而在D点，泵供给的总比能HD1＜管路所要求的总比能HD2,即【供给】＜【需要】，能量不足水流减缓，流量减少，泵装置的工况点向流量小的一侧移动，直到退至M点才达到平衡。 综上所述，水泵装置总是稳定在M点。

分析：水泵可以提供很多种(Q、H)组合，即有很多种工况，但水泵装置一定后，则维持一种工况，该工况点应在水泵的高效区内，这样泵站工作最经济，否则应设法调整。 三、离心泵装置工况点的改变 改变离心泵装置工况点的途径：

定速运行情况下，离心泵装置工况点的改变，主要是管道系统特性曲线发生改变引起的。

最常见的调节方式闸阀节流。闸阀全开时,装置的极限工况点；关小闸阀，管道局部阻力增加，S值增大，管道系统特性曲线变陡，泵装置工况点向左移至B点或C点，出水量Q减少；闸阀全关时，局部阻力系数相当于无穷大，水流切断，此时，管道特性曲线与纵坐标重合。节流调节主要是用消耗泵的多余能量来维持一定得供水量。 四、数解法求离心泵工况点

思路：确定离心泵特性曲线的函数关系H=f（Q）和管道系统特性曲线的函数关系式H=HST+∑SQ2建立方程组并求解即得离心泵装置的工况点（Q、H）

1、确定离心泵特性曲线函数关系的方法 ⑴抛物线法

① 研究表明，水泵特性曲线的高效段可以视为二次抛物线的一段 ② 假设水泵特性曲线为H?HX?hx=HX?SXQ2,视高效段为曲线的一部分，并延伸至纵轴得HX ③ 两点法求HX和SX

在高效段内任意取两点（H1、Q1）和（H2、Q2） H1?HX?SXQ12 H2?HX?SXQ22 解得 SX?H1?H2Q2?Q122

HX?H1?SXQ12 ⑵最小二乘法进行拟合法

Q-H曲线可以拟合为下列多项式 H?H0?A1Q?A2Q2????AmQm 根据最小二乘原理求H0、A1、A2。。。Am的线性方程组

一般取m=2,最后拟合曲线方程为 H?H0?A1Q?A2Q2

2.8 离心泵装置调速运行工况

思路：调速运行是指泵在可调速的电机驱动下运行，通过改变转速来改变泵装置的工况点。在城市管网用水量逐时变动的情况下，充分利用通过变速而形成的离心泵Q-H曲线高效区。 调速运行提高了离心泵的有效工作范围，是泵站运行中十分合理的调节方式。

叶片泵相似理论研究重要性：（按流体力学相似理论用模拟的手段可以解决如下问题）

1、按照模型试验进行新产品的设计与制造

2、根据已经制成的叶片泵的试验数据确定与其相似的水泵的性能 3、研究转速变化后水泵性能的变化 一、叶轮相似定律

水泵叶轮相似是基于几何相似和运动相似的基础上的。只要两台水泵能满足几何相似和运动相似的条件，则称为工况相似水泵。

（一）水泵叶轮相似条件

1、几何相似：两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定比例，所有的对应角相等。

b2D?2?? b2mD2m2、运动相似：两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致，大小互成比例。即在相应点上水流的速度三角形相似。

C2unD2n ?2???C2mu2mnmDmnm（二）叶轮相似定律

工况相似泵：两台泵能满足几何相似和运动相似的条件 1、第一相似定律（反映工况相似水泵流量之间的关系） 由Q??vQT,QT?F2C2r得Q??vF2C2r

?vC2rF2Q ???Qm(?v)m(C2r)m(F2)m由于F2??D2b2?2，?2??2m 所以

?vQn ??3?Qm(?v)mnm两台相似泵的流量与转速及容积效率的乘积成正比，与线性比例尺的三次方成正比。

2、第二相似定律（反映工况相似水泵扬程之间的关系） 由H??hHT1?p?hu2C2uH?Hm?hmu2mC2um,HT?u2C2u?uC得H?h22u g(1?p)g22?hn=? ?hmnm2两台相似泵的扬程与转速及线性比例尺的二次方及与水力效率的一次方成正比。

3、第三相似定律（反映工况相似水泵轴功率之间的关系）

?gQH 1000??mNQHnn2?hm?vm?mm3?v2?h=? ?????NmQmHm??vmnm?hmnm2?h?v?m3?mm5n =? 3?nmm由N?两台相似泵的轴功率与转速的三次方、线性比例尺的五次方成正比，

与机械效率成反比。

在实际工作中，如实际泵与模型泵的尺寸相差不大，且工况相似，可近似认为三种局部效率相等，即?h??hm，?v??vm，?m??mm

二、相似定律的特例——比例律 同一台水泵以不同转速运行

Q1n1 ?Q2n2H1n1 ?H2n22N1n1? N2n2332比例律应用方向：

①、已知转速n1时的特性曲线（Q-H）1,推求转速为n2时的特性曲线（Q-H）2

②、当前工况点（Q1、H1）和需要工况点（Q2、H2）不相符，如何通过改变转速进行调整

1、比例律应用——图解法

第一步：在（Q、H）1曲线上找出与A2(Q2、H2)相似的工况点A1(Q1、H1) 相似抛物线法：

2H1Q1Q1n1HH2H1n1?2即1由?、得??k ?222H2Q2Q2n2H2n2Q1Q22由此得H?kQ2

可见，对应的相似工况点都落在曲线H?kQ2上，该曲线为相似工况抛物线，也称等效率曲线。

将（Q2、H2）代入可求的k，曲线H?kQ2与（Q、H）1的交点即为相似工况点A1

第二步：求改变后的转速n2 由

Q1n1Q得n2?n12 ?Q2n2Q1第三步：求n2时的特性曲线（Q、H）2

在（Q、H）1上任取n个点，利用比例律求出这些点的相似点，将其连成平滑曲线即可

Nn说明：①可以按照比例律绘出n2对应的（Q、N）线。（1?13）

N2n23②相似工况点的效率相同，可以按照等效率原理绘出（Q、?）曲线 2、比例律的应用——数解法

已知条件：A1(Q1、H1),A2(Q2、H2),转速n1时的（Q、H）曲线 第一步：求工况相似点 由k?H2Q22得曲线H?kQ2

联立方程组解得交点为A1(Q1、H1)（HX、SX可由在曲线（Q、H）1上任取两点代入确定

Q1?Q?HX SX?kH1?H?kHX SX?k第二步：求n2

n2?n1Q2n1Q2SX?k? Q1HX第三步：求转速为n2时的特性曲线（Q、H）2方程

设（Q、H）2为H?HX'?SX'Q2,其上两点A’(QA’、HA’)和B’(QB’、HB’)在（Q、H）1上的相似点为A(QA、HA)和B(QB、HB)

则有 将A(QA、HA)、B(QB、HB)和A’(QA’、HA’)、B’(QB’、HB’)代入H=HX-SXQ2

SX?HA?HB

QB?QA2HX?HA?SXQA SX'n22)(HA?HB)HA'?HB'n1HA?HB=SX ???22'2'2n22QB?QA(2)2(QB?QA)QB?QAn1(''''2HX?HA?SXQA?n2???n?1??n2??H?SAX????n12?2?n2?Q?A=??n??12?2?(H?SQAXA) ??22?n2 =??n?1?n2H=??n?1?2?H- SQXX??2???HX ?转速为n2时的水泵（Q、H）2特性曲线高效段方程

三、相似准数——比转数

1、定义：能够反映叶片泵共性的综合性的特征数，是泵规格化的基础。

若干个相似泵群，相似泵群中的水泵有相同的相似准数。

比转数是设计水泵的标准，是进行水泵比较和分类的依据。比转数是叶轮相似定律在叶片泵领域内的具体应用。 2、比转数公式的推导

①模型泵工况：有效功率Nu?735.5W?1HP，扬程Hm?1m，流量

Qm?Nu?0.075m3/s此时该模型的转数就叫做与它相似的实际泵的?gHm比转数ns。

②比转数ns的推导

Qn??3() QmnsnHnH ??2()2因此??(s)HmnsnHmnQnH3?(s)3()() QmnnsHmHQ因此ns?n()2(m)4

QmH13，凡两台工况相似泵，他们的流量、ns为叶轮的相似准数（比转数）扬程和转数符合上述关系式。 将Hm?1m、Qm?ns?3.65nQH34Nu?0.075m3/s代入上式得 ?gHm

说明：①计算ns的依据是设计工况点的Q、H,亦即最高效率点的Q、H,也就是水泵铭牌所示的Q、H。当水泵为双吸水泵时，Q取多级水泵时H取

H。 nQ，当为2②由公式知低ns对应小流量大扬程，一般高压锅炉给水泵，多数采用低比转数的；高ns对应大流量小扬程，一般低扬程的农用泵都是高比转数的。

③比转数并不是一个实际转数，它只是用来比较各种水泵性能的一个共同标准。 ④叶轮形状，尺寸，性能和效率随ns而变化的关系是水泵分类的基础。

⑤比转数ns是根据抽升20℃的清水时得出的。

⑥对于任一台泵，比转数不是无因次数，它的单位是r/min。

⑦比转数ns不同，反映了泵特性曲线的形状也不同。ns越小，Q-H曲线就越平坦，效率曲线在最高效率点两侧下降的也越和缓；ns越大，Q-H曲线越陡，效率曲线在最高效率点两侧下降的越急剧。 四、调速途径及调速范围 1、调速途径

①电机转速不变，通过中间耦合器以达到改变转速的目的。 ②电机本身转速可变 2、调速范围

①调速后泵的转速不能与其临界转速重合、接近或成倍数，以免导致泵机组剧烈振动。单级离心泵的设计转速一般为临界转速的75%-80%。多级泵的设计转速一般大于第一临界转速的1.3倍，小于第二临界转速的70%，即1.3nC1?n?0.7nC2

②泵机组转速调高与原有额定转速时，泵叶轮与电机转子的离心应力增加，如材质的抗裂性能差或铸造均匀性差时，有可能出现机械性断裂。

③调速装置价格较高，泵站中一般采用调速泵与定速泵并联工作的方式。当管网中用水量变化时，采用启停定速泵台数来进行大调，利用调速泵来进行细调。

④调速后泵站工况点的扬程如果等于调速泵的启动扬程，调速泵不起作用（即调速泵流量为0）。因此，泵调速的合理范围应根据调速泵与定速泵均能运行于各自的高效段内这一条件确定。

2.9 离心泵装置换轮运行工况

换轮运行：把泵的原叶轮在车床上切削的小一些再安装好进行运转。经过切削的叶轮，其特性曲线按一定的规律发生变化。切削叶轮是改变泵性能的一种简便易行的办法，即变径调节。 一、切削律

D22N'DQ'D2H',??(),?(2)3

D2QD2HND2'''说明：切削律建立在大量试验基础上，要求切削量控制在一定限度内。

切削前后泵的效率可认为不变。（57页表2-6） 二、切削律的应用(解决两类问题) 1、已知叶轮切削量D2、D2’,（Q、H），（Q、N）,(Q,?)求(Q’、H’),(Q’、N’),(Q’、?’)曲线

思路：选点、计算、立点、连线

选点：在已知（Q、H）曲线上选5-6个点，其流量分别是Q1、Q2??Q5,其扬程分别是H1、H2??H5

DH'Q'D2计算：用式?和?(2)2分别计算出Q1’、Q2’??Q5’和

HD2QD2''H1’、H2’??H5’

立点：将计算出的（Q1’、 H1’）、（Q2’、 H2’）??（ Q5’、 H5’）画在坐标系上

连线：用光滑曲线将这些点连接

2、根据用户要求，要求泵在B点工作，流量为QB，扬程为HB，B点位于该泵的（Q、H）曲线下方（58页图2-46）。现使用切削方法，使泵的特性曲线通过B点，求切削后叶轮直径D2’，切削后的泵特性曲线（Q’,H’） 已知条件：（QB、HB）,D2,(Q、H)曲线

DH'Q'D2按切削率?，?(2)2可得

HD2QD2H'H??K(K——切削系数) 22Q'Q''即H?KQ2

上式是一条抛物方程式，凡是满足切削律的任何工况点都分布在这条抛物线上，此线称为“切削抛物线”，在一定切削范围内泵的效率不变，也称为等效率曲线。

将（QB、HB）代入H?KQ2求出K值，绘出切削抛物线

此切削抛物线与（Q、H）曲线相交于点A(QA、HA),此点即为满足切削律要求的B点的对应点。

QQ'D2由得D2'?BD2 ?QAQD2'在曲线（Q、H）上任取n个点，利用比例律求出对应的相似工况点，

将这些相似工况点绘制在坐标系中，连成平滑曲线即可。 说明：

① 可以按照切削律绘出D2’对应的（Q’、N’）特性曲线

② 相似工况下对应点效率相等，可以按照等效率原理直接绘出(Q’、?’)曲线

③ 切削不同构造的叶轮应采取不同的方式（58页注意事项（1）） ④ 离心泵叶轮切削后，叶片出水舌端比较厚，实验表明将锉出叶片出水舌下表面，水泵效率有所改善。但锉叶片时，不应将出水舌的端部锉成圆角凹槽 ⑤ 切削使泵的使用范围扩大

⑥ 叶轮切削律一般用于清水泵中，水泵厂常对一台泵配上2-3个外

径不一样的叶轮供用户使用

⑦ 性能曲线型谱图：水泵高效率方框，水泵工作高效区增大。框内注明该水泵的型号、转速及叶轮直径。

2.10 离心泵并联及串联运行工况

水泵串、并联目的：解决水量、水压的供需矛盾

泵的并联工作：大中型水厂中，为了适应各种不同时段管网中所需水量、水压的变化，常常需要设置多台泵联合工作，这种多台泵联合运行，通过连络网共同向管网或高地水池输水的情况，称为并联工作。 泵并联工作的特点：①增加供水量，输水干管中的流量等于各台并联泵出水量之总和；②可以通过开停泵的台数来调节泵站的流量和扬程，以达到节能和安全供水的目的。③当并联工作泵有一台损坏时，其他几台泵仍可连续供水，提高了泵站运行调度的灵活性和供水的可 靠性。

泵的串联工作：将水泵串联在一起，第一台水泵的压水管与第二台泵的吸水管相连，第二台水泵直接从第一台水泵压水管吸水加压送水，使水流被串联水泵连续加压，达到所需的高压，这种多台水泵串联运行称为串联工作。泵串联工作的特点：①增加总扬程，被输送的水流所获得的总扬程是各串联水泵实际工作扬程之和；②一台水泵有问题，其他水泵也不能工作；③水泵串联工作可以用多级泵代替，工程中用水泵串联工作较少。

一、 并联工作的图解法（通过并联特性曲线的绘制确定水泵运行工 况点）

绘制水泵并联特性曲线的思路：用一台假想的水泵代替并联工作的水泵，假想水泵的工况等于并联水泵的工况，假想水泵的性能曲线等于并联水泵的性能曲线。

1、泵并联性能曲线的绘制（等扬程下流量叠加法——横加法） 提升水的高度相同，即静扬程相同，不考虑管道的水头损失时，并联水泵的扬程也相同。即H总?H1?H2,Q总?Q1?Q2

把并联的各台泵的（Q-H）曲线绘在同一坐标系下，然后把对应于同一H值的各个流量加起来，然后把相加后的各点连接起来即得泵并联后的总和（Q、H）1+2曲线。

横加法只适用于管路布置相同的并联水泵（静扬程相同、水头损失相同），如实际工作中并联水泵管路布置不同，可以用“折引特性曲线法”求出折引并联特性曲线后再应用横加法。 2、同型号、同水位的两台泵的并联工作 ⑴绘制两台水泵并联特性曲线（Q-H）1+2 两台泵型号相同，（Q-H）特性曲线相同，两台水泵管路布置相同（阻

抗S相同），从同一水池吸水往同一高地水池送水（静扬程相同），因此水从两台泵获得的能量相同，即H1?H2?H0

1222H1?HST??hAO??hOG?HST?SAOQ1?SOGQ1?2?HST?(SAO?SOG)Q1?2

41222H2?HST??hBO??hOG?HST?SBOQ1?SOGQ1?2?HST?(SBO?SOG)Q1?24⑵绘制管道系统特性曲线

H0?HST??hAOG?HST??hBOG

1 =HST?(SAO?SOG)Q1?22

41 =HST?(SBO?SOG)Q1?22

4⑶并联工况点的确定

（Q-H）1+2曲线与（Q-∑hAOG）曲线交于M点，M点为并联两台水泵的工况点。QM为水泵并联后总流量Q1+2，HM为并联水泵总扬程H0。 M点像左侧做水平线与（Q-H）1,2曲线交于N点，N为并联工作时各单泵的工况点。QN为并联时每台泵的流量Q1,2,HN为并联时每台泵的扬程H1=H2=H0.自N点向下引垂线交(Q??)1,2曲线于P点，交(Q?N)1,2曲线于q点，，P、q为并联时各台单泵的效率点和轴功率点。 ⑷单泵单独工作工况点（一台泵停运）

单泵特性曲线(Q?H)1,2与管道系统特性曲线(Q??hAOG)交于S点，S点为水泵单独工作时的工况点。

说明：①单泵工作时的功率大于并联工作时各单泵的功率，选配电动机时，要根据单泵单独工作的功率来配套。

②一台泵单独工作时的流量，大于并联工作时每台泵的出水量，也即两台泵并联工作时，其流量不能比单泵工作时成倍增加。 ③水泵并联工作的总扬程等于并联工作时单泵的扬程，大于单泵单独工作的扬程。即水泵并联工作不仅仅能增加流量，扬程也有少量增加。 ③并联工作时每台泵的工况点，随着并联台数的增加而向着扬程高的一侧移动，台数过多，就可能使工况点移出高效段的范围。因此，对旧泵房的扩建不能简单的增加水泵的并联台数，还要考虑管道的过水能力。

3、不同型号的两台泵在相同水位下的并联工作

思路：两步走。第一步：水泵各自单独工作，分别通过AB段和CB段把水提升到B点；第二部，两台水泵在B点联合工作，一起把水从B点通过管道BD送到D水池。

B点处的测压管水头相同HB?HI??hAB?H2??hBC

⑴在横坐标下绘制Q??hAB和Q??hCB水头损失曲线

⑵用折引特性曲线法，在对应流量条件下从水泵特性曲线(Q?H)?和

'(Q?H)?上扣除水头损失?hAB和?hCB,得到折引特性曲线(Q?H)?和

'(Q?H)?

⑶由于扣除了差异?hAB和?hCB，此时可以应用等扬程下流量叠加原理（横加法），绘出并联特性曲线(Q?H)1?2'

⑷绘制管路特性曲线Q??hBD,与并联特性曲线(Q?H)1?2'交于E点，E点为并联水泵的工况点，对应流量QE?Q1?Q2

⑸从E点引水平线，与曲线(Q?H)?'交于Ⅰ’点，交曲线(Q?H)?'于Ⅱ’点，Ⅰ’点和Ⅱ’点向上做垂线交(Q?H)?曲线于Ⅰ点，交(Q?H)?曲线于Ⅱ点，Ⅰ点为并联工作时Ⅰ水泵的工况点，Ⅱ点为并联工作时Ⅱ水泵的工况点。

，

⑹从Ⅰ点和Ⅱ点向下做垂线交(Q?N)?曲线于Ⅰ，点，交(Q?N)?曲线

‘，‘

于Ⅱ‘点，Ⅰ，为并联工作时Ⅰ号泵的功率值，Ⅱ‘为并联工作时Ⅱ

‘‘’‘

号泵的功率值交。(Q??)?于Ⅰ‘’点，交(Q??)?于Ⅱ’点，Ⅰ‘’点为

‘’

并联工作时Ⅰ号泵的效率值，Ⅱ’点为并联工作时Ⅱ号泵的效率值。 两台水泵并联工作的总功率N?N??N? 两台水泵并联工作的总效率???gQIH???gQ?H?N??N?

应用实例：北方地区井群采集地下水

4、同型号两台泵，一台定速泵，一台调速泵 调速运行中解决的两类问题：①调速泵转速nⅠ和定速泵转速nⅡ已知，求两台泵并联运行时的工况点（与2或3情况相同，按其法求解）②已知调速后两台泵的总供水量QP，定速泵的转速n?，其余未知，求调速泵的转速n?

折引特性曲线法求解调速泵转速：

⑴画出两台同型号泵的特性曲线（Q-H）Ⅰ,Ⅱ

⑵根据公式H?HST?SBDQBD2绘出BD管段管路系统特性曲线Q??hBD ⑶从并联总流量QP向上引垂线，交Q??hBD曲线于P点，P点的纵坐标就是B点的测压管水头高度HB

⑷由?hBC?SBCQBC2,在横坐标下绘制出Q??hBC水头损失曲线，在对应流量条件下从定速泵的扬程特性曲线上减去?hBC,就得到定速泵的折引特性曲线(Q?H)?'，从P向左引垂线与(Q?H)?'曲线交于H点 ⑸由H点向上引垂线，交水泵特性曲线（Q-H）Ⅰ,Ⅱ于J点，J点就是并联工作时定速泵的工况点。J点的横坐标为定速泵的流量Q?,纵坐标为定速泵的扬程H?

⑹调速泵的流量Q??QP?Q?,调速泵的扬程

2H??HB??hAB=HB?SABQ?,由Q?、H?在图中确定调速泵工况点M ⑺按k?HIQ?2求出k值，并绘制出相似工况抛物线H?kQ2,此曲线与

（Q-H）T点即为M的相似工况点，T点横坐标为QT, Ⅰ,Ⅱ曲线交于T点，

n??Q?n? QT5、一台泵向两个并联工作的高地水池供水

由B点的测压管水头HB可以推断出一台泵向两个并联工作的高地水池供水的三种情况：

①HB?ZD时，水泵向两个高地水池供水

②HB?ZD时，D池处于暂时平衡状态，水池D不进水也不出水，水面维持平衡，泵单独向C水池供水

③ZD?HB?ZC时，水泵和D水池联合向C水池供水 ⑴HB?ZD，水泵向两个高地水池供水

思路：若水泵扬程为H0，则B点测压管水面高度HB?H0??hAB,表示水流到B点剩余的能量值，即假想在B点有一扬程为HB的水泵向C水池和D水池供水

① 在横坐标下绘水头损失特性曲线Q??hAB

② 从水泵特性曲线(Q?H)上减去相同流量下相应的?hAB，得到水泵 的折引特性曲线(Q?H)'

③根据HB?ZC??hBC?ZD??hBD绘制出管道系统特性曲线(Q??hBC)和(Q??hBD)

④应用“横加法”原理，将曲线(Q??hBC)和(Q??hBD)进行横加，得到并联管路特性曲线(Q??h)BC?BD

⑤并联管路特性曲线(Q??h)BC?BD与水泵折引特性曲线(Q?H)'相较于M点，M点的横坐标即为通过B点的总流量

⑥由M点做水平线交(Q??hBC)曲线和(Q??hBD)曲线于P、K两点，P点的横坐标为QBC,K点的横坐标为QBD

⑦由M点向上引垂线与水泵特性曲线(Q?H)相交于点M’，此点即为水泵的工况点。其纵坐标为水泵扬程H0

二、并联工作中调速泵台数的确定

配置原则：泵站中多台泵并联运行，调速泵与定速泵配置台数比例的选定，应以充分发挥每台调速泵在调速运行时仍能在较高效率范围内运行。

实例：三台泵并联，泵站要求供水量QA,如果Q2?QA?Q3（Q2为两台定速泵并联时的总供水量，Q3为三台定速泵并联时的总供水量），开启两台定速泵一台调速泵可以满足要求。此时泵站总共水量QA,两台定速泵每台供水量Q0,调速泵供水量Qi。如果当QA很接近Q2时，此时调速泵出水量Qi很小，其效率?很低，达不到节能效果，此时可以采用两调一定方案。若泵站要求供水量Q2?QA?Q3，此时定速泵流量为Q0，

Q0?Qi，远远大于Qi，可以控制调速泵在高效2区工作。如果泵站要求流量减少QA?Q2，则可以关闭定速泵由两台调

每台调速泵的流量为

速泵供水，这样较容易使调速泵在其高效段工作，达到调速节能的目的。如果泵站要求供水量Q3?QA，可以增加一台调速泵即两调两定来供水。

实际工作中，多台泵并联时，调速泵台数越多越好，因为调速泵越多每台泵调速的范围越小，效率下降越小，但调速泵越多，工程造价越高。

2.11.5气蚀的防止

为防止气蚀，在水泵站实际计算时，要保证水泵的吸水条件： ?HSV?实际??HSV?允许 ?HV???HS?

具体设计时，还应考虑以下方面 （1） 选定合适的安装高度HSS。 由于泵长期使用后性能会下降，设计时要把计算出来的安装高度调低一些，以适应长期使用后，水泵允许吸水真空高度HS的降低。 （2）尽可能减少管路水头损失?hs，使水泵进口处的设计气蚀余量尽可能大一些。

（3）若出现气蚀现象，可采取减小流量的方法，提高实际气蚀余量，防止发生气蚀。

（4）进行泵站设计时，要考虑最不利水力情况，在最不利工况下进行计算，以确保水泵的吸水条件。

2.12 离心泵的使用与维护

一、水泵启动前的准备工作 二、运行中应注意的问题 三、泵的故障和排除

2.13 轴流泵及混流泵

叶轮出水 径向流——水流方向与泵轴垂直——离心力作用——离心泵

水流方向不同 轴向流——水流方向与泵轴平行——轴向升力——

轴流泵

斜向流——离心力和轴向升力共同作用——混流泵

轴流泵和混流泵特点：比转数高，中、大流量，中、低扬程，

适用范围：主要用于大型钢厂、火力发电厂、热电站的循环泵站，城市雨水防洪泵站，大型污水泵站，大型提升泵站等。 一、轴流泵基本构造

轴向流，水流方向与泵轴平行，产生轴向升力。

1、吸水管：与吸水池连接。为改善入口水力条件，减少水头损失，常采用流线形的喇叭管或做成流道形式。 2、叶轮

叶轮由叶片和轮毂组成，轮毂体用来固定叶片，由泵轴带动轮毂旋转，轮毂带动叶片旋转。

叶轮：是否可调节 固定式：叶片和轮毂体铸成一体，叶片的安装

角度不能调节。

半调式:叶片用螺栓栓紧在轮毂体上，可调整叶

片在轮毂体上的安装角度，进而改变泵的性能。

全调式：可以根据不同的扬程和流量要求，在停

机或不停机状态下，通过一套油压调节机构来改 变叶片安装角度，从而改变其性能。

3、导叶：把叶轮中向上流出的水流的螺旋形旋转运动变为轴向运动，一般轴流泵导叶6-12片。

轴流泵中液体在叶轮中呈螺旋形上升运动，有轴向运动和旋转运动。旋转运动使液体损失能量。在叶片上方安装固定在泵壳上不运动的导叶片，水流经导叶消除旋转运动，将旋转动能转化为压能，降低能量损失。

4、泵轴：传递扭矩，将原动机的机械能传递给叶轮

空心轴：为了在轮毂体内布置调节、操作机构，泵轴内安置调节操作油管。

5、轴承 导轴承：承受径向力，其径向定位作用

推力轴承：立式轴流泵中，承受水流作用在叶片上的方向

向下的轴向推力，将其传递给基础

6、密封装置

轴流泵出水弯管的轴孔处需设置密封装置，一般采用压盖填料型密封 装置。

二、轴流泵工作原理

理论基础：空气动力学中机翼升力理论 轴流泵叶片截面与机翼相似，称为翼型。 翼型绕流与受力分析

具有翼型断面的叶片，在水中作高速旋转时，水流相对于叶片产生了 急速绕流，叶片对水施以力P',在此作用下，水被压升到一定高度。 轴流泵内部液体运动 牵连运动：液体随叶轮做圆周运动 相对运动：升力作用下的轴向运动 说明：由2.4节离心泵基本方程式推导知能量的传递仅取决于进出口 速度四边形，水泵基本方程式也适用于轴流泵。 三、轴流泵的性能特点

91页图2-77轴流泵特性曲线

⑴H随Q的减小而急剧增大，Q-H曲线陡降，并有转折点。一般空转 扬程为设计工况点扬程的1.5-2倍。

⑵Q-N曲线也是陡降曲线，Q=0(出水闸关闭)时，轴功N0?(1.2?1.4)Nd 轴流泵启动时，应采用“开闸启动”。

⑶Q??曲线成驼峰状，高效区范围小，不能采用闸阀调节流量，因 为流量在偏离设计工况点不远处效率就快速下降。一般采用改变叶片 装置角?的方法改变泵的性能曲线，称为变角调节。变角调节有半调 形和全调形两种。

轴流泵通用特性曲线：一定n下，不同叶片装置角?时的性能曲线、 等效率曲线以及等功率曲线绘制在一张图上，通过此图可以根据需要 的工作参数找适当的叶片装置角，也可用此图来选泵。 ⑷轴流泵样本中，其吸水性能一般用气蚀余量?hSV表示。 型号意义：700ZLB1.3-7.2 700-出口直径mm

ZLB-半调节立式轴流泵 1.3-流量m3/s 7.2-扬程m

2.14 给水排水工程中常用的叶片泵

一、IS系列单级单吸式离心泵

IS型单级单吸离心泵是根据国际标准ISO 2858所规定的性能和尺寸 设计的。

流量范围：6.3-400m3/h 扬程范围：5-125m

特点：性能分布合理，标准化程度高，全系列共29个基本型。

适用范围：输送清水或物理性质类似于清水的其他液体，温度不高于 80℃，适用于工业和城市给水、排水及农田灌溉。 型号意义：IS100-65-250A,IS80-65-160A 二、Sh(SA)系列单级双吸式离心泵（给水排水工程中最常用的一种泵） 流量范围：90-20000 m3/h 扬程范围：10-100m

特点：泵的吸入口和压出口均在泵轴的下方，检修时只需松开泵盖接 合面的螺母即可揭开泵盖，将全部零件拆下，不必移动电动机和管路。 最常用结构形式类似还有SA(SLA)系列和S系列。

适用范围：输送不含固体颗粒及温度不超过80℃的清水或物理、化 学性质类似水的其他液体。适合于工厂、矿山、城市给排水，也可用 于电站、大型水利工程、农田排灌等。 型号意义：6Sh-9A，12Sh-28A 6-水泵入口直径（in）（1in=2.54cm） Sh-单级双吸离心泵

9-泵的比转数除以10的整数 A-叶轮外径第一次切削 S系列：150S-70A

150-水泵吸入口直径mm S-单级双吸式离心泵 70-水泵扬程m

A-叶轮外径第一次切削

SLA型：SA系列的泵轴变成立式安装，可使泵房平面面积减小，布置 紧凑，但安装维修不便。

三、D(DA)系列分段多级式离心泵 流量范围：5-720 m3/h 扬程范围：100-650m

特点：几个叶轮同时安装在一个泵轴上串联工作，泵的总扬程按叶轮 级数的增加而增加。叶轮都是单吸式的，吸入口朝向一边。

适用范围：输送不含固体颗粒及温度不超过80℃的清水或物理、化 学性质类似水的其他液体。适合于工厂、矿山、城市给排水。 型号意义：100D16A?12, D150-30?3

D-单吸多级分段式 150-泵设计点流量m3/h 30-泵设计点单级扬程 3-泵的级数 四、管道泵

流量范围：2.5-25m3/h 扬程范围：4-20m

特点：体积小、重量轻，水泵进出口在同一直线上，可直接安装在管 路上，不需设基础、不需吸水池，安装方便，占地小。常用类型有G 型、BG型两种。

适用范围：G型适宜输送温度低于80℃，无腐蚀性的清水或物理、化 学性质类似于清水的液体。该泵可直接安装在水平管道中，小型泵还 可安装在垂直管道中，可多台泵串联或并联运行。常用于高层建筑给 水。BG型适宜输送温度不超过80℃的清水、石油产品及其他无腐蚀 性液体，可供城市给水、工业系统中途加压、暖通空调循环泵、家用 热水循环泵。

型号意义：G150-315A G-管道泵

150-泵入口直径mm 315-泵叶轮直径mm

A-叶轮外径经第一次切削 五、不锈钢离心泵

有立式和卧式，有单级也有多级。

流量范围、扬程范围因生产厂家不同而有所不同。 适用范围：输送直饮水。 型号意义：MHI1604

MHI-卧式不锈钢多级离心泵 16-额定流量m3/h 04-叶轮级数 MVI9505

MVI-立式不锈钢多级离心泵 95-额定流量m3/h 05-叶轮级数

六、JD(J)系列深井泵 流量范围：6.3-400m3/h 扬程范围：5-125m

适用范围：从深井中提取地下水的设备，供以地下水为水源的城市、 工矿企业及农田灌溉。实质为立式单吸多级分段式离心泵。 型号意义：6JD-28?11型

6-适用井径为6in及6in以上 JD-深井多级泵 28-额定流量m3/h 11-叶轮级数 七、潜水泵

特点：潜水泵电机和水泵连在一起，不用长的传动轴，重量轻；电机 与水泵完全浸没在水中工作，不需修建地面泵房；由于电动机一般用 水来润滑和冷却，维护费用小。是我国目前发展前途较好的泵型。 品牌：上海通联、江苏蓝深、亚太 适用范围：给水泵和排污泵 ⑴潜水供水泵

500QG(W)-2400-22-220 500-泵出口直径mm

QG(W)-潜水供水泵 W-蜗壳式泵，径向出水 2400-流量m3/h 22-扬程m

220-电机功率kW

⑵潜水轴流泵和混流泵 500ZQB-70

500-泵出口直径mm Z-轴流泵 Q-潜水电泵

B-泵叶轮的叶片为半可调式

70-泵的比转数除以10后的整数 ⑶井用潜水泵

泵与电机都潜于水中的深井泵。 200QJ80-55/5

200-机座号，即使用最小井径 QJ-井用潜水泵 80-流量m3/h 55-扬程m 5-叶轮级数 ⑷潜水排污泵 500QW600-15-160 500-排出口径mm QW-潜水排污泵 600-流量m3/h 15-扬程m

160-电机功率kW

第3章 其他水泵 3.1 射流泵

一、射流泵构造

也称水射器，由喷嘴、吸水室、混合管、扩散管等组成。 二、射流泵工作原理（112页图3-2） 三、射流泵的应用 1、射流泵优缺点

优点：①构造简单、尺寸小、重量轻、价格低；②便于就地加工、安 装容易、维修简单；③无运动部件，启闭方便；④可以抽升污泥或其 他含颗粒液体；⑤可以与离心泵联合串联工作从大口井或深水井取 水。

缺点：效率低 适用范围：

① 用作离心泵的抽气引水装置。在离心泵泵壳顶部接一射流泵，当 泵启动前可以用外接给水管的高压水，通过射流泵来抽吸泵体内空气，达到离心泵启动前抽气引水的目的。 ② 在水厂中利用射流泵抽吸液氯和矾液。

③ 在地下水除铁曝气的充氧工艺中，利用射流泵做为带气、充气装 置，射流泵抽吸的始终是空气，通过混合管进行水气混合，以达到充氧的目的。这种水、气射流泵一般称为加气阀。

④ 在排水工程中，作为污泥消化池中搅拌和混合污泥用泵。

⑤ 与离心泵联合工作以增加离心泵装置的吸水高度。如图3-3。在离 心泵吸水管的末端装置射流泵，利用离心泵压出的压力水作为工作液体，可使离心泵从深达30-40m的井中抽升液体。适用于地下水位较深的地区或牧区解决人民生活用水、畜牧用水及小规模农田灌溉。

3.2 气升泵

一、气升泵构造

由扬水管、输气管、喷嘴和气水分离箱等组成。又名空气扬水机，以 压缩空气来升水、升液或提升矿浆的气举装置。 二、气升泵工作原理（116页图3-4） 三、适用范围

井孔抽水、钻孔水文地质的抽水试验，石油部门的“气举采油”及矿 山中井巷排水。

3.3 往复泵

一、往复泵构造

由泵缸、活塞、吸、压水阀构成。依靠在泵缸内作往复运动的活塞来 改变工作室的容积，从而达到吸入和排出液体的目的。 二、往复泵工作原理（123页图3-10） 三、适用范围

城市给排水工程中往复泵已逐渐被离心泵取代，主要应用于某些工业 部门的锅炉给水或输送特殊液体方面。

3.4 螺旋泵

一、螺旋泵构造

由电动机、变速装置、泵轴、叶片、轴承座和泵外壳等部分组成。 二、螺旋泵工作原理（126页图3-14） 三、适用范围

应用于灌溉、排涝、提升污水、污泥等方面。

第4章 给水泵站

泵站知识要点：

1、选泵依据、原则和要点 2、泵站的平面布置和竖向布置

水泵机组布置、基础的安装要求，吸、压水管管径确定，管路闸阀的 布置和管道安装要求。

3、泵房辅助设备和措施的选用

4、各种类型泵站的工艺特点和工艺设计 5、给、排水泵站工艺对比

4.1 泵站分类与特点

一、给水泵站作用

给水增加能量，输送水。另给水泵站一般设有一定容积的蓄水池，兼 有调节水量的作用。 二、泵站的分类

1、泵机组设置的位置与 地面式泵站 地面的相对标高关系 地下式泵站 半地下式泵站 2、操作条件及方式 人工手动控制 半自动化 全自动化 遥控泵站 3、泵站在给水 取水泵站 系统中的作用 送水泵站 加压泵站 循环泵站 二、取水泵站（一级泵站）

⑴地面水水源，取水泵站组成：吸水井、取水泵房、闸阀井（闸阀切 换井） ⑵工艺流程（143页图4-1） ⑶主要特点：

1、临江靠岸，泵站高度很大（因水位枯水期和洪水期变化大，既 保证泵站在枯水期抽水的可能还保证最高洪水位时泵房筒体不被淹没进水），运行管理困难、复杂

2、机组及辅助设施的设置，应尽可能地充分利用泵房内面积，泵机 组及电动闸阀的控制可以集中在泵房顶层集中管理，底层尽可能做到 无人值班，仅定期下去抽查。

3、进水口水位变化较大，出水位变化小 4、施工困难，具有季节性（在枯水位施工），扩建困难 ⑷注意事项：

1、选址：防洪堤以内不允许建设永久性建筑物，一般建在防洪堤以 外。

2、泵站与江水之间应有集水构筑物——集水井，水通过引水管自流 进集水井。泵房与取水井可以合建（节省投资）也可以分建。

自流施工：不允许挖堤，采用顶管式施工，自流管前端设格栅等并设 图标。

3、充分利用允许吸上真空高度提高泵房高度，降低造价。

4、n台并联水泵出水管在闸阀井内联合，只有两根或一根管线输水

至水厂混合池。

三、送水泵站（二级泵站、清水泵站）

⑴作用：将水从水厂的清水池输送至城市管网

组成：清水池、吸水井、送水泵站、管网、高地水池 ⑵工艺流程（144页图4-3） ⑶主要特点：

1、泵房埋深小（吸水水位变化范围小），运行管理方便，常建成地面 式或半地下式；

2、吸水水位变化小（一般为3-4m），但送水水位变化大； 3、输送清水，水质好；

4、泵站设置不同型号和台数的泵机组（适应管网中用户水量和水压 变化），泵站面积增大，运行管理复杂。 5、调速泵在送水泵站中尤其重要 ⑷吸水井形式

1、分离式吸水井（145页图4-4）

邻近泵房独立设置的吸水井，吸水井分为两个独立格，中间隔墙上有 阀门，阀门口径应足以通过邻格最大吸水流量，以便当其中一进水管 切断时，泵房内各机组仍能工作。 2、池内吸水井（145页图4-5）

将清水池的一端用隔墙分出一部分容积做为吸水井。吸水井分成两 格，隔墙装上阀门或者闸板，两格均可独立工作。吸水井一端接入来 自另一清水池的旁通管，当主体清水池需要清洗时，可关闭隔墙上的 进水阀（闸板），由旁通管供水，使泵房仍能继续工作。 三、加压泵站 ⑴适用场合

输配水管线很长或给水对象所在地地势很高，城市内地形起伏较大 时，可以在城市管网中增设加压泵站。 ⑵主要特点：

1、加压泵站埋深小，水质好

2、进水口水位变化小，出水口水位变化大 3、运行不稳定 ⑶加压泵站工况

1、在输水管线上直接串联加压泵加压 送水泵站和加压泵站同步工作，适用于水厂位于远离城市管网的长距 离输水的场合。

2、清水池及泵站加压供水（水库泵站加压供水）

水厂内送水泵站将水输入远离水厂、接近管网起端处的清水池内，由 加压泵站将水输入管网。城市用水负荷借助加压泵站的清水池调节，

使水厂的送水泵站工作制度均匀，有利于调度管理。 四、循环泵站 ⑴适用范围

需要用到循环水的工况企业，一般设置热水、冷水两组水泵。 ⑵工艺流程（146页图4-7） ⑶主要特点

1、一般设输送冷、热水两组泵；

2、供水对象要求的水压稳定，水量随季节的气温变化而变化； 3、泵备用率较大，泵台数较多；

4、确定泵数目和流量时，要考虑一年中水温的变化，可以选用多台 同型号泵，不同季节开动不同台数的泵调节流量； 5、循环泵站通常位于冷却构筑物或净水构筑物附近； 6、最好采用自灌式（保证良好的吸水条件），循环水泵大多数是半地 下式。

4.2 泵的选择

一、选泵的主要依据

工程所需的扬程、流量以及其变化规律。 二、一级泵站设计流量和扬程的确定 1、泵站从水源取水，输送到净水构筑物

特点：昼夜均匀供水（减小取水构筑物，昼夜均向构筑物中供水） 一级泵站设计流量Qr??QdT(m3/h)

Qd——供水对象最高日流量（调研城市一天需水量，包括人口、工

业企业数、用水量标准等） 一级泵站水泵扬程 H?HST??hs??hd

2、泵站从水源取水后将水直接供给用户或送到地下集水池

特点：采用的地下水做为生活饮用水水源，水质符合卫生标准，可将 水直接送给用户。这种情况实际起到的是二级泵站的作用。 一级泵站设计流量Qr??QdT

说明：供应工厂生产用水的一级泵站，泵的流量应视工厂生产给水系 统的性能而定，如为直流给水系统，泵站的流量应按最高日最高时用 水量计算，泵站流量变化时，可采取启动不同台数泵的方法予以调解。 对于循环给水系统，泵站的设计流量（补充新鲜水量）可按平均日用 水量计算。

一级泵站水泵扬程H?HST'?Hsev??h

三、二级泵站设计流量和扬程的确定 1、流量确定

⑴城市管网用水24h均不相同，找出流量随时间变化给率，确定最高 日最高时用水量Qh,水泵流量以Qh为依据，并应随用水量变化而变 化。

⑵根据最大日逐时用水变化曲线分级供水。

a、对于小城市给水系统，由于用水量不大，大多数采取泵站均匀供 水方式，即泵站设计流量按最高日平均小时用水量计算。

b、对于大城市给水系统，采取无水塔、多水源、分散供水系统，宜 采取泵站分级供水方式（泵站设计流量按最高日最高时用水量计算， 运用多台或不同型号的水泵组合来适应用水量的变化）。

c、一般分为高峰、低峰两级供水，最多不超过三级供水，一般各 级供水量可取该供水时段用水量的平均值。泵站各级供水线尽量接近 用水线，分级供水优点是管网中水塔的调节容积比均匀供水时小。分 级不宜过多，如果多需设置较多的泵，增大泵站面积和清水池的调节 容积，增大二级泵站的输水管直径（按最大一级供水流量设计输水管 道直径）。 2、扬程确定 H?HST??h

'HST?HST?Hsev

'HST——水源井中枯水位（或最低动水位）与给水管网中控制点的地 面标高差m

Hsev——给水管网中控制点所要求的最小自由水压，也叫服务压头。 管网要求服务水头：一层10m，二层12m，大于2层后每层增加4m 例：6层管网要求服务水头：12+（6-2）*4=28m 注意：一级泵站及二级泵站水泵扬程按公式确定后要考虑加上一定得 安全水头。 四、选泵要点

1、大小兼顾、调配灵活

在用水量和水压变化较大情况下，选用性能不同的泵的台数越多，越 能适应水量变化的要求，浪费的能量越少。为了节省动力费用，应根 据管网用水量和相应水压变化情况合理地选择不同性能的泵，做到大 小泵兼顾，在运行中可灵活调度，以求得最经济的效果。（150页） 2、型号整齐，互为备用

a、实际工程中水泵台数不能太多，否则工程投资很大，另外型号过 多也不便于管理，因此一般不宜超过三种类型的水泵。

b、实际工作中多采用多台同型号的泵并联工作以减少扬程浪费。而 且水泵型号相同，可以互为备用，对零配件、易损件的储备、管道的

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