基本理論

在單獨討論泵的各種特性之前，介紹泵的基本要領，如流量(flow capacity)、升降機(lift)、電力(power)和效率(efficiency)。

(a)流量

泵在單位時間內傳遞的液體體積稱為流量Q，通常以m3/s、L/S(SI系統(tǒng))或GPM表示。在另一個單位時間內泵傳遞的液體重量稱為重量流量G，以kgf/s或lb/s表示。一般來說，水泵應用中使用的重量流量較少。

1 [LPM]=60 [LPS]

1 [gpm]=3.785 [LPM]

(b)升降機

泵的總升力(total lift)一般稱為正流量，單位重量的液體在泵出口和入口所具有的能量差異，即泵供應的液體的能量，其值是泵供應的壓力能量、動能和比特能量的總和。如果表示泵的總升力(H)，Gd和Gs分別是泵出口和進水口的測量點的壓力，液體的比重，Zd和Zs分別是排水口和進水口的兩個測量點的高度，差別是Z=Zd-Zs，Vd和Vs分別是排水口和進水口的測量點的平均速度。吸入面的量為Hs，吸入面的損失水頭為hs，出土面的量流量為Hd，出土面的損失水頭為HD，出土面的速度水頭為vd2/2g。

p>

離心泵的孔蝕現(xiàn)象

在水泵的運轉中，由于吸水高度過大或轉速過高，而使水泵的最低壓力小于當時溫度的飽和蒸汽壓時，該處的水即發(fā)生蒸發(fā)而產生氣泡；

當氣泡隨流體流入壓力較高處時，因外界壓力升高，氣泡迅速破裂而產生噪音及振動現(xiàn)象，此稱之為漩渦真空（cavitation）或孔蝕現(xiàn)象，通常氣泡發(fā)生于水泵葉輪的入口低壓處（如圖2-19），沿葉片移動至葉片末端高壓處而破裂，氣泡破裂時，會產生很大的壓力，撞擊葉片而造成孔蝕現(xiàn)象（如圖2-20），大規(guī)模的孔蝕會使水泵的揚程，動力及效率都急劇下降，嚴重時，泵的功能全失。

（二）需要凈正吸入水頭RNPSH

造成水泵入口處壓力降低的原因，包括液體流入葉輪入口的沖擊損失

和壁面的摩擦損失，以及部分壓力水頭轉換成速度水頭，此等壓力降的總和，稱為需要凈正吸入水頭（required net positive suction head）,簡稱RNPSH，此值通常正比于流量或流速之平方。

→ 若欲使水泵內不發(fā)生孔蝕現(xiàn)象，需使進入水泵內的水，經過上述壓力降后，仍具有正值的壓力水頭，亦即：

NPSH—RNPSH﹥0 (RNPSH值可由廠商型錄查知—性能曲線）

→也就是說，凈正吸入水頭要大于需要凈正吸入水頭，而這兩項的差值即：NPSH—RNPSH，稱為可用凈正吸入水頭 (available net positive sution head),簡稱ANPSH或余裕水頭。

其意義為在不發(fā)生孔蝕的情況，吸入壓力尚可降低之量。

例題6.3.2

使用一單吸式離心泵輸送120℃之淡水，流量為1.25m3/min，水泵轉速為1940rpm，若吸水管路線損失揚程為1.2m,若要避免發(fā)生孔蝕，最小實際吸入揚程應為多少？

（令RNPSH=78.8×10-6×rpm4/3×Q2/3）

解：120℃之水，其比重γ=943kgf/m3 , 蒸汽壓PO=2.02kgf/cm2abs

因此飽和蒸汽水頭Hv為：Hv = Pv /r =（2.02*104）/ 943 = 21.4m

由題意已知：

hls =1.2m N=2940rpm Q=1.25m3/min

RNPSH = 8.8×10-6×29404/3×1.252/3 =3.85m

NPSH = Ha + Hsamin – hls – Hv = RNPSH

Hsamin≥3.85+1.2+21.4－(10330/943)=15.5m

(三)離心泵的水鎚現(xiàn)象

水泵在運轉中，突然停電而致動力中斷或排水閥突然斷閉﹑開放時，

由于水的流體速度變化產生壓力急劇變化，而形成一連串壓力波在管路中振蕩，造成對水泵及管路損壞的現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為水鎚現(xiàn)象（Water harmmer），防止水鎚現(xiàn)象產生的方法，有以下幾種：

1：于水泵轉軸上裝置飛輪，增加轉動慣性矩，減緩動力停止時速度的下降。

2：于管路中加裝緩沖儲水池，緩和管路內的壓力變動。

3：裝設空氣室，利用空氣之可壓縮性，緩和管路內壓力之上升及下降。

4：控制閥門關閉之速度，第一段閥門急速關閉，使逆流量及逆轉減少，第二段緩閉，以減輕閥在阻擋逆流時壓力之上升。

系統(tǒng)曲線與性能曲線

在一設計或現(xiàn)有的泵送管系中，各種狀況下的點繪曲線甚有助于該系統(tǒng)的特性分析。系統(tǒng)曲線（system curve）為一泵送系統(tǒng)中，摩擦頭損失與液體流率及液體特性之函數(shù)曲線。在一指定系統(tǒng)中，摩擦頭損失大的隨系統(tǒng)中流體流量的平方而變。如圖2-2所示。

圖2-3之曲線與聯(lián)合系統(tǒng)曲線，既點繪系統(tǒng)中靜壓頭及任何壓力差之曲線，重疊于水泵性能曲線（HQ曲線）于系統(tǒng)水頭曲線之上，得一點。在此點一特定泵將在該點下工作。是故，在圖2-3中，點A表示泵之水頭容量工作狀態(tài)。如果該系統(tǒng)中，將閥部分關閉，或以其他方式使系統(tǒng)水頭之曲線斜度變更，亦即改變系統(tǒng)中之阻力時，即得如虛線之人系統(tǒng)水頭曲線，水泵之新工作點即會轉到容量較小而水頭較高之處，但仍在水泵之性能特性曲線之上。

（一）系統(tǒng)曲線（system curve）

①　在升力系統(tǒng)曲線（No lifit systemcurve ）—當泵送管系之中無升力存在（圖2-4），系統(tǒng)水頭曲線自零流量及零水頭開始。如本管系中要有900gpm之流率，其摩擦可計算如下：

（二）性能曲線（performacce curve）

水泵在一定的轉速N及細入揚程Hs下，流量Q與總揚程H、動力L、效率η間有一定關系，通常以流量為橫坐標，其余各項為縱坐標，用曲線表示其間之變化關系，此種曲線采用泵之特性曲線（characteristic curve），若僅表示流量與總揚程之間關系則稱之為性能曲線。

假定系統(tǒng)需求為1750gpm于226ft 水頭處，如點C。

再設當2號泵啟動時1號泵正在單獨運轉，1號泵之226ft水頭，將施壓于2號泵的止逆閥上，使閥關閉。

因226ft水頭大于2號泵的223ft關閉水頭（shutoff head），如點A。

因此當2號泵轉速漸增至關斷水頭時，也只有223ft，并不能打開對方施壓的226ft，因之泵不能泵送水量至系統(tǒng)中。

有另種方法可以克服此種困難。

考慮在圖2-11之兩泵，1號正泵送1750gpm處，靠節(jié)流此泵之排出閥，

系統(tǒng)管路中B點以及予以2號泵止逆閥之壓力能減低到2號泵關斷水頭以下。

2號泵一開動，它能沖開止逆閥并承擔了部分負荷。

此法以及其他各法能使第二泵加入系統(tǒng)工作，通常需要作謹慎計時及開關閥的手續(xù)。

流量分擔 - 二泵具有下垂HQ曲線（圖2-15），可能不會平均承擔流量，雖然它們在水利學上效應相同，并有同樣的速度亦復如此。

例如，要泵送2250gpm，如F點。但也可使一泵工作于C點，1750gpm，其他一泵工作于500gpm，如G點。此二種情況之水頭均相同。因之，我們不能確定二泵能有穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

→ 兩泵均具有下垂之HQ曲線（圖2-15），

而容量又低于使系統(tǒng)水頭超過了泵的關斷水頭時，不宜并聯(lián)使用。

在圖2-15中，一泵之2100gpm，223ft水頭處，如H，或二泵之4200gpm，于同一水頭，J點。

當二泵工作于此點或更高的容量的時，它們在HQ曲線中的穩(wěn)定部分，并能作相等的流量分擔。同時，一泵不能分擔全部負荷而關斷另一泵。

工作上的要求：當二泵在一節(jié)流中并聯(lián)工作，它們應：

（1）應有穩(wěn)定升高HQ曲線直到關斷點，

（2）在它們在可能的工作水頭范圍下具有相同的效率減低百分數(shù)，或至少在此整個范圍中能泵送一些液體。

通常二或多個泵具有穩(wěn)定的HQ曲線以及相等的關斷水頭者，在它們較低的容量下，能分擔大約相同的符合。

串聯(lián)系統(tǒng)—兩水泵串聯(lián)運轉時，其串聯(lián)后之揚程為同一流量下兩泵單獨運轉揚程之和，如圖2-16（a）所示為兩臺之特性相同的水泵串聯(lián)，曲線I為單獨水泵之性能曲線，曲線II為串聯(lián)后之組合性能曲線。II定在同一流量下的I之揚程加后而得，若系統(tǒng)曲線為R時，得到運轉點為A，每臺水泵之揚程均為HI，串聯(lián)后之揚程HII為HI之兩倍，即HII=HI+HI=2HI

圖2-16（b）所示為特性不同的兩泵串聯(lián)，曲線Ia、Ib為各水泵單獨運轉之性能曲線，串聯(lián)后之性能曲線II為同一流量下Ia、Ib兩水泵揚程相加而得。當系統(tǒng)曲線為R時，運轉點為A，兩水泵之運轉點分別為B及C，揚程為HIa、HIb，則串聯(lián)后之揚程HII為HII=HIa+Hib

若系統(tǒng)曲線變平時，運轉點可能落在II（Ib）范圍，此時僅有泵Ib動作。

a）一個水泵單獨運轉時，運轉點為H及HF二線之相交之點，即

H = HF或 490-0.26Q2=100+1.5 Q2

得出 Q = 14.9kgal/min

b）兩個水泵并聯(lián)時，若全部流量為Q，則每臺單獨之流量為Q/2，因此

490 - 0.26（Q/2）2 = 100 + 1.5 Q2得出 Q = 15.8kgal/min

c）兩個水泵串聯(lián)運轉時，其揚程為各臺泵單獨運轉時揚程之和，因此

2H = HR即 2（490 - 0.26 Q2）= 100 + 1.5 Q2

得出 Q = 20.9kgal/min

泵之故障

（一）泵的故障

由于運轉，離心泵會有很多故障，這些有故障的位置，以及它的成因討論如下。

a）流量或揚程減少，以及不能送水

1、泵沒有啟動

2、低速度

3、總動力頭高于泵的定額

4、升力太高，正常的升力為15ft

5、外來物塞住在葉輪中

6、反方向的旋轉

7、在水中有過多的空氣

8、在進入管中或填料函中，空氣有泄漏

9、不足夠的進入壓力，難以對抗液體蒸汽的壓力

10、機械的缺陷，諸如磨損的環(huán)、損壞的動葉輪，以及有缺陷的密合墊

11、底閥太小，或是破碎碎屑所限制

12、底閥或進入管太淺

b）泵在開動后振動

1、沒有對準

2、基礎不夠結實

3、外來物使動葉輪不平衡

4、機械的毛病，諸如彎軸，旋轉件與固定件摩擦，以及軸承有磨損

5、泵運轉造成渦旋真空現(xiàn)象

定流量(三通)與變流量(二通)系統(tǒng)特性及應用分析

以下介紹各種定流量(三通)與變流量(二通)系統(tǒng)之特性及應用分析

工程實務范例參考

管路內的壓力線圖

關于密閉管路的負壓

密閉管路處于負壓狀態(tài)時，不僅無法順利排氣，而且還會引起氣水分離以及

氣穴現(xiàn)象，因流動變壞會引起管路腐蝕性等，也造成管路損壞與機器效率下降。

為了避免上述的障礙,通過管路內的壓力線圖來確定,管路必須要保持一定的正壓。

①作靜水頭點：根據(jù)管路圖-1，先標出管路圖1中水箱在一定的水位，A-D之產為4mAq，E-J之間為24mAq。并且D-E之間，J-A之間的每個位置也可以確定。

②標出D點的壓力：

作好靜水頭壓力線圖后，下步標出各運轉時的壓力。

因為D點為水箱加壓點，壓力固定，作與靜水頭同壓力位置。

③作D-E-F點的壓力

D點到E點與靜水頭相比壓力下降為 0.4mAq + 20mAq - 2mAq = 22 mAq，

同樣E點到F點為 22 mAq -1.6mAq = 20.4 mAq。

④作F-G點壓力

F點到G點，因為冷凍機等的壓力損失，機器壓力損失下降10 mAq。

所以得到20.4 mAq - 10 mAq = 10.4 mAq

⑤作G-H點的壓力

G點到H點壓力損失比下降，壓力為10.4 mAq-0.4 mAq=10 mAq。

⑥作H-I的壓力

從H點到I點，因泵的揚程，壓力上升23.8mAq

所以得到10 mAq+23.8 mAq =33.8 mAq

⑦作I到J點壓力

從I點到J點，壓力損失下降，但到壓力為33.8mAq-0.4mAq=33.4 mAq

⑧作J點到A點的壓力

因為J點到A點壓力損失壓力下降與靜水頭下降，得到壓力為：

33.4 mAq - 2 mAq - 20 mAq = 11.4 mAq

⑨作A點到B點的壓力

從A點到B點，壓力損失而壓力下降，得到壓力為 11.4 mAq - 1.2 mAq = 10.2 mAq

⑩作B點到C點的壓力

從B點到C點，因為AHU的壓力損耗，壓力損失5 mAq。

所以壓力為 10.2 mAq - 5 mAq = 5.2 mAq

11、作C點到D點的壓力

C點到D點壓力損失而使壓力下降，點D壓力 5.2 mAq - 1.2 mAq = 4.0 mAqm，與膨脹水箱的加壓點相接。

壓力高于靜水頭時，泵浦就會加壓。加壓的程度由管路及聯(lián)接形式的耐壓而定。

歡迎您加入暖通南社學習交流互動社區(qū)：

類別	QQ群群號
專業(yè)待分配群	365552966
設備材料群	189417984
所有加群的朋友在專業(yè)群未建立之前都可以暫留此群，待加入專業(yè)群或片區(qū)群后自動脫離本群。要求實名制，加群按格式：“地區(qū)-姓名-專業(yè)”標識自己群名片，以便分配。加微信群請加微信號：1114325507。請看清無論加群還是微信都需要實名驗證，這是人與人之間最基本的信任。非誠勿擾！

加我個人微信號：1114325507，拉你進暖通南社各片區(qū)和專業(yè)微信群。