水利工程中常用的扬程与速度头

扬程是水利工程中常用的压力单位。在分析静态或动态状态时，扬程是用来描述水泵设计压力与系统设计压力的参数。用字母H表示扬程。单位为英尺（公制单位为米）。

用下面的关系式表示：

式中，比重为液体密度与水密度的比值。水的比重为1.0。

静态系统中的压力为静水头（静扬程），动态系统中的压力为动水头（动扬程）。

11.2.1 系统水头（扬程）

流体流动系统中所有形式的能量都可以用英尺液柱来表示。这些不同水头的总和决定了系统的总水头或泵在系统中必须做的功。下面对不同的水头进行定义：

（1）总静水头（压头）是指吸水池液体表面与压水池液体表面之间的垂直距离。

（2）静排出压头（压水地形高度）是指泵吸入口中心线至压出液体表面的垂直距离。

（3）静吸入压头（负吸水地形高度），当吸水池水面高于水泵时采用。是指水泵吸水口中心线至吸水池液面之间的垂直距离。

（4）静吸上高度（正吸水地形高度），当吸水池水面低于水泵时采用。是指水泵吸水口中心线与吸水池液面之间的垂直距离。

上面四个术语在图11.1中进行了示意。

图11.1 抽水系统的净水头

动水头由速度头、摩擦头和压头与上面的静水头一起来定义。

（5）速度头（hv）是指液体以某个速度v流动时液体具有的能量。可以看成为了获得液体在管道中流动时相同的速度，液体需要下降的垂直距离。可以用以下关系式表示：

式中， hv为速度头；v为液体的流速，英尺每秒；g为32.2英尺每平方秒。

速度头通常并不重要，在大多数水头较高的系统中都可以忽略。但是在水头较低的系统中是一个较大的系数，必须进行考虑。

（6）摩擦头（hf）是克服液体在系统中的流动阻力所需的水头。摩擦头取决于管道的尺寸、状态和类型，管道配件的数量和类型，流量及液体的性质。

（7）压头，当抽送系统的吸水池或压水池内有压力且不是大气压时必须考虑。系统水头必须加上吸水池中的真空值或压水池中的正压值，反之，必须减去吸水池中的正压值或压水池中的真空值。如果存在真空，且真空值以英寸汞柱表示，可以用下面的公式计算相应的英尺液柱：

在进行系统分析时，必须把该压力转换为英尺液柱，以确保所有单位的一致性。(www.xing528.com)

上述各种形式的水头，即静水头、摩擦头、速度头和压头之和即为特定流量下系统的总水头。

11.2.2 水泵扬程

探讨水泵的运行状况时，经常采用一些术语用来描述动水头。换言之，水泵运行时是动态的。当流体在系统中流动时，泵送系统也是动态的，因此也必须按动态的来进行分析。为了便于分析，采用下面四个动态术语。

（1）总动吸入压头（hs）为静吸入压头加上进口法兰处的速度头，再减去吸水管线中的总摩擦头。通过测试获取泵的总动吸入压头，计算方法为进口法兰上压力计的读数，转换为英尺液柱，并按照泵的中心线进行校正，再加上压力计安装点的速度头。

（2）总动排出压头（hd）为静排出压头加上出口法兰处的速度头，再加上排水系统中的总摩擦头。通过测试获取泵的总动排出压头，计算方法为出口法兰上压力计的读数，转换为英尺液柱，并按照泵的中心线进行校正，再加上压力计安装点的速度头。

（3）总动吸上高度（hs）为静吸上高度减去进口法兰处的速度头，再加上吸水管线中的总摩擦头。为了计算总动吸上高度，把进口法兰处的吸入压力（进口法兰处压力计的读数）转换为水头并按照泵的中心线进行校正，再减去压力计安装点的速度头。

（4）系统的总动压头（TDH）是指总动排出压头减去总动吸入压头（如果吸水池水面位于水泵以上）。

当吸水池水面位于水泵以下，总动压头为总动排出压头加上总动吸上高度。

11.2.3 TDH的预测

离心泵是把能量传递给液体的一种动力机器。液体流过叶轮时，通过改变流速进行能量的传递。液体流过泵壳或扩散器时，大部分的速度能都被转换为压能（总动压头）。

为了预测任意一台离心泵总动压头的近似值，必须经过两个步骤。

第一步，采用下面的公式计算叶轮出口直径处的流速：

式中，v为叶轮边缘的流速，英尺每秒；D为叶轮出口直径，英寸；RPM为转每分钟（叶轮的转速）；229为常数。

第二步，叶轮出口直径或边缘处的速度能约等于泵的总动压头，把上式中的v替换到下式中，

H=v 22g

式中，H为总动压头，英尺；v为叶轮出口直径处的流速（英尺/秒）；g为32.2（英尺/平方秒）。

给定转速和叶轮直径后，离心泵可以把任何比重或重量的液体提升到给定高度。因此，在分析离心泵及其系统时，经常采用的术语为英尺水柱而不是压力。