离心泵的特性曲线与扬程-流量关系

14.1.1 理论特性曲线

在假设泵的叶轮进口速度没有旋转分量的前提下，叶轮对单位重量的流体所做的功可用公式14.1进行计算。

作用在单位重量流体上的功=vw2U2/g （14.1）

假设流体没有摩阻损失，泵的扬程可以看作与理论扬程相同。因此，可以把理论扬程写成

从图14.1中的出口速度三角形可知，

图14.1 离心泵叶轮的速度三角形

式中 Q ——叶轮出口的流量；

A ——叶轮周围的过流面积。

出口的叶片转速U2可以用叶轮转速n表示，U2=πDn.

根据这个公式以及公式14.3，可以把公式14.2中的理论扬程改写成

式中，

对于一个转速恒定的叶轮，K1和K2都是常数，因此扬程和流量之间呈线性关系，如公式14.4。理论扬程Htheo随流量Q的线性变化如图14.2中的I所示。

图14.2 离心泵的扬程-流量曲线

14.1.2 实测特性曲线

流体流过叶轮的叶槽时，叶轮叶片迎水面和背水面的压力和流速是不同的。叶片迎水面压力相对较高、流速相对较低；而在背水面，压力较低、流速较大。导致在叶片周围产生环流，同一半径上的速度分布也不均匀。通常流体离开叶轮的角度小于实际叶片安放角。这种现象被称为“滑移（反旋）”。滑移系数（反旋系数）σS是指叶轮出口实际的切线速度分量与理想的切线速度分量的差值。(www.xing528.com)

如果考虑滑移的影响，理论扬程将降为σSvw2U2/g。而且滑移随着流量Q的增加而增大。通过图14.2中的曲线II可以看出滑移对扬程-流量曲线的影响。滑移产生的损失在真实流体和理想流体内都存在，但是在真实流体中还需要考虑叶片进口的冲击损失以及流道内的摩擦损失。

在设计点上，流体沿着切向方向进入叶片，所以冲击损失为零，但是除了设计点之外的其他点，冲击造成的水头损失按下面的关系增加

式中 Qf ——非设计工况点的流量；

K3——常数。

摩擦造成的损失可以表示为

式中 K4——常数。

图14.2中离心泵损失特性曲线Ⅲ和Ⅳ表示的就是公式（14.5）和（14.6）的损失。考虑滑移损失后，再在扬程曲线中减去任一流量下所有的损失之和（针对横坐标上所有点，从曲线Ⅱ的纵坐标中减去曲线Ⅲ和Ⅳ的纵坐标之和），就可以得到代表实际扬程的曲线V，即为泵的实测扬程-流量特性曲线。

转速恒定时，离心泵的扬程H、吸收功率P、效率η和NPSHR都是流量Q的函数。这些参数值之间的关系即为特性曲线。一台转速n=1450转/分的单级离心泵的四个特性曲线如图14.3所示。

图14.3 一台单级离心泵的特性曲线

扬程-流量H（Q）曲线又称为节流曲线，代表一台离心泵的扬程与流量的关系。通常情况下，扬程随流量的增加而下降。一个扬程只对应一个流量。对扬程和流量的需求决定了泵的外形尺寸。

一台泵的吸收功率（功率消耗）曲线P（Q）的形状也是流量的函数，如图14.3所示。对于径流泵，吸收功率随着流量的增加而上升，因此径流泵的启动通常采用闭闸启动的方式。吸收功率用来确定为泵提供能量的装置的尺寸。

效率曲线η（Q）随着流量的增加从零开始增加，达到最大值（ηopt）后，开始下降。在选泵时除非考虑其他参数，否则所选泵的最高效率ηopt所对应的流量应尽量与系统所需流量Qr相近，即Qr≈Qopt。效率曲线可以用来选择指定工作范围内效率最好的泵。

NPSHR是必要气蚀余量的首字母简写。NPSHR也是流量的函数。NPSHR曲线在达到泵的高效点之前比较平缓，超过高效点后瞬速上升。为了避免泵发生气蚀，必须保证允许气蚀余量大于必要气蚀余量。允许气蚀余量（实际气蚀余量）是根据系统中的摩擦损失计算得到的，而必要气蚀余量是泵的供应商指定的。