离心泵特性曲线学习笔记

离心泵的主要参数包括：流量、扬程、功率、转速、必需汽蚀余量、吸程、效率等。泵的主要性能指标也用这些主要工作参数来表示。本文整理了上述参数的定义，并介绍了泵特性曲线。

（1）流量（Q）

流量为单位时间通过离心泵出口截面的液体量，一般采用体积流量，计量单位m³/h或m³/s。

泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。实际上，离心泵的转动部件叶轮和固定部件之间总是有空隙的，在叶轮四周的液体由高压侧沿间隙漏向低压侧面而未经泵出口截面流出，不产生效益，所以实际产生效益的流量小于通过叶轮输送的理论流量。

（2）扬程（H）

扬程的定义是单位质量液体通过泵获得的有效能量，是泵的重要工作性能参数，又称压头。

（3）轴功率（N）

泵在一定流量和扬程下，电机单位时间内给予泵轴的功称为轴功率，即轴将电机功率传给做功部件叶轮的功率。

轴功率跟联轴器有很大的关系，电机通过联轴器连接泵内叶轮，当电机转动时，带动联轴器，进而带动叶轮旋转。因为有联轴器这个部件，所以电机功率就不 能完全转化为叶轮转动的实际效率，轴功率小于电机功率（额定功率）。

（4）泵的效率（η）

泵的效率不是一个独立性能参数，它可以由其他的性能参数例如流量、扬程和轴功率按 公式计算求得；反之，已知流量、扬程和效率，也可求出轴功率。

（5）汽蚀余量（NPSH）

汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位为m，用NPSH表示。

（6）吸程（Δh）

吸程即泵允许吸上液体的真空度，也就是泵允许的安装高度。

吸程=标准大气压-汽蚀余量-安全量，如某泵必需汽蚀余量为4.0m，安全量为0.5m，则吸程Δh=10.33-4.0-0.5=5.83m。

（7）转速（n）

泵的转动部分包括叶轮和轴，单位时间叶轮旋转的次数称为转速，以n表示，其单位是r/min。泵由电动机直接带动时，与电动机转速相同；当经过传动装置驱动轴时，可按泵的最优运行工况选定转速。

上述参数中，扬程（H）、流量（Q）、功率（N）和效率（η）之间的关系，可通过实验测定，并将其产品的基本性能参数用曲线表示出来，这些曲线则称为离心泵的特性曲线（characteristic curves），以供泵选型和操作时作为参考。

特性曲线是在固定的转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值，下图为某离心泵在n=2900r/min时特性曲线。

N-Q曲线表示泵的流量Q和轴功率N的关系，N随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。

η-Q曲线表示泵的流量Q和效率η的关系。开始η随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。该曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高。因此，该点为离心泵的设计点。选泵时，总是希望泵在最高效率工作，因为在此条件下操作最为经济合理。但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，因此，一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。泵在铭牌上所标明的都是最高效率下的流量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。

离心泵的特性曲线是在一定转速下测定的。当转速由N₁改变为N₂时，其流量、压头及功率的近似关系为：

N₁/N₂=Q₁/Q₂

(N₁/N₂)²=H₁/H₂

(N₁/N₂)³=P₁/P₂

上式称为比例定律，式中，N为转速，Q为流量，H为扬程，P为轴功率。

当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径、流量、压头及功率之间的近似关系为：

D₁/D₂=Q₁/Q₂

(D₁/D₂)²=H₁/H₂

(D₁/D₂)³=P₁/P₂

上式称为切割定律，式中，D叶轮为直径，Q为流量，H为扬程，P为轴功率。

一般来说，泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的，当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。

1、粘度

所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多，泵的扬程和流量都会减小，效率降低，轴功率增大，因此泵的特性曲线也因此改变。

上述结论可由伯努利方程解释。

伯努利方程见下式：

式中：

Z为高度；

P为压力；

ρ为流体密度；

U为流体流速；

α为动能修正系数；

hw为阻力总损失，由沿程损失和局部损失所组成，见下式：

h_w=∑h_f+∑h_j

式中：

h_f为沿程损失；

h_j为局部损失。

沿程损失的计算公式如下：

h_f=λlU²/2dg

式中：

L为沿程长度；

D为管道长度；

λ为沿程损失系数，与雷诺数Re成反比，Re的计算公式如下：

Re=ρdU/μ

式中：

μ为流体粘度。

根据上述公式，可知对于粘度大的流体，雷诺数Re越小，沿程损失系数λ越大，沿程损失越大，总损失也就越大。最终造成的结果是泵的扬程和流量减小，效率降低，轴功率增大。

2、密度

离心泵的扬程与密度无关，这可以从概念上加以说明。液体在一定转速下，所受的离心力与液体的密度成正比，见下式：

F=mω²/R=ρVω²/R

式中：

F为离心力；

M为流体质量；

ω为角速度；

V为流体体积；

R为离心半径。

但在离心泵中，扬程计算公式的压力项P₂是由泵产生的离心力除以叶轮出口截面积所得到的。且后续计算扬程时，压力项需要再除以液体密度和重力加速度，因此在理论上密度与离心泵的扬程无关。

但是，泵的轴功率会随液体密度而改变，具体参见下式：

N=QHρg/η

式中：

N为轴功率；

Q为流体流速；

H为扬程；

g为重力加速度；

η为泵效率。

因此，当被输送液体的密度与水不同时，不能使用该泵所提供的N-Q曲线，而应重新计算。