神马文学网第三节水泵的工作原理和工作性能
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一、工作原理
1．离心泵的工作原理离心泵是借离心力的作用来抽水的。图9—1 3为单级离心泵的工作原理。当水泵叶轮在泵壳内高速旋转时，在离心力的驱使下，叶轮里的水以高速甩离叶轮，射向四周。射出的高速水流具有很大的能量，它们汇集在泵壳里，互相拥挤，速度减慢，压力增加，压向出水管。此时叶轮中心部分由于缺水而形成低压区(负压区)，这时水源在大气压力的作用下，经进水管不断地进入泵内。这样，叶轮不停地转动，水就不断地被吸入泵内并压送到高处。
图9—13离心泵工作原理
1．出水管2．泵体3．叶轮4．进水管
图9一14轴流的工作原理
1．进水喇叭2．出水弯管3．联轴器4．导水叶5．叶轮
2．轴流泵的工作原理轴流泵是利用叶轮旋转所产生的推升力来抽水的(图9-14)。
它的叶轮浸没在水里，当叶轮旋转时，水流相对叶片就产生急速的绕流。这样叶片对水就产生升力作用，不断地把水往上推送，水流得到叶轮的推力就增加了能量，通过导水叶和出水弯管送到高处．导水叶的作用是消除水流的旋转运动，使泵内水流沿泵轴方向流动。
3．混流泵的工作原理混流泵构造介于离心泵和轴流泵之间，混流泵叶轮在水中旋转时，它的叶片即对水产生离心力，又对水产生推升力。混流泵工作原理就是靠这两种力的作用进行抽水的。
二、水泵的工作性能
1．水泵性能的主要参数
(1)流量又称出水量，是指水泵出口断面在单位时间内输出多少体积(或重量)的水。用符号Q表示，单位用升／秒、米／时、吨／时表示。
(2)扬程又称水头，是指所输送的水由水泵进口至出口每单位重量的能量增加值，即水泵能够扬水的高度。用符号H表示，其单位以米计。
水泵的总扬程(全扬程)，以泵轴线为界，分为吸水扬程和压水扬程丽部分(图9—15)。
吸水扬程是指水泵能吸上水的高度，用H吸表示。由于水经过吸水路管路受阻力和摩擦要损失部分扬程，所以吸水扬程又包括实际吸水扬程(H实吸)和吸水管路损失扬程(H吸损)两部分。
压水扬程是指水泵能把水压出去的高度，用H压表示。同样，水在压出经过出水管路也要损失部分扬程，所以压水扬程包括实际压水扬程(H实压)和压水管路损失扬程(H压损)两部分。；
实际吸水扬程与实际压水扬程之和为进水池水面到出水池水面的垂直高度，称为水泵的总实际扬程(净扬程)H实。
吸水管路和压水管路的损失扬程之和称为损失扬程H损。
所以一台水泵的总扬程H可表示为
(3)功率是指水泵在单位时间内所作功的大小。水泵功率可分为有效功率，轴功率和配套功率三种。
①有效功率(N效)指水泵中水流得到的净功率，即水泵的输出功率，用公式表示为：
式中Y一一水的容重(kg／m。)；
Q—一水泵的流量(m3／s)；
H一一水泵的扬程(m)。
②轴功率(N轴)指动力机传给水泵轴的功率，即水泵的输入功率。通常所说的水泵功率，就是指水泵的轴功率。
式中η--水泵的效率。
③配套功率(N配)指一台水泵应选配动力机的功率数值，它应大于水泵的轴功率，以防意外过载。
式中k一功率备用系数，
ηC--传动效率(％)，直接传动ηC =O．98。
在一般情况下，对于中、小型水泵与动力机直接传动时，配套功率应大于轴功率10％～20％。
(4)效率是指水泵抽水效能，反映水泵对动力的利用情况。水泵的有效功率与水泵轴功率之比，称为水泵的效率，以η符号表示。二般农用泵的效率在60％～80％之间，有些大型轴流泵效率可达90％。
图9-15水泵的扬程示意图
(5)转速指水泵叶轮每分钟转数，用符号n表示，单位为r／min。各种水泵都有一定的设计转速(即额定转速)。
(6)允许吸上真空高度(或汽蚀余量)它反映水泵不产生汽蚀时的吸水性能，是用来确定水泵安装高度的重要数据，离心泵和混流泵用允许吸上真空高度Hs来反映其吸水性能，轴流泵则利用汽蚀余量△h来反映其吸水性能。其单位均以米计。
(7)比转数是表示水泵特性，并用以分类的一个综合性数据，用符号ns表示。它与水泵的转数完全是两个概念。一个水泵的比转数是指一个假想叶轮的转数，这个假想叶轮与该水泵的叶轮完全几何相似，它的扬程为1米，有效功率为0．735千瓦(1马力)，而流量为0．075m3／s时所具有的转数。比转数与流量、扬程和转速之问的关系为
式中n--水泵的额定转速(r／min)；
H——水泵的扬程(m)(对多级泵是指一个叶轮的扬程)；
Q——水泵的流量(m3／s)。对单级双吸泵，其流量应为Q／2。
比转数的大小与水泵叶轮形状和其性能曲线有密切的关系，叶轮形状和水泵性能由它决定，效率高低，水力损失随它变化。因此，比转数在水泵设计中是很重要的技术参数。
一般说来，比转数高的泵，流量大，扬程低，如轴流泵。比转数低的泵，流量小，扬程高，如离心泵。所以，比转数可以划分水泵的类型。
2．水泵性能曲线水泵性能曲线是水泵运行在额定转速下，通过实验的方法测得水泵的流量与扬程、轴功率、效率和允许吸上真空高度等参数之间的关系，并绘制成几条曲线来表示。按水泵类型汇编成的《水泵样本》，可为合理选用水泵提供技术资料。
(1)离心泵的性能曲线(图9—16)
①流量一扬程曲线(Q—H)它表示离心泵的扬程随流量而变化的流量关系曲线。水泵的流量小，扬程比较高。随着流量的增大，扬程逐渐下降。其变化较为平缓。在实际中，如将水泵出水管的闸阀关小，可以获得较高的扬程，但必须注意水泵效率的变化情况。
②流量一功率曲线(Q一N)它表示离心泵的轴功率随流量而变化的情况。离心泵的轴功率是随流量增加而逐渐增大，是一条平滑上升的曲线。流量为零(闸阀关闭)时其功率最小，所以离心泵要关闭闸阀启动。此外，离心泵在额定扬程情况下运转，避免动力机超载。
⑧流量一效率曲线(Q—η)水泵效率随流量而变化的关系曲线。此曲线像一个山头形状，当流量为零时，水泵效率也为零。随流量的增大，效率也逐渐增加，但超过设计流量时，效率反而下降，曲线的变化较为平缓。Q—η曲线上A点为水泵的效率最高点，即水泵的设计工作点。为了便于选择工作点，通常在最高效率点两侧a、b标定为水泵的工作范围。在Q—H曲线上，用两条波折线括起来表示(图9—16)，水泵在这个高效范围运转时，可以获得较高的工作效率。一般离心泵高效区宽些，使用范围较大。
图9—16离心泵性能曲线
④流量一允许吸上真空高度曲线(Q-H，)表示离心泵允许吸上真空高度与流量之间的变化情况，反映水泵的吸水性能与汽蚀性能。在工作范围内，Q一H：曲线是一条下降的曲线，Hs随流量的增加而减少。因此当流量减小时，是可以适当提高水泵的扬程和允许吸上真空高度。
(2)轴流泵性能曲线(图9—17)
图9—17轴流泵性能曲线
轴流泵性能曲线与离心泵有很大差异。轴流泵在叶轮叶片安装角卢和转速n一定的条件下，通过实验方法测得其性能曲线。
①流量一扬程曲线(Q—H)该曲线下降比较迅速，呈陡降形，并且在流量约为额定值一半处具有马鞍形的不稳定区域。水泵若在不稳定区域运转时，就会发生振动、噪音甚至使水泵发生故障，所以轴流泵应避免在这个区域内运转。
②流量一功率曲线(Q一N)轴流泵功率随流量的增大，轴功率反而小，是一条下降的曲线，流量减少到很小时，其功率最大。所以轴流泵要开启闸阀起动。轴流泵在高于额定扬程的情况下运转时，要注意动力机超负荷。
③流量一效率曲线(Q一η)该曲线急速上升又急速下降，变化比较迅速，轴流泵的高效区很窄，使用范围较小。
(3)混流泵性能曲线混流泵工作原理和结构都介于离心泵和轴流泵之间，因此，其性能曲线形状也介于两种泵之间，比转数nS低的混流泵，曲线接近于离心泵，比转数nS高的混流泵，其曲线形状接近于轴流泵。
3．水泵性能调节水泵机组在水泵和管路既定条件下只有一个工作点。如果这一水泵工作点工作参数不符合实际需要，可采用改变水泵的性能或改变管路布置来调节水泵的工作点，使水泵工作点落在实际需要的工况上，使水泵始终保持在高效范围内工作，达到低成本和提高效益的目的。
常用的水泵性能调节方法有以下几种：
(1)变速调节即改变水泵的转速，以改变水泵的性能。一般情况下，降低水泵转速运行是允许的。
水泵性能与转速的变化关系可按比例律换算如下。对原有的水泵，当它的转速为n1，流量为Q1，扬程为H1，功率为N1，允许吸上真空高度为Hs1。如转速降低为n2，功率为N2，
流量为Q2，扬程为H2，功率为N2，允许吸上真空高度为H s2。
则流量
扬程
功率
吸上真空高度
变速调节的优点是几乎没有什么附加损失，当转速变化不大时，变速后水泵的效率基本上与额定转速效率相同，这是其它调节方法难以做到的。但是水泵的变速调节一般只采用降速调节，其降低转速不宜低于额定转速的50％。否则水泵运转会引起剧烈的振动，而且会导致水泵效率显著下降，水泵出水量减少。此外，不要任意将水泵转速提高超过其额定转速的10％，这会增加水泵零部件的应力，不能保证水泵的安全运行。
(2)变径调节即将水泵的叶轮外径车削变小，来改变水泵的性能，从而达到扩大水泵使用范围的目的。
水泵的叶轮外径车小后，水泵的流量、扬程、功率也将随着改变，它们的关系仍按比例律换算如下：
流量
扬程
功率
式中Q1、H1、N1——叶轮外径未车削前D1的水泵流量、扬程和功率；
Q2、H2、N2——叶轮外径车削后D2的水泵流量、扬程和功率。
切削叶轮通常只适用于比转数不超过350的离心泵和混流泵，对于轴流泵来说，切削叶轮就需要更换泵壳，是不合算的，所以不宜进行切削。
叶轮的切削量不能超过某一范围，否则会破坏水泵设计性能，效率会下降，叶轮车削程度和车削后的效率下降情况，与水泵的比转数有密切关系(表9—1)。
(3)变角调节用改变轴流泵叶片安装角的方法，来改变水泵性能，使水泵保持在高效率下运转，以扩大其使用范围。
表9—1水泵叶轮最大允许车削量
比转数(ns)
60
120
200
300
350
叶轮最大车削量(％)
20
15
11
9
7
效率下降值
每车削10%。下降1%
每车削4%，下降1%
轴流泵的变角调节适用于半调节式和全调节式轴流泵。半调节式水泵调节时，要停机拆泵进行，全调节式水泵设有机械或液压调节系统，可以在泵运行时方便地进行必要的调节，以适应水泵运行工况的变化。
在转速一定时，减少轴流泵叶片安装角度，水泵的扬程、流量、功率均相应减小，反之则增大，变角后轴流泵最高效率点变化不大，因此，这种方法极有利于轴流泵性能调节。
(4)水泵的串联和并联当一台水泵满足不了实际扬程和流量要求时，可以将两台水泵或多台水泵串联或并联工作。
①水泵的串连运行两台或两台以上相同性能的水泵头尾相接，即一台水泵的出水管与另一台水泵的进水管连接，这种装置方式称为水泵的串联。目的是增加扬程，而保持流量不变。
②水泵的并联工作两台或两台以上水泵连接到共同的出水管，称为并联，其目的在于增大流量。
第四节水泵的选型、安装和使用
一、水泵的选型
泵型选择得合适，能减少泵站建站投资，而且能使常年运行中排灌效益高，成本低，选择水泵是排灌系统设计中一件十分重要的工作。
目前，农用水泵型号很多，各有其独特的规格性能，水泵选型应考虑的原则为：
(1)满足生产中所提出的流量和扬程的要求；
(2)水泵常年运行中年均效率高，工作稳定，其工作点尽量落在高效区内；
(3)按照选定的泵型，建站投资和所需用的功率应为最小，运行费用最低；
(4)装机台数不宜太多，也不宜过少，应尽量选用同一型号的水泵，以便于操作、维修和管理。还应考虑动力设备的综合利用。
(5)要充分利用当地的水能资源，有条件的地区应尽量选用水轮泵、水锤泵等提水工具。
1．设计流量的确定根据作物的灌水定额、灌溉面积、灌水时间，土壤性质及水泵每天工作小时数等条件通过下式计算得：
式中Q——灌溉实际所需流量(m3／h)；
A——灌区部面积(hm2)；
M——作物最大一次需水量(m3／hm。)；
T——作物轮灌延续天数(d)；
t——水泵每昼夜开机时数(h)；
η--灌溉水的利用系数，一般取η=O．75～0．85。
如灌区种植多种作物，在计算时可按上式分别进行，先计算出各种作物不同时间所需的灌水量，然后把相同时间的灌水流量相加，即可求得灌溉设计流量。
2．设计扬程的确定能保证灌区95％以上的耕地获得自流灌溉渠道最高水位作为上水位(出口池水位)，以水源最枯水位作下水位(进水池水位)。两者高程之差则为实际扬程。再加上管路上的损失扬程，便得到灌溉设计扬程。它是用来作为泵选型的主要依据。用公式表达即为：
式中h上 —出水池水位；
h下--进水池水位；
h损--管路损失扬程。
在选择水泵时须注意以下问题：
(1)水泵铭牌总扬程必须符合使用条件下装置总扬程的要求，且应先满足吸程要求。
(2)装置总扬程包括了实际装置总扬程及损失扬程，初选泵型时，可粗略地按实际扬程的l0％～25％估算损失扬程，待选型最后阶段，须详细计算进行校核修正。
3．水泵型号的确定根据设计流量和设计扬程，便可以利用《水泵性能表》、《水泵性能综合型谱图》等技术资料中初步选择所需的水泵型号。
(1)利用水泵性能表选择水泵首先应该从“性能表”中查得所列扬程数值与计算出来的设计扬程相符合的水泵，再查看其流量是否也与设计流量相符，如果设计流量和设计扬程落在水泵工作范围内，就可以选用这种型号规格的水泵，水泵性能表可参考《泵类产品》或其它资料。
在计算设计扬程时，水泵型号未选好，与水管配套的管路装置也未确定，只能对其损失扬程作粗略的估计，所以在水泵初步选定后，应根据初选的情况，确定管路的具体布置。同时，重新计算它的损失扬程，看它与原来估算的相差多少，如果相差很小，可基本确定选用该型号的水泵。如果相差很多，可能影响水泵的正常运行，应再一次的选择和调整，直到扬程和流量基本相符为止。
(2)利用“水泵性能综合型谱图”选择水泵当灌区面较大，单台水泵不能满足流量要求，需选两台以上水泵时，常用《水泵性能综合型谱图》来进行选型。具体作法是：先根据泵站设计扬程，在该谱上找出扬程符合要求，而流量不等的几种泵型，然后再根据泵站设计流量与各台泵单台流量，确定各种泵型水泵的台数。为了进一步选定泵型，可根据上述初选的几种泵型性能从水泵性能的优劣、建站投资的大小、运行管理的方便与否等进行技术经济比较，最后选效率高、投资少、维护方便的水泵。水泵综合谱图可以从有关资料查得。
二、水泵的安装和使用
1．水泵几何安装高度即水泵轴线离进水面的垂直高度。应满足下式要求：
式中H安--水泵几何安装高度(m)；
Hs--水泵允许吸上真空高度(m)；
h吸损一～吸水管路损失扬程(m)；
V进——水泵进口处的流速(m／s)；
g--重力加速度(m／s2)。
一般离心泵由于制造工艺和吸水管路内的水流阻力及泵内的水力损失等的影响，允许吸上真空高度达不到10m，而只有6～8m。若超过这一真空值，将导致水泵汽蚀现象的产生。水泵的扬程、流量将降低，效率也下降，泵体会产生噪音与振动。可见水泵汽蚀现象对于水泵正常运行是十分有害的。因此，为了使水泵安全运行，就要设法改善吸水管路，减少吸水扬程损失和合理确定水泵的安装高度。
对于轴流泵的安装高度是根据其汽蚀余量来确定的，所谓汽蚀余量，是指轴流泵叶轮进口处单位重量的水所具有的超过其工作水温对汽化压力的富余能量，也就是必须具有这些富余能量，才不致发生叶轮汽蚀。它是用来确定轴流泵安装高度的重要数据。
水泵样本上都规定有允许汽蚀余量(通过水泵汽蚀性能测定)。泵的允许汽蚀余量愈小，说明水泵的汽蚀性能愈好。
可用下式计算轴流泵安装高度：
式中H吸损一一进水管路损失扬程(m)；
Ht——不同水温饱和蒸汽压力水柱高(m，；
Δh一一汽蚀余量(m)。
若HA一为负值，则轴流泵安装在水面以下；若HA为正值，则表示该泵可安装在水面以上。
2．水泵的使用
(1)水泵安装位置尽可能靠近水源的地方，注意土质的好坏，四周要宽敞，便于操作和维护。
(2)管路的铺设应短而直，尽量少用弯头。以减少管路损失扬程和工程费用，对进水管要求具有良好的密封性能，不能漏水漏气。
(3)如果水泵与动力机直接连接，要有共同底座，水泵须安装水平，要求泵轴与动力机轴的中心线在同一直线上，同时两联轴器问应有一定的间隙。
(4)用皮带轮传动时，一般两皮带轮的中心距不小于2m，两皮带轮的轴线要平行，要防止皮带打滑，提高传动效率。
(5)工作前关闭离心泵出水管上的闸阀，以减轻起动负荷。有吸程的水泵要对进水管和泵壳充水或抽真空，以排尽空气，具有可调式叶片的轴流泵。要根据扬程变化情况，调好叶片角度，轴流泵、深井泵的橡胶轴承需注水润滑。
(6)运转中要调好填料函的松紧度，检查轴承的温升和压力表，并注意机组声响和振动，发现问题须及时处理。
(7)工作后检查各部件有无松脱，基础、支座有无歪斜、下沉等情况。离心泵和混流泵在冬季使用完后，应放空水管和泵壳内的积水，以免积水结冻，胀裂泵壳和水管。
1．离心泵的工作原理离心泵是借离心力的作用来抽水的。图9—1 3为单级离心泵的工作原理。当水泵叶轮在泵壳内高速旋转时，在离心力的驱使下，叶轮里的水以高速甩离叶轮，射向四周。射出的高速水流具有很大的能量，它们汇集在泵壳里，互相拥挤，速度减慢，压力增加，压向出水管。此时叶轮中心部分由于缺水而形成低压区(负压区)，这时水源在大气压力的作用下，经进水管不断地进入泵内。这样，叶轮不停地转动，水就不断地被吸入泵内并压送到高处。
图9—13离心泵工作原理
1．出水管2．泵体3．叶轮4．进水管
图9一14轴流的工作原理
1．进水喇叭2．出水弯管3．联轴器4．导水叶5．叶轮
2．轴流泵的工作原理轴流泵是利用叶轮旋转所产生的推升力来抽水的(图9-14)。
它的叶轮浸没在水里，当叶轮旋转时，水流相对叶片就产生急速的绕流。这样叶片对水就产生升力作用，不断地把水往上推送，水流得到叶轮的推力就增加了能量，通过导水叶和出水弯管送到高处．导水叶的作用是消除水流的旋转运动，使泵内水流沿泵轴方向流动。
3．混流泵的工作原理混流泵构造介于离心泵和轴流泵之间，混流泵叶轮在水中旋转时，它的叶片即对水产生离心力，又对水产生推升力。混流泵工作原理就是靠这两种力的作用进行抽水的。
二、水泵的工作性能
1．水泵性能的主要参数
(1)流量又称出水量，是指水泵出口断面在单位时间内输出多少体积(或重量)的水。用符号Q表示，单位用升／秒、米／时、吨／时表示。
(2)扬程又称水头，是指所输送的水由水泵进口至出口每单位重量的能量增加值，即水泵能够扬水的高度。用符号H表示，其单位以米计。
水泵的总扬程(全扬程)，以泵轴线为界，分为吸水扬程和压水扬程丽部分(图9—15)。
吸水扬程是指水泵能吸上水的高度，用H吸表示。由于水经过吸水路管路受阻力和摩擦要损失部分扬程，所以吸水扬程又包括实际吸水扬程(H实吸)和吸水管路损失扬程(H吸损)两部分。
压水扬程是指水泵能把水压出去的高度，用H压表示。同样，水在压出经过出水管路也要损失部分扬程，所以压水扬程包括实际压水扬程(H实压)和压水管路损失扬程(H压损)两部分。；
实际吸水扬程与实际压水扬程之和为进水池水面到出水池水面的垂直高度，称为水泵的总实际扬程(净扬程)H实。
吸水管路和压水管路的损失扬程之和称为损失扬程H损。
所以一台水泵的总扬程H可表示为
(3)功率是指水泵在单位时间内所作功的大小。水泵功率可分为有效功率，轴功率和配套功率三种。
①有效功率(N效)指水泵中水流得到的净功率，即水泵的输出功率，用公式表示为：
式中Y一一水的容重(kg／m。)；
Q—一水泵的流量(m3／s)；
H一一水泵的扬程(m)。
②轴功率(N轴)指动力机传给水泵轴的功率，即水泵的输入功率。通常所说的水泵功率，就是指水泵的轴功率。
式中η--水泵的效率。
③配套功率(N配)指一台水泵应选配动力机的功率数值，它应大于水泵的轴功率，以防意外过载。
式中k一功率备用系数，
ηC--传动效率(％)，直接传动ηC =O．98。
在一般情况下，对于中、小型水泵与动力机直接传动时，配套功率应大于轴功率10％～20％。
(4)效率是指水泵抽水效能，反映水泵对动力的利用情况。水泵的有效功率与水泵轴功率之比，称为水泵的效率，以η符号表示。二般农用泵的效率在60％～80％之间，有些大型轴流泵效率可达90％。
图9-15水泵的扬程示意图
(5)转速指水泵叶轮每分钟转数，用符号n表示，单位为r／min。各种水泵都有一定的设计转速(即额定转速)。
(6)允许吸上真空高度(或汽蚀余量)它反映水泵不产生汽蚀时的吸水性能，是用来确定水泵安装高度的重要数据，离心泵和混流泵用允许吸上真空高度Hs来反映其吸水性能，轴流泵则利用汽蚀余量△h来反映其吸水性能。其单位均以米计。
(7)比转数是表示水泵特性，并用以分类的一个综合性数据，用符号ns表示。它与水泵的转数完全是两个概念。一个水泵的比转数是指一个假想叶轮的转数，这个假想叶轮与该水泵的叶轮完全几何相似，它的扬程为1米，有效功率为0．735千瓦(1马力)，而流量为0．075m3／s时所具有的转数。比转数与流量、扬程和转速之问的关系为
式中n--水泵的额定转速(r／min)；
H——水泵的扬程(m)(对多级泵是指一个叶轮的扬程)；
Q——水泵的流量(m3／s)。对单级双吸泵，其流量应为Q／2。
比转数的大小与水泵叶轮形状和其性能曲线有密切的关系，叶轮形状和水泵性能由它决定，效率高低，水力损失随它变化。因此，比转数在水泵设计中是很重要的技术参数。
一般说来，比转数高的泵，流量大，扬程低，如轴流泵。比转数低的泵，流量小，扬程高，如离心泵。所以，比转数可以划分水泵的类型。
2．水泵性能曲线水泵性能曲线是水泵运行在额定转速下，通过实验的方法测得水泵的流量与扬程、轴功率、效率和允许吸上真空高度等参数之间的关系，并绘制成几条曲线来表示。按水泵类型汇编成的《水泵样本》，可为合理选用水泵提供技术资料。
(1)离心泵的性能曲线(图9—16)
①流量一扬程曲线(Q—H)它表示离心泵的扬程随流量而变化的流量关系曲线。水泵的流量小，扬程比较高。随着流量的增大，扬程逐渐下降。其变化较为平缓。在实际中，如将水泵出水管的闸阀关小，可以获得较高的扬程，但必须注意水泵效率的变化情况。
②流量一功率曲线(Q一N)它表示离心泵的轴功率随流量而变化的情况。离心泵的轴功率是随流量增加而逐渐增大，是一条平滑上升的曲线。流量为零(闸阀关闭)时其功率最小，所以离心泵要关闭闸阀启动。此外，离心泵在额定扬程情况下运转，避免动力机超载。
⑧流量一效率曲线(Q—η)水泵效率随流量而变化的关系曲线。此曲线像一个山头形状，当流量为零时，水泵效率也为零。随流量的增大，效率也逐渐增加，但超过设计流量时，效率反而下降，曲线的变化较为平缓。Q—η曲线上A点为水泵的效率最高点，即水泵的设计工作点。为了便于选择工作点，通常在最高效率点两侧a、b标定为水泵的工作范围。在Q—H曲线上，用两条波折线括起来表示(图9—16)，水泵在这个高效范围运转时，可以获得较高的工作效率。一般离心泵高效区宽些，使用范围较大。
图9—16离心泵性能曲线
④流量一允许吸上真空高度曲线(Q-H，)表示离心泵允许吸上真空高度与流量之间的变化情况，反映水泵的吸水性能与汽蚀性能。在工作范围内，Q一H：曲线是一条下降的曲线，Hs随流量的增加而减少。因此当流量减小时，是可以适当提高水泵的扬程和允许吸上真空高度。
(2)轴流泵性能曲线(图9—17)
图9—17轴流泵性能曲线
轴流泵性能曲线与离心泵有很大差异。轴流泵在叶轮叶片安装角卢和转速n一定的条件下，通过实验方法测得其性能曲线。
①流量一扬程曲线(Q—H)该曲线下降比较迅速，呈陡降形，并且在流量约为额定值一半处具有马鞍形的不稳定区域。水泵若在不稳定区域运转时，就会发生振动、噪音甚至使水泵发生故障，所以轴流泵应避免在这个区域内运转。
②流量一功率曲线(Q一N)轴流泵功率随流量的增大，轴功率反而小，是一条下降的曲线，流量减少到很小时，其功率最大。所以轴流泵要开启闸阀起动。轴流泵在高于额定扬程的情况下运转时，要注意动力机超负荷。
③流量一效率曲线(Q一η)该曲线急速上升又急速下降，变化比较迅速，轴流泵的高效区很窄，使用范围较小。
(3)混流泵性能曲线混流泵工作原理和结构都介于离心泵和轴流泵之间，因此，其性能曲线形状也介于两种泵之间，比转数nS低的混流泵，曲线接近于离心泵，比转数nS高的混流泵，其曲线形状接近于轴流泵。
3．水泵性能调节水泵机组在水泵和管路既定条件下只有一个工作点。如果这一水泵工作点工作参数不符合实际需要，可采用改变水泵的性能或改变管路布置来调节水泵的工作点，使水泵工作点落在实际需要的工况上，使水泵始终保持在高效范围内工作，达到低成本和提高效益的目的。
常用的水泵性能调节方法有以下几种：
(1)变速调节即改变水泵的转速，以改变水泵的性能。一般情况下，降低水泵转速运行是允许的。
水泵性能与转速的变化关系可按比例律换算如下。对原有的水泵，当它的转速为n1，流量为Q1，扬程为H1，功率为N1，允许吸上真空高度为Hs1。如转速降低为n2，功率为N2，
流量为Q2，扬程为H2，功率为N2，允许吸上真空高度为H s2。
则流量
扬程
功率
吸上真空高度
变速调节的优点是几乎没有什么附加损失，当转速变化不大时，变速后水泵的效率基本上与额定转速效率相同，这是其它调节方法难以做到的。但是水泵的变速调节一般只采用降速调节，其降低转速不宜低于额定转速的50％。否则水泵运转会引起剧烈的振动，而且会导致水泵效率显著下降，水泵出水量减少。此外，不要任意将水泵转速提高超过其额定转速的10％，这会增加水泵零部件的应力，不能保证水泵的安全运行。
(2)变径调节即将水泵的叶轮外径车削变小，来改变水泵的性能，从而达到扩大水泵使用范围的目的。
水泵的叶轮外径车小后，水泵的流量、扬程、功率也将随着改变，它们的关系仍按比例律换算如下：
流量
扬程
功率
式中Q1、H1、N1——叶轮外径未车削前D1的水泵流量、扬程和功率；
Q2、H2、N2——叶轮外径车削后D2的水泵流量、扬程和功率。
切削叶轮通常只适用于比转数不超过350的离心泵和混流泵，对于轴流泵来说，切削叶轮就需要更换泵壳，是不合算的，所以不宜进行切削。
叶轮的切削量不能超过某一范围，否则会破坏水泵设计性能，效率会下降，叶轮车削程度和车削后的效率下降情况，与水泵的比转数有密切关系(表9—1)。
(3)变角调节用改变轴流泵叶片安装角的方法，来改变水泵性能，使水泵保持在高效率下运转，以扩大其使用范围。
表9—1水泵叶轮最大允许车削量
比转数(ns)
60
120
200
300
350
叶轮最大车削量(％)
20
15
11
9
7
效率下降值
每车削10%。下降1%
每车削4%，下降1%
轴流泵的变角调节适用于半调节式和全调节式轴流泵。半调节式水泵调节时，要停机拆泵进行，全调节式水泵设有机械或液压调节系统，可以在泵运行时方便地进行必要的调节，以适应水泵运行工况的变化。
在转速一定时，减少轴流泵叶片安装角度，水泵的扬程、流量、功率均相应减小，反之则增大，变角后轴流泵最高效率点变化不大，因此，这种方法极有利于轴流泵性能调节。
(4)水泵的串联和并联当一台水泵满足不了实际扬程和流量要求时，可以将两台水泵或多台水泵串联或并联工作。
①水泵的串连运行两台或两台以上相同性能的水泵头尾相接，即一台水泵的出水管与另一台水泵的进水管连接，这种装置方式称为水泵的串联。目的是增加扬程，而保持流量不变。
②水泵的并联工作两台或两台以上水泵连接到共同的出水管，称为并联，其目的在于增大流量。
第四节水泵的选型、安装和使用
一、水泵的选型
泵型选择得合适，能减少泵站建站投资，而且能使常年运行中排灌效益高，成本低，选择水泵是排灌系统设计中一件十分重要的工作。
目前，农用水泵型号很多，各有其独特的规格性能，水泵选型应考虑的原则为：
(1)满足生产中所提出的流量和扬程的要求；
(2)水泵常年运行中年均效率高，工作稳定，其工作点尽量落在高效区内；
(3)按照选定的泵型，建站投资和所需用的功率应为最小，运行费用最低；
(4)装机台数不宜太多，也不宜过少，应尽量选用同一型号的水泵，以便于操作、维修和管理。还应考虑动力设备的综合利用。
(5)要充分利用当地的水能资源，有条件的地区应尽量选用水轮泵、水锤泵等提水工具。
1．设计流量的确定根据作物的灌水定额、灌溉面积、灌水时间，土壤性质及水泵每天工作小时数等条件通过下式计算得：
式中Q——灌溉实际所需流量(m3／h)；
A——灌区部面积(hm2)；
M——作物最大一次需水量(m3／hm。)；
T——作物轮灌延续天数(d)；
t——水泵每昼夜开机时数(h)；
η--灌溉水的利用系数，一般取η=O．75～0．85。
如灌区种植多种作物，在计算时可按上式分别进行，先计算出各种作物不同时间所需的灌水量，然后把相同时间的灌水流量相加，即可求得灌溉设计流量。
2．设计扬程的确定能保证灌区95％以上的耕地获得自流灌溉渠道最高水位作为上水位(出口池水位)，以水源最枯水位作下水位(进水池水位)。两者高程之差则为实际扬程。再加上管路上的损失扬程，便得到灌溉设计扬程。它是用来作为泵选型的主要依据。用公式表达即为：
式中h上 —出水池水位；
h下--进水池水位；
h损--管路损失扬程。
在选择水泵时须注意以下问题：
(1)水泵铭牌总扬程必须符合使用条件下装置总扬程的要求，且应先满足吸程要求。
(2)装置总扬程包括了实际装置总扬程及损失扬程，初选泵型时，可粗略地按实际扬程的l0％～25％估算损失扬程，待选型最后阶段，须详细计算进行校核修正。
3．水泵型号的确定根据设计流量和设计扬程，便可以利用《水泵性能表》、《水泵性能综合型谱图》等技术资料中初步选择所需的水泵型号。
(1)利用水泵性能表选择水泵首先应该从“性能表”中查得所列扬程数值与计算出来的设计扬程相符合的水泵，再查看其流量是否也与设计流量相符，如果设计流量和设计扬程落在水泵工作范围内，就可以选用这种型号规格的水泵，水泵性能表可参考《泵类产品》或其它资料。
在计算设计扬程时，水泵型号未选好，与水管配套的管路装置也未确定，只能对其损失扬程作粗略的估计，所以在水泵初步选定后，应根据初选的情况，确定管路的具体布置。同时，重新计算它的损失扬程，看它与原来估算的相差多少，如果相差很小，可基本确定选用该型号的水泵。如果相差很多，可能影响水泵的正常运行，应再一次的选择和调整，直到扬程和流量基本相符为止。
(2)利用“水泵性能综合型谱图”选择水泵当灌区面较大，单台水泵不能满足流量要求，需选两台以上水泵时，常用《水泵性能综合型谱图》来进行选型。具体作法是：先根据泵站设计扬程，在该谱上找出扬程符合要求，而流量不等的几种泵型，然后再根据泵站设计流量与各台泵单台流量，确定各种泵型水泵的台数。为了进一步选定泵型，可根据上述初选的几种泵型性能从水泵性能的优劣、建站投资的大小、运行管理的方便与否等进行技术经济比较，最后选效率高、投资少、维护方便的水泵。水泵综合谱图可以从有关资料查得。
二、水泵的安装和使用
1．水泵几何安装高度即水泵轴线离进水面的垂直高度。应满足下式要求：
式中H安--水泵几何安装高度(m)；
Hs--水泵允许吸上真空高度(m)；
h吸损一～吸水管路损失扬程(m)；
V进——水泵进口处的流速(m／s)；
g--重力加速度(m／s2)。
一般离心泵由于制造工艺和吸水管路内的水流阻力及泵内的水力损失等的影响，允许吸上真空高度达不到10m，而只有6～8m。若超过这一真空值，将导致水泵汽蚀现象的产生。水泵的扬程、流量将降低，效率也下降，泵体会产生噪音与振动。可见水泵汽蚀现象对于水泵正常运行是十分有害的。因此，为了使水泵安全运行，就要设法改善吸水管路，减少吸水扬程损失和合理确定水泵的安装高度。
对于轴流泵的安装高度是根据其汽蚀余量来确定的，所谓汽蚀余量，是指轴流泵叶轮进口处单位重量的水所具有的超过其工作水温对汽化压力的富余能量，也就是必须具有这些富余能量，才不致发生叶轮汽蚀。它是用来确定轴流泵安装高度的重要数据。
水泵样本上都规定有允许汽蚀余量(通过水泵汽蚀性能测定)。泵的允许汽蚀余量愈小，说明水泵的汽蚀性能愈好。
可用下式计算轴流泵安装高度：
式中H吸损一一进水管路损失扬程(m)；
Ht——不同水温饱和蒸汽压力水柱高(m，；
Δh一一汽蚀余量(m)。
若HA一为负值，则轴流泵安装在水面以下；若HA为正值，则表示该泵可安装在水面以上。
2．水泵的使用
(1)水泵安装位置尽可能靠近水源的地方，注意土质的好坏，四周要宽敞，便于操作和维护。
(2)管路的铺设应短而直，尽量少用弯头。以减少管路损失扬程和工程费用，对进水管要求具有良好的密封性能，不能漏水漏气。
(3)如果水泵与动力机直接连接，要有共同底座，水泵须安装水平，要求泵轴与动力机轴的中心线在同一直线上，同时两联轴器问应有一定的间隙。
(4)用皮带轮传动时，一般两皮带轮的中心距不小于2m，两皮带轮的轴线要平行，要防止皮带打滑，提高传动效率。
(5)工作前关闭离心泵出水管上的闸阀，以减轻起动负荷。有吸程的水泵要对进水管和泵壳充水或抽真空，以排尽空气，具有可调式叶片的轴流泵。要根据扬程变化情况，调好叶片角度，轴流泵、深井泵的橡胶轴承需注水润滑。
(6)运转中要调好填料函的松紧度，检查轴承的温升和压力表，并注意机组声响和振动，发现问题须及时处理。
(7)工作后检查各部件有无松脱，基础、支座有无歪斜、下沉等情况。离心泵和混流泵在冬季使用完后，应放空水管和泵壳内的积水，以免积水结冻，胀裂泵壳和水管。