农用水泵的性能及有关参数

出处：按学科分类—农业科学河南科学技术出版社《简明农机手册》第470页（8636字）

(一)水泵的扬程

“扬程”是指水泵扬水的高度。常用英文字母H表示。单位是m或其他长度单位。扬程的严格定义是：单位重量的液体通过水泵以后所增加的能量。扬程的示意图如图8－53所示。

图8－53 水泵扬程示意图

水泵扬程包括水泵地形扬程与水泵总扬程两个概念。所谓地形扬程是指由下水面到水泵压力出水管出口的垂直高度。水泵总扬程是指水泵地形扬程再加上水在管路中流动时引起的能量损失。能量损失分为两部分：沿程摩擦水力损失和局部阻力水力损失。沿程摩擦水力损失是指沿管路长度流动时引起的摩擦损失。局部阻力水力损失指弯头、闸阀等管路附件引起的能量损失。

水泵扬程还可分为两部分：吸水扬程和压水扬程。从下水面到水泵中心线是吸水扬程；从水泵中心线到压水管出口为压水扬程。吸水扬程包括吸水地形扬程与吸水损失扬程；压水扬程包括压水地形扬程与压水损失扬程。

(二)水泵的流量

流量是指单位时间内水泵抽送的水量。常用英文字母Q表示。单位是m³／s、m³／h、L／s等。

(三)水泵的转速

转速是指水泵轴每分钟的转数。常用英文字母n表示。单位是r／min。在农用水泵中，小型泵多采用n=2900r／min；中型泵多采用n=1450r／min；大型泵多采用n=970r／min或更低。根据统计资料，单级单侧进水和单级双侧进水的离心泵，其额定转速如表8－3所示。

表8－3 农用水泵额定转速统计表

表8－3可用来判断无铭牌水泵额定转速之用。只要量出水泵进口直径的大小，就可利用该表查出其额定转速。

(四)水泵的功率

功率是指单位时间内所作的功。常用英文字母N表示。它的单位是kW(千瓦，1kW=1．36马力)。

通常在水泵性能参数中有“配套功率”、“轴功率”与“有效功率”几种表示，意义分别如下：

1．配套功率(N_配) 配套功率是指水泵使用中要配套的动力机的功率。

2．轴功率(N) 轴功率是指在水泵运行中，在一定的流量、扬程下工作时，动力机实际传给水泵的功率。轴功率一般均小于配套功率。

3．有效功率(N_效) 有效功率是水泵在一定的转速条件下，将一定量的水抽送到一定的扬程后，根据流量、扬程的大小计算出的功率。

有效功率N_效可用下式计算：

式中：γ——重度，对水而言γ=1000kg／m³；

Q——水泵流量(m³／s)；

H——水泵扬程(m)。

在实际应用中，如果不加说明，水泵功率往往是指轴功率而言。

(五)水泵的效率

水泵效率是表示水泵性能好坏的一项重要指标。常用希腊字母η表示。水泵的效率可用以下公式计算：

式中：η——水泵效率(%)；

N_效——水泵的有效功率(kW)；

N——水泵的轴功率(kW)。

水泵的效率越高，在同样的流量、扬程条件下，消耗的电力或油料就越少，就越经济。

(六)允许吸上真空高度

允许吸上真空高度是表示水泵吸水性能的一项指标。常用英文字母H_真或H_允真表示，单位是m。该数值越大，表示水泵的吸水性能越好。一般离心泵的允许吸上真空高度在2．5～8．5m之间。允许吸上真空高度与水泵的吸水地形扬程不同，水泵的吸水地形扬程一定要小于允许吸上真空高度，具体数值要靠吸水管路中的水力损失大小与管中水流流速大小来定。吸水管路中损失越大，流速越高，两者相差就越大。

(七)气蚀余量

气蚀余量是反映水泵吸水性能好坏的一项指标，常用英文字母NPSH表示。它的作用与允许吸上真空高度是一样的，主要是用来确定水泵离下水面的安装高度。一般来说，允许吸上真空高度无法表示轴流式水泵的吸水性能的好坏，仅能表示离心泵与混流泵的吸水性能；而气蚀余量则可以表示离心泵、混流泵与轴流泵的吸水性能。而且气蚀余量的大小不受使用地点海拔高度与水温变化的影响。因此，在国家标准和国际标准中，规定水泵性能表中有关吸水性能项目一律用气蚀余量表示。

临界气蚀余量也称为必需气蚀余量，常用(NPSH)r表示，是指工厂做气蚀试验时，实际测到的气蚀余量值。此时的水泵刚刚产生气蚀现象，故称临界气蚀余量。

(八)水泵的性能曲线

反映水泵性能参数如流量、扬程、功率与效率之间变化关系的曲线，称为水泵的性能曲线。通常是在水泵转速一定的情况下，用实验的方法得到水泵的性能曲线。包括流量－扬程曲线(Q－H曲线)、流量功率曲线(Q－N曲线)和流量－效率(Q－η曲线)3种。图8－54是各类水泵的性能曲线。

图8－54 各种水泵的性能曲线

a．离心泵 b．混流泵 c．轴流泵

(九)水泵的工况要求

1．水泵工作点的要求

(1)管路特性曲线：要把水从下水面输送到出水池水面，除了要使水上升一个地形扬程的高度(H_地)以外，还要克服水在管路系统中流动时造成的摩擦损失(H_损)。对单位重量的水而言，这种能量可以用H_需表示。即

H_需=H_地+H_损

式中：H_需——将单位重量的水升高H_地所需能量；

H_损——单位重量的水在提升过程中的损失扬程。

对一般抽水站来说，H_地可以认为不变或变化较小，而H_损却随着管中流量的不同而变化。当管径、管长和管材确定后，损失扬程与管中的流速的平方成正比，可用下式表示：

H_损=KQ²

式中，K为管路系数。当管径、管长和管材已知时，K为一常数。

因此，所需扬程H_需可写成

H_需=H_地+KQ²

用图形表示，见图8－55。管路所需扬程H_需随通过管中流量Q的增加而增大，是一条上升曲线，此曲线叫管路特性曲线。

图8－55 管路特性曲线

(2)水泵工作点的确定：在选择水泵时，一般是根据已知排灌面积确定所需的流量Q_需与根据地形条件确定水泵的地形扬程H_地。但因管路情况没有确定，即管长、管径、管材及管路用附件没有定，管路损失计算不出来。一般可根据经验，估算H_损大约占水泵地形扬程H_地的百分比，初步定出水泵总扬程。按H、Q_需即可从水泵样本或水泵说明书中初步选出一台水泵。

将水泵的Q－H曲线与管路特性曲线绘在一张图上，见图8－56，得到Q_A、H_A，即为此时水泵真正的流量与扬程。如Q_A与H_A能够满足要求，则选择水泵是合适的；如Q_A与H_A不能满足要求，可以另选一台泵或采取改变

图8－56 水泵工作点的确定

转速或改变叶轮直径等措施，使工作点改变，直到满足要求为止。

2．水泵转速对性能的影响

(1)水泵的比转速：比转速又叫比速或比转数。它并不是转速，而是反映水泵综合特性的一项性能指标。比转速的计算公式如下：

式中：n_s——比转速；

n——水泵转速(r／min)；

Q——水泵的流量(m³／s)；

H——水泵的扬程(m)。

计算比转速时，流量、扬程的单位必须符合指定的要求。对双吸泵，流量要除2；对多级泵，扬程要除叶轮的级数。

农用水泵中，离心泵的比转速范围大约在30～300，其中n_s=30～80称为低比转速离心泵；n_s=80～150称为中比转速离心泵；n_s=150～300称为高比转速离心泵。混流泵的比转速在300～500之间，轴流泵的比转速在500～1500之间。水泵的扬程高、流量小时比转速低；水泵的扬程低、流量大时比转速高。

叶片泵比转速不同，主要是反映在叶轮形状的不同上。比转速越低，叶轮流道越狭长，叶轮外形像一个薄而大的盘子，比转速加大之后，叶轮逐渐变成小而厚的圆盘，比转速再加大，叶轮逐渐变成轴流叶轮。

(2)转速变化对水泵性能的影响：以Q、H、N、n分别表示转速变化之前的流量、扬程、功率、转速；以Q₁、H₁、N₁、n₁分别表示转速变化之后的流量、扬程、功率、转速。它们之间存在如下关系：

根据上面公式，将水泵转速改变后，流量、扬程与轴功率变化比值，列在表8－4上。从表中可以看出，转速变化时，轴功率变化很大，其次是扬程，较小的是流量。因此，改变水泵转速时要特别注意防止动力机超载。

表8－4 水泵转速改变时流量、扬程和轴功率变化比值

3．水泵的气蚀现象水泵的气蚀现象与水的汽化现象十分密切。所谓汽化就是水由液态转化为气态的一种现象。水的汽化与大气压力有关，在某一温度下，水开始汽化时的压力，称为该温度下的汽化压力。不同水温时的饱和蒸汽压力水柱见表8－5。从表中可以看出，温度越低，汽化压力越小，即在一定的温度下，压力越低，越容易汽化。

表8－5 不同水温时的饱和蒸汽压力水柱