关于节水灌溉工程中的 水 泵 任晓力 2014.07 德州

在喷灌、微灌、管道输水灌溉中，通常是用 水泵给灌溉系统加压的。水泵选择的是否合理， 不仅影响到灌溉系统能否按设计的状况实现正 常运行，而且还将影响到今后长期运行期间费 用的高低。因此，在进行喷灌、微灌、管道输 水灌溉工程的技术设计时，必须认真对待水泵 的选型。

水泵是一种输送和提升水的机器，它 可以把原动机的机械能转换为被输送水的 动能或势能。因为它用途广泛，所以它既 是一种水力机械，也是一种通用机械。 在节水灌溉工程中常用的水泵都是叶 片式泵，它是通过装有叶片的叶轮在泵壳 内高速旋转来完成能量转换的。

叶片泵的分类 离心泵的性能参数 离心泵的性能曲线 离心泵正常运行工作点的确定 离心泵工作点的调节 离心泵选型使用应关注的几个问题

叶片泵的分类

叶片泵的分类 离心泵—靠离心力提水，高扬程小流量。 叶片泵按其工作原理可分为三大类： 水流在叶轮中是轴进径出。 混流泵—靠离心力和轴向升力提水，扬 程和流量适中。 水流在叶轮中是轴进斜出。 轴流泵—靠轴向升力提水，低扬程大流量。 水流在叶轮中是轴进轴出。 比转数

在节水灌溉工程中常用的水泵都是 离心泵，常用的离心泵泵型有： 单级单吸离心泵 单级双吸离心泵 潜 水 电 泵 自 吸 泵

单级单吸离心泵

单级单吸离心泵机组

双吸泵

多级离心泵

潜水电泵

自吸泵

离心泵的性能参数

离心泵的性能参数 离心泵的性能参数是用来表征离 流量、扬程、功率、 效率、转速、 允许吸上真空高度， 一共有6个。 心泵性能的一组数据，包括： 流量、扬程、功率、 效率、转速、 允许吸上真空高度， 一共有6个。

离心泵的性能参数 流量Q – 指单位时间内从水泵出口流出水的体 积，单位为m3/h、m3/s。水泵铭牌上 的流量称为水泵的额定流量。 扬程称为水泵的额定扬程。

水泵功率分为有效功率、轴功率和配套功 离心泵的性能参数 率，一般用轴功率和配套功率表示。 有效功率P效– 是指被抽水流实际得到的功率。 P 效=γQH/102 (kw) 式中：γ– 水的容重，kg/m3; Q – 水泵流量，m3/s; H – 水泵扬程，m。

离心泵的性能参数 轴功率P – 是指水泵所需要提供的功率。它 是由动力机通过传动装置传递给 水泵叶轮轴上的，又称输入功率。 单位为kw。水泵铭牌上的轴功率 称为水泵的额定功率。 配套功率P配 – 是指与水泵配套的动力机所 应有的功率。 P配 = kP 式中 k – 电动机功率备用系数 。

离心泵的性能参数 电动机功率备用系数 但中小型水泵（包括潜水电泵），水泵铭牌上 的额定功率指的是配套功率。 配套功率P配＞轴功率P＞有效功率P 效 额定功率P ＜1 1–2 2–5 5–10 10–25 25–60 60–100 备用系数k 1.7 1.7– 1.5 1.5– 1.3 1.3– 1.25 1.25 – 1.15 1.15– 1.1 1.1– 1.08

离心泵的性能参数 效率ŋ – 表示水泵传递能量的有效利用程度， 等于有效功率与轴功率的比值，单 位为﹪。 ŋ = P 效／P 水泵铭牌上的效率是对应水泵额定流量 的效率，为水泵的最高效率。

离心泵的性能参数 允许吸上真空高度HS – 是指为了保证水泵内 压力最低点不发生气 蚀而允许的水泵进口 处最大真空度。 水泵进口处最大真空度就是指水泵进口中心 线高出水源水面的允许最大高差与水泵进水管 路水头损失之差。

离心泵的性能参数 转速n – 是指水泵轴每分钟旋转的圈数，单 位为r/min。 水泵铭牌上的转速称 为水泵的额定转速。 转速是影响水泵性能的一个重要参数，当 转速变化时，水泵的其他几个性能参数都会 随着转速的变化相应发生变化。

离心泵的性能参数 它们的性能曲线也就不同。比转数ns是水泵叶轮形状及性能的一个综合判据。因此，比转数ns也就是进行水泵分类的一个综合判据。 水泵的性能主要取决于它的叶轮，水泵叶轮形状不同， 它们的性能曲线也就不同。比转数ns是水泵叶轮形状及性能的一个综合判据。因此，比转数ns也就是进行水泵分类的一个综合判据。 ns=3.65nH 1/2／Q 3／4 比转数ns只能用水泵设计工况下的性能参数来计算。 比转数ns 30～300 300～500 ＞500 水泵类型 离心泵 混流泵 轴流泵

离心泵的性能曲线

离心泵的性能曲线 又相互制约，关系比较复杂，因此目前尚不 能用数学上的函数关系准确地表达它们之间 的变化规律。 由于水泵的6个性能参数之间既相互联系， 又相互制约，关系比较复杂，因此目前尚不 能用数学上的函数关系准确地表达它们之间 的变化规律。 通常，水泵的6个性能参数之间的关系是 通过水泵实验的方法，采集水泵各相应的性 能参数，在坐标图上用性能关系曲线来表达。 这个关系曲线即为水泵的基本性能曲线。 （购买水泵时，厂家均会提供泵的基本性能曲线）

离心泵的性能曲线 指导水泵实验的理论依据是水泵的相似率和 比例率。 相似率是指两台相似泵的流量、扬程、功率 与其叶轮直径及转速之间的比例关系。 水泵的比例率是其相似率的特例。 比例率是指同一台泵流量、扬程、功率与其 转速之间的比例关系。（因同一台泵的叶轮 直径不变，其比例为1）

离心泵的性能曲线 相似率 对两台相似台泵来说，流量、扬程、功率 与叶轮直径和转速之间的换算关系，即： 相似率 对两台相似台泵来说，流量、扬程、功率 与叶轮直径和转速之间的换算关系，即： Q1／Q2 =(D1／D2)3（n1／n2 ) 流量与叶轮直径的3次方成正比，与转速的1次方成正比 H1／H2 = (D1／D2)2 (n1／n2)2 扬程与叶轮直径的平方成正比，与转速的平方成正比 N1／N2 = (D1／D2)5 (n1／n2) 3 功率与叶轮直径的5次方成正比，与转速的立方成正比

离心泵的性能曲线 比例率 对同一台泵来说，不同转速下性能参数 之间的换算关系，即： Q1／Q2 = n1／n2 流量与转速的一次方成正比 比例率 对同一台泵来说，不同转速下性能参数 之间的换算关系，即： Q1／Q2 = n1／n2 流量与转速的一次方成正比 H1／H2 = (n1／n2)2 扬程与转速的平方成正比 N1／N2 = (n1／n2 ）3 功率与转速的立方成正比

水泵的性能曲线图一定是在某一特定转速下的。 离心泵的性能曲线Q–Hs 水泵的性能曲线图一定是在某一特定转速下的。

离心泵的性能曲线 将泵的转速n 作为常量，将流量Q、扬程H、 功率P、效率ŋ 和允许吸上真空高度Hs ，随流 扬程、轴功率、效率、允许吸上真空高度为纵 坐标的坐标图上，分别绘制成的 Q–H曲线、 Q–P曲线、 Q–ŋ曲线、 Q–Hs曲线， 统称为水泵性能曲线。

离心泵的性能曲线 离心泵的Q–H 曲线通常是一条缓慢下降的 曲线，零流量下的扬程最高，随着流量的 增大，扬程逐渐减小； 离心泵的Q–P 曲线通常是一条缓慢上升的 曲线，零流量下的轴功率最小，随着流量 的增大，轴功率逐渐增大；

离心泵的性能曲线 离心泵的Q–ŋ 曲线通常是一条有最高点， 最高点两侧均下降的曲线，最高效率点 通常与额定流量点相对应； 在最高效率点两侧，以最高效率值下降 5﹪～7﹪为限，两点间的曲线区域为水 泵的高效区。 离心泵的Q–Hs 曲线通常是一条从最高效 率点以下，随着流量的增大而下降的曲 线。

离心泵综合型谱图

离心泵正常运行 工作点的确定

离心泵正常运行工作点的确定 水泵在实际运行时，它的工作状况取决于： ①水泵的性能—由水泵性能曲线（Q–H 曲线）可知。 （指管路中的水头损失随流量变化而变化的曲线） ③上下水位差—净扬程 （指水源水位与管路中最不利点的地形高差）

离心泵正常运行工作点的确定 这三个因素中任何一个发生变化，水泵 的工作状况都要随着发生变化。也就是 说水泵运行时的实际工作点是一个动态 的工作点。 我们希望水泵实际工作点尽量少变动， 而且尽量在水泵的高效区范围内变动。

离心泵正常运行工作点的确定 管路特性曲线– 水泵进、出水管路系统中，管路损失h损 随流量Q 而变化的关系曲线，即Q–h损 曲线。 需要扬程曲线– 将管路的特性曲线与需要的净扬程，在以 流量为横坐标，扬程为纵坐标的坐标系中进 行叠加，即可得到需要扬程曲线，即 Q–H需 曲线。 （H需=H净＋h损）

管路特性曲线和需要扬程曲线

离心泵正常运行工作点的确定 水泵工作点的确定，就是水泵工作状况的 确定。 水泵的工作点– 将所选水泵的流量–扬程曲线（Q–H 曲 画在同一坐标系中，这两条曲线的交点， 就是这台水泵的工作点。 水泵运行中的实际工作点并不一定是水泵铭 牌上标注的额定工况点的值。

井泵工作点的确定 静水位 水井在未抽水前的稳定水位称为静水位。 动水位 抽水后井中水位随抽水量的增大而逐渐 静水位 水井在未抽水前的稳定水位称为静水位。 动水位 抽水后井中水位随抽水量的增大而逐渐 下降，当井的出水量为一定值时，井中 的水位会保持为某一定值，称为动水位。 水井的降深曲线 由水井的抽水试验可知，井水 位的降深S 和井的涌水量Q 间 的关系为一下降曲线，称为水 井的降深曲线，用S ～Q 表示。

井泵工作点的确定

离心泵正常运行工作点的确定 工作点所对应的流量和扬程，就是这台水 泵正常运行时，可提供给灌溉系统的流量 和扬程。 工作点不仅确定了Q 和 H，而且还可从水 泵的Q–P曲线、Q–ŋ曲线、 Q–Hs曲线图上 查出相对应的其他工作参数P 、ŋ 、HS等。 以便校验水泵工作效率的高低，相对应的 功率的大小，是否有汽蚀发生的危险。

离心泵正常运行工作点的确定 同一台水泵只要转速不变，它的（Q–H ） 曲线是不变的；而灌溉系统运行时相对 的。所以这两条曲线的交点—工作点是 一个实时变动的点。 显然，水泵的工作点是随着灌溉系统的 （Q–H需）曲线变化而沿着水泵的（Q–H ） 曲线移动的动态点。

离心泵正常运行工作点的确定 当一台水泵不能满足灌溉工程的需求时， 可根据需要选择多台泵进行并联或串联 运行。 当水泵并联或串联运行时，并联或串联 后总流量扬程曲线可在流量—扬程坐标 系上，以参与并联或串联的水泵流量扬 程曲线为基础，用作图法得到。

离心泵正常运行工作点的确定 作图方法有横加法和纵加法。 ①横加法是指将同扬程下的流 量相加； ②纵加法是指将同流量下的扬 程相加。

离心泵正常运行工作点的确定 水泵并联– 由几台水泵向一条公共出水管供水， 称为水泵的并联工作。 水泵并联通常用于一台水泵不足以供 给所需流量的场合。 水泵并联的总扬程曲线可用横加法画 出。

两台同型号水泵并联工作点的确定

两台不同型号水泵并联工作点的确定

离心泵正常运行工作点的确定 并联后的总扬程曲线与需要扬程曲线的 交点为并联时的工作点，它反映了几台 水泵并联时共同向公共出水管提供的流 量和扬程。 由该工作点画 Q 轴的平行线，与每台水 泵的Q–H曲线的交点，为并联时每台水泵 的工作点，它反映了并联时每台水泵分 别向公共出水管提供的流量和扬程。

离心泵正常运行工作点的确定 水泵在并联工作时， ①各台水泵提供给公共出水管联结点 的压力是相同的。 ②并联时每台水泵的工作点均位于其 单独向同一出水管供水时的工作点 的左侧。

③并联时每台水泵的流量均小于它单 独向同一条管路输水时的流量。 ④并联时每台水泵的功率均小于它单 独向同一条管路输水时的功率， ⑤但为水泵选配动力机时应按其单独 工作时的功率配套。

离心泵正常运行工作点的确定 水泵串联– 几台水泵顺次连接，前一台水泵向 后一台水泵的进水管供水，称为串 联工作。 通常用于一台水泵不足以供给所需扬 程的场合。 水泵串联的总流量扬程曲线可用纵加 法画出。

离心泵正常运行工作点的确定 串联后的总扬程曲线与需要扬程曲线 的交点为串联时的工作点，它反映了 几台水泵串联时共同向出水管提供的 流量和扬程。 水泵串联工作时，各台水泵中通过的 流量是相同的，其总扬程为该流量下 各台水泵的扬程之和。

离心泵工作点的调节

离心泵工作点的调节 选择或使用水泵时，当其工作点偏离高效 区较远，造成水泵运行效率太低、耗能较 高、或易发生汽蚀，又找不到可以用来替 代的合适的离心泵时，可对现有的离心泵 进行工况调节。

离心泵工作点的调节 调节的方法有： ①改变需要扬程曲线 ： 节流调节； 分流调节。 ②改变水泵扬程曲线 ： 变速调节； 车削调节。

离心泵工作点的调节 节流调节– 通过关小水泵出水管路上的闸阀来改 变离心泵工作点位置的方法。 节流调节虽简单易行，但很不经济。一般 多用在实验室的水泵性能试验中，实际生 产中很少采用。

离心泵工作点的调节 当离心泵实际运行中工作点的位置在高效 区外的右侧偏离较多时，关小闸阀就相当 于在管路上增加了一个局部阻力，使原管 路特性曲线变陡，随着阀门逐渐关小，其 工作点就会沿着水泵的Q–H 曲线朝着流量 减小的方向移动，直到工作点向左移到高 效区范围内。

节流调节时水泵的工作点的变动

离心泵工作点的调节 分流调节– 在水泵出水管上接装一条支管或旁通管， 分出部分流量来改变水泵的工作点。 当离心泵实际运行中工作点的位置在高效区 外的左侧偏离较多时，可安装一条分流管以 增大水泵的出水量，则其工作点就会沿着水 泵的Q–H 曲线朝着流量增大的方向移动，直 到工作点向右移到高效区范围内。

离心泵工作点的调节 变速调节– 改变离心泵的转速使水泵性能曲线改 变，达到调节水泵工作点的目的。 变速调节的步骤： ① 需要的水泵工况点d′ (Qd′、Hd′)不 在已知转速为nA的水泵(Q–H)A曲线上。 ② 由比例率求出相似工况抛物线公式; k = H／Q 2 ; 将Qd′、Hd′值代入，求出k ，则有 H = k Q 2 。

离心泵工作点的调节 ③ 在水泵的流量—扬程坐标系中画出相似 工况抛物线，与已知水泵(Q–H)A曲线相交 于点 d(Qd 、Hd )。 将需要工况点d′的流量值和d点的流量 值以及已知水泵额定转速值 nA代入比例 率公式，即可求出变速调节后的转速 nB=nA Qd′／Qd, ，则点d′即为转速为nB 的(Q–H)B曲线上的点。

离心泵工作点的调节 ⑤ 根据比例率得出式：HB＝ HA （ nB／nA ）2， QB ＝QA （ nB／nA ） ，可分别得到点a、b、 c、e 的相似工况点a‘、b’、c‘、e’，然后把 a‘、 b’、c‘、d’、e‘连成光滑曲线，即可得到 水泵转速变为nB时的性能曲线(Q–H)B。 ⑥ 由曲线(Q–H)B与(Q–H)需曲线可求水泵变速后的 工作点。

变速调节后的水泵性能曲线

需要注意，改变转速是有限度的： ①水泵转速下降幅度不宜超过额定转速的 20％，否则会因降速过多，水泵的效率 会明显下降； ②水泵的转速也不宜提高较多，一般不宜 超过额定转速的10％，否则不但容易引 起动力机超载、可能发生汽蚀、机组振 动等现象，而且会增加水泵零件的损坏。 若要增加转速时，要征得水泵生产厂家 的同意。

离心泵工作点的调节 车削调节– 沿外径车小离心泵的叶轮，以改变水 泵性能曲线，达到调节水泵工作点的 目的。 利用车削抛物线和车削换算公式可求出 叶 轮的车削量，并可画出车削后，过需要的 水泵工况点B(QB、HB)的Q–H)B 曲线。 由曲线(Q–H)B 与Q–H需曲线可求水泵车削 后的工作点。

离心泵工作点的调节 车削调节的特点： ①车削具有不可恢复性，因此应慎重选择。 ②车削不改变叶轮进口的尺寸，不会降低 水泵的汽蚀性能。 ③车削量有限制，不同比转数的叶轮允许 的车削量不同，在叶轮上车削的位置也 不同。

离心泵选型使用应关 注的几个问题

离心泵选型使用应关注的几个问题 在有压灌溉工程中，水泵主要是用来给灌溉 系统中的水提供压力的，因此要选择离心泵。 水泵铭牌上的流量与扬程是水泵的额定流量 和额定扬程。 水泵制造厂家还应提供水泵的性能曲线，即 流量—扬程曲线、 流量—功率曲线、 流量—效率曲线、 流量—允许吸上真空高度曲线。

离心泵选型使用应关注的几个问题 选择水泵不能仅看水泵铭牌，更重要的是 应看水泵能否经常保持在高效区内运行。 选择水泵时： ①应根据灌溉系统的设计流量和设计扬程 值，初选额定流量和额定扬程值与其相 近的水泵； ②看由最不利管线的需要扬程曲线和水泵 流量—扬程曲线确定的工作点是否落在 所选水泵的高效区范围内；

离心泵选型使用应关注的几个问题 ③再用最有利管线的需要扬程曲线和水泵流 量—扬程曲线确定的工况点来校核，看是 否也落在所选水泵的高效区范围内； ④若工况点落在水泵高效区外的左侧，则可 通过增大管径的方式使需要扬程曲线向右 下方移动（变缓），使工况点向右沿水泵 流量—扬程曲线移进水泵高效区范围内；

离心泵选型使用应关注的几个问题 ⑤若工况点落在水泵高效区外的右侧，则应 该减小管径，使需要扬程曲线向左上方移 动（变陡），使工况点沿水泵流量—扬程 曲线向左移进水泵高效区范围内； 总之，所选水泵在长期运行过程中应始终在 高效区范围内工作，且最好经常保持在最高效 率点右侧的高效区范围内运行。

离心泵选型使用应关注的几个问题 离心泵（井泵基本为离心泵）出口处必须安装 闸阀，不能采用快速开启和关闭的球阀。启动 时为关阀启动 首部应设置真空表（安装在水泵进口处）、压 力表（安装在水泵出口处）、流量计（安装在 水泵出水管上闸阀的后面）、逆止阀（安装在 水泵出水管上主闸阀的前面），水泵扬程较高 （大于25米）时，应安装安全阀（安装在水泵 出水管上主闸阀的后面）。

离心泵选型使用应关注的几个问题 应利用计量仪表，配合水泵出水管路上的主 闸阀，实时监控水泵的运行。 灌溉系统运行时，应按照每个轮灌组要求的 流量，观察流量计显示的读数，调整主闸阀 的开度，使水泵运行时提供给灌溉系统的流 量能满足灌溉系统的实际需求。 离心泵出水管路上安装主闸阀，不仅是实现 关阀启动减轻电机启动荷载的要求，而且也 是实现轮灌组按设计要求正常运行的保证。 显然，在离心泵出水管路上不安装主闸阀是错误的。

离心泵选型使用应关注的几个问题 离心泵运行时，真空表和压力表读数 之差，即为读数时水泵的实际扬程。 水泵进水口应安装在动水位以下2m处。 井用潜水泵配套的出水管，在经济合 理且不影响安装和检修的前提下，泵 管可选配增大一级的管径。

谢谢！