第一部分 泵的基本知识
1.离心泵的工作原理
离心泵的工作原理就是在泵内充满水的情况下，叶轮旋转产生离心力，叶轮槽道中的水在离心力的作用下甩向外围流进泵壳，由于叶轮中心压力降低，这个压力低于进水管内压力，水就在这个压力的作用下由吸水池进入叶轮，这样水泵就可以不断的吸水和供水。
除了叶轮的作用之外，螺旋形泵壳起的作用也是很重要的.从叶轮里获得了能量的液体流出叶轮时具有较大的动能，这些液体在螺旋形泵壳内被收起来，并在后面的扩散管里把动能变为压力能。
离心泵与其他类型的泵相比，具有构造简单、不易磨损、运行平稳、噪音小、出水均匀、调节方便、效率高等优点，因此得到了广泛的应用。
离心泵简图 1—叶轮；2—叶片；3—泵壳；4—泵轴；5—填料箱；6—底阀；7—扩散管
2.水泵的主要性能参数
水泵的主要性能参数是：
（1）扬程
指单位重量液体通过水泵后所获得的能量，扬程又叫总水头总扬程或全扬程，用H表示，单位为米。
（2）流量
在单位时间内水泵供出的液体数量，用Q表示，单位为米3/时或升/秒。
（3）转数
即水泵轴每分钟的转数，用n表示，单位为转/分。
（4）轴功率
即由原动机传给水泵泵轴上的功率，用N表示，单位为千瓦或马力。
（5）效率
轴功率不是全部被水泵利用了，其中有一部分损失掉了，效率等于有用功率除以轴功率。
3、泵的特性曲线
泵的各性能参数标表示扬程H之间存在着必然的联系，用曲线的形式表示泵性能参数之间的关系，称为泵的性能曲线（也叫特性曲线）。通常用横坐标表示流量Q，纵坐标表示扬程H、效率η、轴功率P（或N）等，如下图所示。
4.离心泵的各种损失
4.1 容积损失
离心泵的容积损失有密封环泄漏损失、平衡机构泄漏损失和级间泄漏损失。
（1）密封环泄漏损失
在叶轮入口处，设有密封环，在水泵工作时，由于密封环两侧存在着压力差，一侧近似为叶轮出口压力，一侧为叶轮入口压力，所以始终会有一部分液体从叶轮出口向叶轮入口泄漏。这部分液体在叶轮里获得了能量，但液体并未送出，这样减少了水泵的供水量。泄漏液体的能量全部用到克服密封环阻力上了。
对于定型的水泵，为了减少泄漏量，提高水泵的效率，装配时，密封环不可偏心太大，否则泄漏量亦增加。另外，可用增加密封环阻力的方法，减少泄漏量，增加阻力的主要措施是将密封环制成迷宫、锯齿形等，这同时也增加了密封环的密封长度，增大了沿程阻力。
（2）平衡机构泄漏损失
在不少的离心泵中，都设有平衡轴向推力的机构：如平衡孔、平衡管、平衡套等。由于在平衡机构两侧存在着压力差，因而也有一部分液体从高压区域向低压区域泄漏。
（3）级间泄漏损失
在蜗壳式多级泵中，级间隔板（套）两侧压力不等，因而也存在泄漏损失，根据结构布置的不同，级间隔板（套）两侧的压差可能为一级二级或三级。级数愈多，则隔板（套）级间泄漏就愈严重。
4.2 水力损失
离心泵的水力损失有冲击损失、漩涡损失和沿程摩擦损失。
（1）冲击损失
每台水泵都有自己的设计流量，当水泵在设计流量工况下工作时，入口处的液流是顺着叶片进入叶轮的，因此不会发生与叶片的撞击，同样出口液流亦不发生与泵壳的冲击，这时效率较高。但当流量偏离设计工况时，其液流方向就要与叶片方向发生偏离，产生冲击。
（2）漩涡损失
在水泵中，过流截面是很复杂的空间截面，液体在这里通过时，流速大小和方向都发生变化，因而不可避免地会发生漩涡损失。另外过流表面存在尖角、毛刺、死水区时也会增大漩涡损失。
（3）沿程摩擦损失
由于水泵过流表面的粗糙和液体具有粘性，所以液体在流动时就会产生摩擦阻力损失。在各部分的水力损失中，叶轮内的水力较大，其次是蜗壳、过渡流道等部位的水力损失。
4.3 机械损失
离心泵的机械损失有轴承、轴封摩擦损失和叶轮圆盘摩擦损失。
（1）轴承、轴封摩擦损失
泵轴支撑在轴承上，为了防止泵内液体向外泄漏，设置了轴封，当泵轴高速旋转时，就与轴承和轴封发生摩擦。
（2）叶轮圆盘摩擦损失
离心泵叶轮在充满液体的泵壳内旋转，这时叶轮盖板外表面与液体发生摩擦，引起摩擦损失。圆盘摩擦损失在整个机械损失中占的比重较大。
5.汽蚀现象及其防止
由于叶轮入口处压力低于工作水温的饱和压力，所以会引起一部分液体蒸发(即汽化)。蒸发后气泡进入压力较高的区域时，受压突然破裂、凝结，于是四周的液体就向此处补充，造成水力冲击，这种现象称为汽蚀现象。这个连续的局部冲击负荷，会使材料的表面逐渐疲劳破坏，引起金属表面的剥蚀，进而出现大小蜂窝状蚀洞。此过程还会引起水泵发生震动和噪音，同时由于汽蚀时气泡堵塞叶轮流道，所以此时流量扬程均降低，效率下降，因此不希望汽蚀发生。
对于已安装于系统的现有水泵，防止汽蚀的主要措施提高泵的入口压力，即：
（1）提高储灌的液面高度；
（2）全开吸水管上阀门，减少吸入管阻力；
（3）若流量过大，则关小出口阀门，减少流量；
（4）若流量过小，则关大出口阀门，增大流量。
6.径向推力及平衡
径向推力采用两种方法平衡：一个是采用双层蜗壳；另一个是把相邻的两个蜗壳旋转1800，如图所示。
双层蜗壳主要是对单级泵来说，结构上是把两个泵舌相互错开1800。在双层蜗壳中，每个蜗壳只收集一半的液体，它们在扩散管外汇合。在叶轮直径方向上，两蜗壳的内部压力相等，因而径向力相互抵消（如长坡站场的给油泵）
双层蜗壳
多级泵中相邻两个蜗壳旋转1800
相邻的两个蜗壳旋转1800 ，这样布置之后，径向力抵消，还存在一个力偶。但已对轴的影响很小。奇数蜗壳的多级泵，第一级须设计成双蜗壳。但双蜗壳铸造困难，故尺寸小的多级泵，为了得到光滑的表面，一般不采用双蜗壳（如站场的主输泵）。
对具有导叶的分段式多级泵来说，其导叶数目较多（每个导叶相当于一个蜗壳），径向力能相互抵消，一般不作特殊考虑。
7.吸入室的作用
水泵吸入室的作用是将进水管中的液体，以最小的损失均匀地引向叶轮。吸入室常见有三种形式：
（1）锥形吸入室
采用收缩式锥形管，使液体流速增加达到叶轮进口必要的流速。并使流速分布均匀， 能径向进入叶轮。它多采用在悬臂结构的泵上，吸入室的锥度一般为70 ～180 。
锥形管吸入室
（2）圆形式吸入室
在这种吸入室中，由于泵轴穿过吸入室，在泵轴后面形成旋涡区，引起叶轮前流速分布不均匀，使液体进入叶轮时发生撞击和涡流损失。这种吸入室多用在多级泵上，由于多级泵的扬程高，吸入室水力损失所占的比重并不大。
（3）半螺旋形吸入室
这种吸入室的截面是逐渐减小的，可使进水道管中的水流加速，另一方面又使液体在进入叶轮前产生预旋，降低了水泵的扬程，但可以消除泵轴后面的旋涡区，从而使液流较均匀的进入叶轮。螺旋形吸入室上部有分离筋，在450 的方向上。半螺旋吸入室被广泛的应用在双吸式离心泵和多级蜗壳泵上（如站场的给油泵及主输泵），如图所示。
半螺旋形吸入室
8.压出室的作用
压出室的作用是以最小的损失将液体正确的导入下一级叶轮或引向出水管，同时将 部分动能转化为压力能。
压出室的种类很多，常见的是：
（1）螺旋形蜗壳
它只能起收集液体的作用。这时液体均匀的从叶轮流出，蜗壳中液体是作等速运动的。动能转化成压力能是在扩散管中进行的。
在螺旋形蜗壳中，泵舌和叶轮的间隙要适当，过小容易产生振动，并在关死点附近噪音增大。液体从蜗室出来后进入扩散管，扩散管的扩散角一般为70 ～180 。
（2）径向导叶
它固定在叶轮出口的外面。导叶的作用和蜗壳的作用相同，前段只起收集液体的作用，液体在此段作等速运动，只是到了扩散部分才将一部分动能变成压力能。因此可以把导叶看作是在叶轮圆周安放的几个蜗壳，如图所示。
除径向导叶外，还有流道式导叶，它们的作用都相同，只是结构不同。流道式导叶是整体形式，即液体从导叶入口到吸入导叶出口都在导叶流道中流动。但它制造复杂，一般采用的不多。
径向导叶
（3）环式压出室
用在分段式多级泵出水段上。这种压出室各断面面积相等，各处流速不相同，叶轮流出的液体就不可避免地与压出室内的液体发生冲击，所以，其效率较低。
具有蜗壳压出室和导叶压出室的水泵比较如下：
a.蜗壳泵产生的静压头大、损失小、效率高、结构简单、轴向推力可用对称布置的叶轮的方法平衡。而导叶泵则差之，并具有专门的平衡装置。
b.蜗壳泵整个转子可以在事先组装好，放在泵体内。而导叶泵则拆装都很麻烦。
c.蜗壳泵叶轮的外径可车削减少20 %，对特性曲线及效率影响不大，而导叶式泵则不能，否则会造成很大的能量损失。
d.当流量偏离设计工况时，导叶式泵的运行状态发生了变化，使效率急速下降。而蜗壳泵则不这样，其效率在比较宽的范围内并不显著降低。
e.蜗壳泵与导叶式泵相比，缺点是铸件复杂、轴向长度大、需要较大的加工机械，并且会产生径向力，必须用结构上的措施来平衡。
