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《泵的理论与设计》简介：

泵是一种将机械能转换为液体能量，用于输送或提升液体的通用机械，在工业、农业、建筑、能源等领域广泛应用。泵的理论主要涉及流体力学、能量转换原理及流动损失分析等内容。根据工作原理，泵可分为叶片式（如离心泵、轴流泵）、容积式（如齿轮泵、柱塞泵）和其它特殊类型（如喷射泵、电磁泵）等。

在设计方面，泵的核心任务是根据使用需求合理选择结构形式，并通过水力设计、强度校核、材料选择及制造工艺保证其高效、稳定运行。现代泵设计常采用计算机辅助设计（CAD）、计算流体动力学（CFD）仿真等手段优化流道形状，提高效率并减少振动与噪声。

此外，泵的设计还需综合考虑流量、扬程、效率、汽蚀性能、功率匹配等因素。近年来地块四 ---施工组织设计方案 （施工用），随着节能环保要求的提高，高效节能泵、智能变频泵以及耐腐蚀、耐高温特种泵成为研究与发展的重点方向。

总之，《泵的理论与设计》课程或专著旨在系统讲授泵的基本原理、结构特性、设计方法及工程应用，为相关工程技术人员提供理论支持和技术指导。

h 附 P2² r² 2g =22÷ gp 2g gp 2g 2g

式（1一16）右侧两项之和表示液体通过叶轮势能的增值。有些书中把第一项解释为离心力对 液体所作的功，这种说法是不合适的。因为对液体作功表现为液体速度矩（vR）增加，而 离心力是径向力，不可能使液体产生。另外，液体本身并不以速度旋转，由叶片对液体 作用产生的v要比小得多。 势扬程和理论扬程之比称为叶轮反击系数，用表示，即

第六节有限叶片数和无限叶片数理论扬程的差别

有限叶片数和无限叶片数理论扬程

器壁的摩擦，浮标将随容器稍有转动）。这说明液体（相当于浮标）具有保持原来状态的 性作用。 在有限叶片数叶轮中，液体被叶片夹持的程度大为减弱，从而使液体的惯性得以表现。 如果叶轮中装满水，并把进出口封闭起来使其旋转时，其情况与上述试验基本相同。即叶片 间的液体产生与叶轮角速度方向相反、大小相等的旋转运动，其旋满欠墅与轴线平行，故又 称此为轴向旋涡。

图1“21液体在有限叶片数叶轮中的运动 a）轴向旋涡运动b）流经不动叶轮的贯流 C）叶片中部合成的相对速度4）叶轮出口的速康滑移

B

起的水力损失不能混为一谈。粘性损失将使叶轮输入给液体的能量减少，也就是消耗能量， 直接引起泵效率下降。流动滑移引起的理论扬程减小，不是损失。它使叶轮输入功率相应减 小，所以只是减小叶轮转换能量的功能，而不直接降低泵的效率。实际上，流动滑移引起叶 轮内流动状态的变化，将引起附加的水力损失。 H和H：的差值，到目前为止还没有精确的计算方法。可以说这是影响泵设计理论发展 的重大课题。下面介绍两种常用的修正方法。

所以三角形40B是直角三角形。 根据流体力学中斯托克司定理：沿空间任意封闭周 线的速度环量等于该周线所围面积的旋涡强度、即

FA08A=F2odf

假设旋涡是均匀分布的，可写成

式中 “一一轴向旋涡的旋转角速度，它和叶轮旋转角速度大小相等，方向相反； F一一封闭周线所围的面积（等于△AOB的面积）

A0·B0= E cos

沿封闭周线的速度环量。因AO、BO和旋涡流线相垂直，其上的速度环量等 而

4 1 v2 = usinB2，（i= 2πR2

斯托道拉滑移系数定义为

将V2代入基本方程式

u2= /sinB2 20.7， α= ■ 20.7

式中P一一有限叶片数理论扬程修正系数； 一滑移系数。

、威斯奈（Weisner）公式

普夫莱德尔（Pjleiderer）公式

'R？ Rds= 4s:R R 1

在具体计算时，可把中线分成若干段，然后相加，以近似值代替真实值。 对于低比转数叶轮，可以认为ds=dR，则上式变为

这时，P值的表达式为

例题1：一台涡壳式离心泵，泵转速n=1450r/min，流量Q=0.0833m²/s，叶轮外径 D2=360mm，叶片入口直径D=138mm，叶轮出口过流断面积F2=0.023m2，叶片出口角 β2=30°，2=7、V=1=0。叶片轴面投影中线和轴线垂直。试计算叶轮理论扬程H,作叶片 出口速度三角形。 解：（1）按斯托道拉方法

况下泵出口压力表读数是多少Pa（假设泵进出口在同一水平面上，泵进口表压力） 解：因为泵的理论扬程与抽送介质的性质无关，则独送汽油和水的扬程相同， （汽油柱） 对泵进出口列伯努利方程

P： 婴 由己知条件 V=vd gf

g 2g 婴 2g 由已知条件 v=vd

抽送水时，Pa=1000×9.81×10=98100Pa，抽送油时，Pa=700×9.81×10=6

如果流量、扬程、轴功率、效率分别 用对应最高效率点值的百分比表示，所画 出的曲线称为无因次特性曲线。无因次特 性曲线的形状和有因次特性曲线的形状相 同。 泵特性曲线全面、综合、直观地表示 了泵的性能，因面有多方面的用途。用户 可以根据特性曲线选择要求的泵，确定泵 的安装高度（详见汽蚀部分），掌握泵的 运转情况。制造厂在泵制造完了之后，通 过试验作出特性曲线，并根据特性曲线形

状的变化，分析泵几何参数对泵性能的影响，以便设计制造出符合要求性能的泵。 鉴于泵内流动的复杂性，准确的泵性能曲线只能通过试验作出。但是，根据泵的理论可 以对泵性能曲线作定性地分析，以便了解特性曲线的形状和影响特性曲线的因素。

二、泵特性曲线的理论分析

式中F2—叶轮出口有效过流面积（F2=2nR2b22） 将上式代入基本方程式

对既定的泵，在一定转速下，u2、F2、β2是 固定不变的，故H和Q：是一次方程的关系。泵的 出口角B2通常都小于90°，Ct8β2为正值，因此， H随流量增大而减小。

一、几何参数对泵特性曲线的影响

这样的泵特性： （2）平坦的特性曲线这种曲线流量变化时扬程变化不大，向锅炉供水的泵就要求 这样的泵特性： （3）驼峰（中高）·特性曲线 1 这种特性曲线在运转中会出现不稳定现象，在有些情

下是不准使用的。 特性曲线的差别是液体在泵 内不同运动状态的外部表现形式， 而运动状态是由泵过流部件的几 何形状决定的，下面分析几何参 数对泵特性曲线的影响和改变特 性曲线形式的途径。 2.几何参数的影响

因泵流量变化而引起原动机过载的问题。 （2）叶轮外径D2

（u2 Heo= F

开口面积增加，Vm减小。如保持原流量不变，冲角减小，会在叶片背面产生脱流， 但V减 小对汽蚀的有利因素远比前者之不利因素大。

α）下修出口增加叶片出口角和开口面积，上修进口增加叶片进口角和开口面积 6）下修出口，出口面积增加，在相同流量下vm2减小，又因B2增加，增旅 C）下修出口，在相同扬程下，因β2增加，m增加，出口面积增加，所以流量增 d）上修进口。在原流量下，因进口面积增加，微小。因誉加。 购个

C）下修出口，在相同扬程下，因β2增加，Vm增加，出口面积增加，所以津量增加 d）上修进口，在原流量下，因进口面积增加，Vm减小，因产增加，减尔 由上述，在设计时 应对叶片出口背面的形状，予以足够的重视。

修键叶片进口背面，只改善叶片进口局部的形状，对性能影响不大。由上述，在设计时 应对叶片出口背面的形状，予以足够的重视。

第一节 相似理论的基本概念

相似理论在泵的设计和实验中广泛应用。通常所说的按模型换算进行相似设计和进行模 型实验就是在相似理论指导下进行的。按相似理论可以把模型实验结果换算到实型泵上，七 . 可以将实型泵的参数换算为模型的参数进行模型设计和实验。用小的模型进行实验要比真机 实验经济得多，而且，因受到条件的限制，当真机的尺寸过大，转速过高或抽送诸如高温等 特殊液体时，往往难以进行真机实验，只能用模型实验代之。 相似理论指出，两个液流力学相似必须满足三个条件：

模型和实型的对应角度相等，对应线性尺寸的比值相同。严格地讲，表面粗糙度也应当 相似，但是这一点实际上是很难满足的，只能按经验资料进行修正。几何相似是力学相似的 前提条件。没有几何相似、动力相似和运动相似就无从谈起。用下标M表示模型，用不加下 标表示实型（真机），几何相似条件可以表示为

D b t DM LM

型和实型过流部分相应点液体的对应速度比

y W u Dn 三 VM hir UM DM

动相似是几何相似和动力相似的必然结果

过流部分相应点液体的对应速度比值相同，即

模型和实型过流部分相应点液体的相应力的比值相同。也就是流动所受的外部作用 体在外力作用下因本身质量引起的惯性力F：的比值相同。该比值称为牛顿数，用 即

N值表示流动的一般动力相似条件，N相等，流动动力相似。作用在液体上的外力F有 粘性力（摩擦力）、压力、重力、表面张力、弹性力等。要使这些力都满足动力相似条件是办不 到的。在处理具体问题时只能选择起主导作用的某种力或某些力满足相似条件，而忽略那些 次要力的相似。现介绍在泵中常用的几种动力相似准则，

四、管内流动的相似准则一一诺准则

在研究管内的流动阻力时，粘性摩擦力是起主导作用的力，而重力、压力等对阻力关系 L

A=μL (A=L，= 由此 μL Ne= ， 1 VT= prar Re L

由此 N= L 西安市“结建”人防工程建设审批管理规定（市人防发[2018]42号 西安市人防办2018年9月）， 1 三T = VL Re

由此可以得到结论：两液流动力相似的条件是雷诺数相等，即Re=Re 五、有自由表面液流的相似准则一一佛叠德准则

由此可以得到结论：两液流动力相似的条件是雷诺数相等，即Re=ReM 五、有自由表面液流的相似准则 佛查德准购

明渠和吸入池中的流动就属于这种情况。因为具有自由表面，水静压力和重力作用 所以重力是起主导作用的力2022年一级建造师-建筑-王玮-一级建造师-建筑工程管理与实务-精讲通关-1a410000-（5）结构设计1，而粘性力和表面张力可以忽略。因为重力可以表示为 &由此

由此可以得出结论：两液流动力相似的条件是佛鲁德数相等。 六、泵叶轮内液流的相似准则—欧拉准则

六、泵叶轮内液流的相似准则欧拉准则