泵的输出功率小于输入功率
,而输出功率与各种损失功率之和等于输入功率。泵内损失的大小可用泵的效率
来表示:
泵损失
泵在把原动机功率传递给它所抽送的液体的过程中伴有的各种功率损失。
- 英文名称
- pump loss
- 所属学科
- 工程热物理及动力工程
原动机传到泵轴上的功率(轴功率),首先要花费一部分克服轴承和密封装置的摩擦损失,剩下的轴功率用来带动叶轮旋转。叶轮旋转的机械能并没有全部传给通过叶轮的液体,其中一部分用于克服叶轮前、后盖板表面与壳体间(泵腔)液体的摩擦,这部分损失功率称为圆盘摩擦损失。轴承损失功率、密封损失功率、圆盘摩擦损失功率之和称为机械损失功率,可用机械效率来表示。
泵内的机械损失由两部分组成。一部分是轴承和密封装置处的摩擦损失,原动机把功率
经过联轴器传递给泵轴,泵轴转动时要克服轴承和密封装置处的摩擦力矩,付出一部分功率
,剩下来的功率
才是经过轴传递给叶轮的功率。
与泵的机械设计有关,与泵的水力设计无关。另一部分是叶轮在泵体内旋转时,叶轮的前后盖板外表面与液体的摩擦损失
。这部分损失与叶轮直径大小有关,称之为圆盘摩擦损失功率。
扣除这部分损失功率
后才是叶轮传递给液体的功率,称之为水力功率
。
机械损失功率为以上两部分功率损失之和,即:
机械损失功率的大小用机械效率来表示。机械效率等于水力效率与输入功率之比,即:
泵在把机械能转化为液体能量过程中,伴有各种损失,这些损失用相应的效率表示。输入水力功率用来对通过叶轮的液体做功,因而叶轮出口处液体的压力高于进口处液体的压力。出口和进口的压差,使得通过叶轮的一部分液体从泵腔经叶轮密封环(口环)间隙向叶轮进口逆流。通过叶轮的流量并没有完全输送到泵的出口,泄漏的这部分液体把从叶轮中获得的能量消耗于泄漏的流动过程中,所以容积损失的实质也是能量损失,容积损失的大小可用容积效率来表示。
泵的输入功率减去机械损失后,余下的功率全部由叶轮传递给液体,故称水力效率。单位时间内流过叶轮的流量称为理论流量,用表示;而叶轮传递给通过叶轮的单位重量液体的能量,称为理论扬程,用
表示,则水力功率为:
式中为密度;
为重力加速度。
由于输入功率通过叶轮对液体做功,因而使得叶轮出口处液体的能量大于叶轮进口处液体的能量,叶轮出口处的压力高于进口处的压力。这使得从叶轮流出的一部分液体从叶轮口环处的间隙向叶轮进口逆流,故通过叶轮的理论流量并不能完全输送到泵的出口。单位时间内经过间隙流向叶轮进口处的液体体积称为泄漏量,用表示(也包括泄漏孔处的泄漏量、轴向力平衡处的泄漏量以及密封处的泄漏量等)。泄漏量从叶轮处得到的功率为
,而这部分流量流回到叶轮进口处后,又将这部分功率
损失掉。这部分功率损失是以减少理论流量容积的形式损失掉的,故称为容积损失:
容积损失的大小用容积效率来衡量。容积效率应等于容积损失后的功率
与容积损失以前的功率
的比值,其中
,即:
因此,容积效率等于水泵的流量与理论流量之比值。
单级泵的泄漏量主要发生在密封环处,多级泵除此之外,还有级间泄漏。液体在泵过流部分(从泵进口到出口的流道)的流动中伴有水力摩擦损失(沿程阻力损失)和冲击、脱流、速度方向及大小变化等引起的水力损失(局部阻力),从而要消耗掉一部分能量。单位质量液体在泵过流部分流动中损失的能量,称为泵的水力损失。
水泵所排出的液体其功率要比小,因为液体在流过吸入室、叶轮、压水室时,要有水力摩擦损失和冲击、脱流等局部损失。
设单位重量液体损失的能量为,则水力损失功率为:
泵的实际扬程,水力损失的大小以水力效率来衡量。水力效率应等于输出功率
与水力损失之前的功率
的比值,即:
所以。
因此,泵的水力效率等于泵的扬程与理论扬程之比。
泵内能量的总损失功率为,即:
其中后三项称为泵内损失。于是,泵的效率可表示为:
由此可知,泵的总效率等于三个分效率(即水力效率、容积效率
及机械效率
)的乘积。
扩展阅读
- 袁寿其,施卫东,刘厚林,等.泵理论与技术.北京:机械工业出版社,2014.
- 关醒凡.现代泵理论与技术.北京:中国宇航出版社,2011.