离心泵效率（第1部分） – 什么是效率？
前言
从今天开始，《泵沙龙》将陆续发布“离心泵效率”方面的系列文章。在该系列文章中，将研究离心泵效率的几个方面，共分为6个部分，依次为：1）什么是效率？定义效率并给出一些例子；2）比转速 - 将说明它对泵曲线形状和整体泵效率的影响；3）单泵效率 - 介绍影响离心泵效率的三大部分及对泵整体效率的贡献，并说明为什么泵及其驱动机的组合效率两种设备效率的乘积，而不是平均值；4）效率保持 - 当泵的运行工况发生改变时，如何保持效率不变或发生较小变化：5）效率曲线的形状及宽度；6）效率何时重要？
本篇是关于离心泵效率的6部分系列中的第1部分。
本篇内容主要来源于：泵和成套系统制造商及分销商PumpTech公司的Joe Evans所写的文章Centrifugal Pump Efficiency。仅供参考。
什么是泵效率？
当我们谈到任何机器的效率时，是指它能将一种形式的能量转换为另一种形式能量的能力。如果向一台机器提供一个单位的能量，并且在相同的计量单位下，其输出为半个单位，则其效率为50%。
尽管这看起来很简单，但它仍然可能变得有点复杂，因为英国的计量系统所使用的单位对于每种形式的能量都有很大的不同。幸运的是，常数的使用为这些不同的计量带来了等价性。
这种机器的一个常见的例子是热机，它利用热能产生机械能。这个家族有许多成员，但内燃机是我们大家都熟悉的。尽管这种机器是我们日常生活中不可或缺的一部分，但它转换能量的效率远远低于我们的预期。
典型汽车发动机的效率约为20%。换句话说，一加仑汽油中80%的热能没有做任何有用的功。尽管多年来汽油里程有所增加，但这种增加与机械效率的提高和发动机效率本身的提高有很大关系。
柴油发动机做得更好，但最大输出功率仍在40%左右。这一增加主要是由于其更高的压缩比以及燃油在高压下直接喷射到气缸中的事实。
在泵行业，大部分工作涉及两种极其简单但高效的机器 – 离心泵和交流异步电动机。离心泵将机械能转化为液压能（流量、流速和压力），交流电机将电能转化为机械能。
许多中型和大型离心泵的效率为75 %至93 %，甚至小型离心泵的效率通常也在50 %至70 %之间。另一方面，大型交流电机的效率接近97 %，任何电机（10马力及以上）都可以设计为效率突破90 %的障碍。
离心泵的总效率（介质为水）为（输出）功率与轴（输入）功率之比，如下式所示：
Ef = Pw / Ps
式中：
Ef = 效率
Pw = 水的（输出）功率
Ps = 轴（输入）功率
不过，在美国，Ps是提供给泵轴的制动马力（BHP）功率，而Pw是：
Pw = (Q x H) / 3960
式中：
Q= 流量（GPM）
H= 扬程（ft）
常数（3960）将流量和扬程（GPM，ft）的乘积转换为BHP。这些公式预测，在30英尺扬程处产生100 GPM并需要1BHP的泵，在该流量点的总效率为75.7 %。如果我们知道泵的水力效率，第二个公式的扩展还允许计算泵性能曲线上任何点所需的BHP。
如何获得泵的效率？
离心泵的总效率是三个单独效率（机械效率、容积效率和水力效率）的乘积。以卧式端吸悬臂泵为例，机械效率包括轴承、填料函和机械密封的损失。在半开式叶轮的情况下，容积效率包括由于耐磨环、平衡孔和叶片间隙的泄漏而造成的损失。水力效率包括蜗壳和叶轮中的液体摩擦和其它损失。
虽然机械损失和容积损失是重要的组成部分，但水力效率是最大因素。在设计阶段，离心泵与异步电动机有很多共同之处。它们的共同点是，都只有两个主要组件可以由设计者修改。在电机中，它是转子和定子。对于离心泵来说，就是叶轮和蜗壳（或扩散体、导叶）。下面开始研究叶轮的离心泵效率。
相似定律告诉我们很多关于叶轮内部工作的情况。我们知道，对于任何给定的叶轮，它产生的扬程与转速的平方成正比。转速加倍时，扬程增加4倍。如果保持转速不变，同样的规则适用于直径的微小变化。
通过叶轮的流量遵循类似的规则，但在这种情况下，其变化与转速或直径的变化成正比，转速或直径加倍，流量也加倍。实际上，旋转速度或叶轮直径的变化是指其圆周速度或其圆周上某一点的速度，单位为英尺/秒（公制单位为m/s）。正是这个速度决定了任何叶轮可达到的最大扬程和流量。
叶轮产生的扬程几乎完全取决于其圆周速度，但流量受其它几个因素的影响。显然，流道（叶片）的宽度和深度（横截面积）以及叶轮入口（impeller eye）直径是重要的考虑因素，因为它们决定了一定体积的流体通过叶轮的难易程度。
叶片形状等其它因素也会影响叶轮的性能。但是，如果你想从头开始设计叶轮，应从哪里开始呢？你是否对尺寸和形状进行疯狂猜测，并制作一些样品然后进行测试？
在早期，这正是泵设计师所做的工作。然而，今天，他们可以利用多年的经验，至少为设计找到一个合适的起点。这个起点便是比转速。随后，我们将研究比转速以及它如何预测特定叶轮的性能。
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