离心泵名词术语介绍：型式数

首先，必须明确一个核心概念：型式数（Type Number）是一个无量纲的相似判据，用于表征离心泵叶轮的几何形状和性能特性。

它不同于我们常说的比转数（Specific Speed），尽管两者紧密相关。比转数是一个有量纲的量，其数值依赖于所使用的单位制（如英制或公制），这在进行国际比较或基于不同单位制的数据计算时非常不便。为了消除单位的影响，国际标准组织（如ISO）引入了无量纲的型式数。

其标准定义（根据ISO 17770/GB/T 7021）
 

K： 型式数

N： 泵的转速，单位：r/min

Q： 泵的流量，单位：m³/s （注意：对双吸泵，取 Q/2）

H： 泵的单级扬程，单位：m （注意：对多级泵，取总扬程除以级数）

g： 重力加速度，单位：m/s²

从公式可以看出，它完全由转速、流量和扬程这三个核心性能参数构成，并且通过幂次和系数的组合，消除了量纲，使其成为一个纯粹的数值。

与比转数 n_s 的关系

型式数的核心物理意义在于：它决定了叶轮的基本几何形状和由此产生的性能曲线形状。

1）低型式数泵 （低比转数泵，例如 K=0.15 ~ 0.50）：

a. 几何特征：叶轮“又胖又矮”。流道窄而长，进口直径（D₁）与出口直径（D₂）的比值较大，叶片形状更接近圆柱形。

b. 性能特征：高扬程、小流量。扬程-流量曲线（H-Q曲线）较为平坦，功率-流量曲线（P-Q曲线）随流量增加而上升（关闭功率最小）。效率曲线较窄。

c. 形象比喻：像一个大口径、短行程的注射器，推动小流量液体达到很高的压力。

a. 几何特征：叶轮“匀称”。流道宽度和长度比例适中，是最常见的离心泵形式。

b. 性能特征：中等扬程和流量。H-Q曲线为缓降型，P-Q曲线较为平坦或微升，效率曲线较宽，高效区广。

c. 形象比喻：标准的“全能型”选手，兼顾扬程和流量。

a. 几何特征：叶轮“又瘦又高”。流道宽而短，D₁/D₂比值小，出口边倾斜，叶片形状更接近混流泵或轴流泵。

b. 性能特征：低扬程、大流量。H-Q曲线陡降，P-Q曲线随流量增加而急剧下降（关闭功率最大，需特别注意）。效率曲线较窄。

c. 形象比喻：像一个螺旋桨，主要依靠推动大量液体前进，而非建立很高的压头。

2.2 主要用途

1）泵的相似设计与系列化：这是其最根本的用途。制造商可以以一个性能优良的模型泵（具有特定的型式数）为基础，通过相似换算，设计出一系列几何相似、但尺寸不同的泵，以满足不同流量和扬程的需求。这极大地简化了设计过程，降低了研发成本。

2）性能预测与选型指导：在项目初期，工程师可以根据所需的Q、H、N，初步计算出型式数K。这个K值立刻指明了应选用哪种类型的泵（低、中、高比转数），从而快速缩小选型范围，避免选择完全不合适的泵型。

3）汽蚀性能关联：泵的必需汽蚀余量（NPSHr）与型式数有很强的相关性。通常，在相同的流量和转速下，型式数越高的泵，其NPSHr也倾向于越高，即抗汽蚀性能越差。这对于泵的安装高度确定至关重要。

在具体的工程项目中，理解并运用型式数可以解决诸多实际问题：

3.1 优化选型，避免“大马拉小车”或“小马拉大车”

案例：需要输送大流量、低扬程的冷却水。如果计算出的型式数K很高（例如>1.5），工程师就应该优先考虑选用高比转数的单级单吸泵或双吸泵，甚至混流泵。如果错误地选用了低型式数的多级泵，不仅初始成本高，而且泵会在远离高效区的工况下运行，效率极低，能耗巨大。

3.2 预判性能曲线形状，指导系统控制

案例：对于一个需要恒压供水的系统，如果选用的是低型式数泵（H-Q曲线平坦），通过调节阀门改变流量时，系统压力波动会很小，易于控制。但如果选用的是高型式数泵（H-Q曲线陡降），同样的流量变化会引起巨大的压力波动，控制系统设计就需要更加复杂。

功率曲线：对于高型式数泵（如轴流泵），必须牢记其“关闭功率最大”的特性。启动时绝不能关闭出口阀门，否则电机会过载烧毁。而低型式数泵则可以采用闭阀启动。

3.3 指导泵的切割与改造

当现场工况发生变化，需要稍微降低泵的扬程和流量时，常用的方法是切割叶轮外径。切割量的估算公式就是基于相似理论推导的，而相似理论的核心正是型式数。对于不同型式数的叶轮，其切割后的性能变化规律（流量、扬程、功率与直径的关系指数）略有不同，型式数为这种改造提供了理论依据。

3.4 故障诊断与性能分析

1）从“形”到“性”：看到叶轮的图纸或实物，就能大致判断其性能曲线特征。

2）从“数”到“形”：根据工况参数（Q, H, N），就能预判应选用何种形状的泵。

3）在工程实践中：做出更优化的选型决策，设计更合理的控制系统，并进行更有效的故障诊断和性能优化。