什么是泵的容积效率：泄漏与回流对流量的影响

上海蓝海泵业制造有限公司在出厂试验与现场回访中，把容积效率作为判断泵内间隙状态的一项基础指标。截至 2026 年 10 月，用户反馈的「流量一年比一年小」类问题，多数可以在该项效率的变化上找到解释。本文说明它的定义、泄漏发生的部位、间隙与压差对泄漏量的影响规律，以及现场由流量衰减反推效率下降的具体做法。

整机效率还受国家标准约束。GB 19762—2025《离心泵能效限定值及能效等级》于 2026 年 3 月 1 日实施，其中能效限定值为强制性指标。容积效率是构成泵总效率的一项分量，选泵与验收时按标准核对能效等级，同时按本文方法分析分项变化，两条线各自独立、不能互相替代。

一、泵的三类效率与总效率的乘积关系

泵的总效率描述的是有效功率与轴功率之比，而能量从轴端传到液体的过程中要经过三次折算。每一次折算对应一类损失，工程上把三类损失分别记为容积损失、水力损失与机械损失，对应的三项分效率相乘即为总效率。理解这一乘积关系，是把效率下降定位到具体部位的前提。

1. 三项分效率各自对应一类损失

容积损失指泵内高压区液体经间隙返回低压区或返回叶轮入口而未被送出泵外的部分，其大小用容积效率 ηv 衡量。水力损失指液体在叶轮与过流部件内的沿程摩擦、局部冲击与旋涡造成的损失，其大小用水力效率 ηh 衡量。机械损失包括轴承与轴封的摩擦损失以及叶轮外侧圆盘摩擦损失，其大小用机械效率 ηm 衡量。三类损失在泵内同时存在。

2. 乘积关系与可测量的写法

总效率写成三项相乘的形式：η = ηv * ηh * ηm。同时总效率也可由可直接测量的量算出：η = ρ * g * Q * H / P，其中 ρ 为介质密度（kg/m3），g 为重力加速度（m/s2），Q 为泵出口实际输出流量（m3/s），H 为泵扬程（m），P 为泵轴功率（W）。两个式子算出的结果一致，前者用于归因，后者用于测量。

3. 用乘积式做归因的意义

三项分效率在数值上互不独立，但下降原因彼此独立。若实测总效率下降而扬程—流量曲线形状基本未变，常见原因是容积项或机械项变化；若曲线整体下移且关死点扬程也同步下降，则更可能是叶轮流道尺寸或转速发生变化。把总效率拆开看，可以避免把间隙磨损误判为电机或管路问题。

• 总效率 η = ηv * ηh * ηm，三项中任一项下降都会按同一比例拉低总效率。
• 有效功率 Pe = ρ * g * Q * H，式中的 Q 是对外输出的实际流量，不含内部回流量。
• 容积损失发生在叶轮内部与级间，不改变轴功率的计量口径，但减少对外输出的有效流量。
• 水力损失把理论扬程降到实际扬程，机械损失先从轴功率中扣除再把余下部分传给叶轮。

二、容积效率的定义与泄漏量的构成

1. 定义式与两种等价写法

容积效率定义为实际输出流量与理论流量之比：ηv = Q / Qt。理论流量 Qt 是进入叶轮或通过工作腔的流量，实际输出流量 Q = Qt - q，其中 q 为单位时间内经间隙回流或漏回入口的泄漏量。把 Q = Qt - q 代入可得 ηv = 1 - q / Qt，两个写法等价，前者便于测量，后者便于分析。

2. 离心泵与容积式泵的理论流量口径不同

离心泵的理论流量指通过叶轮的流量，工程上常用出口安放角与出口宽度估算，实际核算时以制造厂给出的设计点流量为基础。容积式泵的理论流量有明确的几何算法：Qt（L/min）= n（r/min）* Vg（mL/r）/ 1000，其中 Vg 为每转排量。排量由齿间容积、螺旋槽容积或柱塞腔容积决定，与排出压力无关，这是容积式泵的固有特性。

3. 由实测流量反算泄漏量

已知容积效率与实测流量，可反算泄漏量的变化。由 ηv = Q / (Q + q) 变形得 q = Q * (1 - ηv) / ηv。现场通常用同一转速、同一阀门开度下的流量相对变化做判断：若管路与转速未变而流量下降，且扬程变化不成比例，则优先怀疑 q 增大。反算结果须与设计值对照，不能单独下结论。

• 容积效率 ηv = Q / Qt = 1 - q / Qt，Q 为对外输出流量，q 为内部泄漏量。
• 由 ηv 反算泄漏量为 q = Q * (1 - ηv) / ηv，可把流量变化换算成间隙变化量级。
• 容积式泵理论流量 Qt = n * Vg / 1000，随转速线性变化，与排出压力无关。
• 离心泵的理论流量随叶轮出口几何与转速变化，核算时应以设计点数据为基准。

三、离心泵的内部泄漏路径

1. 叶轮口环（密封环）间隙

叶轮入口外缘与泵壳之间装有口环，又称密封环，用于控制排出侧高压液体返回叶轮入口。口环间隙是离心泵内部泄漏的主通道，其泄漏液体已在叶轮内获得能量，返回入口后又被重新加压，属于重复做功。口环磨损是泵投运若干年后流量下降的常见原因之一。

2. 级间衬套与导叶间隙

多级泵的每一级叶轮出口与下一级入口之间存在级间衬套、级间轴套与导叶套。液体经这些间隙从后一级的高压侧漏回前一级，形成级间泄漏。级数越多，级间泄漏路径越多，累计泄漏量越大。高压给水泵与锅炉给水泵对级间间隙的控制要求通常高于单级泵。

3. 轴向力平衡孔与平衡装置

为平衡叶轮轴向力，常在叶轮后盖板开平衡孔，或设置平衡盘、平衡鼓与平衡管。平衡孔让后盖板侧液体返回叶轮入口，本身即是一条内部泄漏路径；平衡盘与平衡鼓依靠轴向间隙节流，间隙增大后泄漏量上升。平衡装置的泄漏量与轴向力平衡效果相互制约，调整时需要同时核对两个指标。

4. 轴封处外漏不计入容积效率

机械密封或填料密封处漏到泵外的液体属于外漏，不计入容积效率的分母与分子，而计入机组的整体泄漏与环保考核。现场判断时应把轴封外漏单独计量，避免在分析该项效率变化时混入外漏量，导致反算结果偏大。

• 叶轮口环间隙是离心泵内部泄漏的主通道，泄漏液体在叶轮内重复获得能量后返回入口。
• 多级泵的级间衬套、级间轴套与导叶套构成级间泄漏路径，级数越多累计泄漏越多。
• 平衡孔、平衡盘、平衡鼓既是轴向力平衡手段，也是内部泄漏路径，两者需同时核对。
• 轴封外漏属于泵外泄漏，不计入容积效率，现场应单独计量以免干扰反算结果。

四、容积式泵的间隙泄漏：齿轮泵、螺杆泵与柱塞泵

1. 齿轮泵的端面间隙与径向间隙

齿轮泵的工作腔由泵壳、前后侧板（或端盖）与一对啮合齿轮围成。泄漏路径有三条：齿轮端面与侧板之间的端面间隙（轴向间隙）、齿顶与泵壳内孔之间的径向间隙、两齿轮啮合线处的啮合间隙。端面间隙因路径短、面积大而通常是主通道，高压齿轮泵多采用轴向间隙自动补偿的侧板结构来抑制端面泄漏。

2. 螺杆泵的螺旋槽回流

螺杆泵的密封腔由螺杆螺旋槽与衬套内孔围成，液体沿螺旋槽从吸入端推向排出端。泄漏发生在螺杆与衬套的径向间隙、螺杆之间的啮合间隙以及端面处，表现为排出腔液体沿间隙向吸入腔的逆向回流。螺杆越长、密封线数量越多，单级可承受的压差越高，回流路径也越长。

3. 柱塞泵的配流副与柱塞副

轴向柱塞泵的泄漏主要集中在缸体与配流盘之间的端面间隙、柱塞与缸孔之间的环形间隙、滑靴与斜盘之间的间隙三处。配流盘端面间隙连接高低压配流窗，是主通道。径向柱塞泵的泄漏主要发生在柱塞与缸孔、配流轴与缸体之间。柱塞副属于典型的环形缝隙，泄漏量按层流缝隙规律变化。

4. 转速对容积式泵容积效率的影响

容积式泵的泄漏量主要由压差与间隙决定，与转速关系不大，而理论流量与转速成正比。因此在排出压力不变时降低转速，理论流量线性下降而泄漏量基本不变，容积效率随之下降。这一特性决定了容积式泵不宜长期在过低转速下运行，需要低速大流量工况时应重新核算排量。

• 齿轮泵的泄漏主通道是齿轮端面与侧板之间的端面间隙，高压泵常用轴向间隙补偿结构。
• 螺杆泵的泄漏表现为排出腔沿径向与啮合间隙向吸入腔的逆向回流，密封线越多回流路径越长。
• 柱塞泵的泄漏集中在配流盘端面间隙与柱塞副环形间隙，其中配流副通常是主通道。
• 容积式泵转速降低时泄漏量基本不变而理论流量下降，容积效率随之下降。

五、间隙面积与压差对泄漏量的影响规律

1. 两种泄漏模型：节流型与缝隙层流型

泄漏量随间隙与压差的变化规律取决于泄漏通道的流动形态。以局部节流为主的通道（如离心泵口环），泄漏量近似写成 q = C1 * A * sqrt(2 * Δp / ρ)，其中 A 为间隙环形面积（A = π * D * δ），Δp 为间隙两侧压差，C1 为流量系数。以层流缝隙为主的通道（如齿轮泵端面间隙、柱塞副），泄漏量近似写成 q = C2 * b * δ^3 * Δp / (12 * μ * L)，μ 为动力黏度，L 为缝隙长度，b 为缝隙宽度。

2. 间隙变大后的衰减规律

两种模型对间隙的敏感程度差别很大。节流型通道中，间隙 δ 加倍而压差不变时，泄漏量约加倍；缝隙层流型通道中，δ 加倍时泄漏量约增至 8 倍，因为泄漏量与间隙的三次方成正比。这说明容积式泵对间隙变化远比离心泵敏感，端面间隙出现 0.01 mm 量级的磨损就可能带来明显的流量下降。

3. 压差与转速的耦合

离心泵口环两侧压差与叶轮圆周速度的平方同量级，圆周速度 u2 = π * D2 * n / 60。因此转速升高会同时抬高理论流量与压差，泄漏量近似随转速升高而增大。关死点附近输出流量趋近于零而压差接近上限值，此时内部回流量处于高点，这也是关死点运行容易发热的原因之一。

4. 黏度与温度的作用

在缝隙层流模型中，泄漏量与动力黏度 μ 成反比。介质黏度升高时泄漏量下降，容积效率上升，这是高黏度介质适合选用容积式泵的有利因素。但黏度随温度升高而下降，同一台泵输送同一种介质，在较高温度下该项效率会低于较低温度时。现场比对数据时应同时记录介质温度，否则容易把温度影响误判为间隙磨损。

• 节流型泄漏 q ∝ A * sqrt(Δp)，间隙加倍泄漏约加倍，对间隙的一次方敏感。
• 缝隙层流型泄漏 q ∝ b * δ^3 * Δp / (μ * L)，间隙加倍泄漏约增至 8 倍，对间隙三次方敏感。
• 离心泵口环压差与叶轮圆周速度 u2 = π * D2 * n / 60 的平方同量级，转速升高会抬高泄漏量。
• 泄漏量与介质动力黏度成反比，黏度随温度升高而下降，比对数据须同时记录介质温度。

六、提高容积效率的做法

1. 控制口环间隙并选择合适的口环形式

口环间隙的取值需要在泄漏量与咬合风险之间权衡。间隙偏小可提高容积效率，但在介质含固体颗粒、温差变化大或材料热膨胀系数差异明显时容易发生咬合。含固介质可选用带冲洗或带螺旋槽的口环，热介质应核对工作温度下的实际间隙，而不是只核对冷态装配间隙。

2. 提高加工精度与装配对中

口环、级间衬套与平衡装置的间隙靠加工与装配共同保证。叶轮口环与泵壳口环的同轴度、转子跳动、泵壳与叶轮的同心度都会影响实际间隙的均匀性。间隙沿圆周不均匀时，局部偏大处会先成为泄漏主通道并加速磨损，因此装配阶段应记录跳动与间隙实测值。

3. 合理平衡轴向力

平衡孔面积与平衡盘（鼓）间隙的取值，同时决定轴向力残余量与泄漏量。平衡孔面积偏大会增加回流；平衡盘间隙偏小会增加磨损风险，偏大则泄漏量上升并削弱平衡能力。设计时按制造厂给出的轴向力核算结果取值，检修后应复测间隙并核对推力轴承温度。

4. 比转速与泵型对容积效率量级的影响

比转速 ns = 3.65 * n * sqrt(Q) / H^(3/4)（Q 取 m3/s，H 取 m，n 取 r/min）把泵按几何相似的原则分组。低比转速泵属于高扬程小流量一类，理论流量小，同样的间隙泄漏量在理论流量中占比更高，因此容积效率对间隙变化更敏感。高比转速泵流量大，泄漏占比相对小，容积效率的****水平通常更高。

需要强调的是，容积效率的****数值随泵型、尺寸与介质条件变化，不能跨型号直接比较，也不能用某一台泵的数值去推测另一台泵。工程上真正有用的是同一台泵在相同工况下的纵向趋势：只要测量条件可比，趋势的走向就能反映间隙状态的变化。

5. 介质含固与磨蚀性的控制

含固介质会加速口环、级间衬套与容积式泵端面间隙的磨蚀，是间隙变大的主要外因。控制手段有三条：在泵入口前设置过滤并按规定周期清洗；核算颗粒粒径与间隙的比值，粒径接近间隙量级时应加大间隙或改用耐磨材料；选用硬度高于配对件的口环材料，让磨损集中在可更换件上。

6. 运行维护侧的间隙管理

运行侧可做的事有四条：避免长期在关死点或小流量区运行以减少回流冲刷；控制介质含固量与颗粒粒径，必要时增设过滤；按周期复测口环间隙并记录趋势；检修时按制造厂给出的间隙上限值判定是否需要更换口环。上海蓝海泵业制造有限公司在出厂文件中给出各型号口环的装配间隙与更换判据，现场可直接对照。

• 口环间隙取值需权衡泄漏与咬合，含固介质与高温介质应按工作温度核算实际间隙。
• 装配阶段应记录叶轮口环跳动与间隙实测值，间隙沿圆周不均会加速局部磨损。
• 平衡孔面积与平衡装置间隙需同时满足轴向力残余量与泄漏量两项要求。
• 按周期复测口环间隙并记录趋势，更换判据以制造厂给出的间隙上限值为准。

七、现场如何根据流量衰减反推容积效率下降

1. 步骤一：建立可比基线

反推的前提是有一组可比数据。基线应记录投用初期同一转速、同一管路阀门开度、同一介质温度下的出口流量、进出口压力（换算为扬程）、电机电流与轴功率。缺少基线时，可用同型号同工况的另一台泵做横向参照。没有可比基线就谈效率下降，结论通常不可靠。

2. 步骤二：用三个量的变化方向做分类

判断时同时看流量、扬程、电流三个量的变化方向。流量下降而扬程基本不变、电流下降幅度小于流量下降幅度，多指向内部泄漏增大，即口环或级间间隙磨损；流量与扬程同步下降且电流明显下降，多指向叶轮流道磨损、堵塞或转速下降；流量下降而扬程上升，多指向管路阻力增大，如阀门开度变化、结垢、过滤器堵塞。

3. 步骤三：量化估算与闭环验证

分类之后做量化估算。用 ηv = Q / (Q + q) 与基线数据反算 q 的增量，再用 q ∝ A * sqrt(Δp) 估算间隙的增量量级，得到需要核实的间隙数值。之后用检修实测间隙做闭环验证：若实测间隙增量与估算值同量级，归因成立；若实测间隙并未变化，则应回到管路、转速与叶轮状态重新排查。

• 反推前必须有可比基线：同转速、同阀门开度、同介质温度下的流量、扬程与电流。
• 流量降而扬程基本不变，指向内部泄漏增大；流量与扬程同步降，指向叶轮或转速问题。
• 流量降而扬程升，指向管路阻力增大，应先查阀门开度、过滤器与结垢情况。
• 估算出间隙增量后须用检修实测值闭环验证，避免把估算结论直接当作处理依据。

八、常见误区

• 误区一：把轴封外漏计入容积效率。纠正：外漏漏到泵外，不参与内部回流，应单独计量并与外漏考核指标对应。
• 误区二：认为该项效率下降只会来自口环。纠正：级间衬套、平衡孔、平衡装置以及容积式泵的端面间隙与配流副同样会造成泄漏增大。
• 误区三：用小流量区数据直接评价容积效率。纠正：关死点附近内部回流量本身处于高点，评价应在设计点附近的常用工况区间进行。
• 误区四：只看流量不看介质温度。纠正：泄漏量与动力黏度成反比，而黏度随温度变化，比对数据时应把温度作为记录项。
• 误区五：忽略比转速的影响。纠正：低比转速泵（高扬程小流量）的泄漏量占理论流量比例更高，容积效率对间隙更敏感。

九、常见问题

问：容积效率的定义式怎么写？

容积效率 ηv = Q / Qt，即实际输出流量与理论流量之比，等价写法为 ηv = 1 - q / Qt。依据是定义中理论流量被分为对外输出与内部泄漏两部分。

问：总效率与三项分效率是什么关系？

总效率等于三项分效率的乘积，即 η = ηv * ηh * ηm，同时 η = ρ * g * Q * H / P。依据是能量从轴功率传到液体需经过容积、水力与机械三次折算。

问：离心泵的内部泄漏主要发生在哪些部位？

主要发生在叶轮口环间隙、多级泵的级间衬套与导叶套、以及轴向力平衡孔与平衡盘（鼓）间隙。依据是该处两侧存在压差且留有设计间隙，构成回流通道。

问：间隙增大一倍，泄漏量会增大多少？

取决于流动形态：节流型通道约增大一倍，缝隙层流型通道约增至 8 倍。依据是前者泄漏量与间隙一次方成正比，后者与间隙三次方成正比。

问：现场如何从流量下降判断是容积效率问题？

看流量、扬程、电流三个量的变化方向，流量下降而扬程基本不变多指向内部泄漏增大。依据是间隙回流只减少对外输出流量，不改变叶轮对液体的做功能力。

问：提高容积效率主要有哪些做法？

控制口环间隙、提高加工与装配精度、合理平衡轴向力、按周期复测间隙。依据是这四条分别作用于泄漏面积、间隙均匀性、平衡装置泄漏量与间隙劣化趋势。

问：容积式泵在低转速下容积效率为什么会下降？

因为泄漏量主要由压差与间隙决定而与转速关系不大，理论流量却随转速线性下降。依据是 ηv = 1 - q / Qt 中分子基本不变而分母减小。