水泵的基础知识

第一节 水泵用途及分类

一、定义和用途

泵是一种抽送能量液体的机械。就是把原动机的机械能转换为所抽送液体位能的机器。它在动力机械的带动下，能把液体从低处抽送到高处或远处，为生产服务。

泵能抽送水、油、酸碱溶液、液态金属、纸浆、泥浆等。用于抽水的泵叫水泵，又叫抽水机。

水泵用于农业灌溉和排涝，提高了农业抗御自然灾害的能力，可增产、保收、并为农业实现机械化、水利化提供了物质条件。

二、分类和型号

泵的种类很多，以转换能量的方式来分，通常分为有转子泵和无转子泵两种。前一类是靠高速旋转或往复运动的转子把动力机的机械能量转变为提升或压送流体的能量，如叶片泵、容积泵、漩涡泵；后一类则是靠工作流体把工作能量转换为提升或压送流体的能量，如水锤泵、射流泵、内燃泵、空气扬水机等。但在农业排灌、排涝工作中，用得最多的还是叶片泵。

常用水泵基本类型如下：

三、型号表示方法

我国大中型泵站，目前用到的水泵有：IS型单级离心泵、S（SH）型单级双吸离心泵、1200LW型立式蜗壳离心泵、1700ZLB型立式轴流泵几种型号。真空泵主要以SZ-1、2型为主。

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单极单吸离心泵

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单级双吸中开离心清水泵

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立式离心泵

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立式轴流泵

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真空泵

第二节 水泵基本工作原理

一、离心泵

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离心泵的工作原理

离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造大同小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳（图2-1）。叶轮是离心泵直接对液体做功的部件，其上有若干后弯叶片，一般为4~8片。离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动（1000~3000r/min），迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳内，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。

在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名离心泵。

离心泵若在起动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽起动离心泵，但不能输送液体，此现象称为“气缚”。所以离心泵起动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止起动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀，供调节流量时使用。

图2-1 离心泵装置简图

1―叶轮；2―泵壳；3―泵轴；4―吸入管；

5―底阀；6―压出管；7―出口阀

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离心泵的构造

离心泵的种类很多，我们灌区常用的有单级单吸离心泵、单级双吸离心泵、立式单级离心泵、立式多级离心泵三种。

单级单吸离心泵

1、泵体 2、叶轮 3、泵盖 4、机械密封 5、悬架部件 6、泵轴

IS型卧式离心泵主要由泵体、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套及悬架轴承不见等组成。 IS型的泵体和泵盖部分，是从叶轮背面处剖分的，即通常所说的后开门结构形式。其优点是检修方便，检修时不动泵体，吸入管路，排出管路和电动机，只需拆下加长联轴器的中间联接件，即可退出转子部分进行检修。

泵的壳体（即泵体和泵盖）构成泵的工作室。叶轮、轴和滚动轴承等为泵的转子。悬架轴承部件支撑着泵的转子部分，滚动轴承受泵的径向力和轴向力。为了平衡泵的轴向力，大多数泵的叶轮前、后均设有密封环，并在叶轮后盖板上设有平衡孔，由于有些泵轴向力不大，叶轮背面未设密封环和平衡孔。

泵的轴向密封环是由填料压盖，填环和填料等组成，以防止进气或大量漏水。泵的叶轮如有平衡，则装有软填料的空腔与叶轮吸入口相通，如叶轮入口处液体处于真空状态，则很容易沿着轴套表面进气，故在填料腔内装有填料环通过泵盖上的小孔，将泵室内压力水引至填料环进行密封。泵的叶轮如没有平衡孔，由于叶轮背面液体压力大于大气压，因而不存在漏气问题，故可不装填料环。为避免轴磨损，在轴通过填料腔的部位装有轴套保护。轴套与轴之间准有O型密封圈，以防止沿着配合表面进气或漏水。

泵的传动方式是通过加长弹性联轴器与电动机联接的，泵的旋转方向，从驱动端看，为顺时针方向旋转。

单级双吸离心泵

1、 泵体 2、泵盖 3、叶轮 4、轴 5、双吸密封环 6、轴套 7、联轴轴器

8、 轴承体 9、密封部件

S、SH型单级双吸泵的吸入口与吐出口均在水泵轴心线下方，水平方向与轴线成垂直位置、泵壳.中开，检修时无需拆卸进水，排出管路及电动机(或其他原动机)从联轴器向泵的方向看去，水泵均为逆吋针方向旋转。如根据用户特殊订货需要也可改为顺吋针旋转。

S、SH型单级双吸泵的主要另件有：泵体、泵盖、叶轮、轴、双吸密封环、轴套、轴承等。除轴的材料为优质碳素钢外， 其余多为铸铁制成。

泵体与泵盖构成叶轮的工作室，在进、出水法兰上制有安装真空表和压力表的管螺孔，进出水法兰的下部制有放水的管螺孔。

叶轮经过静平衡校验，用轴套和两侧的轴套螺母固定，其轴向位置可以通过轴套螺母进行调整，叶轮的轴向力利用其叶片的对称布置达到平衡，可能还有一些剩余轴向力则同轴端的轴承承受。

S型泵对于轴承处轴径小于60mm的用滚动轴承支承，称为甲式SH型泵；轴承处大于70mm的用巴氏合金滑动轴承支承，称之为乙式SH型泵。现在有很多大于70mm的泵也采用滚动轴承。甲式泵由两个单列向心球轴承支承，轴承装在泵体两端的轴承体内，用黄油润滑，双吸密封环用以减少水泵压水室的水漏回吸水室。

水泵通过联轴器由电动机直接传动。

轴封为软填料密封，为了冷却润滑密封腔和防止空气漏入泵内，在填料之间有水封环，水泵工作时小量高压水通过水封管流入填料腔起水封作用。

二、真空泵

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水环式真空泵工作原理

真空是指在给定的空间内，低于标准大气压的气体状态。

利用机械、物理、化学或物理化学的方法对容器进行抽气，以获得真空的机器或器械，都叫做真空泵。

真空泵种类很多，一般可分为容积真空泵、射流真空泵、和其它类型真空泵三大类，其中以容积真空泵应用最广。

水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000~4000Pa，串联大气喷射器可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。

水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。

水环式真空泵工作原理如原理图：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

总之，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于容积式真空泵。

第三节 泵的基本参数

表征泵主要性能的参数有以下几个：

1、流量Q

流量是泵在单位时间内输送出去的液体量（体积或质量）。

流量用Q表示，单位是：m3/s，m3/h，L/s。

2、扬程H

扬程又叫“水头”。扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处到出口处能量的增值。通常用H表示，单位为m。

泵的扬程表征泵本身的性能，只和泵进出口法兰处的液体的能量有关，而和泵装置无直接关系。但是,利用能量方程，可以用泵装置中液体的能量表示泵的扬程。

一般情况下，卧式离心泵的扬程是以泵轴中心线为界，轴线一侧是吸水管，把水吸上来，轴线另一侧通过出水管把水压出去。水泵把水吸上来的高度，叫吸水扬程，简称吸程，用符号H吸表示；水泵能把水压出去的高度，叫做压水扬程，或称出扬程，用符号H出表示。所以水泵扬程是吸水扬程和出水扬程之和。

即H=H吸+H出

3、转速n

转速是泵轴单位时间的转速，用符号n表示，单位是r/min。一般来说，口径小的泵转速高，口径大的泵转速低。

4、功率

泵的功率Pa通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用Pa表示。

泵的轴功率Pa应通过测定转速和扭转力矩得出，或由测量与泵直接连接的已知效率η的电动机（原动机）的输入功率Pa来确定。已知电动机效率ηmot泵的轴功率Pa为：

Pu = Pa X η

泵的有效功率又称输出功率，用Pu表示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。

因为扬程是泵输出的单位重量液体从泵中获得的有效能量，所以扬程和质量流量及重力加速度的积，就是单位时间内从泵中输出液体所获得的有效能量----泵的有效功率。

Pu=γQH/1000=ρgQH

式中若液体重度的单位为Kgf/m3，则Pu=γQH/102

5、效率

效率是标志水泵传递功率的有效程度，它是水泵有效功率与轴功率的比值。效率是水泵的一项重要技术经济指标。用符号η表示。

因为水泵存在着机械、容积、水力等各种损失，所以水泵的有效功率总是比轴功率小。因此，泵内损失功率越小，泵的效率就越高，相反，泵内损失功率越大，泵的效率就越低。计算功式为η=Pu/Pa

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