水泵基础知识概论

水泵基础知识概论王万生第一章水泵的基础知识•第一节水泵的用途及类型•一、泵的定义：•“泵”是一种能够进行能量转换的机械。•它能把原动机的机械能传送给被抽送的流•体，使流体的能量增加，从而使流体从低处•提升到高处或压送到用水地点。所以也可以•说“泵”是一种能抽送能量流体的机械。•“泵”能抽送的流体是：水、油、酸碱溶液、液态金属、纸浆、泥浆等。用于抽水的泵叫水泵。•泵的用途非常广泛。第二节水泵的分类•一、从转换能量的方式来分，通常可分为有转子泵和无转子泵两大类。•1、有转子泵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（容积泵又分为往复式和回转式两种）、漩涡泵；2、无转子泵则是靠工作流体（液体或气体）把工作能量转换为提升或压送液体的能量，如水锤泵、射流泵、内燃泵、空气扬水机等。二、根据叶轮构造及工作原理分类•1、离心泵：利用叶轮旋转产生的离心力将机械能传送给被抽送的水，增加水的压能和动能使水沿径向甩向叶轮出口的水泵称作离心泵。•2、轴流泵：由于叶轮旋转使上下表面具有不同曲率的叶片产生张力，将机械能转换成水的压能和动能，使压力水平行于泵轴压出水泵出口，这种水泵称作轴流泵。•3、混流泵：介于离心泵和轴流泵之间，它是利用离心力和叶片升力共同作用，给水体以压能和动能，使压力水从叶轮的倾斜方向压出去。三、根据泵的结构分类•1、吸入方式：分为单吸式和双吸式两种。双吸式由双向进水，在结构上单吸式比双吸式简单。对于口径在300mm以上，流量大的泵，从消除轴向不平衡力和吸入性能来看，双吸式比单吸式优越。通常只有离心泵有双吸式结构型式。•2、叶轮的级数：在泵轴上只有一个叶轮的称作单级泵；在泵轴上有两个或两个以上叶轮的水泵称作多级泵。•3、泵轴的方向：泵轴为水平方向的为卧式泵，泵轴为垂直方向的称作立式泵，泵轴为倾斜方向的称为斜式泵。四、特殊型式的泵•1、长轴井泵：用于提取井水，多属于多级立式离心泵。•2、潜水电泵：由于与水泵配套的电动机也淹没在水中，所以占地面积小，多为单级单吸立式离心泵。•3、自吸泵：多为小口径的单级离心泵，不需要抽真空装置，起动时可以自行充水。•4、水轮泵：利用水能作动力的水轮和提水的泵轮同轴安装组合而成，潜入水中工作。第三节离心泵•一、离心泵的工作原理•离心泵是靠叶轮旋转产生的离心力来抽水的，当动力机通过水泵轴带动叶轮高速旋转时产生离心力。叶轮中的水在离心力的作用下甩向泵壳，于是叶轮中心压力降低，其压力低于进水管内的压力，水就在这个压力差的作用下通过吸水管由进水池流入叶轮。同时在泵壳的作用下，叶轮旋转使水流产生的动能大部分变成压力能，并平稳地引向出水管道。水泵叶轮不停的旋转，就可以连续不断的将水抽送至高处或远处。•离心泵与其它类型泵相比，具有结构简单，运行平稳，便于维修，效率较高等优点，因此在工农业生产中应用非常广泛。常用的离心泵有单级单吸离心泵和单级双吸离心泵。二、单级单吸离心泵•单级单吸离心泵结构简单，使用维护方便。扬程较高，流量较小。按照泵体结构，可分为悬臂式、悬架式、后开门式和直连式。•1、悬臂式泵：主要由泵盖、泵体、叶轮、轴和托架等组成。泵轴一端在托架内用滚动轴承支承，另一端安装叶轮。泵体呈涡型，与泵盖形成叶轮的工作室，泵底座和轴承体（即托架）连成一体，叶轮与泵体均悬臂在外。•2、悬架式泵:悬架式泵的底座与泵体连成一体，轴承体（即悬架）悬出在外，因而其重量较轻，水泵零件较少。•3、后开门式泵：与普通悬臂式和悬架式不同的是泵盖不在泵体的前端，而在后端与轴承体连成一体，这样在检修时，无需拆卸进出水管就可将轴和叶轮取出，所以拆装很方便。•4、直连式泵：直连式泵省去了悬架式泵的泵轴、轴承、托架、连轴器、底座等零件，泵盖和泵体铸成一体，叶轮从泵后面装入泵体，电动机与泵同轴或加一连接轴。这种泵结构简单紧凑，外形小，重量轻、拆装方便。三、单级双吸离心泵•单级双吸离心泵以SH型为单级双吸离心泵。由于双侧进水，其流量比单吸式离心泵大。这种泵实际上相当于两个相同的单吸式离心泵叶轮背靠背地装在同一根轴上工作，泵的进水和出口均在泵轴心线的下方，成水平方向，与轴线成垂直位置。由于其叶轮对称布置，因此基本上没有轴向力，不需要轴向力平衡装置。•SH型泵的泵盖和泵体分开而在轴心线上，成水平方向，故又称为水平中开泵。泵盖用双头螺栓及圆锥定位螺钉固定在泵体上，拆下泵盖就能看到泵内的全部零部件，这种结构的特点具有运行平稳，安全可靠，检修方便，泵壳变形小等优点，适用于较大流量的场合。四、离心泵的结构和零部件•离心泵由转动部分和固定部分组成。转动部分指叶轮、泵轴、轴承、联轴器等，简称转子。固定部分指泵体、轴承支架和进出水口等，简称定子。•叶轮又叫工作轮或转轮，是水泵的重要部件。水泵依靠旋转的叶轮把动力机的机械能传递给所抽送的水体，使水的压能和动能增加。离心泵的叶轮一般分为封闭式、半封闭式和开敞式三种。常用的叶轮大多数都是封闭式的，即在叶轮的两侧有封闭的轮盘，中间有6-12个扭曲型叶片，叶片与盖板内壁构成许多弯道称为叶槽。叶轮用键和正反扣螺母固定在泵轴的中间位置。用正反扣螺母的目的在于轴转动时，螺母不会自行脱落，而是越转越紧。水流由轴向吸入叶轮。离心泵的叶轮形状、尺寸，所用材料和加工工艺等对水泵的性能有决定性的影响。•离心泵的叶片大多数是向后弯曲的，这是因为后曲式叶片的动压水头在总水头中所占的比例较小。离心泵的进水叶片呈圆形，出水叶片是尖尖的，以减少水力损失。1、叶轮•泵体分为进水接管，螺旋型压水室和出水接管，它们与叶轮一起组成了水泵的过水流道。进水接管的作用是把水引向叶轮，其形状为渐缩的锥形管。壳体形状如蜗牛，通常称之为涡壳。出水接管是一个断面逐渐扩散的锥形管。泵体大多是用铸铁制造。•3、口环•也叫减漏环，承磨环。水泵旋转运动时，转动的叶轮与静止的泵壳之间必须留有一定的间隙。间隙太大使漏水量增加并使水泵入口处的水流条件恶化，降低水泵的效率。太小又会造成机械上的磨损事故。为了便于安装和维护，一般在叶轮进口处的泵壳上镶装一个金属圆环，这个圆环就叫口环，磨损后可以更换。2、泵体4、填料密封•为了防止大量的水从泵轴两端流出或空气透入泵内，避免泵轴转动时直接与泵体摩擦，在泵轴的两端各设有一筒状结构，里面加有填料（又称盘根）。填料密封由填料盒、填料、填料压盖及填料套等部分组成。填料常用油浸石棉绳或石墨等材料制成，它结构简单，取材容易，价格第廉，拆装方便。5、泵轴•泵轴的作用是把动力机的功率传递给叶轮，带动叶轮旋转。泵轴两端一般用轴承或轴瓦支承。泵轴的一端装有联轴器，与动力机连接。泵轴是带动叶轮旋转的主要部件，必须有足够的强度（承受扭转和弯曲变形）。6、轴套•为了防止泵轴与填料直接摩擦，将轴磨损，多数泵轴在穿过填料函的部位装有轴套。第二章水泵的性能参数•在水泵的铭牌上，一般标有流量、扬程、转速、功率、效率和允许吸上真空度或气蚀余量等项目。其中某一参数改变，其它各参数都受影响。且按一定的规律变化，因为这些参数可以表示水泵的性能，所以又叫做性能参数。•一、流量：又叫出水量、排水量，是指水泵在单位时间内所能抽送的水量。它可以用体积流量或重量流量来表示。通常用符号Q来表示，单位为m3/h或m3/s或l/s来表示。重量流量通常用符号G来表示，单位为N/h或kg/s。•体积流量与重量流量之间的关系为Q=G/Υ或G=ΥQ•式中Υ—液体的容重，N/m3或kN/m3•铭牌上或产品样本上的流量，是指“额定流量”，水泵在这一流量下运行时效率最高。使用水泵时，应力求水泵的出水量和额定流量相符和接近。二、扬程•1、扬程的定义•扬程又叫“水头”，是指被抽送的单位重量的液体从水泵进口到出口所增加的能量，通常用符号H来表示，单位为米。•对一台水泵而言，扬程并不是一个常数，当转速不变时，扬程一般随过泵流量的增大而减小，即泵的扬程大小，只和过泵流量有关，而和管路系统、水池水位变化等外界条件无直接关系。水泵铭牌上的扬程，称作“额定扬程”，此时所对应的流量为“额定流量”，这时水泵的效率最高。•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，轴线另一侧则通过出水管把水压出去。水泵能把水吸上来的高度，叫做吸水扬程，简称吸程，用H吸表示；水泵能把水压出去的高度，叫做压水扬程，或称为出水扬程，用符号H出表示。所以，水泵的扬程，是吸水扬程和压水扬程之和。即H=H吸+H出2、扬程的确定•从使用的角度来讲，提水装置所需要的扬程（记作H需），应包括下列两部分：一部分是可以测量得到的提水高度，也就是从进水池水面到出水池水面的垂直高度，我们称它为实际扬程，用符号“H实”表示；另一部分是水经过管路时与管壁摩擦而损耗的提水高度，我们称之为损失扬程，用符号“h损”表示，所以H需=H实+h损。需要扬程只与管路特性和进水条件有关，而与水泵无关。当水泵的扬程与装置需要的扬程相等时，水泵即可稳定工作。此时，水泵的扬程，应等于实际扬程和损失扬程之和。H=H吸+H出•在确定水泵扬程时，这一点必须重视，否则，如果只按实际扬程去确定水泵的扬程，订购来的水泵扬程显然会偏低，就可能降低水泵的效率，减小流量，严重时可能抽不出水来。3、吸水扬程•吸水扬程包括实际的吸水扬程（用符号H实吸表示）和吸水损失扬程（用符号H实损表示）两部分。出水扬程也包括实际出水扬程（用符号H实出表示）和出水损失扬程（用符号h压损表示）两部分，它们之间的相互关系为：•H吸=H实吸+h吸损•H出=H实出+h出损•所以，水泵的扬程为H=H吸+H出=H实+h损•水泵的出水扬程在几米到几百米之间，而吸水扬程基本上是一定的，一般在8.5米以下。吸水扬程是确定水泵安装高度的一个重要数据。三、转速•转速是指水泵叶轮每分钟旋转的次数，用符号n表示，单位为r/min。水泵铭牌上的转速，称为额定转速。•一般说来，口径小的泵转速高，口径大的泵转速低。水泵只有在额定转速下工作时，流量、扬程、功率才能得到保证，转速改变，流量、扬程、功率也改变。它们的变化关系为•Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3•Q1、H1、N1—分别是转速为n1时的流量、扬程、功率。•Q2、H2、N2—分别是转速为n2时的流量、扬程、功率。•可见，水泵的出水量与转速成正比；扬程与转速的平方成正比；功率与转速的立方成正比。•在条件允许的情况下，也可用改变转速的方法来调节水量。四、功率•功率是指水泵在单位时间（秒）内做功的大小，用符号“N”表示，单位为KW;过去也用符号“HP”(马力）表示。它们的换算关系是•1HP=0.736KW•1KW=1.36HP•水泵的功率可分为有效功率、轴功率、配套功率三种。•（一）有效功率•有效功率是水流从水泵那里得到的净功率，也是水泵的输出功率，用符号N效表示。它可以用流量扬程计算出来。•N效=ΥQH/102（KW）•式中•Υ—水的比重，Υ=1Kg/L•Q—水泵流量，L/S;•H—水泵扬程，m。（二）轴功率•轴功率是指水泵在一定的流量和扬程下，动力机传给水泵轴上的功率，又称“水泵的输入功率”，一般在泵的性能表上或铭牌上所注的功率，就是指轴功率，用符号N轴表示。它与有效功率之间的关系是相差一个泵内损失，也就是水泵的有效功率和泵内损失功率之和为水泵的轴功率。即•N轴=N效+N损•泵内损失功率N损，主要包括以下三个部分。•（1）机械损失。泵在转动时，泵轴和轴承、填料等发生摩擦；叶轮在泵体内转动与水摩擦，叶轮盖板和叶轮壳与水摩擦等。•（2）容积损失。叶轮与泵体之间的间隙使少量高压水回流到叶轮的进口以及填料函处的泄漏等。•（3）水力损失。水流在水泵进、出水流道和叶片中流动所产生的摩擦损失、水流流速和流向的变化引起的本身互相挤压碰撞的损失和漩涡损失等。（三）配套功率•配套功率是指一台水泵应选配动力机的功率数，用符号N配表示。•配套功率与轴功率的区别，主要是考虑要比轴功率多一个传动损失的功率和为保证安全运行而应取的安全量。因此，配套功率一般取轴功率的1.1—1.3倍。•五、效率•效率是标志水泵传递功