各類水泵原理介紹

　　水泵是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。衡量水泵性能的技術參數有流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等；根據不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量；葉片泵是利用回轉葉片與水的相互作用來傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。借動力設備和傳動裝置或利用自然能源將水由低處升至高處的水力機械。廣泛應用于農田灌溉、排水以及農牧業、工礦企業、城鎮供水、排水等方面。用于農田排灌、農牧業生產過程中的水泵稱農用水泵，是農田排灌機械的主要組成部分之一。

 

　　類型

 

　　根據不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量，主要有活塞泵、柱塞泵、齒輪泵、隔膜泵、螺桿泵等類型。葉片泵是利用回轉葉片與水的相互作用來傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。潛水電泵的泵體部分是葉片泵。其他類型的水泵有射流泵、水錘泵、內燃水泵等，分別利用射流水錘和燃料爆燃的原理進行工作。水輪泵則是水輪機與葉片泵的結合。上述各類水泵中以下列各式較具代表性。

 

　　離心泵

 

　　離心泵在農田排灌和農牧業供水中應用最廣。多用于揚程高而流量小的場合。單級離心泵的揚程為5～125米，排出的流量均勻，一般為6.3～400米3/小時，效率約可達86～94％。離心泵是利用離心力的作用增加水體壓力并使之流動的一種泵。由泵殼、葉輪、 轉軸等組成。動力機帶動轉軸，轉軸帶動葉輪在泵殼內高速旋轉，泵內水體被迫隨葉輪轉動而產生離心力。離心力迫使液體自葉輪周邊拋出，匯成高速高壓水流經泵殼排出泵外，葉輪中心處形成低壓，從而吸入新的水流，構成不斷的水流輸送作用。葉輪具有逆旋轉方向彎曲的葉片，其結構型式有封閉式、半封閉式和敞開式3種，農用的多為封閉式葉輪，葉片兩側由圓盤封閉。泵體沿出水管方向逐漸擴張成蝸殼形。水流自葉輪一面吸入的稱單吸離心泵，自葉輪兩面吸入稱雙吸離心泵。為增加揚程，可將多個葉輪裝在同一軸上成為多級離心泵。由前一葉輪排出的水進入后一葉輪的進水口，增壓后再從后一葉輪排出，因而葉輪數愈多，壓力愈高。有的離心泵帶有能自動排除吸水管和泵體內空氣的裝置，在起動前無需向泵體灌水，稱自吸離心泵，但其效率常低于一般離心泵。

 

　　軸流泵

 

　　由泵殼、葉輪和轉軸等機件構成。也稱螺槳泵。葉輪上有螺旋槳狀的葉片若干，當葉輪隨轉軸一起被動力機械驅動旋轉時，各葉片將水推向一端，同時又在另一端從水源吸取水，使水產生沿著平行于轉軸方向的連續流動，達到不斷輸送水流的目的。水流壓力因葉輪轉動作用而提高。由葉輪出來的旋轉水流通過固定導葉后，消除了旋轉分速度，并由于擴散作用而使其部分動能轉換成壓力能，推動泵殼內的水流沿軸向上升，由出水管流出。軸流泵多用于揚程低而流量大的場合，揚程范圍1～25米左右；流量2.7～60.0米3/秒，效率可達85～90.5％。安裝方式有立式、臥式和斜式3種，其中以立式軸流泵應用較多（圖2）。 大型軸流泵葉輪輪轂上的旋槳葉片的安裝角度可以調節，或借液壓傳動的轉軸在運行中隨時間調節，以適應揚程及流量變化的要求，獲得較高的生產率，故稱可調式軸流泵。

 

　　貫流泵是臥式軸流泵的一種。由電動機、減速裝置和水泵組成一整體，裝設在水下堤壩內部的機坑內，其進出水流道位于一條直線上，近似直圓筒形，水力損失少，提水效率高，且結構緊湊，安裝、檢修方便，泵站工程簡單。圬工泵是一種低揚程軸流泵，除葉輪及其外圍的泵殼用金屬材料制成以外，進水流道和出水流道均采用磚石或混凝土結構，其揚程在2米以下，流量大、結構簡單、造價低、效率高。適用于低洼地區的排澇和灌溉。

 

　　長軸深井泵

 

　　多數是一個立式單吸離心泵，其葉輪裝在井中動水位以下，動力機設置在井上，通過傳動長軸驅動葉輪在導流殼內旋轉，水流沿導流殼與葉輪之間的流道，經輸水管向上提升到地面。揚程高時可采用多個葉輪串聯的多級離心泵。由于傳動長軸的制造和安裝精度要求較高，效率隨井深的增加而顯著降低，因而一般只用于不超過100米的深井。

 

　　潛水電泵

 

　　泵體葉輪和驅動葉輪的電機都潛入水中工作的一種水泵，有深井用和作業面用兩種。深井用潛水電泵通過伸入井中的電纜向電機供電，免去了傳動長軸，因而結構緊湊，重量輕，安裝、使用和轉移方便，在有電源地區有取代長軸深井泵的趨勢，但對含沙量大的水井和無電源地區不適用。潛水電泵用的電動機有干式（電機全部密封）、半干式（電機的定子密封，而轉子在水中運轉）、充油式（電機內部充油以防水分侵入繞組）和濕式（電機內部充水，定子和轉子都在水中運轉）等類型。前3種都需要密封且制造安裝精度要求較高，因而農用深井潛水電泵通常采用濕式電動機，其定子繞組采用耐水絕緣導線或在定子繞組端部及槽內澆注合成樹脂，水進入電機內部影響不大，密封結構可大大簡化，只要求防砂。有的深井潛水電泵揚程高達1400米，最大流量達1.4米3／秒。

 

　　射流式深井泵

 

　　通常是由射流泵和離心泵配以相應套管組成。用于從30米以內的深井中提水。射流泵的工作原理是使壓力通過噴嘴噴射到喉管的入口處，由于射流的橫向紊動擴散作用，帶走吸水管內的空氣，使管內形成真空，井水被吸入并與射流水在喉管內混合，進行能量交換。在喉管的出口處二者的流速趨近一致，再通過擴散管將大部分動能轉換為壓力能，使水壓進一步提高，最后從排水管排出。

 

　　射流式深井泵有兩種組合類型：①將射流泵同離心泵并聯，離心泵通過管路將壓力水送入射流泵，射流泵將這部分水與被吸水一同向上提升，從而使小流量的高壓水轉換成大流量的低壓水，主要用于地面灌溉和渠道清淤等；②將射流泵和離心泵串并聯，使射流泵給離心泵加壓，提高其吸程，而將離心泵的出水量分出一部分提供給射流泵，其余部分送入壓水池或壓力管路，其出水壓力較高，主要用于噴灌設備和農牧業供水。同潛水電泵和長軸深井泵相比，射流式深井泵具有結構簡單、工作可靠、制造方便、成本低等特點；但效率較低，相同工況下的電耗較高。

 

　　螺桿泵

 

　　依靠螺桿轉動時泵腔容積的變化吸入和輸送水體的一種容積泵。有單螺桿、雙螺桿和多螺桿等類型。在農業中使用的是單螺桿泵，其泵腔由鋼制螺桿和固定安裝在泵殼內的橡膠套管組成。具有單螺距的螺桿在具有雙螺距內螺旋的套管內轉動，兩者間形成的空腔由吸入端移動到出口端，從而形成連續的水流。由于其結構簡單、體積小、拆裝容易、工作可靠，自吸性能好，多用于移動式噴灌系統。

 

　　手動隔膜泵

 

　　用于低揚程、小流量的提水作業，由泵體、 進出水管、進出水閥門、 隔膜和推拉桿等組成。泵體可由一個或兩個泵腔組成。具有兩個泵腔的隔膜泵，其隔膜設置在泵體的中央，或兩個隔膜分別裝在分隔的兩個泵腔外側。工作時由兩人用手操縱與隔膜相連的推拉桿，推動隔膜作壓進和張開的往復運動，使兩個泵腔的容積交替擴大和縮小。當泵腔擴大時，壓力減小，進水閥開啟出水閥關閉，水從進水管流入泵腔；當泵腔縮小時，壓力加大，進水閥關閉，出水閥開啟，泵腔內的水從排水管流出，兩個泵腔交替吸水和排水，每小時可提水10～20噸。