技术交流丨泵的基本知识整理

水泵类设备约占机械设备总投资的15%以上，而且从能耗讲也是主要耗能设备，所以是主要的动力设备。

1   泵的定义：

通过将机械能转换为液体能量，并用于输送液体的机械设备。

2   水泵分类：

由于输送的水量、距离、扬程以及介质不同，污水厂水泵类设备有各种不同的形式，主要可分为：叶片泵、容积泵和其他类型泵，如螺旋泵等。

2.1叶片泵

叶片式水泵在水泵中是一个大类，它是依靠叶轮的高速旋转以完成其能量的转换。叶轮中叶片不同，导致水流所受质量力不通，水流流出叶轮方向也就不同，根据叶轮出水水流方向可将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流三种，液体质点在叶轮中流动时分别主要受到离心力、轴向升力以及和两种力的共同作用。对应地，分别称为离心泵、轴流泵和混流泵。

在污废水处理系统中主要使用的水泵是叶片泵。其中，离心泵由于具有效率高、 启动迅速、工作稳定、性能可靠和容易调节等优点，故而最为普遍。离心式水泵在  启动前，必须在泵壳和吸入管都充满水。离心泵的种类也很多，一般分类如下：

2.2容积泵

容积泵是依靠泵内机械运动的作用，使泵内工作室的容积发生周期性的变化，对液体产生吸入和压出的作用，使液体获得能量，实现对液体的增压和输送。其形式有：往复式（活（柱）塞泵和隔膜泵）、回转式（齿轮泵和螺杆泵）。

2.3其他类型泵

指除叶片泵和容积泵以外的一些特殊类型的泵，如射流泵、水锤泵、水环式真  空泵等。这些泵的工作原理各不相同，如射流泵是利用气体或者液体在一种特殊的管段（喉管）中运动，产生负压的抽吸作用产生负压输送液体；水锤泵是利用水流从高处下泄的冲力，在阀门突然关闭时产生的水锤压力，把水送到更高的位置。

3   泵的性能参数

我国规定，泵的型号一般由数字与汉语拼音两部分组成，数字表示该泵的吸入口直径、排出口直径、流量、扬程等，拼音字母表示该泵的类型、结构等。上述型号参数等均标示在设备铭牌上。由于大部分水泵的型号、类型、结构等的拼音字母构成有生产企业各自确定，所以即便水泵的类型相同，表示方法也并不一致。

常用泵的性能一般由流量、扬程、功率以及转速、效率、吸入口直径、排出口直径、泵叶轮直径等参数组成。在设备选择时，主要考察泵的流量、扬程、功率、允许吸上真空高度等参数。

3.1流量   Q

单位时间内抽吸或排出的水量，m3/h或 L/s。叶片泵流量与扬程成反比，容积泵流量与扬程无关。

3.2扬程   H

单位质量的液体，从泵进口到泵出口的能量增值为泵的扬程，mH2O或 Pa。

1atm=1Kgf/cm2(公斤)=1bar=760mmHg=10mH2O=105Pa=0.1MPa。1mH2O=10kPa

3.3允许吸上真空高度  Hs

指当泵轴线高于水池液面时，为了防止发生气蚀现象，所允许的泵轴线距吸水池液面的垂直高度，即在一个标准大气压下、水温为 20℃，时水泵进口处允许达到的最大真空高度，单位 m。Hs 也是随 Q 变化的，一般来说，Q 增大，Hs 降低。当泵轴线低于水池液面时，可不考虑此项。

3.4转速   z

指泵轴在单位时间内的转数，r/min。

3.5功率与效率

泵的功率分为有效功率和轴功率。有效功率又称为输出功率，Ne，kW。轴功率又称为输入功率，N，kW。

泵的效率是衡量泵工作经济性的指标，又称为泵的总效率，η=(Ne/N)*100%。效率可以反映泵中能量利用的情况，因为泵在工作时存在各种能量的损失（包括机械损失、容积损失、水力损失），不可能将原动机输入的功率全部变成液体的有效功率。η越高，说明能量利用率越高，损失越小。一般取η=0.85-0.9。

4   离心泵

4.1 离心泵的主要零部件

离心泵是由许多零件组成，下面以污水处理工程中常用的单机单吸式离心泵为例，来说明各零件的作用、材料和组成。

4.1.1  叶轮（又称工作轮）

叶轮的形状和尺寸是通过水力计算来决定的。选择叶轮材料时，要考虑机械力强度、耐磨和耐腐蚀性能。目前多数叶轮采用铸铁、铸钢和青铜制成。

叶轮分为单吸式和双吸式。一般大流量离心泵多采用双吸式叶轮。

叶轮按其盖板情况又分为封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮三种。封闭式  叶轮应用最广，这种叶轮一般有 6-8 个叶片，多的可至 12 片。一般抽升含有悬浮物的污水泵中，为了避免堵塞，有时采用开式或者半开式叶轮，这种叶轮叶片少，一般是 2-5 片。

4.1.2  泵轴

泵轴是用来旋转叶轮的，常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴要求有足够的抗扭强度和足够的刚度。叶轮和泵轴用键来连接。键是转动体之间的连接件，离心泵中一般采用平键。

4.1.3  泵壳

离心泵的泵壳通常铸成蜗壳形，其过水部分要求具有良好的水力条件。

4.1.4  泵座

泵座上有与底板或者基础固定用的法兰孔。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔， 以便在水泵启动时用来灌水及排走泵壳内的空气。另外还有真空表及压力表测压螺孔、放水螺孔、泄水螺孔等。

叶轮和泵轴是离心泵的转动部分，泵壳和泵座是固定部件，此两者之间存在着 3 个交接部分，它们是：泵轴和泵壳之间的轴封装置为填料盒，叶轮与泵壳内壁接缝处的减漏装置为减漏环，泵轴与泵座之间的转动连接装置为轴承座。

4.1.5  轴封装置

轴与壳之间存在间隙，如不采取措施，就有可能导致液体外泄（如单吸式离心泵）或者吸入大气（如双吸式离心泵）。为此，需在轴与壳之间的间隙处设置密封装置，称之为轴封。目前，应用较多的轴封装置有填料密封、机械密封。

(1)填料密封：填料密封在离心泵中得到广泛的应用。近年来它的形式很多，较常见的是压盖填料密封，由轴封套、填料、水封管、水封环及压盖等 5 个部件组成。填料又名盘根，在轴封装置中起着阻水和阻气的密封作用。常用盘根是浸油、浸石墨的石棉绳盘根。近年来，也出现了各种耐高温、耐磨损以及耐强腐蚀的盘根，如用碳素纤维、不锈钢纤维及合成树脂纤维编织成的填料等。盘根是由压盖来压紧的，压盖压的松紧程度要适宜，一般以水封管内水能通过填料缝隙呈滴状渗出为宜。

填料密封结构简单，运行可靠，但寿命不长，对有毒、有腐蚀性及贵重的液体不能保证不泄露。

(2)机械密封：又称端面密封，分为非平衡型、平衡型等许多种类。

4.1.6  减漏环

叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处存在一个转动接缝，它正是高低压交界面，且具有相对运动的部位，很容易发生泄漏。同时在接缝间隙处很容易发生叶轮与泵壳间的磨损现象。为减少泵壳内高压水向吸水口的回流量，同时延长叶轮和泵壳的使用寿命，通常在接缝处镶嵌一个金属的口环，称为减漏环或者承磨环，是一个易损件。

4.1.7  轴承座

轴承座是用来支承轴的，水泵常用的轴承为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承依载荷大小滚动轴承可分为滚珠轴承和滚柱轴承。依载荷特性又分为径向式轴承、止推式轴承以及径向止推轴承。

4.1.8  联轴器

电动机的出力是通过联轴器来传递给水泵的。联轴器又称为“靠背”轮，有刚性和挠性两种。刚性联轴器常用于小型水泵机组和立式泵机组的连接。挠性联轴器一般用于大、中型卧式泵机组的连接。

4.1.9  轴向力平衡措施

单吸式离心泵，由于其叶轮缺乏对称性，工作时叶轮两侧作用的压力不相等， 在叶轮上作用有一个推向吸入口的轴向力△p，这种轴向力特别是对于多级式单吸离心泵来讲，数值相当大，必须采用专门的轴向力平衡装置来解决。一般采取在叶轮的后盖板上钻开平衡孔并在后盖板上加装减漏环。此方法虽然会使水泵的效率有所降低，但在一般的单级单吸式离心泵中，应用仍然是很广的。

4.2离心泵的性能曲线

对于废水处理厂的运行人员，了解水泵的性能曲线，才能对泵的运行进行正确有效的调度管理。性能曲线表示了水泵的流量、扬程、功率等特性参数之间的变化关系。各种水泵的性能曲线都可以在该泵的样本及说明书中找到，了解性能曲线后，就可以控制水泵在较高效率的工况下运行。

离心泵的性能曲线绘制：定转速n 等条件下，逐渐开启泵出口阀门以改变流量Q，测定不同流量 Q 下，泵的 N、H、η，从而绘制出泵的特性曲线。

水泵的效率η越高，则同等电耗下抽升水量越大或者同等水量下电耗越低，所以在运行时，在满足扬程的前提下，尽可能使水泵运行在效率最高点左右的流量范围内(效率最高点的工况为最佳工况)。为达到此目的，常采用以下几种措施：更换叶轮或者切削叶轮；改变水泵转速；利用阀门进行水量调节。但采用第三种方法时会增大吸入管的阻力，浪费较多的能量。

离心泵的流量调节：

(1)改变泵的出口阀门开度：阀开大则 Q 增大，H 降低；阀关小则 Q 减小，H 增高。特点是操作方便，普遍采用，但是能量损失大。

(2)出口旁路分流调节：简单方便，但是不经济。

(3)改变泵的转速：n 提高，Ｑ、Ｈ均提高。需调速机构或者更换电机。(4)切割叶轮：叶轮被切小后，Q、H 均降低。但叶轮切割后不可恢复。

(5)串、并联调节：多泵串联，Q 不变，H 增高(Q 总= Q1=Q2,H 总=H1+H2)；多泵并联， H 不变，Q增大(H 总=H1=H2, Q 总= Q1+Q2)。实际并非如此，均有损失。要考虑好各泵的匹配。

4.3离心泵的气蚀与安装

产生气蚀的具体原因有以下几种：

1)  泵的安装位置高出吸液面太大，即泵的几何安装高度过大；

2)  泵安装地点的大气压较低，如安装在高海拔地区；

3)  泵所输送的液体温度过高；

4)  集水井吸水口的液位过低，造成空气与水同时被吸收入。

如上所述，正确决定泵吸入口的压强（允许吸上真空高度），是控制泵在运行时不发生气蚀的关键。落实到实际使用中，则是要控制好泵与吸液面的相对高度 Hg。

4.4 离心泵的选用

4.4.1  离心泵类型

清水泵（IS、D、Sh 型）：适于输送清水、物化性质类似于水的清洁液体。

IS 型：单级单吸悬臂式水泵，应用最广。扬程 8-98m，流量 4.5-360m3/h。

D 型：多级泵，适于流量不太大但要求压头较高。扬程14-351m，流量10.8-850m3/h。

Sh 型：双吸泵，适于流量大但要求压头不高。扬程 9-140m，流量 120-12500m3/h。

(2)耐腐蚀泵（F型）：适于输送酸、碱等腐蚀性液体。与液体接触部位采用耐腐蚀材料制造，一般采用机械密封装置。扬程 15-105m，流量 2-400m3/h。

(3)油泵（Y 型）：适于输送石油产品。特殊要求是密封性能好，输送高温油品时还要有冷却系统。扬程 60-600m，流量 6.25-500m3/h。

(4)杂质泵(P型)：适于输送悬浮液和浆液等。又分为污水泵（PW）、泥浆泵（PN）等。特殊要求是不易被杂质堵塞、耐磨及易拆洗等，因此叶轮道宽、叶片少、常用开式或者半闭式叶轮。

4.4.2  离心泵的选用

(1)根据输送液体的性质和操作条件，确定离心泵类型。

(2)确定流量和压头。按生产任务确定流量后，根据管路安排利用伯努利方程计算在最大流量下管路所需的压头。

(3)选择泵的型号。根据(2)选出具体型号，并列出该泵的各种性能参数。

(4)核算轴功率。若输送的液体密度大于水的密度，应核算泵的轴功率。

5  潜水泵

潜水泵由潜水电动机、泵体、出水弯管、扬水管组成，适于输送含有一定杂质的污水。目前市场上供应的潜水泵分为清水泵和污水泵，大中型潜污泵常用于进水提升和回流污泥或者剩余污泥的排放，小型潜污泵可随时移动作业，可排各种池中积水。

6  容积泵

容积泵适用于小流量、高扬程、工作介质杂质含量较高或者粘度较大的工作条件，以及计量加药等场合。

隔膜泵分为气动隔膜泵和电动隔膜泵两种。

计量泵属于往复式容积泵，分为柱塞式计量泵、液压隔膜式计量泵、机械隔膜式计量泵。

螺杆泵特性是流量和压力的脉动较小、噪声不大、使用寿命长、有自吸能力、结构简单。根据需要可设计成单、双、三及五螺杆泵。

来自：暖通南社

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