水泵原理详细介绍

        借动力设备和传动装置或利用自然能源将水由低处升至高处的水力机械。广泛应用于农田灌溉、排水以及农牧业、工矿企业、城镇供水、排水等方面。用于农田排灌、农牧业生产过程中的水泵称农用水泵，是农田排灌机械的主要组成部分之一。

        类型根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量，主要有活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、隔膜泵、螺杆泵等类型。叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。潜水电泵的泵体部分是叶片泵。其他类型的水泵有射流泵、水锤泵、内燃水泵等，分别利用射流水锤和燃料爆燃的原理进行工作。水轮泵则是水轮机与叶片泵的结合。

        上述各类水泵中以下列各式较具代表性。离心泵是利用离心力的作用增加水体压力并使之流动的一种泵。由泵壳、叶轮、转轴等组成。动力机带动转轴，转轴带动叶轮在泵壳内高速旋转，泵内水体被迫随叶轮转动而产生离心力。离心力迫使液体自叶轮周边抛出，汇成高速高压水流经泵壳排出泵外，叶轮中心处形成低压，从而吸入新的水流，构成不断的水流输送作用。叶轮具有逆旋转方向弯曲的叶片，其结构型式有封闭式、半封闭式和敞开式3种,农用的多为封闭式叶轮，叶片两侧由圆盘封闭。泵体沿出水管方向逐渐扩张成蜗壳形。

        水流自叶轮一面吸入的称单吸离心泵，自叶轮两面吸入称双吸离心泵。为增加扬程，可将多个叶轮装在同一轴上成为多级离心泵。由前一叶轮排出的水进入后一叶轮的进水口，增压后再从后一叶轮排出，因而叶轮数愈多，压力愈高。 有的离心泵带有能自动排除吸水管和泵体内空气的装置，在起动前无需向泵体灌水，称自吸离心泵，但其效率常低于一般离心泵。 离心泵在农田排灌和农牧业供水中应用最广。多用于扬程高而流量小的场合。单级离心泵的扬程为5～125米，排出的流量均匀,一般为6.3～400米3/小时,效率约可达86～94%。

        轴流泵由泵壳、叶轮和转轴等机件构成。也称螺桨泵。叶轮上有螺旋桨状的叶片若干，当叶轮随转轴一起被动力机械驱动旋转时，各叶片将水推向一端，同时又在另一端从水源吸取水，使水产生沿着平行于转轴方向的连续流动，达到不断输送水流的目的。水流压力因叶轮转动作用而提高。由叶轮出来的旋转水流通过固定导叶后，消除了旋转分速度，并由于扩散作用而使其部分动能转换成压力能,推动泵壳内的水流沿轴向上升,由出水管流出。

        轴流泵多用于扬程低而流量大的场合，扬程范围1～25米左右;流量2.7～60.0米3/秒，效率可达85～90.5%。安装方式有立式、卧式和斜式3种,其中以立式轴流泵应用较多(图2)。大型轴流泵叶轮轮毂上的旋桨叶片的安装角度可以调节，或借液压传动的转轴在运行中随时间调节，以适应扬程及流量变化的要求，获得较高的生产率，故称可调式轴流泵。 贯流泵是卧式轴流泵的一种。由电动机、减速装置和水泵组成一整体，装设在水下堤坝内部的机坑内，其进出水流道位于一条直线上，近似直圆筒形，水力损失少，提水效率高，且结构紧凑，安装、检修方便，泵站工程简单。

        圬工泵是一种低扬程轴流泵，除叶轮及其外围的泵壳用金属材料制成以外，进水流道和出水流道均采用砖石或混凝土结构，其扬程在2米以下,流量大、结构简单、造价低、效率高。适用于低洼地区的排涝和灌溉。混流泵构造和工作原理兼有离心泵和轴流泵两种类型的特点的一种水泵。叶轮被动力机械带动旋转时，叶片一方面推动着水体，同时又驱使水体旋转产生离心作用。 水体在叶片的推力和离心力的作用下产生流动和提高压力。水流由轴向流入叶轮后沿叶片斜向流出，常用于输送排量较大而压力中等的场合。通常有蜗壳式和导叶式两种类型。

        蜗壳式混流泵的结构同离心泵相似，利用蜗壳形流道将水流通过叶轮后获得的动能转换为压力能，一般中、小型混流泵多采用蜗壳式结构。导叶式混流泵也称斜流泵，其结构与轴流泵相似，具有径向尺寸较小，结构简单轻便等特点。大型混流泵以导叶式居多，其叶片的安装角度一般也能调节。混流泵的扬程范围一般为3～10.5米，起动功率较低，能适应水位的变化,流量为0.1～50米3/秒;效率可达64～86%。20世纪70年代以来，大型混流泵的发展速度较快，在许多场合有取代大型轴流泵的趋势。长轴深井泵多数是一个立式单吸离心泵，其叶轮装在井中动水位以下，动力机设置在井上，通过传动长轴驱动叶轮在导流壳内旋转，水流沿导流壳与叶轮之间的流道，经输水管向上提升到地面。扬程高时可采用多个叶轮串联的多级离心泵。由于传动长轴的制造和安装精度要求较高，效率随井深的增加而显著降低，因而一般只用于不超过100米的深井。

        潜水电泵泵体叶轮和驱动叶轮的电机都潜入水中工作的一种水泵，有深井用和作业面用两种。深井用潜水电泵通过伸入井中的电缆向电机供电，免去了传动长轴，因而结构紧凑,重量轻,安装、使用和转移方便，在有电源地区有取代长轴深井泵的趋势，但对含沙量大的水井和无电源地区不适用。 潜水电泵用的电动机有干式(电机全部密封)、半干式(电机的定子密封，而转子在水中运转)、充油式(电机内部充油以防水分侵入绕组)和湿式(电机内部充水，定子和转子都在水中运转)等类型。前3种都需要密封且制造安装精度要求较高,因而农用深井潜水电泵通常采用湿式电动机，其定子绕组采用耐水绝缘导线或在定子绕组端部及槽内浇注合成树脂，水进入电机内部影响不大,密封结构可大大简化,只要求防砂。有的深井潜水电泵扬程高达1400米，最大流量达1.4米3/秒。

        射流式深井泵通常是由射流泵和离心泵配以相应套管组成。用于从30米以内的深井中提水。射流泵的工作原理是使压力通过喷嘴喷射到喉管的入口处，由于射流的横向紊动扩散作用，带走吸水管内的空气，使管内形成真空，井水被吸入并与射流水在喉管内混合，进行能量交换。在喉管的出口处二者的流速趋近一致，再通过扩散管将大部分动能转换为压力能，使水压进一步提高，最后从排水管排出。