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泵的基本知識

更新時間：2024-02-19

本章重點(diǎn)：通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)員熟練掌握葉片泵的分類、單級單吸懸臂式離心泵和軸流泵的構(gòu)造、葉片泵的新型號等；掌握水泵的定義、雙吸式離心泵的構(gòu)造和葉片泵的特點(diǎn)及適用場合等；了解水泵分類、是雙吸式、多級式離心泵及混流泵的構(gòu)造、水泵與水泵站的作用、泵站基本類型等。水利水電類專業(yè)的學(xué)員還應(yīng)掌握機(jī)電提水排灌工程的適用場合等，了解機(jī)電提水排灌工程的概念、我國機(jī)電提水事業(yè)的發(fā)展簡史、當(dāng)前機(jī)電提水排灌工程中要解決的問題等。

節(jié) 水泵與水泵站在國民經(jīng)濟(jì)中的作用

一、水泵與水泵站在國民經(jīng)濟(jì)中的作用

水利是農(nóng)業(yè)的命脈。機(jī)電提水是整個水利事業(yè)中的一個重要組成部分，是抗御水旱災(zāi)害，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施之一，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)村電氣化的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

無論是電力高壓鍋爐的給水、循環(huán)水、冷凝水、水力清渣、城市給水排水、采礦的坑道排水、水力采礦、施工中的基坑排水及水力施工、石油及天然氣管道輸送工程、石油的注水、城市地下注水，還是醫(yī)療衛(wèi)生、國防建設(shè)、交通運(yùn)輸、化工、冶金，特別是農(nóng)業(yè)的灌溉和排水，都離不開水泵站，可以毫不夸張地說水泵與水泵站對于抗御旱澇漬等自然災(zāi)害，改善生產(chǎn)生活條件，提高勞動生產(chǎn)率，確保高產(chǎn)高效，促進(jìn)四個現(xiàn)代化，都起到了不可估量的重要作用，隨著社會的發(fā)展和人類的進(jìn)步，水泵與水泵站將起著越來越大的作用。

二、水泵與水泵站在農(nóng)田提水事業(yè)中的作用

（一）機(jī)電提水排灌工程的概念

機(jī)電提水排灌工程系指利用機(jī)電提水設(shè)備及其配套建筑物進(jìn)行農(nóng)田排水和灌溉的工程。它通常包括提水水利系統(tǒng)、電力輸配系統(tǒng)以及聯(lián)系以上兩個系統(tǒng)的泵站樞紐。

（二）機(jī)電提水排灌工程的適用場合

機(jī)電提水排灌工程與自流提水工程相比，一般無需修建大型擋水或引水建筑物，受水源、地形、地質(zhì)等條件的影響較小，在絕大多數(shù)情況下，它均能限度地及時地滿足用水部門的要求；它具有工期短、受益快、一次投資小、成本回收期短、效益高等優(yōu)點(diǎn)。尤其是改革開放來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器制造業(yè)和能源工業(yè)的高度發(fā)展，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對提水要求的日益提高等原因，機(jī)電提水排灌工程已由過去的小型、分散、手動等配套性的田間工程，逐步地向大面積，大中小匹配，多種目標(biāo)和多種功能，高度自動化的主體性水源工程發(fā)展。

機(jī)電提水排灌工程主要適用以下場合：

1. 無法自流例如利用井、塘、河流、湖泊等的水源進(jìn)行灌溉；發(fā)展高地灌溉以及排除洼甸漬水等。

2. 自流不可取雖然可以自流，但是自流經(jīng)濟(jì)上不合理，或技術(shù)上不可行。例如自流需修建大型擋水建筑物、或過長的引水工程、或需要修建過多或過大的跨越建筑物或落差建筑物、或需要穿越很多地形或地質(zhì)條件不好的地帶使施工不便、或渠系需要壓廢大量良田、或本身屬于臨時工程等。

3. 兩者互補(bǔ) 例如自流灌區(qū)的機(jī)械排水、自流排水的機(jī)械灌溉、外河水位較高時自灌機(jī)排、外河水位較低時自排機(jī)灌等。

4. 跨流域調(diào)水例如南水北調(diào)工程、引黃濟(jì)津工程、引灤濟(jì)津工程等。

5. 噴灌滴灌這樣的工程實(shí)例很多，不再一一列舉。

6. 提水蓄能發(fā)電利用電力系統(tǒng)的非峰荷期間向水庫提水，在峰荷期間利用抽水機(jī)組發(fā)電，從而拉平電力系統(tǒng)的負(fù)荷，用以調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷和回收能量。

三、水泵與水泵站在城市（鎮(zhèn)）給排水工程中的作用

在給水系統(tǒng)中，水泵站是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要樞紐。原水由取水泵站從水源取水并輸送到水廠，凈化后再由加壓泵站輸送到室外管網(wǎng)，對于高層建筑還需要水泵進(jìn)一步加壓，預(yù)沉池或澄清池內(nèi)沉淀的泥沙有時需用排泥泵站排放，有的工程還需要安全泵站等。

在排水系統(tǒng)中，水泵站也是保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要樞紐。城市排出的污水或廢水，經(jīng)排水管渠系統(tǒng)匯集后流入集水井，需要用水泵站抽送到污水處理廠，處理后的廢水有時需要用水泵站排入水體，沉淀的污泥有時需用排泥泵站排放到下游水體。

第二節(jié) 提水事業(yè)發(fā)展簡介

一、我國機(jī)電提水事業(yè)的發(fā)展簡介

（一）我國機(jī)電提水事業(yè)的發(fā)展簡介

我國是一個地大物博、歷史悠久的國家。早在公元前3000～4000年的仰韶文化時期，就發(fā)明了尖底帶耳陶罐，用系繩從井或河流中提水，公元前16～17世紀(jì)商代就制造出了戽斗，公元前770～476年春秋時代制造了符合杠桿原理的桔槔，隨后又發(fā)明了符合絞盤原理的轆轤，公元 69年西漢的景發(fā)明了水車，公元80年東漢的楊琳發(fā)明了水力鼓風(fēng)機(jī)，公元168～189年東漢末年制造了汲水量較大的龍骨車，公元230年東漢的杜詩發(fā)明了水排，公元800年唐代由于輪轂機(jī)械的發(fā)展和水排的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了筒車，使連續(xù)提水有了可能，并可利用水力資源作動力，公元1276～1368年元代開始用畜力帶動翻車，筒車也有了高轉(zhuǎn)式，到了明末，還創(chuàng)制了構(gòu)造比較復(fù)雜的斗子水車——八卦水車。這些提水工具和機(jī)械的發(fā)明與創(chuàng)造，不僅促進(jìn)了國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有的還流傳到國外，對世界做出了重要貢獻(xiàn)。

但在半封建半殖民地的舊中國，由于帝國主義、封建主義、官僚資本主義的壓迫和剝削，束縛了生產(chǎn)力的發(fā)展，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)瀕臨破產(chǎn)，廣大農(nóng)民無力購置機(jī)械，使提水工具的發(fā)展陷于停滯狀態(tài)。

在20世紀(jì)初我國才開始運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行提水。首先在杭（州）嘉（興）湖（州）地區(qū)以及太湖附近，采用了小型的抽水機(jī)和小型煤氣機(jī)拖帶龍骨車進(jìn)行提水灌溉。1924年江蘇和天津開始使用電動機(jī)驅(qū)動水泵。

建國初期，機(jī)電提水動力僅有9.42×104，提灌面積22.5×104，約占當(dāng)時灌溉總面積2480×104的1.02%。機(jī)電提水動力不僅數(shù)量少，而且在質(zhì)量上也是很落后。

解放以來，隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，各類農(nóng)田旱澇保收標(biāo)準(zhǔn)不斷提高、高原灌區(qū)大力發(fā)展、沿江濱湖洼甸漬澇地區(qū)不斷改造、地下水源加大開發(fā)和利用，多目標(biāo)大型跨流域調(diào)水工程不斷規(guī)劃和實(shí)施等，促使機(jī)電提水事業(yè)得到了高速發(fā)展，提水設(shè)備容量及提水效益都有成百上千倍地增長。為了適應(yīng)工農(nóng)業(yè)建設(shè)的需要，水泵制造業(yè)迅猛發(fā)展，規(guī)格品種和產(chǎn)品質(zhì)量有了大幅度增長和提高。

1981年機(jī)電提水動力已經(jīng)達(dá)到0.54427×1O8，約占全國農(nóng)村總動力的40%左右，提灌面積26×108，占灌溉總面積的50%以上；提排面積4×108，占除澇面積16×108的25%。

據(jù)1984年上半年統(tǒng)計，全國機(jī)電提水動力已達(dá)0.5740×108，相當(dāng)于建國前幾十年發(fā)展總量的600余倍。我國農(nóng)田提水動力的保有量躍居世界首位。值得指出的是，我國還發(fā)展了一種利用水力提水的水輪泵，并已引起有關(guān)國際組織和許多國家的極大關(guān)注，水輪泵6.3×104多臺，噴灌設(shè)備20×104臺套。全國使用機(jī)電提水的農(nóng)田面積已達(dá)0.3000×108，約占全國總耕地面積1×108的30%。其中機(jī)電提灌面積約0.2600×108，占全國灌溉面積0.4867×1084的53.4%，水輪泵的灌溉面積約39×104，噴灌面積約67×104。

到20世紀(jì)90年代初，我國已經(jīng)建成提水泵站50余萬座，提灌面積已達(dá)0.27×108，機(jī)井200×104多眼，井灌面積已達(dá)1133×104。

這些提水設(shè)施在抗旱灌溉、抗洪排澇、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件改變農(nóng)村面貌提供城鄉(xiāng)用水等方面發(fā)揮了重大作用，取得顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。

我國目前不但能生產(chǎn)中小型水泵，還能設(shè)計、制造大型水泵。安裝在蘇北淮安梯級的兩臺軸流泵葉輪直徑達(dá)4.5，單泵流量為60 ，單機(jī)功率為5000。安裝在蘇北大汕子梯級的兩臺混流泵口徑達(dá)6 ，單泵流量為97.5 ，單機(jī)功率為7000。大型離心泵葉輪直徑達(dá)1.4 ，單泵流量為2.2，單級揚(yáng)程為225 ，單機(jī)功率為8000。長軸井泵的揚(yáng)程達(dá)270 ，水輪泵的揚(yáng)程已達(dá)312 。自行成功地研制了貫流泵、潛水電泵、自吸泵、高速泵、微型泵等。在水泵的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化方面也做了不少工作，取得了很大成就。

（二）機(jī)電提水泵站的基本類型

這些提水設(shè)施在抗旱灌溉、抗洪排澇、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、改變農(nóng)村面貌、提供城鄉(xiāng)用水等方面發(fā)揮了重大作用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。我國機(jī)電提水排灌工程的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快。從工程規(guī)模上，多屬于中、小型，從動力種類上看，機(jī)(內(nèi)燃機(jī))和電(電動機(jī))分別約占40%和60%，已建成的大面積提水地區(qū)有江浙的長江三角洲、湖南的洞庭湖地區(qū)、湖北的江漢平原、廣東的珠江三角洲、蘇北的里下河地區(qū)、華北的井灌區(qū)、西北的高塬灌區(qū)等。根據(jù)各地區(qū)自然條件的不同，我國的機(jī)電提水泵站基本上可分為以下幾種類型：

1.小型泵站這類泵站主要分布在平原河網(wǎng)和圩垸等多水源地區(qū)，如長江三角洲、珠江三角洲等河網(wǎng)地區(qū)。由于這類地區(qū)地勢平坦、土地肥沃、水源密布、水源水位變幅很小，故低的小型泵站星羅棋布，形成大面積的泵站群。如1964年建成的珠江三角洲提水工程，由4000多座小型泵站所組成，裝機(jī)容量近30×lO4，受益面積4×104，輸配電線路總長約8000，這類泵站不僅投資小、效益高，且在非提水季節(jié)還可以利用站內(nèi)動力設(shè)備進(jìn)行農(nóng)副產(chǎn)品加工和解決農(nóng)村照明用電等。

2.中型提水泵站這類泵站主要分布在丘陵、平原和圩垸地區(qū)，其特點(diǎn)是揚(yáng)程、流量適中，有些站是單純灌溉或單純排水的，有些站則兼有灌溉和排水的雙重功能。它們大多屬于中等規(guī)模的泵站，類型多，數(shù)量大，一般形成泵站群。

3.大型排水泵站這類泵站主要分布在江蘇、安徽、湖南、湖北等省的沿江濱湖低洼地區(qū)。其特點(diǎn)是流量大、揚(yáng)程低、自動化程度高。如湖北省的江漢平原，是歷史洪澇災(zāi)害比較頻繁的地區(qū)，從1969年至1980年已建成泵站56座，裝機(jī)容量37×104，總的排澇受益面積為7467×104，灌溉受益面積為2870×104。其中的凡口泵站裝有4臺口徑為4m的大型軸流泵，單泵設(shè)計流量為214，裝機(jī)容量2.4×104 ，排澇受益面積313×104 ，灌溉受益面積133×104。

4.大型多目標(biāo)跨流域調(diào)水泵站如已經(jīng)建成投產(chǎn)的引灤入津調(diào)水工程是采用三級提水將灤河水逐級提升后自流入天津，全線共興建大型泵站4座，裝有大型軸流泵27臺，總裝機(jī)容量2×104。南水北調(diào)東線期工程輸水干線長646，建造泵站20座，抽長江水500 ，除首先滿足工礦、城市居民及航運(yùn)用水外，對農(nóng)業(yè)以提高灌溉保證率為主，水稻面積穩(wěn)定在9333×104 ，保證率為90%～95%，早作物保證率為75%。第二期工程抽水700 (過黃河200 )，全線共37座泵站，總裝機(jī)容量為80×104，輸水總長1150。其中已經(jīng)建成的江都泵站共裝機(jī)容量4.984×104，設(shè)計流量400 ，該站能夠抽引長江水北上，送至大運(yùn)河和蘇北灌溉總渠，并向淮北地區(qū)補(bǔ)給水源，以及排除里下河地區(qū)內(nèi)澇等。它為徹底改變蘇北地區(qū)和淮河之間廣大多災(zāi)低產(chǎn)農(nóng)田面貌，為建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田提供了有利條件，為跨流域調(diào)水建設(shè)大型電力泵站創(chuàng)造了經(jīng)驗(yàn)。

5.高揚(yáng)程泵站這類泵站主要分布在甘肅、陜西、山西、寧夏等省(自治區(qū))的高原地區(qū)。其主要特點(diǎn)是揚(yáng)程高、梯級多、工程巨大、施工困難。如我國的高揚(yáng)程提灌工程——甘肅省景泰川電力提灌工程于1974年完成了期工程，其設(shè)計流量為10.56，灌溉面積201.6×104，共分11級提水，其累計凈揚(yáng)程為445，總裝機(jī)容量為6.4×104，單機(jī)容量達(dá)2000。第二期工程于1984年動工興建，灌溉面積約333×104，共分18梯級，累計凈揚(yáng)程602，總揚(yáng)程708。陜西省沿黃河在韓城縣禹門口、合陽縣東雷、潼關(guān)縣港口等三處興建的泵站工程，其中東雷提灌工程設(shè)計流量為60，分8級提水，累計凈揚(yáng)程為311，總裝機(jī)容量為12×104，其二級站水泵額定揚(yáng)程為215，單機(jī)容量為8000。

6.機(jī)井泵站我國北方平原屬于干旱、半干旱地區(qū)，降雨量少，地表水缺乏，但地下水資源比較豐富。為了開發(fā)利用地下水資源，發(fā)展機(jī)井可以防旱抗旱，防澇治堿，保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，同時解決人畜飲水。這類泵站主要分布在我國華北、西北和西南的部分地區(qū)等。截至1981年底止，我國機(jī)井保有量200×104多眼，裝機(jī)容量1471×104，約占機(jī)電提水總裝機(jī)容量的35%，灌溉面積為1.3×1082，占機(jī)電提水面積的28.6%。井深達(dá)500，提水深度為200。這種泵站也往往形成星羅棋布的泵站群，其輸配電線路造價約占總投資的40%左右。如河北省石家莊附近及其以東一帶是井渠雙灌地區(qū)，1982年灌區(qū)上游黃璧莊水庫蓄水量只能供部分小麥灌一次返青水，以后澆水全靠機(jī)井，小麥仍獲得畝產(chǎn)350以上的好收成。山東省禹城縣在6667×104鹽堿地上利用機(jī)井抽水灌溉，降低地下水位。據(jù)統(tǒng)計自1966年以來，在年提水量為1000～2000×104的情況下，土壤脫鹽率達(dá)30～50%，鹽堿地已減少到1300×104以下，糧食產(chǎn)量由1966年的960×104上升到1982年的2456×104，畝產(chǎn)的達(dá)到329。內(nèi)蒙蘇尼特右旗牧區(qū)，過去因缺水不能開發(fā)利用的草場共14.4×108，但自20世紀(jì)60年代建設(shè)機(jī)井以來，每年為10×104頭牲畜解決了6個月的放牧飲水問題，年純增收入達(dá)43.83×104元。

7.浮動式泵站這類泵站主要分布在我國西南、西北、中南等省的水位變幅較大的江河和水庫等水源沿岸。如漢江在漢口的水位變幅為19，嘉陵江在重慶的水位變幅可達(dá)30，長江在重慶的水位變幅可達(dá)35，在這種條件下如果興建固定式中、小型泵站，不僅投資大而且施工困難。因此，多采用隨水位漲落而升降的泵船式泵站或泵車式泵站。通常每座泵船的提水能力可達(dá)1.2。

8.自然能源泵站我國南方山區(qū)從20世紀(jì)50年代發(fā)展了大量水輪泵站，到1984年全國已建成水輪泵站4×104多座，灌田3333×104。它是我國獨(dú)特的水利提水工程，其能量轉(zhuǎn)換率已達(dá)60%～80%，比過去利用徑流的筒車效率提高了1～2倍，也比用水電抽水的能量轉(zhuǎn)換效率高。這類泵站主要分布在我國湖南、湖北、貴州、云南等省。如湖南省臨澧縣1966年開始興建的青山水輪泵站，內(nèi)裝AT100-8水輪泵35臺，設(shè)計流量15.26，揚(yáng)程高度50，灌溉農(nóng)田233×104。

綜上所述，可以看出，我國機(jī)電提水排灌工程在數(shù)量上已躍居世界首位，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于建站時缺乏按地區(qū)或水系的總體規(guī)劃指導(dǎo)，設(shè)計中忽視動能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等原因，致使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外水平相比還有一定的差距。

另外，我國幅員遼闊，水能、潮汐能、風(fēng)能和太陽能等自然能源較為豐富。如何因地制宜地發(fā)展和利用一些自然能源進(jìn)行抽水的設(shè)施，也是值得今后努力的一個方面。由于現(xiàn)代化對提水要求的日益提高，加上多年來水利工程的不斷興建，有自流條件的提水工程越來越少，必須依靠發(fā)展機(jī)電提水才能解決。能源工業(yè)、機(jī)器制造業(yè)等的不斷發(fā)展，為機(jī)電提水提供了越來越廉價的電能和規(guī)格型號眾多、價格便宜、性能好、效率高的設(shè)備等，從而為機(jī)電提水排灌工程的發(fā)展提供了必要的條件。同時，機(jī)電提水排灌工程的設(shè)計和管理水平的不斷提高，使單位能耗越來越低，工程效益越來越高。可以預(yù)言，機(jī)電提水事業(yè)今后將有廣闊的發(fā)展前景。

二、國外機(jī)電提水事業(yè)的發(fā)展簡介

1.前蘇聯(lián) 前蘇聯(lián)的機(jī)電提水灌溉面積截至1972年共有340×108 ，占其總灌溉面積的30%，總裝機(jī)容量為180×104，并在1985年發(fā)展到9500×108 ，約占其灌溉面積的45%。其中以烏克蘭加盟共和國提灌面積，它在1957年建成的英吉列茨泵站，總裝機(jī)容量為29420，設(shè)計揚(yáng)程60，單機(jī)容量為4200，為當(dāng)時前蘇聯(lián)功率的灌溉供水泵站。阿塞拜疆加盟共和國是前蘇聯(lián)用泵船進(jìn)行灌溉的早地方，在庫拉河和阿拉卡斯河上建有泵船126座，土庫曼加盟共和國大量發(fā)展了用電動深井泵提水的井灌，并于1957年開始采用遠(yuǎn)距離機(jī)電提水排灌工程。

2.美國美國比較有名的提灌工程主要有大古力提水蓄能泵站和北水南調(diào)工程。大古力提水蓄能泵設(shè)計流量460，揚(yáng)程94，安裝12臺水泵，灌溉面積4167×104，裝機(jī)總?cè)萘繛?6.6842×104。北水南調(diào)工程共建有12座泵站，安裝99臺機(jī)組，年提水能力270×108 ，設(shè)計流量290，線路長710，裝機(jī)總?cè)萘繛?200×104。

3.日本日本提水設(shè)備的總提排水能力為1.1×10，其中排水流量為9400 ，提灌流量為1600 ，共有提水泵站7200多座，中、小型泵站占93%。如1973年建成的新川水系的25座泵站群中，只有新川河口是大型泵站。該站共裝有6臺口徑為4.2的貫流式水泵，揚(yáng)程2.6，單泵流量40 ，電動機(jī)功率7800，總排水量240，控制集水面積267×104，排水受益面積200×104 。

4.荷蘭 1973年在北海修建的愛茅頓排水泵站，揚(yáng)程2.3，單泵流量37.5 ，總排水量400。

5.烏茲別克斯坦 1973年修建的卡爾申提水泵站，總揚(yáng)程156，總流量200，單泵流量40 ，灌溉面積3500×104 。

6.烏克蘭從第聶伯河上的霍夫卡水庫提水的泵站，總流量530 ，灌溉面積7600×104，裝機(jī)總?cè)萘繛?0.8×104。

三、當(dāng)前機(jī)電提水中要解決的幾個問題

建國以來，機(jī)電提水事業(yè)發(fā)展很快，設(shè)備容量和灌排效益都成百上千倍地增長。但隨著四個現(xiàn)代化的進(jìn)展，對機(jī)電提水排灌工程提出了越來越高的要求。目前我國機(jī)電提水工作中有如下幾個主要問題需要解決：

1.搞好機(jī)電提水規(guī)劃我國機(jī)電提水排灌工程雖然有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，但還不能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，因此還要繼續(xù)發(fā)展。興建機(jī)電提水排灌工程，必須認(rèn)真做好規(guī)劃工作。制定規(guī)劃時，要根據(jù)用水部門的要求，結(jié)合本地區(qū)的自然地理?xiàng)l件和社會經(jīng)濟(jì)狀況，因地制宜進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計。在規(guī)劃中要注意提水與自流結(jié)合，提水與蓄水結(jié)合，提灌與提排結(jié)合以及大、中、小型泵站結(jié)合。合理地處理投資、耗能與效益三者的關(guān)系，局部與整體的關(guān)系，近期與遠(yuǎn)景的關(guān)系。要通過認(rèn)真地經(jīng)濟(jì)論證和比較，使機(jī)電提水排灌工程的規(guī)劃設(shè)計方案盡可能做到運(yùn)行上安全、技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，力求以社會小的投入獲得的產(chǎn)出。

2.提高經(jīng)濟(jì)效益機(jī)電提水事業(yè)迅速發(fā)展中，由于規(guī)劃布局不當(dāng)，選型配套不合理，工程不配套以及設(shè)備陳舊落后、安裝運(yùn)行不當(dāng)?shù)仍?，使得泵站的效率低、能耗大、提水成本高。機(jī)電提水工程是通過消耗能源而取得效益的水利工程。目前，在我國能源十分緊張的情況下，必須積極進(jìn)行技術(shù)改造，提高泵站的樞紐效率，節(jié)約能源，降低成本。泵站的技術(shù)改造是一項(xiàng)技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性很強(qiáng)的工作，應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，通過測試分析，找出影響效益的主要因素，提出具體的技術(shù)改造措施，以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3.加強(qiáng)經(jīng)營管理機(jī)電提水工程的興建，只是為用水部門創(chuàng)造了一個良好的條件，而管好、用好這些工程和設(shè)備，是提高經(jīng)濟(jì)效益的重要保證。要做好管理工作，必須建立、健全管理機(jī)構(gòu)，明確職權(quán)范圍，制定合理的規(guī)章制度。要加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備管理，使機(jī)電設(shè)備經(jīng)常保持良好的技術(shù)狀態(tài)，確保安全生產(chǎn)。要加強(qiáng)工程管理，進(jìn)行檢查觀測和維修，充分發(fā)揮工程效益，延長。要加強(qiáng)灌排水管理，實(shí)行科學(xué)的有計劃的用水，以達(dá)到省水、節(jié)能、增效之目的。要進(jìn)行嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)核算，加強(qiáng)計劃管理、成本管理、定額管理等，并在管好用好提水設(shè)備的前提下，充分利用設(shè)備、動力、技術(shù)力量，開展綜合經(jīng)營，增加收入，提高自給率。

4.重視科學(xué)研究機(jī)電提水工程涉及到機(jī)、電、水等很多方面，是技術(shù)性較強(qiáng)的綜合性工程。要搞好機(jī)電提水工程的規(guī)劃、設(shè)計、安裝、運(yùn)行、維護(hù)和已建工程的技術(shù)改造工作，必須重視科學(xué)研究，依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，才能達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的新水平。例如西北高揚(yáng)程提水經(jīng)濟(jì)評價及提高經(jīng)濟(jì)效益的途徑，北方機(jī)井裝置效率的提高，南方機(jī)電提水排灌工程的合理布局與調(diào)節(jié)運(yùn)用，機(jī)電提水工程的節(jié)能途徑，機(jī)電設(shè)備各項(xiàng)性能的測試技術(shù)和方法，防止泵站水錘、汽蝕和泥沙淤積的措施，提供節(jié)能高效的新型水泵和擴(kuò)大水泵品種等課題都是當(dāng)前生產(chǎn)中急需解決的問題。

四、本課程的內(nèi)容和要求

本課程是農(nóng)田水利工程、水工建筑物、水利建筑、水利工程管理、給水排水、環(huán)境工程等專業(yè)的主要專業(yè)課之一。它的研究對象是水泵及其應(yīng)用技術(shù)，和水泵站等的規(guī)劃、設(shè)計、安裝和運(yùn)行管理等問題。一般說來，前者是后者的基礎(chǔ)和核心，后者是前者的具體運(yùn)用，前者以水泵的性能及其應(yīng)用為重點(diǎn)。而水泵的構(gòu)造、工作原理、相似律以及比轉(zhuǎn)速水泵性能之間的變化規(guī)律和異同點(diǎn)，在水泵性能曲線的應(yīng)用部分中，除介紹正常工況的應(yīng)用知識外，也將介紹在反常工況下的應(yīng)用知識。水泵站部分將重點(diǎn)介紹在動能經(jīng)濟(jì)原則下，如何綜合各種因素進(jìn)行泵站的規(guī)劃，設(shè)備的選型配套，以及泵站各種建筑物的設(shè)計原則、設(shè)計方法和設(shè)計步驟。同時，討論了用綜合效益的原則評價機(jī)電提水排灌工程的觀點(diǎn)和方法。本教材按總計64學(xué)時編寫，另外還配有32學(xué)時的電子課件，各學(xué)校可根據(jù)自身?xiàng)l件及專業(yè)特點(diǎn)，適當(dāng)取舍。教材將以中型泵站的規(guī)劃設(shè)計為主，兼顧大型和小型，并注意突出本課程特點(diǎn)和基本內(nèi)容，力求加強(qiáng)各個內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。物理概念的闡述，有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

具體要求是對葉片泵的工作原理、構(gòu)造、性能、工況確定及調(diào)節(jié)方法等基本理論，并能進(jìn)行機(jī)組選型配套，能進(jìn)行中小型抽水站工程的規(guī)劃，初步掌握中小型抽水站的進(jìn)出水建筑物、管道和機(jī)房設(shè)計方法，具備中小型抽水站的規(guī)劃、設(shè)計、安裝、運(yùn)行、管理方面的基本概念、基本理論和基本技能。

第三節(jié) 泵的分類和抽水過程

一、泵的定義

泵是一種用于轉(zhuǎn)換能量的通用機(jī)械，它把動力機(jī)的機(jī)械能或其它能源形式的能量傳遞給所抽送的流體，使流體的能量增加，從而把流體從低處抽提到高處，或從一處輸送到另一處。

用于抽水的泵稱為水泵，水泵是一種用于轉(zhuǎn)換能量的水力機(jī)械。它把動力機(jī)的機(jī)械能或其它能源形式的能量傳遞給所抽送的水流，使水流的能量增加，從而把水流從低處抽提到高處，或從一處輸送到另一處。

二、泵的分類及其工作原理

泵的種類很多，按工作原理和構(gòu)造可分為以下類型。

（一）有轉(zhuǎn)子泵

利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來工作的泵。

1. 葉片泵利用裝有葉片的葉輪的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力來工作的泵。

⑴離心泵利用裝有葉片的葉輪的高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力來工作的泵。

①單級單吸式離心泵只裝有一個葉輪，每個葉輪只有一個進(jìn)口。

②雙吸式離心泵只裝有一個葉輪，葉輪有兩個進(jìn)口。

③多級式離心泵裝有多個葉輪，每個葉輪只有一個進(jìn)口。

④自吸式離心泵能夠自動吸水，無需抽氣充水設(shè)備的單級單吸式離心泵。

⑵軸流泵利用裝有葉片的葉輪的高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的升力來工作的泵。

①固定式軸流泵葉片與葉輪澆鑄成一個整體，葉片的安裝角無法調(diào)節(jié)。

②全調(diào)節(jié)軸流泵可以在不停機(jī)的情況下，利用機(jī)械的或液壓的方式調(diào)節(jié)葉片的安裝角。

③半調(diào)節(jié)軸流泵必須在停機(jī)的情況下，采用手動的方式調(diào)節(jié)葉片的安裝角。

⑶混流泵利用裝有葉片的葉輪的高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力和升力的雙重作用來工作的泵。

①蝸殼式混流泵主要利用離心力來工作的混流泵。

②導(dǎo)葉式混流泵主要利用升力來工作的混流泵。

2. 容積泵利用工作室容積的周期性變化來工作的泵。

⑴往復(fù)式容積泵利用柱塞在泵缸內(nèi)的周期性往復(fù)運(yùn)動來工作的泵。

⑵回轉(zhuǎn)式容積泵利用轉(zhuǎn)子做周期性的回轉(zhuǎn)運(yùn)動來工作的泵。

3. 其它泵除了葉片泵和容積泵以外的其它有轉(zhuǎn)子泵。

⑴長軸井泵利用一個很長的軸來傳遞動力并抽提井水的泵。

⑵潛水電泵將水泵與電動機(jī)組裝成一個密封的整體來抽水的機(jī)組。

⑶水輪泵利用水輪機(jī)直接帶動水泵的機(jī)組。

⑷污水泵專門用于抽提污水的泵。

⑸泥漿泵專門用于抽提泥漿的泵。

⑹砼泵專門用于抽提砼的泵。

(二)無轉(zhuǎn)子泵利用工作流體或電磁力來工作的泵。

1.射流泵利用射流的附帶效應(yīng)來工作的泵。

2.水錘泵利用水錘的壓力變化來工作的泵。

3.氣升泵利用空氣與水充分混摻使水的容重減小來工作的泵。也叫做空氣揚(yáng)水機(jī)。

4.電磁泵利用電磁力來工作的泵。等等。

三、抽水裝置

由抽水機(jī)（含水泵、動力機(jī)、傳動設(shè)備）、管路、管路附件，以及進(jìn)、出水建筑物所組成的抽水總體，統(tǒng)稱為抽水裝置。只有構(gòu)成抽水裝置后水泵才能發(fā)揮其抽水的效益。

（一）離心泵抽水裝置

如圖1—3—1所示。主要有底閥、閘閥、逆止閥或拍門，以及彎管、漸變接管和測量儀表等附件。對于水泵口徑小于等于100的小型離心泵可以設(shè)置底閥，采用人工灌水。底閥裝在進(jìn)水管的管口，它是個單向自動閥門，它的作用是在水泵起動前，進(jìn)行人工充水時，防止水倒流，使水充滿進(jìn)水管和水泵，以便起動抽水，但底閥的水頭損失較大，目前工程中大多取消底閥，而用其它斷流設(shè)施代替，進(jìn)行無底閥抽水。一般吸入口徑大于100的水泵均用真空泵抽氣充水。濾網(wǎng)（俗稱蓮蓬頭）裝在底閥的下部，用以防止水中雜物吸入泵內(nèi)，一般用鐵絲或鑄鐵制成，目前工程中大多取消，而用攔污柵代替。異徑管（又稱大小頭或漸變管）用來連接管道與管道或水泵的進(jìn)、出口直徑不一致的接管。水泵進(jìn)口一般用偏心漸縮接管（上平下縮），出口端和其它地方均采用同心漸擴(kuò)接管。逆止閥裝在水泵出口附近的出水管路上，它是一個單向自動突閉閥，其作用是當(dāng)事故停機(jī)時，阻止出水建筑物和出水管路中的水倒流，避免機(jī)組高速反轉(zhuǎn)，但安裝逆止閥后，不僅增加水頭損失，而且由于它的突然關(guān)閉，可能會產(chǎn)生很大的水擊壓力，導(dǎo)致機(jī)組損壞，甚至發(fā)生水管爆破事故，目前泵站中一般不設(shè)逆止閥，而在壓力管道出口處用拍門代替。拍門也是一個單向自動閥門，由于它淹沒于水下，停車時能自動關(guān)閉，其產(chǎn)生的水錘壓力較小。閘閥一般安裝在逆止閥后的出水管路上，它的作用是在離心泵關(guān)閘起動或停機(jī)時，可以降低功率——關(guān)閥啟動，關(guān)閉閘閥防止水倒流，抽真空時關(guān)閉閘閥隔絕外界空氣，水泵或進(jìn)水管檢修時關(guān)閉閘閥截斷水流，調(diào)節(jié)閥門的開啟度可調(diào)節(jié)水泵的流量或功率。對于高揚(yáng)程泵站，多采用緩閉閥代替逆止閥和閘閥。真空表和壓力表分別安裝在水泵的進(jìn)、出口處，用以測量水泵進(jìn)、出口的真空和壓強(qiáng)。

（二）軸流泵抽水裝置

如圖1—3—2所示。軸流泵的抽水裝置主要由抽水機(jī)、彎頭（也叫做彎管）6、壓力水管7、拍門8等組成。

軸流泵的抽水裝置比較簡單，水泵葉輪一般安裝在水面以下，采用“開閥啟動”，為了避免錯誤的操作方式造成動力機(jī)的嚴(yán)重超載，要求軸流泵的抽水裝置上不允許設(shè)置任何閥門。為了與離心泵的關(guān)閥啟動相對應(yīng)，稱為所謂的“開閥啟動”。

二、抽水過程

（一）離心泵抽水過程

圖1—3—3所示為泵站工程中常用的單級單吸式離心泵抽水過程示意圖。

離心泵在啟動之前，應(yīng)首先關(guān)閉出水管閘閥進(jìn)行抽氣充水，使水灌滿泵殼和吸水管道，然后，驅(qū)動動力機(jī)，使葉輪和水流作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時，水流受到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)蝸形泵殼中的流道而流入的出水管（也叫做壓水管道）。與此同時，水泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，進(jìn)水建筑物中的水便在大氣壓的作用下，沿吸水管而源源不斷地流入葉輪吸水口，又受到高速轉(zhuǎn)動葉輪的作用，被甩出葉輪而輸入出水管。這樣，就形成了離心泵的連續(xù)輸水。

由上所述可知，離心泵的工作過程，實(shí)際上是一個能量的傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，它把動力機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被抽升液體的動能和勢能。在這個傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，就伴有許多能量損失，這種能量損失越大，該離心泵的性能就越差，工作效率就越低。

（二）軸流泵抽水過程

水泵葉輪安裝在進(jìn)水建筑物水面之下。泵運(yùn)行自時，動力機(jī)帶動葉輪在水中旋轉(zhuǎn)，進(jìn)水池的水流從喇叭管進(jìn)入葉輪后，經(jīng)導(dǎo)葉體、出水彎管和出水管流入出水建筑物。由于葉輪淹沒在水下，水泵起動前無需充水，故不需要設(shè)底閥和進(jìn)水管。軸流泵不允許關(guān)閘起動，所以出水管路上不裝閘閥。為防止停機(jī)時水倒流，僅在出水管路出口處設(shè)置拍門。

第四節(jié) 葉片泵的構(gòu)造

一、離心泵的構(gòu)造

（一）單級單吸懸臂式離心泵的構(gòu)造

圖1—4—1為單級單吸懸臂式離心泵的外形圖。

圖1—4—2 單級單吸懸臂式離心泵構(gòu)造圖。根據(jù)水泵零件的重要程度，主要由葉輪、泵軸、泵殼、泵座、軸封裝置、密封環(huán)、軸承和軸向力平衡裝置等組成。現(xiàn)把它們的構(gòu)造、作用和要求簡述如下。

1.葉輪

葉輪又叫輪或轉(zhuǎn)輪或工作輪，是水泵的核心部件。它是由幾個葉片所構(gòu)成的。當(dāng)葉輪被泵軸帶動高速旋轉(zhuǎn)時，與被葉片帶動的流體之間發(fā)生力的作用，從而將外加的機(jī)械能傳遞給被抽流體。由于葉輪的類型在很大程度上決定了整個泵的構(gòu)造類型和性能，所以，它是重要的水泵部件。在圖1—4—3所示，當(dāng)

葉輪旋轉(zhuǎn)時，由于葉片表面流體質(zhì)點(diǎn)的圓周速度隨半徑的增加而增加。因此，葉片表面的流體質(zhì)點(diǎn)在逐步增大的離心力作用下，基本上沿著徑向流過葉輪，并被甩向葉輪出口，從而使流體獲得動能和壓能。所以通常將這種水泵稱為徑流式或離心式水泵(簡稱離心泵)。

葉輪的幾何形狀、尺寸、所用材料和加工工藝等對泵的性能有極密切的關(guān)系。葉輪一般可分為單吸式葉輪[圖1—4—3（）、（）、（）、圖1—4—4（）]和雙吸式葉輪[圖1—4—3（）、圖1—4—4（）]。單吸式葉輪由前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。在葉輪吸入口一側(cè)叫前蓋板，后為后蓋板，葉片夾于兩蓋板之間，葉片和蓋板的內(nèi)壁構(gòu)成的槽稱為葉槽。水自葉輪吸入流入經(jīng)葉槽后再從葉輪四周甩出。所以水在葉輪中的流動方向是軸向流入，徑向流出。單級單吸懸臂式離心泵的葉輪如圖1—4—3（）和圖1—5—4（）所示。

葉輪按其蓋板情況有：封閉式葉輪[圖1—4—

5()]、敞開式葉輪[圖1—4—5( )]和半開式葉輪[圖1—4—5()]三種形式。封閉式葉輪具有前、后蓋板，用于輸送清水一般有6～8片葉片。敞開式葉輪只有葉片沒有蓋板，半開式葉輪只有后蓋板，沒有前蓋板。敞開式葉輪和半開式葉輪一般用來輸送含雜質(zhì)的流體、葉片少、流槽寬、不易堵塞，但其能量損失大、水泵效率低。

封閉式葉輪具有較高的效率，用于抽清水的離心泵多采用裝有的封閉式葉輪，多的可達(dá)12片。單吸式葉輪前蓋板中間有一進(jìn)水口，水從進(jìn)水口進(jìn)入葉輪后先轉(zhuǎn)90°再進(jìn)入葉槽。半封閉式葉輪目前只有少數(shù)泵使用。開敞式葉輪由于沒有輪盤，同時葉片數(shù)目又較少，一般2～5片，因此，多用于抽送漿粒流體或污水。葉輪用鍵和反向螺母固定在泵軸上。用反向螺母的目的在于軸轉(zhuǎn)動時螺母不會自行松脫，而是越轉(zhuǎn)越緊。

葉輪的形狀和尺寸是通過水力計算來確定的。葉輪的材料必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨、耐腐蝕性能。多采用鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼和青銅等制成。葉輪內(nèi)外加工表面要具有一定的光潔度，鑄件不能有砂眼、孔洞，否則會降低水泵效率和葉輪的。

2.泵軸

泵軸、葉輪與其它轉(zhuǎn)動部分合稱轉(zhuǎn)子，應(yīng)經(jīng)過靜平衡或動平衡校核，以免運(yùn)轉(zhuǎn)時撓度太大，導(dǎo)致振動和引起金屬磨損。水泵固定部分，泵殼與其它固定部分合稱定子。對于水泵轉(zhuǎn)子振動的限制，特別由于填料函起著軸承作用而減少了泵軸的跨度，對于小泵來說，臨界轉(zhuǎn)速問題是不必加以考慮的。

泵軸是用來帶動葉輪旋轉(zhuǎn)的，它的材料要求有足夠的抗扭強(qiáng)度和剛度，常用碳素鋼和不銹鋼制成。泵軸撓度不超過允許值，運(yùn)行轉(zhuǎn)速不能接近產(chǎn)生共振的臨界轉(zhuǎn)速。泵軸一端用鍵、葉輪螺母和外舌止退墊圈固定葉輪，另一端裝聯(lián)軸器或皮帶輪。為了防止填料與泵軸直接摩擦以及軸的銹蝕，多數(shù)泵軸在軸與水的接觸部分裝有鋼制或銅制的軸套，軸套銹蝕后可以更換。

泵軸可以是橫軸、豎軸或斜軸，裝有橫軸的泵叫做臥式泵，裝有豎軸的泵叫做立式泵，水泵也有裝斜軸的，叫做斜式泵。

3.泵殼

泵殼由泵蓋和泵體組成。泵體包括泵的吸水口、蝸殼形流道和泵的出水口。泵的吸水口連一段漸縮的錐形管，它的作用是把水以小的損失均勻地引向葉輪。在吸水口法蘭上制有安裝真空表的螺孔。蝸殼形流道斷面沿著流出方向不斷增大，它除了匯流作用外，還可使其中的流體速度基本不變，以減少由于流速變化而產(chǎn)生的能量損失。泵體的出水口連一段擴(kuò)散的錐形管，流體隨著斷面的增大，速度逐漸減小，壓力逐漸增加，將部分動能轉(zhuǎn)化為壓能。在泵體出水法蘭上，制有安裝壓力表的螺孔。另外，在泵體頂部設(shè)有放氣或注水的螺孔，以便在水泵啟動前用來抽真空或灌水。在泵體底部設(shè)有放水孔，當(dāng)泵停止使用時，泵內(nèi)的水由此放空，以防銹蝕和冬季凍脹破壞。泵體和泵蓋一般用鑄鐵制成，把所有固定部分聯(lián)成一體。離心泵的泵殼有蝸殼式和導(dǎo)葉式兩種型式，前者的外型如蝸殼，內(nèi)部有螺旋道，后者是具有導(dǎo)葉的固定環(huán)。我國制造的中小型的單級離心泵一律采用蝸殼式（圖1—4—6）。

4.軸封裝置

泵軸穿出泵殼時，在泵軸與泵殼之間存在著間隙，出口側(cè)間隙處的壓力大于大氣壓，泵殼內(nèi)的高壓水有可能通過此間隙向外泄露；進(jìn)口側(cè)間隙處的壓力小于大氣壓，大氣有可能通過此間隙進(jìn)入水泵，從而降低了水泵的吸水性能。因此必須在此設(shè)置密封裝置——軸封裝置。目前應(yīng)用較多的有填料密封（圖1—4—7、圖1—4—9）和機(jī)械密封（圖1—4—8）。

⑴．填料密封填料密封在離心泵中應(yīng)用廣泛，它的形式很多，圖1—4—8是較為常見的壓蓋型的盒，它主要由填料、水封管、水封環(huán)和壓蓋等部件組成。

填料又稱為盤根，在軸封裝置中起著阻水或阻氣的作用。常用的填料是浸油、浸石墨的石棉繩填料。隨著工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種耐高溫、耐磨損耐強(qiáng)腐蝕的填料，如碳素纖維、不銹鋼纖維、合成樹脂纖維編織的填料等。為了提高密封效果，填料繩一般做成矩形斷面。

填料用壓蓋壓緊。它對填料的壓緊程度可用壓蓋上的螺栓（圖1—4—2中的14）調(diào)節(jié)。壓得過緊機(jī)械損失過大，機(jī)械效率過低；甚至造成“抱軸”現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱和磨損。壓得過松，漏水量過大，容積效率過低，或降低吸水性能，達(dá)不到密封效果。一般以水封管內(nèi)水能夠通過填料縫隙呈滴狀滲出為宜。泵殼內(nèi)的高壓水由水封管經(jīng)水封環(huán)中的小孔流入軸和填料之間的間隙，起著冷卻和潤滑的作用，該環(huán)磨損后可以更換。密封環(huán)應(yīng)采用耐磨材料，通常由青銅或碳鋼制成。

填料密封構(gòu)造簡單、運(yùn)行可靠。但填料的壽命較短，對于有毒、有腐蝕性及貴重的液體，不能保證不泄露，例如熱電廠的鍋爐給水泵、輸送高壓高溫水的循環(huán)泵，若泵軸的轉(zhuǎn)速較高，填料密封使水泵很難正常運(yùn)行。

⑵.機(jī)械密封

機(jī)械密封又稱為端面密封，主要由動環(huán)5、靜環(huán)6、壓緊元件（彈簧2）、密封元件（密封圈4、7）等組成（圖1—4—10）。動環(huán)利用密封腔內(nèi)液體的壓力和壓緊元件的壓力，使其端面貼合在靜環(huán)的端面上，在兩環(huán)端面上產(chǎn)生一定的壓差，保持一層極薄的液膜，從而達(dá)到密封之目的；動環(huán)與軸之間的間隙由動環(huán)密封圈密封；靜環(huán)與壓蓋之間的間隙由靜環(huán)密封圈密封；這樣就構(gòu)成了三道密封，封堵了密封腔內(nèi)液體向外泄露的所有可能路徑。密封元件還與彈簧共同起到緩沖補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｒ悦獗迷谶\(yùn)行中軸的振動直接傳遞到密封端面上，防止由于密封端面不能緊密貼合而所造成的滲漏量增加，避免過大的軸向荷載使密封端面的嚴(yán)重磨損所導(dǎo)致的密封失效。確保密封元件正常工作。

密封元件種類很多，現(xiàn)主要介紹平衡型機(jī)械密和非平衡型機(jī)械密封和完全平衡型機(jī)械密封三種。（圖1—4—11）

①．非平衡型機(jī)械密封如圖1—4—11（）所示，密封介質(zhì)作用在動環(huán)上的有效面積，大于動靜環(huán)端面接觸面積。端面上的壓力取決于密封介質(zhì)的壓力，若介質(zhì)的壓力增加，則兩端面之間的壓差成正比地增加。如果壓差過大，可能會造成密封嚴(yán)重泄露，壽命縮短，故非平衡型只能作為中低壓的機(jī)械密封。

②．平衡型機(jī)械密封如圖1—4—11（）所示，密封介質(zhì)作用在動環(huán)上的有效面積小于動靜環(huán)端面接觸面積。若介質(zhì)的壓力增加，則兩端面之間的壓差緩慢地增加。介質(zhì)壓力的高低對于兩端面之間的壓差影響很小，故平衡型可作為高壓下的機(jī)械密封。

③．完全平衡型機(jī)械密封

如圖1—4—11（）所示，密封介質(zhì)作用在動環(huán)上的有效面積等于動靜環(huán)端面接觸面積。若介質(zhì)的壓力增加，則兩端面之間的壓差基本保持不變。介質(zhì)壓力的高低對于兩端面之間的壓差沒有影響，故完全平衡型一般作為高壓下的機(jī)械密封。

5. 減漏環(huán)

葉輪進(jìn)口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫存在一個轉(zhuǎn)動接縫，它正是高低壓的交界面，并具有相對運(yùn)動的部位，很容易發(fā)生泄露，為了減少泵殼內(nèi)的高壓水向葉輪進(jìn)口的回流量，在水泵的構(gòu)造上一般采用兩種方式減漏（圖1—4—12）：

⑴．減小接縫間隙接縫間隙一般不超過0.1～0.5。

⑵．增加泄露通道阻力由于加工、安裝以及軸向力的存在等原因，在接縫間隙處很容易發(fā)生葉輪與泵殼之間的摩擦現(xiàn)象，為了延長葉輪和泵殼的壽命，通常在泵殼上鑲嵌一個金屬口環(huán)——減漏環(huán)。其接縫面可做成多齒形，以增加回流阻力，增強(qiáng)減漏效果，提高容積效率。圖1—4—12所示三種不同形式的減漏環(huán)，其中（）為雙環(huán)迷宮形減漏環(huán)，其水流回流阻力很大，減漏效果很好，但其構(gòu)造復(fù)雜。

減漏環(huán)的另一個作用是用來減少摩擦損失的，故也稱為承磨環(huán)或口環(huán)。當(dāng)減漏環(huán)與葉輪或泵殼之間的間隙過大時，可更換減漏環(huán)，不至于報廢葉輪和泵殼。

6．軸承

軸承用以支承轉(zhuǎn)動部件的重量以及承受泵運(yùn)行時的軸向力和徑向力，并減小軸轉(zhuǎn)動時的摩擦力。離心泵和混流泵的軸承有滾動軸承與滑動軸承兩類，滾動軸承根據(jù)所能承受的荷載大小可分為滾柱軸承滾珠軸承。滾動軸承的工作性能較好，但是當(dāng)滾珠的圓周速度增高時，工作性能變壞。當(dāng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果滾珠破碎，水泵轉(zhuǎn)子也會損壞，故只能適用于荷載較小的場合，見圖1—4—13、圖1—4—14。

根據(jù)荷載特性可分為只能承受徑向荷載的徑向軸承、只能承受軸向荷載的止推軸承、以及同時承受徑向和軸向荷載的徑向止推軸承。

我國制造的單級離心清水泵，泵軸直徑在60以下的采用滾動軸承，泵軸直徑在75以上的水泵，常采用青銅或帶巴氏合金里襯的鑄鐵制造的，用油進(jìn)行潤滑。也有采用橡膠或合成樹脂或石墨等非金屬制成的滑動軸承，用水進(jìn)行潤滑和冷卻。

在軸流泵中一般采用水潤滑的橡膠導(dǎo)軸承。每臺立式軸流泵有上、下兩個橡膠導(dǎo)軸承。下橡膠軸承安裝在水面以下，上橡膠軸承一般高出水面，所以起動之前要加水潤滑。

7.軸向力平衡裝置

單吸式離心泵在運(yùn)行時，由于葉輪形狀不對稱、作用在葉輪兩側(cè)的壓力不相等，如圖1—4—15所示。

在葉輪上產(chǎn)生了一個指向吸入側(cè)的軸向力。此力會使葉輪和軸發(fā)生竄動、葉輪與密封環(huán)發(fā)生摩擦，造成零件損壞。因此，必須設(shè)法平衡或消除軸向力。單級單吸離心泵可采用平衡孔平衡軸向力。在葉輪后蓋板靠近軸孔處的四周鉆幾個平衡孔，并在相應(yīng)位置的泵蓋上加裝密封環(huán)，此環(huán)的直徑可與葉輪入口處密封環(huán)的直徑相等。壓力水經(jīng)過泵蓋上密封環(huán)的間隙，再經(jīng)平衡孔，流向葉輪吸入口，使葉輪兩側(cè)的壓力大致平衡，如圖1—4—16所示，這種方法構(gòu)造簡單，但是，開了平衡孔后，有回流損失，使水泵的效率有所降低。單級單吸離心泵亦可采用具有平衡筋板的葉輪來平衡軸向力。在葉輪后蓋板上加4～6條徑向的平衡筋板，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，筋板強(qiáng)迫葉輪后面的液流加快轉(zhuǎn)動，從而使葉輪背面靠近泵軸附近的區(qū)域壓力顯著下降，達(dá)到減小或平衡軸向力的目的。另外，平衡筋板還能減小軸端密封處的水壓力，并可防止雜質(zhì)進(jìn)入軸端密封，所以，平衡筋板常被用在輸送雜質(zhì)的泵上。

單吸式葉輪由于背水面承受的水壓力較進(jìn)水側(cè)大，這個軸向力隨著泵的增大和揚(yáng)程的增高而增大。為了平衡此軸向力，一般采用在靠近葉輪進(jìn)口處的后輪蓋上開4～6個小孔，這樣便可減少葉輪進(jìn)水面和背水面的壓力差，從而降低水壓對葉輪的軸向推力。但是由于葉輪背面的壓力水經(jīng)過平衡孔流向壓力低的進(jìn)水側(cè)后，會降低葉輪的工作效率，所以，現(xiàn)在對小型低揚(yáng)程泵所產(chǎn)生的軸向推力不大，均不開平衡孔，其軸向推力完全由軸承承擔(dān)。

單級單吸離心泵的特點(diǎn)是流量小、揚(yáng)程較低、構(gòu)造簡單、維修方便、體積小、重量輕、成本低。主要用于較低揚(yáng)程小流量的平原和圩垸地區(qū)小型灌區(qū)。

（二）雙吸式離心泵的構(gòu)造

對于流量較大的離心泵，常采用雙吸式葉輪圖1—4—17 。它好像是由兩個單吸式葉輪背靠背的組合而成。水從葉輪的左右兩側(cè)流入葉輪，然后再匯集到同一泵殼中，不僅軸向力可以自行平衡，而且改善了水泵的吸水性能。

圖1—4—18所示為型（臥式）單級雙吸離心泵的構(gòu)造圖。其主要零件與單級單吸離心泵基本相似，有葉輪、泵殼、泵軸、軸承、密封環(huán)及填料函等組成。葉輪的形狀是對稱的，如圖l—2—4（），水從泵的吸水口流入后，經(jīng)半螺旋形流道由兩側(cè)流入葉輪，從葉輪甩出后，經(jīng)蝸殼形流道由出水口流出。故稱雙吸泵。泵殼是由泵體和泵蓋構(gòu)成，用鑄鐵或球墨鑄鐵制成。雙吸式離心泵的葉輪圖見圖1—4—4（）、圖1—4—5，泵的吸水口和出水口均在泵體上與泵軸垂直，呈水平方向。

我國制造的中小型的雙吸式離心泵一律采用蝸殼式。另外，泵蓋頂部設(shè)有安裝抽氣管的螺孔，泵體下部設(shè)有放水用的螺孔。因?yàn)楸蒙w和泵體的連接是水平中開的，所以，又稱為水平中開式雙吸離心泵。泵軸兩端是由裝在軸承體內(nèi)的軸承支承，泵殼內(nèi)緣與葉輪吸入口外緣的配合處，裝有密封環(huán)，泵軸穿出泵殼處設(shè)填料函。

單級雙吸離心泵的特點(diǎn)是流量較大、揚(yáng)程較高、范圍寬廣，安裝檢修方便，由于葉輪對稱布置，基本上不產(chǎn)生軸向推力，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，效率高。在灌溉工程和給水工程中應(yīng)用極為廣泛。

（三）多級式離心泵的構(gòu)造

分段式（節(jié)段式）多級離心泵的構(gòu)造如圖1—4—19所示，泵軸上的葉輪數(shù)目代表水泵的級數(shù)。這種泵的泵體是分段式的，由一個進(jìn)水段（進(jìn)水部分）、一個出水段（出水部分）和數(shù)個中段（葉輪部分）所組成，各段用長螺桿連接成為一整體。泵的吸水口位于進(jìn)水段上成水平方向，出水口在出水段上成垂直方向，水從一個葉輪流入另一個葉輪，中間經(jīng)過導(dǎo)流器。導(dǎo)流器的構(gòu)造是一個鑄有導(dǎo)葉的圓環(huán)，安裝時用螺母固在泵殼上。通常把這種帶導(dǎo)流器的多級泵稱為導(dǎo)葉式多級泵。

分段式多級離心泵的特點(diǎn)是流量小，揚(yáng)程高。但構(gòu)造較復(fù)雜，拆裝較困難。我國的中壓分段式多級泵，一般流量在6.25～450、揚(yáng)程在25～650范圍內(nèi)。主要用于山區(qū)和高原地區(qū)的灌溉工程。

二、軸流泵的構(gòu)造軸流泵按主軸的安裝方式分有立式、臥式和斜式三種。立式軸流其主要零件有喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉、出水彎管。如圖1—4—20、圖1—4—21所示。

1. 葉輪

葉輪是主要的工作部件，由葉片、輪轂、導(dǎo)水錐等組成，一般用鑄鐵制成，大型泵多用鑄鋼制成，如圖1—4—22所示。

軸流泵的葉片呈扭曲形裝在輪轂上。根據(jù)葉片調(diào)節(jié)的可能性分為固定式、半調(diào)節(jié)式和全調(diào)節(jié)式三種。固定式的葉片和輪轂成一體，葉片的安裝角度是不能調(diào)節(jié)的。半調(diào)節(jié)式的葉片用螺母栓緊在輪轂上，如圖1—4—22所示，在葉片的根部上刻有基準(zhǔn)線，而在輪轂上刻有幾個相應(yīng)安裝角度的位置線如+4°、+2°、0°等。葉片不同的安裝角度，其性能曲線將不同，使用時可根據(jù)需要調(diào)節(jié)葉片安裝角度。調(diào)節(jié)時先卸下喇叭管，再把葉輪卸下來，將螺母松開轉(zhuǎn)動葉片，使葉片的基準(zhǔn)線對準(zhǔn)輪軸上的某要求的角度線，然后再把螺母擰緊，裝好葉輪即可。半調(diào)節(jié)式葉輪葉片一般需要停機(jī)并拆卸葉輪之后，才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于中小型軸流泵。全調(diào)節(jié)式的葉片是通過機(jī)械或液壓的一套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變?nèi)~片的安裝角。它可以在不停機(jī)或只停機(jī)而不拆卸葉輪的情況下，改變?nèi)~片的安裝角這種調(diào)節(jié)方式構(gòu)造復(fù)雜，一般應(yīng)用于大型軸流泵。軸流泵的葉輪均為開敞式，一般具有2～6個葉片，安裝在粗大的輪轂上。輪轂前端有導(dǎo)水錐葉片，截面呈流線型，葉輪前后兩側(cè)壓力分布與機(jī)翼截面十分相似，前端(迎水端)呈圓形，葉輪進(jìn)水壓力小于葉輪背水側(cè)壓力，后端(出水端)呈尖圓形。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，由于沿半徑方向的線速度不同，為了得到同樣的揚(yáng)程，沿半徑方向葉片各截面的安裝角不相等，愈接近外緣其安裝角就愈小，因此，葉片呈扭曲狀。根據(jù)軸流泵內(nèi)的葉輪數(shù)目，又可分為單級和多級兩種。

由于葉片下表面曲率大于上表面，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動時，葉輪尺寸是根據(jù)水動力學(xué)計算決定的，但同時必須使葉輪具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。我國一般采用鑄鐵或優(yōu)良灰鑄鐵作為中小型清水泵的葉輪材料。大型葉片泵可用性能比鑄鐵好的鑄鋼作為葉輪材料泵軸必須有足夠的抗扭強(qiáng)度。

2. 喇叭管

喇叭管為中小型立式軸流泵的吸水室，用鑄鐵制造，它的作用是把水以小的損失均勻地引向葉輪。喇叭管的進(jìn)口部分呈圓弧形，進(jìn)口直徑約為葉輪直徑的1.5倍左右。在大型軸流泵中，吸水室一般做成流道的形式。

流經(jīng)葉片下表面的流體速度必然大于上表面。因此，下表面的壓力要低于上表面，由于這個壓力差的存在，水對葉片產(chǎn)生一向下的壓力，而高速旋轉(zhuǎn)的葉片將對水產(chǎn)生一向上的推力使之上升。由于流體基本上沿著軸向流過葉輪，所以通常把這種水泵稱為軸流泵。

3.導(dǎo)葉

導(dǎo)葉位于葉輪上方的導(dǎo)葉管中，并固定在導(dǎo)葉管上。它的主要作用是消除流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，減少水頭損失。同時可將流體的部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?。一般軸流泵中裝有6～12片導(dǎo)葉。（見圖1—4—23）。

4.軸和軸承

泵軸采用碳素鋼制成，中小型軸流泵泵軸是實(shí)心的。對于大型軸流泵，為了布置葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，泵軸做成空心的。軸腔內(nèi)安置有操作油管或操作桿。

軸流泵的軸承按其功能有兩種類型，一種是導(dǎo)軸承，另一種是推力軸承。導(dǎo)軸承主要用來承受轉(zhuǎn)動部件的徑向力，防止擺動，起徑向定位作用。常用的構(gòu)造有水潤滑橡膠導(dǎo)軸承及油潤滑軸承，圖1—4—24中9和5分別為上下橡膠導(dǎo)軸承。推力軸承主要用在立式軸流泵中，用來承受流體作用在葉片上的向下的軸向推力，水泵轉(zhuǎn)動部件重量以及維持轉(zhuǎn)動部件的軸向位置，并將這些推力傳到機(jī)組的基礎(chǔ)上去。

5．填料函

在泵軸穿出出水彎管的地方，裝有填料密封裝置。其構(gòu)造與離心泵的填料函相似。

6．泵殼

軸流泵的泵殼呈圓筒形，由于其中有固定導(dǎo)葉，故稱導(dǎo)葉式泵殼（見圖1—4—20）。導(dǎo)葉裝在葉輪后面，呈圓錐形，其擴(kuò)散角一般不大于8°～9°，內(nèi)有5～12片導(dǎo)葉，其作用是把從葉輪中流出的帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的流體變?yōu)檩S向流動；把一部分流體的動能變?yōu)閴耗?。此外，在?dǎo)葉體內(nèi)還有橡膠軸承，起徑向支撐作用。軸流泵的出水道是一彎管。中小型軸流泵的進(jìn)水道多采用喇叭形短管，而大型軸流泵則多采用肘彎形或鐘形進(jìn)水道。

軸流泵的特點(diǎn)是流量大、揚(yáng)程低、構(gòu)造簡單、重量輕立式軸流泵葉輪安裝于水下，啟動時無需引水，操作方便，葉片可以調(diào)節(jié)。當(dāng)工作條件變化時，只需改變?nèi)~片安裝角度，仍可保持在高效率區(qū)運(yùn)行。

三、混流泵的構(gòu)造

對于混流泵，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，流體同時承受著離心力和推力的作用，經(jīng)過葉輪的流體流向介于徑流和軸流之間，所以通常把這種水泵稱為混流式水泵(簡稱混流泵)?；炝鞅檬墙橛陔x心泵與軸流泵之間的一種泵?；炝鞅冒礃?gòu)造型式分為蝸殼式和導(dǎo)葉式兩種。一般中小型泵多為蝸殼式，大型泵為導(dǎo)葉式或蝸殼式。

混流泵的特點(diǎn)介于離心泵與軸流泵之間，泵的高效區(qū)范圍比軸流泵寬廣，汽蝕性能也較好，使用維修較為方便。

1. 蝸殼式混流泵的構(gòu)造圖1—4—25和圖1—4—26所示為臥式蝸殼形混流泵，其構(gòu)造近似單級單吸臥式離心泵，其葉輪形狀有所不同。