水泵的主要作用是向介质提供输送动力，以达到介质输送所要求的流量和压力。水泵的型号、类型、结构等由生产企业各自确定，所以水泵类型相同，但表示方法并不一致。常用泵的性能一般由流量、扬程、功率、转速、效率、吸入口直径、排出直径、泵叶轮直径等参数组成。在选设备时，主要考虑泵的流量、扬程、功率、允许吸上真空高度、转速等参数。
1.水泵种类 水泵的种类很多，可按工作原理、功能、放置方式、电动机类型来分类。
（1）按工作原理分类。可分为叶片泵和容积泵。
1）叶片泵。又分为离心泵、混流泵、轴流泵三种类型。叶片泵是利用叶轮高速旋转，叶片与液体不断发生相互作用，使液体增加压能和动能，从而达到传送液体的目的。具有效率高、启动快、运行稳定、性能可靠、容易调节等优点。此工程抽水泵为选用叶片泵。
2）容积泵 容积泵是利用泵内工作室容积周期性的变化，对液体产生挤压作用，增加液体压能，从而达到传送液体的目的，如齿轮泵、罗茨真空泵等。
（2）按功能分类。泵的功能相当多，按功能分类几乎囊括了所有泵。例如：耐腐蚀离心泵、锅炉给水泵、油田注水泵、潜水泵、污水泵、渣浆泵、屏蔽泵、冷凝泵、往复泵、柱塞泵、计量泵、齿轮泵、螺杆泵……等。
（3）按放置方式分类。可分为潜水式、分离式、浮漂式。
1）潜水式。电动机和泵体刚性地连接在一起，作为一个整体放入被抽水中。
2）分离式。电动机与泵体分离开，电动机在陆地，泵体在水中，两者用长轴相连。
3）浮漂式。电动机与泵体相连，放置于水面。
（4）按电动机类型分类。可分为异步型、直流型、同步型。
1）异步型。采用异步电动机作为动力机的水泵。
2）直流型。采用直流电动机作为动力机的水泵，其中直流无刷永磁电动机应用广泛。
3）同步型。采用同步电动机作为动力机的水泵，其中永磁同步电动机作为主要型式。
2.水泵工作参数 有六个基本参数：流量Q、扬程H、功率P、效率η、转速n及允许吸上真空高度HR。
（1）流量Q。泵在单位时间内抽吸或排出的水量，称为泵的流量。叶片泵的流量与扬程成反比，流量减少，扬程增大；流量增加，扬程降低。容积泵的流量与扬程无关。流量分为体积流量和质量流量。
1）体积流量。符号为qV，单位为L/s、m3/s、m3/h。
2）质量流量。符号为qm，单位为kg/s、t/s、t/h。
（2）扬程H。俗称水头、压头。定义：水泵进出口断面处的液体单位总能量的增值。单位为m或Pa。
虽然泵的扬程与高度的单位一致，但不能把泵的扬程简单理解为液体输送能达到的高度，因为泵的扬程包括液体的静压、速度和位能等能量增加值的总和。
容积泵的扬程与泵本身动力、强度和密封有关，与流量无关，只要允许，可达到任何外界需要的扬程，只是轴功率随着扬程增高而增高。
（3）功率。分为有效功率Pe和轴功率P。
1）有效功率Pe。泵内液体所获得的净功率。
2）轴功率P。电动机传给水泵轴上的功率。轴功率不可能全部传给液体，要消耗一些才成为有用功率。
水泵铭牌上的功率一般指泵的轴功率，电动机功率一般要大于轴功率。如果轴功率是指电动机功率，必须同时标上电动机型号。
（4）效率η。泵效率是衡量泵工作经济性的指标，又称泵的总效率。效率η可反映泵能量利用的程度。因为泵在工作时存在各种能量的损失，不可能将原动机输入的功率全部变为有效功率。泵的效率越高，说明能量利用率越高，损失越小。效率的计算公式如下：
引起水泵效率降低的原因，主要是由三种能量损失造成的：水力损失、机械损失、容积损失。
1）水力损失。水泵吸入室、叶槽及压出室中的摩擦阻力、旋涡及撞击等造成的损失。
2）机械损失。轴与轴承的磨擦、轴与填料间的摩擦、叶轮在水中旋转时引起的轮盘摩擦等造成的损失。
3）容积损失。流过叶轮的全部流量中，除了出水量外，另有一部分流量经过减漏环的间隙，或轴流泵叶轮外缘与泵壳的间隙流回进水侧，以及经过填料层渗出泵外。
（5）转速n。指泵轴在单位时间内的转数，单位为r/min。水泵铭牌上所标明的转速为额定转速。当光电、风电功率下降时，转速将改变，水泵工作性能也随之改变。
（6）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，用Hs表示，单位m。允许吸上真空高度是随流量变化的，流量增加，Hs下降。当泵轴线低于水池面时，可不考虑此项参数。
3.叶片泵结构与原理
（1）离心泵
1）工作原理。用一个敞口的圆筒装半筒水，让圆筒旋转起来，圆筒内的水面便呈抛物线上升的旋转凹面，转的越快，水上升的高度就越大。这个试验说明，水在旋转时，受离心力向外奔，但是被圆筒挡住了，就被迫向上升。凹面中心形成真空，就是离心泵水的入口处，水沿圆筒壁上升，即是离心泵的出口。水在大气压力的作用下，源源不断地向凹面中心补充，在筒壁作用下，将动能转为压力能，水就沿着管道排出。图12-11示出离心泵工作原理。
图12-11 离心泵工作原理(www.xing528.com)
离心泵把电动机高速旋转的机械能，转化为被抽升液体的动能和势能。在这个传递和转化过程中，就伴随着许多能量损失。这种能量损失越大，离心泵的性能就越差，工作效率就越低。
2）离心泵结构。所有叶片泵均由转动和固定两部分构成，离心泵结构比其他叶片泵复杂。主要零部件材料见表12-10。
表12-10离心泵主要零部件材料
主要零件的功能如下：
① 叶轮将外来的机械能传给被抽的液体，使液体增加压能和动能。叶轮的型式基本决定了水泵的类型和性能，是水泵最重要的部件。叶轮的形状和尺寸是通过水力计算来决定的。叶轮分单吸式和双吸式，大流量离心泵多数采用双吸式。叶轮按其盖板情况又可分为两边有盖、一边有盖，两边均无盖，即封闭式、半开式和敞开式。抽含有悬浮物的污水泵，为了避免堵塞，有的采用半开式和敞开式。这种叶轮的特点是叶片少，一般是2～5片，而封闭式叶轮一般是6～8片，多的可至12片。
② 泵轴是用来旋转叶轮的，常用材料为碳钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度。其挠度不超过允许值，工作转速不能接近产生共振的临界转速。叶轮和泵轴用键连接，轴向用锁紧螺母定位。
③ 泵壳是离心泵的固定部件，通常铸成蜗壳形。叶轮工作时，沿蜗壳的渐扩断面流量是逐渐增大的，并且沿蜗壳的渐扩断面流量的水流速度是一常数。水由蜗壳排出后，经锥形扩散管流入压力管。锥形扩散管的作用是降低水流的速度，使流速的一部分转化为压力。蜗壳顶上开有充水和放气的螺孔。
④ 底座是离心泵的固定部件，开有泄水螺孔。
⑤ 机械密封。泵轴穿出蜗壳时，在轴与壳之间存在间隙，如不采取措施，间隙处就会有泄漏，降低泵的吸水性能，因此在轴与壳之间设置密封。密封分为填料密封、机械密封等。现在大多采用机械密封。机械密封又称端面密封，主要由动环、静环、弹簧、密封圈组成。
3）离心泵的运行曲线。泵的性能曲线有流量与扬程曲线、流量与功率曲线、流量与效率曲线、流量与允许汽蚀余量曲线。这些曲线至今还不能精确地用理论的方法计算，而是通过试验的方法求得。从这些曲线上可以知道各参数随流量的变化关系：当流量增大时，功率相应增大，扬程随之变小；相反，当流量减小时，功率相应减小，扬程随之变大。掌握了这些曲线就可以正确地选择、经济合理地使用泵。
图12-12示出离心泵常见性能曲线。从图中可以看出：泵的效率越高，则同等电耗下抽的水量越大，或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。为此，可改变转速，或利用阀门进行水量调节。但利用阀门会增大管路阻力，浪费较多的能量，可以采用多台水泵并联运行，扬程不变而水量增加。
4）离心泵的汽蚀。汽泡的形成、发展和破裂，以致使材料受到破坏的全部过程，称为汽蚀。水在压力变化时就会汽化。例如水在20℃时，汽化压力为0.024大气压，在等于或低于0.024大气压时，水就发生汽化。
图12-12 离心泵常见性能曲线
当汽化发生后，就有大量的蒸汽及溶解在水中的气体逸出，形成许多蒸汽和气体混合的小汽泡。当汽泡随同水流从低压区流向高压区时，汽泡在高压的作用下，迅速凝结而破裂。在汽泡破裂的瞬间，水以极高的速度流向原汽泡占有的空间，形成一个冲击力。由于汽泡中部分气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力下又分成小汽泡，再被高压压缩、凝结，如此形成多次的往复。在极微小的面积上，可使局部压力高达几百甚至几千大气压，冲击频率可达每秒几万次，材料形成疲劳破坏，从开始的点蚀到严重的蜂窝状空洞，最后蚀穿。
5）离心泵的选用
① 离心泵类型。离心泵按吸入方式分，分为单吸泵、双吸泵；按叶轮数目分，分为单级泵、多级泵；按泵送液体性质分，分为清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等。
输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体，可选清水泵。清水泵分为IS型、D型、Sh型。
a）IS型清水泵为单级单吸悬臂式水泵，它的应用最为广泛。该系列泵的扬程范围为8～98m，流量范围为4.5～360m3/h。
b）D型离心泵为多级泵。多级泵是在一根轴上串联多个叶轮，液体在几个叶轮中多次接受能量，故可达到较高在压头。若要求压力较高而流量并不太大时，可采用多级泵。该系列泵的扬程范围为14～351m，流量范围为10.8～850m3/h。
c）Sh型离心泵为双吸泵。双吸式叶轮厚度大，且有两个吸入口，故流量大。若要求压力不高而流量大时，可采用双吸泵。该系列泵的扬程范围为9～140m，流量范围为120～12500m3/h。
② 选用。离心泵的选用一般可按下述步骤进行：
a）根据输送液体的性质，确定离心泵的类型。
b）确定输送系统的流量和压头。流量一般为生产任务所定。若流量在一定范围内变动，则选择时应按最大流量考虑。压头根据管路的情况，用伯努利方程式计算在最大流量下管路所需的压头。
c）选择泵的型号。根据输送流量和设计管路需要的压头，从泵样本或产品目录中选出合适的型号。泵的流量和压头应留有余地，即稍大于管路需要的流量和压头，且应保持离心泵在高效区工作。泵的型号选出后，应列出泵的各种性能参数。
d）核算泵的轴功率。若输送液体的密度大于水的密度时，应核算泵的轴功率。轴功率是原动机传给泵轴上的功率。由于泵内存在损失，所以有效功率Pe﹤P。如果知道泵的总效率η则泵的轴功率P可用下式计算：
P=Pe/η （12-12）
式中 P———轴功率（kW）；
Pe———有效功率（kW）。
（2）轴流泵。它属于低扬程叶片泵，其扬程从1m至十几米，流量较大，但扬程低。轴流泵是靠叶轮旋转时叶片对水流产生的升力而工作的。轴流泵由叶轮、导叶、进出水道、泵壳、轴承、密封和叶片调节机构等零部件组成。
1）叶轮。叶片一般为2～6片，安装在轮毂体上。叶片剖面形状呈流线型，与飞机机翼剖面相似，故称为翼型。当叶轮在水中旋转时，水流相对叶片就产生了急速的绕流，由于翼型上下表面绕流的速度不等，于是水流过叶片产生了升力，叶片对水流就产生了相反的推力。两叶片之间，进、出水端顶点连线为翼型的弦，弦与水平面交角称为安放角。如果以泵轴中心线为圆心，不同半径处的叶片安放角是不等的，外缘较小，一般为13°～18°，根部较大，故叶片呈扭曲形。
2）导叶。其主要作用是将叶片流出的旋转水流导引为轴向水流，并使水流在导叶片流槽中逐渐减小流速，把部分动能转变为压能，以减少水头损失。多片导叶与导叶体固定铸造成一体，导叶体内装有导轴承，起径向支撑作用。
3）轴与轴承。主轴用优质碳素钢车削而成，在装轴承及密封部位镀铬，或包不锈钢材料，以防磨损和锈蚀。
4）叶片调节机构。通过专门机构或机械液压机构，改变叶片的安放角。可以在运行中进行调节，以提高水泵效率。
（3）混流泵。其运转时叶片对水流产生离心力和升力的混合作用，水从叶轮中斜向流出。可分为蜗壳式和导叶式两种。混流泵兼有离心泵和轴流泵的优点：功率变化小、工作范围广、能适应水位的变化、抗气穴性能好、运行平稳、体积较小、结构简单。
此工程抽水泵采用的是叶片式离心泵或混流泵。
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