水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。
1.2.1.1 水泵的分类
1.叶片式水泵
叶片式水泵（图1.2）对液体的抽送是靠装有叶片的叶轮的高速旋转来完成的。根据叶轮出水的水流方向可以将叶片式水泵分为径向流、轴向流和斜向流3种。有径向流叶轮的水泵称为离心泵，液体质点在叶轮中流动主要受到离心力的作用；有轴向流叶轮的水泵称为轴流泵，液体质点在叶轮中流动时主要受到轴向升力的作用；有斜向流叶轮的水泵称为混流泵，它是上述两种叶轮的过渡形式，液体质点在叶轮中流动时，既受到离心力的作用，又受到轴向升力的作用。
2.容积式水泵
容积式水泵对液体的压送是靠水泵内部工作室的容积变化来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。属于往复运动的容积式水泵有活塞式往复泵、柱塞式往复泵等；属于旋转运动的容积式水泵有转子泵等。容积式水泵的工作原理如图1.3所示。当活塞向右拉动时、工作室容积增大，压力降低，进水阀打开，出水阀关闭，吸水池中水在大气压力作用下，通过进水管进入工作室；当活塞向左推动时，进水阀关闭，出水阀打开，工作室内水流进入压水管，如此循环进行连续工作。
图1.2 叶片式水泵示意图
1—转子；2—定子；3—叶片；4—配流盘
图1.3 容积式水泵工作原理示意图
1—泵缸；2—活塞；3—活塞杆；4—吸入阀；5—排出阀
3.其他水泵
其他水泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。其他水泵主要有螺杆泵（图1.4）、射流泵（又称水射器，图1.5）、水锤泵、水轮泵以及气升泵（又称空气扬水机）等。这些水泵当中，除螺旋泵是利用螺旋推进原理来提高液体的位能以外，其他水泵都是利用高速液流或气流（即高速射流）的动能来输送液体的。这些水泵的应用虽然没有叶片式水泵那样广泛，但在给水排水工程中，结合具体条件，应用这些特殊的水泵来输送液体，常常会获得良好的效果。例如，在城市污水处理厂中，二沉池的沉淀污泥回流至曝气池时，常常采用螺杆泵或气升泵来提升；射流泵在给水处理厂投药方面的应用也比较多，通常用来投加混凝剂或消毒剂等。
图1.4 螺杆泵
1—后盖；2—泵体；3—主动螺杆；4—从动螺杆；5—前盖
图1.5 射流泵
1—喷嘴；2—混合室；3—喉管；4—扩散管
1.2.1.2 离心泵
离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路，如图1.6所示。
1.离心泵的基本构造
图1.6 离心泵
（1）叶轮。叶轮是离心泵的核心部分，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。叶轮一般由两个圆形盖板以及盖板之间若干片弯曲的叶片和轮毂所组成。叶轮按吸入口数量可分为单吸式（图1.7）与双吸式（图1.8）两种；叶轮按其盖板情况可分为封闭式、敞开式和半开式叶轮3种型式，如图1.9所示。
图1.7 单吸式叶轮
1—前盖板；2—后盖板；3—叶片；4—叶槽；5—吸水口；6—轮毂；7—泵轴
图1.8 双吸式叶轮
1—吸水口；2—盖板；3—叶片；4—轴孔
图1.9 叶轮型式
（2）泵壳。离心泵的泵壳通常铸成蜗壳形，其过水部分要求有良好的水力条件。叶轮工作时，沿蜗壳的渐扩断面上，流量是逐渐增大的，为了减少水力损失，在水泵设计中应使沿蜗壳渐扩断面流动的水流速度是一常数。水由蜗壳排出后，经锥形扩散管而流入压水管。蜗壳上锥形扩散管的作用是降低水流的速度，使流速水头的一部分转化为压力水头。
泵壳的材料选择，除了考虑介质对过流部分的腐蚀和磨损外，还应使泵壳体具有作为耐压容器的足够的机械强度。
（3）泵轴。泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件，如图1.6中所示。
（4）轴承。轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂，加油要适当，一般为2/3～3/4的体积，太多会发热，太少又有响声并发热。滑动轴承使用透明油作为润滑剂，加油至油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂失，太少轴承又要过热烧坏造成事故。在水泵运行过程中轴承的温度最高在85℃，一般运行在60℃左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理。
（5）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。间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低，间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，一般在水泵构造上采用两种减漏方式：减小接缝缝隙；增加泄露通道中的阻力等。在实际应用中通常加装减漏环，如图1.10所示。
图1.10 减漏环
1—泵壳；2—镶在泵壳上的减漏环；3—叶轮；4—镶在叶轮上的减漏环
图1.11 填料函结构图
1—引水管；2—泵轴；3—盒体（后盖）；4—填料；5—水封环；6—填料压盖；7—螺钉、螺母
（6）填料函。填料函主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖、水封管组成，如图1.11所示。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空。当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却，保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查要特别注意，在运行600个小时左右就要对填料进行更换。
（7）联轴器。水泵联轴器用来连接电动机和泵体两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，有刚性和柔性两种。
（8）轴向力平衡措施。单级离心泵，由于其叶轮缺乏对称性，离心泵工作时，叶轮工作两侧作用的压力不相等。因此，在水泵叶轮上作用有一个推向吸入口的轴向力。这种轴向力特别对于多级式的离心泵来讲，数值相当大，必须采用专门的轴向力平衡装置来解决。对于单级单吸离心泵而言，一般采用在叶轮的后盖板上钻开平衡孔，并在后盖板上加装减漏环，如图1.12所示。压力水经此减漏环时压力下降，并经平衡孔流回叶轮中去，使叶轮后盖板上的压力与前盖板相接近，这样就消除了轴向推力。
图1.12 平衡孔
1—排除压力；2—加装的减漏环；3—平衡孔；4—泵壳上的减漏环
2.离心泵的工作原理
如图1.13所示为给水排水工程中常用的单级单吸式离心泵的基本构造。泵包括蜗壳形的泵壳和装于泵轴上旋转的叶轮。蜗壳形泵壳的吸水口与泵的吸水管相连，出水口与泵的压水管相连接。泵的叶轮一般是由两个圆形盖板所组成，盖板之间有若干片弯曲的叶片，叶片之间的槽道为过水的叶槽，如图1.13所示，叶轮的前盖板上有一个大圆孔，这就是叶轮的进水口，它装在泵壳的吸水口内，与泵吸水管路相连通。离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，然后，驱动电机，使叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。在这同时，泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大气压力作用下，沿吸水管而源源不断地流入叶轮吸水口，又受到高速转动叶轮的作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这样，就形成了离心泵的连续输水。
图1.13 单机单吸式离心泵(www.xing528.com)
1—泵壳；2—泵轴；3—叶轮；4—吸水管；5—压水管；6—底阀；7—闸阀；8—灌水漏斗；9—泵座
由上所述可知，离心泵的工作过程，实际上是一个能量的传递和转化的过程，它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，该离心泵的性能就越差，工作效率就越低。
3.离心泵的一般特点
（1）水沿离心泵的流经方向是沿叶轮的轴向吸入，垂直于轴向流出，即进出水流方向互成90°。
（2）由于离心泵靠叶轮进口形成真空吸水，因此在启动前必须向泵内和吸水管内灌注引水，或用真空泵抽气，以排出空气形成真空，而且泵壳和吸水管路必须严格密封，不得漏气，否则形不成真空，也就吸不上水来。
（3）由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵吸水高度不能超过10m，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10m。如安装过高，则不吸水；此外，由于山区比平原大气压力低，因此同一台水泵在山区，特别是在高山区安装时，其安装高度应降低，否则也不能吸上水来。
1.2.1.3 轴流泵
1.轴流泵的基本构造
轴流泵靠旋转叶轮的叶片对液体产生的作用力使液体沿轴线方向输送的泵，外形很像一根水管，有立式、卧式、斜式及贯流式数种，结构如图1.14所示。
（1）进口管。为了改善入口处水力条件，常采用符合流线型的喇叭管或做成流道型式。
图1.14 立式轴流泵结构
1—联轴器；2—轴承；3—泵轴；4—出口管；5—导叶装置；6—叶轮；7—进口管；8—泵体
（2）叶轮。是轴流泵的主要工作部件，其性能直接影响到泵的性能。叶轮按其调节的可能性，可以分为固定式、半调式和全调式3种。
（3）导叶装置。在轴流泵中，液体运动沿螺旋面的运动，液体除了轴向前进外，还有旋转运动。导叶是固定在泵壳上不动的，水流经过导叶时就消除了旋转运动，把旋转的动能变为压力能。因此，导叶的作用就是把叶轮中向上流出的水流旋转运动变为轴向运动。一般轴流泵中有6～12片导叶。
（4）轴和轴承。泵轴是用来传递扭矩的。在大型轴流泵中，为了在轮毂体内布置调节、操作机构，泵轴常做成空心轴，里面安置调节操作油管。
（5）轴封。轴流泵出水弯管的轴孔处需要设置密封装置，目前，一般仍常用压盖填料型的密封装置。
2.轴流泵的基本原理
轴流泵输送液体是利用旋转叶轮叶片的推力使被输送的液体沿泵轴方向流动，而不是依靠叶轮对液体的离心力。当泵轴由电动机带动旋转后，由于叶片与泵轴轴线有一定的螺旋角，所以对液体产生推力（或称为升力），将液体推出从而沿排出管排出。这和电风扇运行的道理相似：靠近风扇叶片前方的空气被叶片推向前面，使空气流动。轴流泵的液体被推出后，原来的位置便形成局部真空，外面的液体在大气压的作用下，将沿进口管被吸入叶轮中。只要叶轮不断旋转，泵便能不断地吸入和排出液体。
3.轴流泵的一般特点
（1）水在轴流泵的流经方向是沿叶轮的轴相吸入、轴相流出，因此称轴流泵。（2）扬程低（1～13m）、流量大、效益高，适于平原、湖区、河网区排灌。（3）启动前不需灌水，操作简单。
1.2.1.4 混流泵
1.混流泵的构造
混流泵根据其压水室的不同，通常可分为蜗壳式（图1.15）和导叶式（图1.16）两种。混流泵从外形上看，蜗壳式与单吸式离心泵相似，导叶式与立式轴流泵相似。其部件也无多大区别，所不同的仅是叶轮的形状和泵体的支承方式。混流泵叶轮的工作原理是介于离心泵和轴流泵之间的一种过渡型式。
图1.15 蜗壳式混流泵构造装配图
1—泵壳；2—泵盖；3—叶轮；4—泵轴；5—减漏环；6—轴承盒；7—轴套；8—填料压盖；9—填料；10—滚动轴承；11—出水口；12—皮带轮；13—双头螺丝
图1.16 导叶式混流泵结构图
1—进水喇叭；2—叶轮；3—导叶体；4—出水弯管；5—泵轴；6—橡胶轴承；7—填料函
2.混流泵的工作原理
由于混流泵的叶轮形状介于离心泵叶轮和轴流泵叶轮之间，因此，混流泵的工作原理既有离心力又有升力，靠两者的综合作用，水则以与轴组成一定角度流出叶轮，通过蜗壳室和管路把水提向高处。
3.混流泵的一般特点
（1）混流泵与离心泵相比，扬程较低，流量较大，与轴流泵相比，扬程较高，流量较低。适用于平原、湖区排灌。
（2）水沿混流泵的流经方向与叶轮轴成一定角度而吸入和流出的，故又称斜流泵。
1.2.1.5 水泵的参数及性能
水泵参数是指泵工作性能的主要技术数据，包括流量、扬程、转速、效率和比转速等。
1.流量（Q）
泵的流量即为离心泵的送液能力，是指单位时间内泵所输送的液体体积。泵的流量取决于泵的结构尺寸（主要为叶轮的直径与叶片的宽度）和转速等。操作时，泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。以Q来表示，单位一般为m3/h或m3/s。
2.扬程（H）
泵的扬程是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。实质上就是水泵能够扬水的高度，又称为总扬程或全扬程。单位为米液柱高度，习惯上省去“液柱”，以米（m）表示。
由于水泵铭牌上标明的扬程是上述水泵的总扬程，因此不能误认为铭牌上的扬程是实际扬程数值，水泵的实际扬程都比水泵铭牌上的扬程数值小。因此在确定水泵扬程时，这一点要特别注意。否则，如果只按实际扬程来确定水泵的扬程，订购的水泵扬程就低了，那可能会降低水泵的效率，甚至打不上水来。损失扬程与管路上的水管和附件种类（低阀、闸阀、逆止阀、直管、弯管）、数量、水管内径、管长、水管内壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切关系，这一点在管路设计和选配水管和附件时也应注意。
3.允许吸上真空高度（Hs）
允许吸上真空高度是指真空表读数吸水扬程，也就是泵的吸水扬程（简称泵的吸程），包括实际吸水扬程与吸水损失扬程之和，以Hs表示，单位为米（m）。
允许吸上真空高度是安装水泵高度的重要参数，安装水泵时，应使水泵的吸水扬程小于允许吸上真空高度值，否则安装过高，就吸不上水或生产气蚀现象。如生产气蚀，不仅水泵性能变坏，而且也可能使叶轮损坏。
4.转速（n）
转速是指泵叶轮每分钟的转数，以n表示，单位为转/分（r/min）。每台泵都有一定的转速，不能随意提高或降低，这个固定的转速称为额定转速，水泵铭牌上标定的转速即为额定转速。如泵运转超过额定转速，不但会引起动力机超载或转不动，而且泵的零部件也容易损坏；转速降低，泵的效率就会降低，影响水泵的正常工作。
5.比转数（ns）
在前述水泵型号中，有些型号的组成部分有比转数这个参数。比转数与转速是两个概念，水泵的比转数，简称比速，常用符号为ns。叶轮形状相同或相似的水泵比转数相同，叶轮形状不相同或不相似的水泵比转数不相同。如轴流泵比转速比混流泵大，混流泵比转速也是反映水泵特性的综合性指标。此外，要注意比转数大的水泵，其转速不一定高；比转数小的，转速不一定低。大流量、低扬程的水泵，比转速大，反之则小。一般比转数较低的离心泵，其流量小、扬程高；而比转数较高的轴流泵，其流量大、扬程低。
6.功率（P）
功率是指机组在单位时间内做功的大小，用符号P表示，常用单位为W（瓦特）。水泵功率可分为有效功率、轴功率和配套功率3种。
7.效率（η）
泵在输送液体过程中，轴功率大于排送到管道中的液体从叶轮处获得的功率，因为容积损失、水力损失物机械损失都要消耗掉一部分功率，而泵的效率即反映泵对外加能量的利用程度。常用符号为η，其大小用百分数表示。
泵的效率值与泵的类型、大小、结构、制造精度和输送液体的性质有关。大型泵效率值高些，小型泵效率值低些。
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