水泵选型技术文章

 

水泵选型技术文章一、水泵的分类

    水泵一般多以泵的结构和作用原理来分类，有时根据需要也按使用部门、用途、动力类型和泵的水力性能等进行分类。

    （1）按使用部门分  有农业用泵（农用泵）、工作用泵（工业泵）和特殊用泵等。

    （2）按用途分  有水泵、砂泵、泥浆泵、污水泵、污物泵、井用泵、潜水电泵、喷灌泵、家用泵、消防泵等。

    （3）按动力类型分  有手动泵、畜力泵、脚踏泵、风力泵、太阳能水泵、电动泵、机动泵、水轮泵、内燃水泵、水锤泵等。

    （4）按工作原理分  有离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵、射流泵、容积泵（螺杆泵、活塞泵、隔膜泵）、链条泵、电磁泵、液环泵、脉冲泵等。

五、水泵的参数及性能

   （1）水泵的主要参数

   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、效率和比转数等。

    1、流量（Q）

    泵的流量是指单位时间内所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积计算，以Q表示，单位为米3/时（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用重量计，以G表示，单位为吨/时（t/h）、吨/秒（t/s）、千克/秒（kg/s）。

    G与Q的关系：

    G=r×Q  r-液体重度（千克/米3）

    因水的重量近似1000千克/米3，故

    1升/秒=3.6米3/时=3.6吨/时

    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。以H表示，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。单位为米液柱高度，习惯上省去“液柱”，以米（m）表示。

    泵的总扬程由吸水扬程与出水扬程两部分组成，因此

                            总扬程=吸水扬程=出水扬程

    但由于水流经过管路时受到各种阻力而减少了泵的吸水扬程和出水扬程，因此

                        吸水扬程=实际吸水扬程+吸水损失扬程

                        出水扬程=实际出水扬程+出水损失扬程

                        损失扬程=吸水损失扬程+出水损失扬程

                        总扬程=实际扬程+损失扬程

    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，订购来的水泵扬程就低了，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，这个固定的转素称为额定转速，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。水泵的比转数是指一个假想的所谓标准水泵叶轮的转数，这个假想的水泵与真实水泵的叶轮各部分都几何相似，而在消耗功率为0.735千瓦、扬程为1米、流量为0.075立方米/秒时所具有的转数。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。如轴流泵比转数比混流泵大，混流泵比转数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，比转数大，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

    功率是指机组在单位时间内作功的大小。水泵功率可分为有效功率、轴功率和配套功率三种。

    （1）有效功率  它是除掉水泵内部分损失功率后，纯用于扬水所消耗的功率，因此又称为净功率、输出功率或水马力。常用符号为N效，单位为千瓦（或马力）。有效功率值可用水泵的流量和扬程计算得出：

                                    流量（千克/秒）×总扬程（米）

                有效功率率（千瓦）=————————————————

                                              102

    （2）轴功率  它是动力机传给水泵轴上的功率，因此称为轴功率或输入功率。常用符号为N轴。它是水泵有效功率与水泵损失功率之和。水泵的损失功率主要包括泵体内轴承的摩擦、水泵轴与填料的摩擦、水与叶轮、泵壳间的摩擦，以及泵内高压水的回漏等所消耗的功率。

    （3）配套功率  它是指水泵应选配的动力机的功率，因此又称用功率。常用符号为N配，它比轴功率大。这是因为动力机把动力传递给水泵的过程中，有传动损失；同时还要考虑水泵工作时，流量及扬程有波动而可能出现动力机超载，因此动力机需有比水泵轴功率大的功率储备。配套功率可按下式求得：

                           动力安全系数×（千克/秒）×扬程（米）

         配套功率（千瓦）=—————————————————————

                                102×水泵效率×传动效率

    动力安全系数（或称备用系数）可根据水泵轴功率大小确定，轴功率小时取大值。

    传动交率要根据传动类型和传动方式确定。采用联轴器直接传动时，取0.99。采用皮带传动时，开口式传动取0.98，交叉传动取0.9，半交叉传动取0.92～0.94；三角带传动取0.96。

    7、效率（n）

    效率是指有效功率与轴功率的比值，因此它是反映泵对动力所给予的功率利用程度的技术经济指标。常用符号为n，其大小用百分数表示。可用下式表达：

                               有效效率

                     水泵效率=——————×100%

                                 轴功率

    由于有效功率小于轴功率，因此水泵效率永远小于1。但水泵效率值越大说明有效功率越大，泵内损失功率越小。我们选择水泵时，应尽量选择效率高的水泵。铭牌上的效率是指水泵可能达到的zui率，一般农用水泵的zui率为60%～80%，有些大型水泵超过了80%。 

    （二）水泵性能参数之间关系

    水泵的参数较多，但它们都不是孤立存在而是相互关联相互影响的。掌握它们之间的关系，对正确选购和使用水泵具有一定的指导意义。

    1、水泵转速一定时，流量与扬程、功率、效率的关系，即其扬程、功率和效率均随流量变化而按一定规律变化。

    以离心泵和轴流泵为例，它们的变化规律是不相同的。这两种泵的扬程虽然都随流量的增大而降低，随流量的减少而增高，但轴流泵变化更为显著。而且当流量为零时（相当于出水管闸阀关闭），它的扬程比正常值升高很多。而离心泵扬程升高并不显著。

    两种水泵的功率与流量间的关系，其变化规律是相反的。离心泵的功率随流量的减小而降低（或者说随扬程的增大而降低），当离心泵的流量为零时，功率为zui小。因此离心泵在起动和停车前应关闭闸阀，以降低起动功率和稳定停车。而轴流泵则相反，其功率是随流量的减小而增高，流量为零时功率zui大。因此不能关闭闸阀起动，正是这个原因，所以轴流泵的出水管上并不安装闸阀。

    两种水泵的效率与流量间的关系，其变化规律也不相同。离心泵的效率在流量变化时，其变化较小，也就是说，流量在较大的范围内改变时，仍能保持较高的效率。由于离心泵率范围较宽，因此水泵在运行中可以调节流量的扬程。但轴流泵则相反，流量稍有改变，效率变化较大。因此水泵在运行中不宜调节流量和扬程。

    2、水泵转速改变时，流量与扬程、功率、效率的关系。

    六、水泵的管路及附件

    水泵为了完成抽水工作，不仅必须配备动务机，而且还要配备管路及其附件。管路的种类规格较多，附件也较多。以离心泵抽水站与套的管路及其附件为例，有底阀、滤阀、进水管、弯管、真空表、压力表、出水管、逆止阀、闸阀及相应的连接法兰、垫片、螺钉、螺母等。

    水管可分为进水管和出水管（又称吸水管路和压水管路或扬水管）。根据管路配套型式和水管材质的不同，可分为橡胶管、铸铁管、无缝钢管、焊接钢管（薄壁钢管）、混凝土管、塑料管（硬塑料管）和涂塑软管等。水管（指出水管）在机泵配套中占有较大的比重，选用管路时，既要考虑适用性又要考虑经济性。小型移动式抽水机组，有电地区多数选用小型潜水电泵，无电池区选用柴油机水泵机组。小型潜水电泵抽水无须选用进水管和底阀滤网，扬程较高时，出水管选用焊接钢管或塑料管；扬程较低时，选用橡胶管、塑料管或涂塑软管，也可以几种管路串联。柴油机水泵机组（指离心泵和混流泵机组）进水管选用橡胶管和相应配套底阀滤网，自吸离心泵可不用底阀，进水管必须承受一定压力而不变形，否则吸不上水或影响水泵性能。扬程较高时也水管选用薄壁钢管、铝合金管或塑料管，扬程较低时，可用塑料或涂塑软管。管路长度视其浇灌田块环境的具体情况而定。

    大中型提水机组（固定式排灌站）在确定机泵之前，首先要进行灌溉排水系统的规划设计，选定了机泵之后，要进行水利工程施工，高扬程抽水泵站的进出水管选用焊接钢管，低扬程提水泵站，出水管可因地制宜选用混凝土管。

    管路的连接，钢管主要用法兰盘或螺纹连接，100毫米以下的薄壁钢管、铝合金管也可用球形、半球形的快速接头连接，涂塑软管用旋转式快速接头连接。

    弯管、底阀滤网、阀门、闸门、真空泵、真空表、压力表等管道附件，都有各自的标准和定型产品，有户根据配套需要，按照规格型号可向有关工厂订货或到市场有关部门选购。

    七、水泵的选型配套

    水泵的选型和配套在我们经营部门的购货、销售、技术服务等项工作中是经常遇到的问题，它应包括水泵的选型、动力机的配套、传动装置的选择、管路及附件的选配等四个内容。

    （一）水泵的选型

    影响水泵的选型的因素虽然很多，但主要是看流量的扬程是否能达到要求。因此选型的步骤一般首先是根据“需要”来确定所需的流量的扬程。

    1、水泵流量的确定

    灌溉用水泵的流量是由农田的需水量决定的，农田的需水量与灌区面积的大小、每亩地灌水量、农作物的种类及生长阶段、土壤性质、地下水深度、气温等因素都有密切关系。排水用水泵的流量与降雨量、河网的调蓄能力、提防渗透、附近地势、水旱田面积、农作物耐淹程度等有密切关系。对灌溉及排水的水泵流量的计算是比较细致、复杂的工作。

    灌溉所需的流量，可按下列公式计算：  

                                     mS

                                Q = ——

                                     tTn

    式中：Q—灌溉所需的流量（米3/时）；

          m—每一亩一次灌水量（米3/亩），

          S—灌溉面积，即实际受益面积（亩），按水田、旱田分别统计；

          t—每天（每昼夜）灌溉时数（小时/天），即水泵每天抽水时间，通常每天工作15～             22小时，拖动水泵的内燃机每天zui多工作20小时，电动机为22小时，究竟工作多长              时间视具体情况而定；

          T—轮灌天数，系指农田每一次灌水所延续的天数，视农作物生长要求、老力安排、水             利条件而定。

          n—灌区渠系水力利用系数。

    农田期水量根据田间作业品种的不同而不同，例如水稻田，刚开始灌水时，田间土壤干燥，须经耕翻、耕平，再灌水，使土壤含水量饱和并保持一定水层深度，才能插秧，此后作物生长期用水量较少。因此对水稻田灌水量zui多的是泡田期，所以一般用泡田灌水量作为计算所需流量的依据。泡田灌水量与土壤性质、地下水深度有关。水稻生育期灌水量与田间蒸发、渗漏有关，一般每昼夜耗水6～10毫米，出穗开花期每昼夜耗水10～15毫米，旱田作物一般播前和生育期灌水量分别为50～60米3/亩和25～50米3/亩。

    2、所需水泵扬程的确定

    如前所述，水泵的扬程系指总扬程，即实际扬程加上损失扬程。  

    所需实际扬程，可通过各种方法实地测量出来。

    所需损失扬程，可通过以下步骤确定：

   （1）根据前述计算出的所需流量，查水泵性能表，选定所需水泵的口径，并根据水泵的口径选定水泵进、出管直径。

   （2）水泵型号的确定

    当所需的流量和扬程确定之后，即可根据水泵性能表选定水泵的型号。在查水泵性能表时，先查找出与所需流量和扬程相接近的水泵，然后再确定型号。

    上面介绍了水泵选型的步骤和计算方法，虽然比较麻烦，但比较准确，这样可以选到既可靠又经济的水泵。我们经营部门应该掌握这些内容，在订货、销售中应为用户服务，当好用户的参谋，提高经营水平。

   （二）动力机的配套

    1、动力机类型选择

    拖动水泵的动力机械，目前主要是电动机、柴油机和汽油机，其中主要是前两种。电力排灌的优点是：使用成本较底，操作容易，运转稳定可靠，可直接连接水泵，维护保养简单，管理方便，在电力充足的地区使用可接省燃油能源，适于大面积排灌，但受电源限制，排灌基本建设投资多；柴油机和汽油机不受电源限制，基本建设投资少，特别是小型柴油机和汽油机在分散的小面积和移动性排灌情况下，具有很明显的实用性和机动灵活性。但它们的使用成本高，操作技术要求较严，运转不够稳定，维护保养比较复杂，一般需间接连接水泵。柴油机与汽油机相比较，柴油机与水泵配套较多。究竟选择哪种动力机械，要视具体情况而定，在水泵说明书上对动力机配套一般都有规定。

    2、动力机功率及转速的确定

    动力机类型确定之后，主要是确定动力机的功率及转速。

    一台水泵需要多大功率的动力机配套，一般在水泵铭牌、水泵性能表及使用说明书中均有规定，但要注意虽然动力机的功率要大于水泵轴功率，然而不能把动力机功率选的太大，大机拖小泵，经济上不合算；也不要把功率选小了，小机拖大泵，这样不仅动力机超载甚至使动力机损坏，而且可能会使水泵流量减小。

    动力机与水泵的转速配套，就是动力机在他自己额定转速下工作时，被拖动的水泵也要在它自己的额定转速下工作，若两者额定转速相等、转向也相同时，转速配套就算解决了。但如果转速不等或转向不同时，就要用改变转速或转向的传动装置来使两者达到相配合的目的。当两者转速不等时，一般可用改变皮带轮直径的办法来调节。皮带轮直径与转速有如下关系式。

                            （1.01～1.05）×水泵转速×水泵皮带轮直径

            动力机皮带轮直径=————————————————————

                                           动力机转速

                               动力机转速×动力机皮带轮直径

              水泵皮带轮直径=————————————————

                                （1.01～1.05）×水泵转速

    实际上对已选定的水泵和动力机的转速，都可以分别从它们各自的铭牌上或性能表上查出，水泵和动力机其中只要有一个皮带轮的直径可以查出或测量出来，另一个就可按上式计算出来，式中的1.01～1.05是考虑皮带在皮带轮上打滑而会降低转速，所取得的打滑系数。一般情况下，三角皮带取1.01～1.02，平皮带取1.02～1.05。

   （三）传动装置的选择

    动力机与水泵之间的传动方式可分为直接传动和间接传动两种。

    1、直接传动

    直接传动就是把水泵与动力机的传动轴通常用联轴器直接连接起来。联轴器有刚性和弹性连接两种，为了补偿两轴线不对中的偏差，减少运转中的振动，传动平稳和便于安装，一般常采用弹性联轴器。当水泵与动力机转速相同或接近（相差不大于2%），且轴线在同一直线上，转向有一致时，采用联轴器直接传动。这种传动方式的优点是：结构紧凑，运转平稳可靠，传动效率高。目前用电动机拖动水泵的机组，大都采用联轴器直接传动。

    2、间接传动

    间接传动就是水泵与动力机的传动轴不能直联，而是通过中间传动装置直联接并传递动力。这种中间传动装置主要是用皮带传动和齿轮传动。齿轮传动虽然传动效益高，但制造成本高、价格贵，仅在大型排灌站使用。当水泵与动力机转速不同，轴线不在同一直线上（垂直或平行），转向不一致时，一般均采用皮带间接传动。皮带间接传动的优点是：对转速、转向、线轴位置不同的适应性广，传动较平稳，过载时皮带可打滑，不致损坏机件，结构简单，使用维修方便。但传动效益低，需经常调节皮带长度和更换皮带。目前用内燃机拖动水泵的机组大都采用皮带间接传动。皮带传动按所用皮带的种类不同可分为平皮带和三角胶带两种，此外近年来还出现齿带。

    平皮带在内燃机拖动水泵机组上应用较多，它的适用范围较广，传动方向可以多变，但传动比较小，皮带易打滑，传动损失大，效率较低。平皮带的传动方式有开口式传动、交叉传动和半交叉传动三种，开口式传动适用于水泵与电机两轴平行，转向相同、转速不同也可相同的传动；交叉传动适用与两轴平行、转向相反、转速不同也可相同的传动上；半交叉传动适用于两轴相互垂直、转速不同也可相同的传动上。

    三角胶带具有梯形断面，装在皮带轮的梯形槽中。由于三角胶带是胶带的两个侧面与轮槽两侧紧密接触，摩擦力比平皮带大，所以传动比较大，在实际使用中传动效率比平皮带略高，结构紧凑，使用安全平稳。

    （四）管路及附件的选配

    1、管路的选配

    管路选配主要是选用合适的管路直径，采用合理的布置方案，以减少管路地扬程损失，节省功率。

    为了减慢水在管路中的流速，减少管路的扬程损失，管路直径都比水泵口径略大些。一般进水管直径应比水泵进口直径大50毫米（2英寸），出口管直径也应适当加大，至少等于水泵出口管直径。管路直径扩大后，就应在水泵进、出口连接处配装渐变接管，采用大小头接管（锥形短管）。水泵进口处的大小头接管是渐细接管，它的特点是具有偏心的接管，安装时，偏心（长半径）朝下，以使上面为水平状态，这一点在订货、保管和发货时要注意，不要搞错。水泵出口处大小头接管是渐扩管，可以是同心接管。

    2、管路附件的选配

    管路附件的选配应贯彻既安全又经济的原则。也就是说，既能保证机组的正常运行，又要选配zui简单的管路附件，以减少扬程损失。如滤网，在水源清洁无杂物的情况下，可不设置。底阀，在用真空能够抽气充水或用其它方法充水时，也可不用。出水管路上如能用拍门代替逆止阀，就尽量用拍门。除离心泵和混流泵采用闸阀外，进水管路和轴流泵出水管路都不应安装闸阀。此外进、出水管路都要尽量减少弯管。对一个排灌站来说，究竟应设置哪些管路附件，应根据具体情况选配

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