水泵選型技術文章
水泵選型技術文章一、水泵的分類
水泵一般多以泵的結構和作用原理來分類，有時根據需要也按使用部門、用途、動力類型和泵的水力性能等進行分類。
（1）按使用部門分 有農業用泵（農用泵）、工作用泵（工業泵）和特殊用泵等。
（2）按用途分 有水泵、砂泵、泥漿泵、污水泵、污物泵、井用泵、潛水電泵、噴灌泵、家用泵、消防泵等。
（3）按動力類型分 有手動泵、畜力泵、腳踏泵、風力泵、太陽能水泵、電動泵、機動泵、水輪泵、內燃水泵、水錘泵等。
（4）按工作原理分 有離心泵、混流泵、軸流泵、旋渦泵、射流泵、容積泵（螺桿泵、活塞泵、隔膜泵）、鏈條泵、電磁泵、液環泵、脈沖泵等。
五、水泵的參數及性能
（1）水泵的主要參數
水泵參數是指泵工作性能的主要技術數據，包括流量、揚程、轉速、效率和比轉數等。
1、流量（Q）
泵的流量是指單位時間內所排出的液體的數量。通常泵的流量用體積計算，以Q表示，單位為米3/時（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用重量計，以G表示，單位為噸/時（t/h）、噸/秒（t/s）、千克/秒（kg/s）。
G與Q的關系：
G=r×Q r-液體重度（千克/米3）
因水的重量近似1000千克/米3，故
1升/秒=3.6米3/時=3.6噸/時
2、揚程（H）
泵的揚程是指單位重量的液體通過泵所增加的能量。以H表示，實質上就是水泵能夠揚水的高度，又叫總揚程或全揚程。單位為米液柱高度，習慣上省去“液柱”，以米（m）表示。
泵的總揚程由吸水揚程與出水揚程兩部分組成，因此
總揚程=吸水揚程=出水揚程
但由于水流經過管路時受到各種阻力而減少了泵的吸水揚程和出水揚程，因此
吸水揚程=實際吸水揚程+吸水損失揚程
出水揚程=實際出水揚程+出水損失揚程
損失揚程=吸水損失揚程+出水損失揚程
總揚程=實際揚程+損失揚程
由于水泵銘牌上標明的揚程是上述水泵的總揚程，因此不能誤認為銘牌上的揚程是實際揚程數值，水泵的實際揚程都比水泵銘牌上的揚程數值小。因此在確定水泵揚程時，這一點要特別注意。否則，如果只按實際揚程來確定水泵的揚程，訂購來的水泵揚程就低了，那可能會降低水泵的效率，甚至打不上水來。損失揚程與管路上的水管和附件種類（低閥、閘閥、逆止閥、直管、彎管）、數量、水管內徑、管長、水管內壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切關系，這一點在管路設計和選配水管和附件時也應注意。
3、允許吸上真空高度（Hs）
允許吸上真空高度是指真空表讀數吸水揚程，也就是泵的吸水揚程（簡稱泵的吸程），包括實際吸水揚程與吸水損失揚程之和。以Hs表示，單位為米（m）。
允許吸上真空高度是安裝水泵高度的重要參數，安裝水泵時，應使水泵的吸水揚程小于允許吸上真空高度值，否則安裝過高，就吸不上水或生產氣蝕現象。如生產氣蝕，不僅水泵性能變壞，而且也可能使葉輪損壞。
4、轉速（n）
轉速是指泵葉輪每分鐘的轉數，以n表示，單位為轉/分（r/min）。每臺泵都有一定的轉速，不能隨意提高或降低，這個固定的轉素稱為額定轉速，水泵銘牌上標定的轉速即為額定轉速。如泵運轉超過額定轉速，不但會引起動力機超載或轉不動，而且泵的零部件也容易損壞；轉速降低，泵的效率就會降低，影響水泵的正常工作。
5、比轉數（ns）
在前述水泵型號中，有些型號的組成部分有比轉數這個參數。比轉數與轉速是兩個概念，水泵的比轉數，簡稱比速，常用符號為ns。水泵的比轉數是指一個假想的所謂標準水泵葉輪的轉數，這個假想的水泵與真實水泵的葉輪各部分都幾何相似，而在消耗功率為0.735千瓦、揚程為1米、流量為0.075立方米/秒時所具有的轉數。葉輪形狀相同或相似的水泵比轉數相同，葉輪形狀不相同或不相似的水泵比轉數不相同。如軸流泵比轉數比混流泵大，混流泵比轉數也是反映水泵特性的綜合性指標。此外，要注意比轉數大的水泵，其轉速不一定高；比轉數小的，轉速不一定低。大流量、低揚程的水泵，比轉數大，反之則小。一般比轉數較低的離心泵，其流量小、揚程高；而比轉數較高的軸流泵，其流量大、揚程低。
6、功率
功率是指機組在單位時間內作功的大小。水泵功率可分為有效功率、軸功率和配套功率三種。
（1）有效功率 它是除掉水泵內部分損失功率后，純用于揚水所消耗的功率，因此又稱為凈功率、輸出功率或水馬力。常用符號為N效，單位為千瓦（或馬力）。有效功率值可用水泵的流量和揚程計算得出：
流量（千克/秒）×總揚程（米）
有效功率率（千瓦）=————————————————
102
（2）軸功率 它是動力機傳給水泵軸上的功率，因此稱為軸功率或輸入功率。常用符號為N軸。它是水泵有效功率與水泵損失功率之和。水泵的損失功率主要包括泵體內軸承的摩擦、水泵軸與填料的摩擦、水與葉輪、泵殼間的摩擦，以及泵內高壓水的回漏等所消耗的功率。
（3）配套功率 它是指水泵應選配的動力機的功率，因此又稱用功率。常用符號為N配，它比軸功率大。這是因為動力機把動力傳遞給水泵的過程中，有傳動損失；同時還要考慮水泵工作時，流量及揚程有波動而可能出現動力機超載，因此動力機需有比水泵軸功率大的功率儲備。配套功率可按下式求得：
動力安全系數×（千克/秒）×揚程（米）
配套功率（千瓦）=—————————————————————
102×水泵效率×傳動效率
動力安全系數（或稱備用系數）可根據水泵軸功率大小確定，軸功率小時取大值。
傳動交率要根據傳動類型和傳動方式確定。采用聯軸器直接傳動時，取0.99。采用皮帶傳動時，開口式傳動取0.98，交叉傳動取0.9，半交叉傳動取0.92～0.94；三角帶傳動取0.96。
7、效率（n）
效率是指有效功率與軸功率的比值，因此它是反映泵對動力所給予的功率利用程度的技術經濟指標。常用符號為n，其大小用百分數表示。可用下式表達：
有效效率
水泵效率=——————×100%
軸功率
由于有效功率小于軸功率，因此水泵效率永遠小于1。但水泵效率值越大說明有效功率越大，泵內損失功率越小。我們選擇水泵時，應盡量選擇效率高的水泵。銘牌上的效率是指水泵可能達到的zui率，一般農用水泵的zui率為60%～80%，有些大型水泵超過了80%。
（二）水泵性能參數之間關系
水泵的參數較多，但它們都不是孤立存在而是相互關聯相互影響的。掌握它們之間的關系，對正確選購和使用水泵具有一定的指導意義。
1、水泵轉速一定時，流量與揚程、功率、效率的關系，即其揚程、功率和效率均隨流量變化而按一定規律變化。
以離心泵和軸流泵為例，它們的變化規律是不相同的。這兩種泵的揚程雖然都隨流量的增大而降低，隨流量的減少而增高，但軸流泵變化更為顯著。而且當流量為零時（相當于出水管閘閥關閉），它的揚程比正常值升高很多。而離心泵揚程升高并不顯著。
兩種水泵的功率與流量間的關系，其變化規律是相反的。離心泵的功率隨流量的減小而降低（或者說隨揚程的增大而降低），當離心泵的流量為零時，功率為zui小。因此離心泵在起動和停車前應關閉閘閥，以降低起動功率和穩定停車。而軸流泵則相反，其功率是隨流量的減小而增高，流量為零時功率zui大。因此不能關閉閘閥起動，正是這個原因，所以軸流泵的出水管上并不安裝閘閥。
兩種水泵的效率與流量間的關系，其變化規律也不相同。離心泵的效率在流量變化時，其變化較小，也就是說，流量在較大的范圍內改變時，仍能保持較高的效率。由于離心泵率范圍較寬，因此水泵在運行中可以調節流量的揚程。但軸流泵則相反，流量稍有改變，效率變化較大。因此水泵在運行中不宜調節流量和揚程。
2、水泵轉速改變時，流量與揚程、功率、效率的關系。
六、水泵的管路及附件
水泵為了完成抽水工作，不僅必須配備動務機，而且還要配備管路及其附件。管路的種類規格較多，附件也較多。以離心泵抽水站與套的管路及其附件為例，有底閥、濾閥、進水管、彎管、真空表、壓力表、出水管、逆止閥、閘閥及相應的連接法蘭、墊片、螺釘、螺母等。
水管可分為進水管和出水管（又稱吸水管路和壓水管路或揚水管）。根據管路配套型式和水管材質的不同，可分為橡膠管、鑄鐵管、無縫鋼管、焊接鋼管（薄壁鋼管）、混凝土管、塑料管（硬塑料管）和涂塑軟管等。水管（指出水管）在機泵配套中占有較大的比重，選用管路時，既要考慮適用性又要考慮經濟性。小型移動式抽水機組，有電地區多數選用小型潛水電泵，無電池區選用柴油機水泵機組。小型潛水電泵抽水無須選用進水管和底閥濾網，揚程較高時，出水管選用焊接鋼管或塑料管；揚程較低時，選用橡膠管、塑料管或涂塑軟管，也可以幾種管路串聯。柴油機水泵機組（指離心泵和混流泵機組）進水管選用橡膠管和相應配套底閥濾網，自吸離心泵可不用底閥，進水管必須承受一定壓力而不變形，否則吸不上水或影響水泵性能。揚程較高時也水管選用薄壁鋼管、鋁合金管或塑料管，揚程較低時，可用塑料或涂塑軟管。管路長度視其澆灌田塊環境的具體情況而定。
大中型提水機組（固定式排灌站）在確定機泵之前，首先要進行灌溉排水系統的規劃設計，選定了機泵之后，要進行水利工程施工，高揚程抽水泵站的進出水管選用焊接鋼管，低揚程提水泵站，出水管可因地制宜選用混凝土管。
管路的連接，鋼管主要用法蘭盤或螺紋連接，100毫米以下的薄壁鋼管、鋁合金管也可用球形、半球形的快速接頭連接，涂塑軟管用旋轉式快速接頭連接。
彎管、底閥濾網、閥門、閘門、真空泵、真空表、壓力表等管道附件，都有各自的標準和定型產品，有戶根據配套需要，按照規格型號可向有關工廠訂貨或到市場有關部門選購。
七、水泵的選型配套
水泵的選型和配套在我們經營部門的購貨、銷售、技術服務等項工作中是經常遇到的問題，它應包括水泵的選型、動力機的配套、傳動裝置的選擇、管路及附件的選配等四個內容。
（一）水泵的選型
影響水泵的選型的因素雖然很多，但主要是看流量的揚程是否能達到要求。因此選型的步驟一般首先是根據“需要”來確定所需的流量的揚程。
1、水泵流量的確定
灌溉用水泵的流量是由農田的需水量決定的，農田的需水量與灌區面積的大小、每畝地灌水量、農作物的種類及生長階段、土壤性質、地下水深度、氣溫等因素都有密切關系。排水用水泵的流量與降雨量、河網的調蓄能力、提防滲透、附近地勢、水旱田面積、農作物耐淹程度等有密切關系。對灌溉及排水的水泵流量的計算是比較細致、復雜的工作。
灌溉所需的流量，可按下列公式計算：
mS
Q = ——
tTn
式中：Q—灌溉所需的流量（米3/時）；
m—每一畝一次灌水量（米3/畝），
S—灌溉面積，即實際受益面積（畝），按水田、旱田分別統計；
t—每天（每晝夜）灌溉時數（小時/天），即水泵每天抽水時間，通常每天工作15～ 22小時，拖動水泵的內燃機每天zui多工作20小時，電動機為22小時，究竟工作多長 時間視具體情況而定；
T—輪灌天數，系指農田每一次灌水所延續的天數，視農作物生長要求、老力安排、水 利條件而定。
n—灌區渠系水力利用系數。
農田期水量根據田間作業品種的不同而不同，例如水稻田，剛開始灌水時，田間土壤干燥，須經耕翻、耕平，再灌水，使土壤含水量飽和并保持一定水層深度，才能插秧，此后作物生長期用水量較少。因此對水稻田灌水量zui多的是泡田期，所以一般用泡田灌水量作為計算所需流量的依據。泡田灌水量與土壤性質、地下水深度有關。水稻生育期灌水量與田間蒸發、滲漏有關，一般每晝夜耗水6～10毫米，出穗開花期每晝夜耗水10～15毫米，旱田作物一般播前和生育期灌水量分別為50～60米3/畝和25～50米3/畝。
2、所需水泵揚程的確定
如前所述，水泵的揚程系指總揚程，即實際揚程加上損失揚程。
所需實際揚程，可通過各種方法實地測量出來。
所需損失揚程，可通過以下步驟確定：
（1）根據前述計算出的所需流量，查水泵性能表，選定所需水泵的口徑，并根據水泵的口徑選定水泵進、出管直徑。
（2）水泵型號的確定
當所需的流量和揚程確定之后，即可根據水泵性能表選定水泵的型號。在查水泵性能表時，先查找出與所需流量和揚程相接近的水泵，然后再確定型號。
上面介紹了水泵選型的步驟和計算方法，雖然比較麻煩，但比較準確，這樣可以選到既可靠又經濟的水泵。我們經營部門應該掌握這些內容，在訂貨、銷售中應為用戶服務，當好用戶的參謀，提高經營水平。
（二）動力機的配套
1、動力機類型選擇
拖動水泵的動力機械，目前主要是電動機、柴油機和汽油機，其中主要是前兩種。電力排灌的優點是：使用成本較底，操作容易，運轉穩定可靠，可直接連接水泵，維護保養簡單，管理方便，在電力充足的地區使用可接省燃油能源，適于大面積排灌，但受電源限制，排灌基本建設投資多；柴油機和汽油機不受電源限制，基本建設投資少，特別是小型柴油機和汽油機在分散的小面積和移動性排灌情況下，具有很明顯的實用性和機動靈活性。但它們的使用成本高，操作技術要求較嚴，運轉不夠穩定，維護保養比較復雜，一般需間接連接水泵。柴油機與汽油機相比較，柴油機與水泵配套較多。究竟選擇哪種動力機械，要視具體情況而定，在水泵說明書上對動力機配套一般都有規定。
2、動力機功率及轉速的確定
動力機類型確定之后，主要是確定動力機的功率及轉速。
一臺水泵需要多大功率的動力機配套，一般在水泵銘牌、水泵性能表及使用說明書中均有規定，但要注意雖然動力機的功率要大于水泵軸功率，然而不能把動力機功率選的太大，大機拖小泵，經濟上不合算；也不要把功率選小了，小機拖大泵，這樣不僅動力機超載甚至使動力機損壞，而且可能會使水泵流量減小。
動力機與水泵的轉速配套，就是動力機在他自己額定轉速下工作時，被拖動的水泵也要在它自己的額定轉速下工作，若兩者額定轉速相等、轉向也相同時，轉速配套就算解決了。但如果轉速不等或轉向不同時，就要用改變轉速或轉向的傳動裝置來使兩者達到相配合的目的。當兩者轉速不等時，一般可用改變皮帶輪直徑的辦法來調節。皮帶輪直徑與轉速有如下關系式。
（1.01～1.05）×水泵轉速×水泵皮帶輪直徑
動力機皮帶輪直徑=————————————————————
動力機轉速
動力機轉速×動力機皮帶輪直徑
水泵皮帶輪直徑=————————————————
（1.01～1.05）×水泵轉速
實際上對已選定的水泵和動力機的轉速，都可以分別從它們各自的銘牌上或性能表上查出，水泵和動力機其中只要有一個皮帶輪的直徑可以查出或測量出來，另一個就可按上式計算出來，式中的1.01～1.05是考慮皮帶在皮帶輪上打滑而會降低轉速，所取得的打滑系數。一般情況下，三角皮帶取1.01～1.02，平皮帶取1.02～1.05。
（三）傳動裝置的選擇
動力機與水泵之間的傳動方式可分為直接傳動和間接傳動兩種。
1、直接傳動
直接傳動就是把水泵與動力機的傳動軸通常用聯軸器直接連接起來。聯軸器有剛性和彈性連接兩種，為了補償兩軸線不對中的偏差，減少運轉中的振動，傳動平穩和便于安裝，一般常采用彈性聯軸器。當水泵與動力機轉速相同或接近（相差不大于2%），且軸線在同一直線上，轉向有一致時，采用聯軸器直接傳動。這種傳動方式的優點是：結構緊湊，運轉平穩可靠，傳動效率高。目前用電動機拖動水泵的機組，大都采用聯軸器直接傳動。
2、間接傳動
間接傳動就是水泵與動力機的傳動軸不能直聯，而是通過中間傳動裝置直聯接并傳遞動力。這種中間傳動裝置主要是用皮帶傳動和齒輪傳動。齒輪傳動雖然傳動效益高，但制造成本高、價格貴，僅在大型排灌站使用。當水泵與動力機轉速不同，軸線不在同一直線上（垂直或平行），轉向不一致時，一般均采用皮帶間接傳動。皮帶間接傳動的優點是：對轉速、轉向、線軸位置不同的適應性廣，傳動較平穩，過載時皮帶可打滑，不致損壞機件，結構簡單，使用維修方便。但傳動效益低，需經常調節皮帶長度和更換皮帶。目前用內燃機拖動水泵的機組大都采用皮帶間接傳動。皮帶傳動按所用皮帶的種類不同可分為平皮帶和三角膠帶兩種，此外近年來還出現齒帶。
平皮帶在內燃機拖動水泵機組上應用較多，它的適用范圍較廣，傳動方向可以多變，但傳動比較小，皮帶易打滑，傳動損失大，效率較低。平皮帶的傳動方式有開口式傳動、交叉傳動和半交叉傳動三種，開口式傳動適用于水泵與電機兩軸平行，轉向相同、轉速不同也可相同的傳動；交叉傳動適用與兩軸平行、轉向相反、轉速不同也可相同的傳動上；半交叉傳動適用于兩軸相互垂直、轉速不同也可相同的傳動上。
三角膠帶具有梯形斷面，裝在皮帶輪的梯形槽中。由于三角膠帶是膠帶的兩個側面與輪槽兩側緊密接觸，摩擦力比平皮帶大，所以傳動比較大，在實際使用中傳動效率比平皮帶略高，結構緊湊，使用安全平穩。
（四）管路及附件的選配
1、管路的選配
管路選配主要是選用合適的管路直徑，采用合理的布置方案，以減少管路地揚程損失，節省功率。
為了減慢水在管路中的流速，減少管路的揚程損失，管路直徑都比水泵口徑略大些。一般進水管直徑應比水泵進口直徑大50毫米（2英寸），出口管直徑也應適當加大，至少等于水泵出口管直徑。管路直徑擴大后，就應在水泵進、出口連接處配裝漸變接管，采用大小頭接管（錐形短管）。水泵進口處的大小頭接管是漸細接管，它的特點是具有偏心的接管，安裝時，偏心（長半徑）朝下，以使上面為水平狀態，這一點在訂貨、保管和發貨時要注意，不要搞錯。水泵出口處大小頭接管是漸擴管，可以是同心接管。
2、管路附件的選配
管路附件的選配應貫徹既安全又經濟的原則。也就是說，既能保證機組的正常運行，又要選配zui簡單的管路附件，以減少揚程損失。如濾網，在水源清潔無雜物的情況下，可不設置。底閥，在用真空能夠抽氣充水或用其它方法充水時，也可不用。出水管路上如能用拍門代替逆止閥，就盡量用拍門。除離心泵和混流泵采用閘閥外，進水管路和軸流泵出水管路都不應安裝閘閥。此外進、出水管路都要盡量減少彎管。對一個排灌站來說，究竟應設置哪些管路附件，應根據具體情況選配
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