水泵選型技術(shù)文章

 

水泵選型技術(shù)文章一、水泵的分類

    水泵一般多以泵的結(jié)構(gòu)和作用原理來分類，有時根據(jù)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(nóng)業(yè)用泵（農(nóng)用泵）、工作用泵（工業(yè)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(nèi)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(huán)泵、脈沖泵等。

五、水泵的參數(shù)及性能

   （1）水泵的主要參數(shù)

   水泵參數(shù)是指泵工作性能的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，包括流量、揚程、轉(zhuǎn)速、效率和比轉(zhuǎn)數(shù)等。

    1、流量（Q）

    泵的流量是指單位時間內(nèi)所排出的液體的數(shù)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(guān)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(zhì)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(jīng)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(shù)值，水泵的實際揚程都比水泵銘牌上的揚程數(shù)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(shù)量、水管內(nèi)徑、管長、水管內(nèi)壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切關(guān)系，這一點在管路設(shè)計和選配水管和附件時也應(yīng)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(shù)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(shù)，安裝水泵時，應(yīng)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(chǎn)氣蝕現(xiàn)象。如生產(chǎn)氣蝕，不僅水泵性能變壞，而且也可能使葉輪損壞。

    4、轉(zhuǎn)速（n）

    轉(zhuǎn)速是指泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。每臺泵都有一定的轉(zhuǎn)速，不能隨意提高或降低，這個固定的轉(zhuǎn)素稱為額定轉(zhuǎn)速，水泵銘牌上標定的轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速。如泵運轉(zhuǎn)超過額定轉(zhuǎn)速，不但會引起動力機超載或轉(zhuǎn)不動，而且泵的零部件也容易損壞；轉(zhuǎn)速降低，泵的效率就會降低，影響水泵的正常工作。

    5、比轉(zhuǎn)數(shù)（ns）

    在前述水泵型號中，有些型號的組成部分有比轉(zhuǎn)數(shù)這個參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)速是兩個概念，水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，簡稱比速，常用符號為ns。水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是指一個假想的所謂標準水泵葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)，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(zhuǎn)數(shù)。葉輪形狀相同或相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)相同，葉輪形狀不相同或不相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不相同。如軸流泵比轉(zhuǎn)數(shù)比混流泵大，混流泵比轉(zhuǎn)數(shù)也是反映水泵特性的綜合性指標。此外，要注意比轉(zhuǎn)數(shù)大的水泵，其轉(zhuǎn)速不一定高；比轉(zhuǎn)數(shù)小的，轉(zhuǎn)速不一定低。大流量、低揚程的水泵，比轉(zhuǎn)數(shù)大，反之則小。一般比轉(zhuǎn)數(shù)較低的離心泵，其流量小、揚程高；而比轉(zhuǎn)數(shù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)高壓水的回漏等所消耗的功率。

    （3）配套功率  它是指水泵應(yīng)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(xiàn)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(shù)×（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(shù)（或稱備用系數(shù)）可根據(jù)水泵軸功率大小確定，軸功率小時取大值。

    傳動交率要根據(jù)傳動類型和傳動方式確定。采用聯(lián)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?zhèn)鲃尤?.9，半交叉?zhèn)鲃尤?.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(shù)經(jīng)濟指標。常用符號為n，其大小用百分數(shù)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(nèi)損失功率越小。我們選擇水泵時，應(yīng)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(nóng)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(shù)之間關(guān)系

    水泵的參數(shù)較多，但它們都不是孤立存在而是相互關(guān)聯(lián)相互影響的。掌握它們之間的關(guān)系，對正確選購和使用水泵具有一定的指導(dǎo)意義。

    1、水泵轉(zhuǎn)速一定時，流量與揚程、功率、效率的關(guān)系，即其揚程、功率和效率均隨流量變化而按一定規(guī)律變化。

    以離心泵和軸流泵為例，它們的變化規(guī)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(guān)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(guān)系，其變化規(guī)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(yīng)關(guān)閉閘閥，以降低起動功率和穩(wěn)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(guān)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(guān)系，其變化規(guī)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(nèi)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)流量和揚程。

    2、水泵轉(zhuǎn)速改變時，流量與揚程、功率、效率的關(guān)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(wù)機，而且還要配備管路及其附件。管路的種類規(guī)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(yīng)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(jù)管路配套型式和水管材質(zhì)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(jīng)濟性。小型移動式抽水機組，有電地區(qū)多數(shù)選用小型潛水電泵，無電池區(qū)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(wǎng)，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(lián)。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(yīng)配套底閥濾網(wǎng)，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(huán)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(tǒng)的規(guī)劃設(shè)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(zhuǎn)式快速接頭連接。

    彎管、底閥濾網(wǎng)、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(chǎn)品，有戶根據(jù)配套需要，按照規(guī)格型號可向有關(guān)工廠訂貨或到市場有關(guān)部門選購。

    七、水泵的選型配套

    水泵的選型和配套在我們經(jīng)營部門的購貨、銷售、技術(shù)服務(wù)等項工作中是經(jīng)常遇到的問題，它應(yīng)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(nèi)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(jù)“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(nóng)田的需水量決定的，農(nóng)田的需水量與灌區(qū)面積的大小、每畝地灌水量、農(nóng)作物的種類及生長階段、土壤性質(zhì)、地下水深度、氣溫等因素都有密切關(guān)系。排水用水泵的流量與降雨量、河網(wǎng)的調(diào)蓄能力、提防滲透、附近地勢、水旱田面積、農(nóng)作物耐淹程度等有密切關(guān)系。對灌溉及排水的水泵流量的計算是比較細致、復(fù)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(tǒng)計；

          t—每天（每晝夜）灌溉時數(shù)（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(nèi)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(shù)，系指農(nóng)田每一次灌水所延續(xù)的天數(shù)，視農(nóng)作物生長要求、老力安排、水             利條件而定。

          n—灌區(qū)渠系水力利用系數(shù)。

    農(nóng)田期水量根據(jù)田間作業(yè)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(jīng)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(jù)。泡田灌水量與土壤性質(zhì)、地下水深度有關(guān)。水稻生育期灌水量與田間蒸發(fā)、滲漏有關(guān)，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(jù)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(jù)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(jù)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(jīng)濟的水泵。我們經(jīng)營部門應(yīng)該掌握這些內(nèi)容，在訂貨、銷售中應(yīng)為用戶服務(wù)，當好用戶的參謀，提高經(jīng)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(yōu)點是：使用成本較底，操作容易，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，可直接連接水泵，維護保養(yǎng)簡單，管理方便，在電力充足的地區(qū)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(shè)投資多；柴油機和汽油機不受電源限制，基本建設(shè)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(shù)要求較嚴，運轉(zhuǎn)不夠穩(wěn)定，維護保養(yǎng)比較復(fù)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(guī)定。

    2、動力機功率及轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guī)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(jīng)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(zhuǎn)速配套，就是動力機在他自己額定轉(zhuǎn)速下工作時，被拖動的水泵也要在它自己的額定轉(zhuǎn)速下工作，若兩者額定轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向也相同時，轉(zhuǎn)速配套就算解決了。但如果轉(zhuǎn)速不等或轉(zhuǎn)向不同時，就要用改變轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向的傳動裝置來使兩者達到相配合的目的。當兩者轉(zhuǎn)速不等時，一般可用改變皮帶輪直徑的辦法來調(diào)節(jié)。皮帶輪直徑與轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式。

                            （1.01～1.05）×水泵轉(zhuǎn)速×水泵皮帶輪直徑

            動力機皮帶輪直徑=————————————————————

                                           動力機轉(zhuǎn)速

                               動力機轉(zhuǎn)速×動力機皮帶輪直徑

              水泵皮帶輪直徑=————————————————

                                （1.01～1.05）×水泵轉(zhuǎn)速

    實際上對已選定的水泵和動力機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，所取得的打滑系數(shù)。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(lián)軸器直接連接起來。聯(lián)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(zhuǎn)中的振動，傳動平穩(wěn)和便于安裝，一般常采用彈性聯(lián)軸器。當水泵與動力機轉(zhuǎn)速相同或接近（相差不大于2%），且軸線在同一直線上，轉(zhuǎn)向有一致時，采用聯(lián)軸器直接傳動。這種傳動方式的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)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(lián)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(lián)，而是通過中間傳動裝置直聯(lián)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(zhuǎn)速不同，軸線不在同一直線上（垂直或平行），轉(zhuǎn)向不一致時，一般均采用皮帶間接傳動。皮帶間接傳動的優(yōu)點是：對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、線軸位置不同的適應(yīng)性廣，傳動較平穩(wěn)，過載時皮帶可打滑，不致?lián)p壞機件，結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。但傳動效益低，需經(jīng)常調(diào)節(jié)皮帶長度和更換皮帶。目前用內(nèi)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(xiàn)齒帶。

    平皮帶在內(nèi)燃機拖動水泵機組上應(yīng)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?zhèn)鲃雍桶虢徊鎮(zhèn)鲃尤N，開口式傳動適用于水泵與電機兩軸平行，轉(zhuǎn)向相同、轉(zhuǎn)速不同也可相同的傳動；交叉?zhèn)鲃舆m用與兩軸平行、轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速不同也可相同的傳動上；半交叉?zhèn)鲃舆m用于兩軸相互垂直、轉(zhuǎn)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(cè)面與輪槽兩側(cè)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(jié)構(gòu)緊湊，使用安全平穩(wěn)。

    （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(jié)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(yīng)比水泵進口直徑大50毫米（2英寸），出口管直徑也應(yīng)適當加大，至少等于水泵出口管直徑。管路直徑擴大后，就應(yīng)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(tài)，這一點在訂貨、保管和發(fā)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(yīng)貫徹既安全又經(jīng)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(wǎng)，在水源清潔無雜物的情況下，可不設(shè)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(yīng)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(yīng)設(shè)置哪些管路附件，應(yīng)根據(jù)具體情況選配

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