根據(jù)不同的工作原理深井泵可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量,主要有活塞泵、柱塞泵、齒輪泵、隔膜泵、螺桿泵等類型。葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量,有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。潛水電泵的泵體部分是葉片泵。其他類型的水泵有射流泵、水錘泵、內(nèi)燃水泵等,分別利用射流水錘和燃料爆燃的原理進行工作。水輪泵則是水輪機與葉片泵的結(jié)合。上述各類水泵中以下列各式較具代表性。
離心泵是利用離心力的作用增加水體壓力并使之流動的一種泵。由泵殼、葉輪、 轉(zhuǎn)軸等組成。動力機帶動轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸帶動葉輪在泵殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),泵內(nèi)水體被迫隨葉輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生離心力。離心力迫使液體自葉輪周邊拋出,匯成高速高壓水流經(jīng)泵殼排出泵外,葉輪中心處形成低壓,從而吸入新的水流,構(gòu)成不斷的水流輸送作用。葉輪具有逆旋轉(zhuǎn)方向彎曲的葉片,其結(jié)構(gòu)型式有封閉式、半封閉式和敞開式3種,農(nóng)用的多為封閉式葉輪,葉片兩側(cè)由圓盤封閉。泵體沿出水管方向逐漸擴張成蝸殼形。水流自葉輪一面吸入的稱單吸離心泵,自葉輪兩面吸入稱雙吸離心泵。為增加揚程,可將多個葉輪裝在同一軸上成為多級離心泵。由前一葉輪排出的水進入后一葉輪的進水口,增壓后再從后一葉輪排出,因而葉輪數(shù)愈多,壓力愈高。有的離心泵帶有能自動排除吸水管和泵體內(nèi)空氣的裝置,在起動前無需向泵體灌水,稱自吸離心泵,但其效率常低于一般離心泵。
離心泵在農(nóng)田排灌和農(nóng)牧業(yè)供水中應(yīng)用廣。多用于揚程高而流量小的場合。單級離心泵的揚程為5~125米,排出的流量均勻,一般為6.3~400米3/小時,效率約可達(dá)86~94%。
軸流泵
由泵殼、葉輪和轉(zhuǎn)軸等機件構(gòu)成。也稱螺槳泵。葉輪上有螺旋槳狀的葉片若干,當(dāng)葉輪隨轉(zhuǎn)軸一起被動力機械驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時,各葉片將水推向一端,同時又在另一端從水源吸取水,使水產(chǎn)生沿著平行于轉(zhuǎn)軸方向的連續(xù)流動,達(dá)到不斷輸送水流的目的。水流壓力因葉輪轉(zhuǎn)動作用而提高。由葉輪出來的旋轉(zhuǎn)水流通過固定導(dǎo)葉后,消除了旋轉(zhuǎn)分速度,并由于擴散作用而使其部分動能轉(zhuǎn)換成壓力能,推動泵殼內(nèi)的水流沿軸向上升,由出水管流出。軸流泵多用于揚程低而流量大的場合,揚程范圍1~25米左右;流量2.7~60.0米3/秒,效率可達(dá)85~90.5%。安裝方式有立式、臥式和斜式3種,其中以立式軸流泵應(yīng)用較多(圖2)。 大型軸流泵葉輪輪轂上的旋槳葉片的安裝角度可以調(diào)節(jié),或借液壓傳動的轉(zhuǎn)軸在運行中隨時間調(diào)節(jié),以適應(yīng)揚程及流量變化的要求,獲得較高的生產(chǎn)率,故稱可調(diào)式軸流泵。
貫流泵是臥式軸流泵的一種。由電動機、減速裝置和水泵組成一整體,裝設(shè)在水下堤壩內(nèi)部的機坑內(nèi),其進出水流道位于一條直線上,近似直圓筒形,水力損失少,提水效率高,且結(jié)構(gòu)緊湊,安裝、檢修方便,泵站工程簡單。圬工泵是一種低揚程軸流泵,除葉輪及其外圍的泵殼用金屬材料制成以外,進水流道和出水流道均采用磚石或混凝土結(jié)構(gòu),其揚程在2米以下,流量大、結(jié)構(gòu)簡單、造價低、效率高。適用于低洼地區(qū)的排澇和灌溉。
混流泵
構(gòu)造和工作原理兼有離心泵和軸流泵兩種類型的特點的一種水泵。葉輪被動力機械帶動旋轉(zhuǎn)時,葉片一方面推動著水體,同時又驅(qū)使水體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心作用。水體在葉片的推力和離心力的作用下產(chǎn)生流動和提高壓力。水流由軸向流入葉輪后沿葉片斜向流出,常用于輸送排量較大而壓力中等的場合。通常有蝸殼式和導(dǎo)葉式兩種類型。蝸殼式混流泵的結(jié)構(gòu)同離心泵相似,利用蝸殼形流道將水流通過葉輪后獲得的動能轉(zhuǎn)換為壓力能,一般中、小型混流泵多采用蝸殼式結(jié)構(gòu)。導(dǎo)葉式混流泵也稱斜流泵,其結(jié)構(gòu)與軸流泵相似,具有徑向尺寸較小,結(jié)構(gòu)簡單輕便等特點。大型混流泵以導(dǎo)葉式居多,其葉片的安裝角度一般也能調(diào)節(jié)?;炝鞅玫膿P程范圍一般為 3~10.5米,起動功率較低,能適應(yīng)水位的變化,流量為0.1~50米3/秒;效率可達(dá)64~86%。20世紀(jì)70年代以來,大型混流泵的發(fā)展速度較快,在許多場合有取代大型軸流泵的趨勢。
長軸深井泵
多數(shù)是一個立式單吸離心泵,其葉輪裝在井中動水位以下,動力機設(shè)置在井上,通過傳動長軸驅(qū)動葉輪在導(dǎo)流殼內(nèi)旋轉(zhuǎn),水流沿導(dǎo)流殼與葉輪之間的流道,經(jīng)輸水管向上提升到地面。揚程高時可采用多個葉輪串聯(lián)的多級離心泵。由于傳動長軸的制造和安裝精度要求較高,效率隨井深的增加而顯著降低,因而一般只用于不超過100米的深井。
潛水電泵
泵體葉輪和驅(qū)動葉輪的電機都潛入水中工作的一種水泵,有深井用和作業(yè)面用兩種。深井用潛水電泵通過伸入井中的電纜向電機供電,免去了傳動長軸,因而結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,安裝、使用和轉(zhuǎn)移方便,在有電源地區(qū)有取代長軸深井泵的趨勢,但對含沙量大的水井和無電源地區(qū)不適用。潛水電泵用的電動機有干式(電機全部密封)、半干式(電機的定子密封,而轉(zhuǎn)子在水中運轉(zhuǎn))、充油式(電機內(nèi)部充油以防水分侵入繞組)和濕式(電機內(nèi)部充水,定子和轉(zhuǎn)子都在水中運轉(zhuǎn))等類型。前3種都需要密封且制造安裝精度要求較高,因而農(nóng)用深井潛水電泵通常采用濕式電動機,其定子繞組采用耐水絕緣導(dǎo)線或在定子繞組端部及槽內(nèi)澆注合成樹脂,水進入電機內(nèi)部影響不大,密封結(jié)構(gòu)可大大簡化,只要求防砂。有的深井潛水電泵揚程高達(dá)1400米,大流量達(dá)1.4米3/秒。
射流式深井泵
通常是由射流泵和離心泵配以相應(yīng)套管組成。用于從30米以內(nèi)的深井中提水。射流泵的工作原理是使壓力通過噴嘴噴射到喉管的入口處,由于射流的橫向紊動擴散作用,帶走吸水管內(nèi)的空氣,使管內(nèi)形成真空,井水被吸入并與射流水在喉管內(nèi)混合,進行能量交換。在喉管的出口處二者的流速趨近一致,再通過擴散管將大部分動能轉(zhuǎn)換為壓力能,使水壓進一步提高,后從排水管排出。
射流式深井泵有兩種組合類型:①將射流泵同離心泵并聯(lián),離心泵通過管路將壓力水送入射流泵,射流泵將這部分水與被吸水一同向上提升,從而使小流量的高壓水轉(zhuǎn)換成大流量的低壓水,主要用于地面灌溉和渠道清淤等;②將射流泵和離心泵串并聯(lián),使射流泵給離心泵加壓,提高其吸程,而將離心泵的出水量分出一部分提供給射流泵,其余部分送入壓水池或壓力管路,其出水壓力較高,主要用于噴灌設(shè)備和農(nóng)牧業(yè)供水。同潛水電泵和長軸深井泵相比,射流式深井泵具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造方便、成本低等特點;但效率較低,相同工況下的電耗較高。
螺桿泵
依靠螺桿轉(zhuǎn)動時泵腔容積的變化吸入和輸送水體的一種容積泵。有單螺桿、雙螺桿和多螺桿等類型。在農(nóng)業(yè)中使用的是單螺桿泵,其泵腔由鋼制螺桿和固定安裝在泵殼內(nèi)的橡膠套管組成。具有單螺距的螺桿在具有雙螺距內(nèi)螺旋的套管內(nèi)轉(zhuǎn)動,兩者間形成的空腔由吸入端移動到出口端,從而形成連續(xù)的水流。由于其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、拆裝容易、工作可靠,自吸性能好,多用于移動式噴灌系統(tǒng)。
手動隔膜泵
用于低揚程、小流量的提水作業(yè),由泵體、 進出水管、進出水閥門、 隔膜和推拉桿等組成。泵體可由一個或兩個泵腔組成。具有兩個泵腔的隔膜泵,其隔膜設(shè)置在泵體的中央,或兩個隔膜分別裝在分隔的兩個泵腔外側(cè)。工作時由兩人用手操縱與隔膜相連的推拉桿,推動隔膜作壓進和張開的往復(fù)運動,使兩個泵腔的容積交替擴大和縮小。當(dāng)泵腔擴大時,壓力減小,進水閥開啟出水閥關(guān)閉,水從進水管流入泵腔;當(dāng)泵腔縮小時,壓力加大,進水閥關(guān)閉,出水閥開啟,泵腔內(nèi)的水從排水管流出,兩個泵腔交替吸水和排水,每小時可提水10~20噸。
拉桿式活塞泵
由畜力原動機、風(fēng)力機或內(nèi)燃機等驅(qū)動,常在放牧場上從井中提水時使用。由泵缸、活塞、進出水管、進出水閥門、拉桿和傳動裝置等組成?;钊窟B接在它上面的拉桿帶動,在泵缸內(nèi)作上下往復(fù)運動。當(dāng)活塞向上運動時,進水閥開啟,進水管中的水進入泵缸,同時出水閥關(guān)閉,活塞上面的水被帶動向上提升;當(dāng)活塞向下運動時,進水閥關(guān)閉,出水閥開啟,泵缸內(nèi)的水由出水閥升到活塞上面,如此反復(fù)進水和提升,使水不斷從排水管排出。