跨越半个中国的调水重器-立式轴流泵

立式轴流泵

南水北调东线工程中运用广泛的立式轴流泵运行原理是咋样？今天我们一起来认识下，首先什么是泵，泵是一种能把原动机的机械能转化为输送液体的能量，使液体获得动能或势能的机器。它广泛地应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等部门中。我们通常说的水泵按照其作用原理可以分为以下三类：

表1水泵按作用原理分类图

叶片式中的轴流泵适用于低扬程、大流量的情况下。像引滦入津中一些大型提升泵站、南水北调东线工程中的泵站群。

要清晰的了解轴流泵，我们先从一张水泵站的侧剖面图说起：

图1泵站侧剖图

图中1为电机层；2为联轴器层；3为水泵层；4为集水井层。从图中我们可以清晰的看到，水从右侧低水位的进水池经过泵后获得势能和动能流入左侧高水位的出水池，从而实现提水的目的。

在整体上有了一些了解后，我们把2联轴器层和3水泵层放大看一看：

从图中，水从进水喇叭进来，经过导水锥、叶轮、导叶体、中间接管，最后从弯管流出。

这边提到的过流部件喇叭口、导水锥、叶轮、导叶体、中间接管、弯管。喇叭口和导水锥很好理解、中间接管、弯管也好理解。我们着重看看叶轮和导叶体。了解叶轮，我们需要知道，叶轮由叶片、轮毂、导水锥等几部分组成，轮毂用来安装叶片及叶片调节结构，导水锥或者说动叶头，也是固定在轮毂上，起到导流作用。着重说叶片，了解叶片，我们先从轴流泵工作的原理，或者说它是如何提水的呢？

从专业的角度，轴流泵的工作是以空气动力学中机翼的升力理论为基础的。

图3翼型绕流

如图3，流体从A点分离成为两股流，分别经过翼型的上表面（轴流泵叶片工作面）和下表面（轴流泵叶片背面），然后同时在B点汇合，下表面路程长一些，这样导致V下表面＞V上表面，相应的，翼型下表面压力小于上表面，流体对翼型将有一个由上向下的作用力P。同样翼型对流体也将产生一个反作用力P’，该力与P大小相等，方向相反，作用于流体上。

这个图是叶片截面图，还是比较抽象，我画了一个叶片大图帮助理解。

图4叶片

图3的截面在图4上有了清晰的体现。当然了叶片的这个倾斜的角度也是可以调节的，这里不做展开。

通俗地说也是类似叶片电风扇的工作原理。

好了，流体经过叶片的作用获得动能，因为叶片存在倾角，所以流体并非轴向受力，流体的运动包含有旋转运动和轴向运动两个方向。导叶的作用就是将流体的运动改变为轴向运动，消除流体的旋转分速度，当导叶呈现圆锥形时，还可转换速度为压力能。这里贴一张导叶的图帮助理解

图5 导叶

好了，暂时说这些。文中有不对之处欢迎指正，谢谢

参考资料：

1. 赵泽民，丁佳英，谷红兵 （科技请把开发与经济）
2. 2003年第13卷第7期《导叶对轴流泵负荷的影响》
3. 《水泵及水泵站（第四版）》姜乃昌
4. 《水泵及水泵站》沙鲁生