水處理設備的合理選型，是每一個設計人員需要掌握的知識。作為輸送提升的核心設備，泵在水處理項目中無處不在。泵的原理多樣，種類繁多，而且還在不斷地發展創新，不同的應用場合，泵的使用方法也各有差異。

1、污水泵的原理與分類

在專業定義上，泵是指將原動機的機械能轉換成流體的壓力能和動能，從而實現流體定向輸運的動力設備。在使用時常按用途來進行命名，比如潛污泵、污泥泵、計量泵等，工作原理各有不同。按工作原理可以分類如下：

1、葉片式泵

葉片式泵包括離心泵（單級、多級），軸流泵，混流泵，旋渦泵等。

離心泵-利用旋轉葉輪帶動流體一起旋轉，借離心力的作用，使流體的壓力能和動能得到增加。潛水電機直接與泵葉輪同軸相連，水力部件由水泵殼體、葉輪組成。水泵殼體的出水口為徑向，出水口中心線與電機中心線在同一平面內。為了確保流量穩定且沒有過多渦旋，水力部件設計和制造成沒有銳利的棱角。泵出水配管法蘭按ISO標準，公稱壓力為1MPa。 

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上圖為潛水離心泵

軸流泵-利用葉輪上的翼型葉片在流體旋轉所產生的升力使流體的能量增加。軸流泵又有立式軸流泵和水平軸流泵之分，潛水電機直接與水泵葉輪同軸相連，水力部件由水泵殼體、導葉、葉輪和耐磨環組成。水泵殼體的出水口為軸向出水。為了確保流量穩定且沒有垂直直流管內的渦旋、底部旋渦，水力部件設計和制造成沒有銳利的棱角。為確保水泵吸水口處流態均勻，在井筒底部配有防止渦流產生及水分流現象的防漩設施。 

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上圖為潛水軸流泵

水平軸流泵-應為成套設備，并需配備管道連接管、拍門、導桿、吊索（吊鏈）、起吊支架和葫蘆、潛水電纜、接線盒（IP65）和監控裝置等所有安裝附件和不銹鋼緊固件。

水平軸流泵采用導桿自動結合就位固定方式，滑行桿支架作為水泵整體的部件之一，水泵的全部重量以及泵送時產生的推力全部作用在對接的出口管路法蘭上。水平軸流泵可以上下方便地進行升降移動，檢查或維修人員無需進入池底。

潛水內回流泵應為臥式單級結構，垂直單導軌、自耦式安裝。葉輪的設計應采用無堵塞、防纏繞結構型式，通過固體顆粒直徑可達 120mm 以及允許長纖維垃圾。

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上圖為水平軸流泵

混流泵-介于離心泵和軸流泵之間，部分利用了離心力，部分利用了升力。混流泵為電機驅動，適用于抽吸原生污水，采用底吸，水平出流，單蝸殼，混流葉輪，泵的軸向荷載由泵基座或者電機座承受，泵的進水流道為泵整體設計的一部分，合力確定進水流道的尺寸。

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上圖為混流泵

2、容積式泵

容積式泵包括往復泵（活塞、柱塞、隔膜），回轉泵（齒輪、螺桿、滑片等）

往復式泵-利用工作容積周期性的改變來輸送流體，并提高其壓力，包括活塞式、柱塞式和隔膜式三類。

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上圖為隔膜泵

回轉式泵-利用一對或幾個特殊形狀的回轉體，如齒輪、螺桿或其他形狀的轉子在殼體內作旋轉運動來輸送流體并提高其壓力。

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上圖為螺桿泵

自吸式轉子泵-應適合初沉與二沉的混合污泥（含固率3%~7%）、表面浮渣、沉砂等，污泥中含有粒徑小于0.15mm的細砂約10%，系統中不設置污泥切割裝置，允許***通過60mm不可壓縮異物，具有無堵塞、耐磨等特點適合高含砂污泥輸送。

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上圖為自吸式轉子泵

3、其他類型泵

葉片式泵和容積式泵基本包括了所有常用的泵的類型，還有一些其他類型的泵，比如：

水環式真空泵-水環式真空泵在啟動前注入一定水作為工作液體，靠星形葉輪的旋轉，形成封閉水環，葉輪與水環之間形成周期性擴大與減小的空間，形成負壓，吸入氣體并排出，達到抽真空的目的。

噴射泵-利用高速射流的抽吸作用來抽吸并輸送液體，可以起到抽真空的作用。

2、污水泵的主要性能參數

1、流量與揚程 

泵在單位時間內輸送的流體量稱為流量，泵的流量一般指體積流量，用q表示。單位重力作用下的液體通過泵后所獲得的能量增加值，稱為揚程，用H表示，單位為m。

在選型時，流量與揚程是由設計人員根據工藝計算結果給出的核心參數，是一個固定值。對于水泵自身性能而言，流量與揚程往往是一個區間內的對應關系，是一個范圍。在選型時，兩者互相影響，理想的選型是工藝參數需要的固定值落在水泵性能曲線的最高效率點，在有偏差時，要綜合評估偏差可能帶來的不利影響，權衡后確定選型結果。

2、軸功率與效率

泵在運行時原動機傳遞到泵轉軸上的功率稱為軸功率，用P表示，單位為kw。單位時間內通過泵的流體所獲得的功率稱為有效功率，用Pe表示。泵的效率為有效功率與軸功率之比，即η=Pe/P。

泵的效率與泵本身的設計水平、機械加工水平等有關，效率的高低直接影響能耗，同時泵有各自的高效率區間，選型時需要落在這個區間，以降低能耗。 

3、轉速

泵軸每分鐘的轉數，稱為轉速，用n表示，單位為r/min。

轉速一般與電機的標準轉速對應，可通過變頻器對電機轉速進行調整，水泵性能曲線也對應變化。在實際流量揚程變化時，通過變頻來調節可以達到很好的節能效果。

4、汽蝕與汽蝕余量

汽蝕指水泵運行中，因為某些原因使得泵內局部壓力降低到水的汽化壓力時，水會產生汽化而形成氣液流，到達高壓區后氣泡受到擠壓破滅重新凝結成水，在這個過程中會產生很高的水錘壓力，使材料收到侵蝕和破壞。汽蝕現象主要是針對葉片泵而言，是在泵的選型設計中必須避免的現象。汽蝕的產生與泵的性能有關，也與泵的吸口裝置的設計有關。

汽蝕余量指泵入口處液體所具有的總水頭與液體汽化時的壓力頭之差，單位用米（水柱）標注，用（NPSH）表示，具體分為如下幾類：

• NPSHa——裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量，越大越不易汽蝕；

• NPSHr——泵汽蝕余量，又叫必需的汽蝕余量或泵進口動壓降，越小抗汽蝕性能越好；

• NPSHc——臨界汽蝕余量，是指對應泵性能下降一定值的汽蝕余量；

• [NPSH]——許用汽蝕余量，是確定泵使用條件用的汽蝕余量，通常取 [NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

必需汽蝕余量和有效汽蝕余量有何區別

汽蝕余量分有效氣蝕余量NPSHa和必須氣蝕余量NPSHr。泵的必須汽蝕余量是泵的特性，由設計決定，泵的有效汽蝕余量由工藝管路決定。

對于給定泵，在給定轉速和流量下必需具有的汽蝕余量稱為必需汽蝕余量，常用NPSHr表示。又稱為泵的汽蝕余量，是規定泵要達到的汽蝕性能參數。NPSHr和泵的內部流動有關，是由泵本身頭定的，其物理意義是表示液體在泵進口部分壓力下降的程度，也就是為了保征泵不發生汽蝕，要求在泵進口處單位重量液體具有超過汽化壓力水頭的富余能量。必須汽蝕余量與裝置參數無關，只與泵進口部分的運動參數（vo、wo、wk等）有關，這些運動參數在一定轉速和流量下是由幾何參數決定的。這就是說NPSHr是由泵本身（吸水室和葉輪進口部分的幾何參數）決定的。對于既定的泵，不論何種介質（黏性大介質因影響速度分布除外），在一定轉速和流量下流經泵進口，因速度大小相同故有相同的壓力降，即NPSHr相同。所以NPSHr與液體的性質無關（不考慮熱力學因素）。NPSHr越小，表示壓力降小，要求裝置必須提供的NPSHa小，因而泵的抗汽蝕性能越好。因此:r代表required必需的，由泵本體決定，具體與轉速，葉輪形式等有關；

有效汽蝕余量是指由泵安裝條件所確定的汽蝕余量，常用NPSHa表示。又稱為裝置汽蝕余量，是由吸入裝置提供的在泵進口處單位重量液體具有的超過汽化壓力水頭的富余能量。NPSHa越大，泵越不容易發生汽蝕。有效汽蝕余量的大小與裝置參數及液體性質（p、pv等）有關。因為吸入裝置的水力損失和流量的平方成正比，所以NPSHa隨流量的增加而減小。因此: A代表available有效的，可以提供的，這個由系統和管路決定，必須經過嚴格計算；

要保證泵不氣蝕，NPSHa必須大于NPSHr。具體大多少，各種不同形式的泵都有經驗值, 一般把泵的必須汽蝕余量增加0.5-1m的富余能頭作為允許汽蝕余量。

3、污水泵的選型

1、確認使用條件

在泵的選型時，首先需要確認使用的基本條件，包括：

a.輸送介質的物理化學性能

影響泵的性能、材料和結構。包括：介質特性（如腐蝕性、磨蝕性、毒性等）、固體顆粒含量及顆粒大小、密度、黏度、汽化壓力等。

b.選型參數

流量、揚程、溫度、裝置汽蝕余量、操作狀態。

c.現場條件

泵的安裝位置、環境溫度、相對濕度、大氣壓力、大氣腐蝕狀況及危險區域劃分等級等。

2、選擇泵的類型

水處理中根據用途的不同需要選擇對應的合適類型：

a.進水的提升 

在廢水的進水中雜質往往較多，一般選擇抗堵塞的離心泵。中小規模水量時，最常用的為潛污泵。在方便設置泵房時，可采用干式無堵塞排污泵。在大型規模項目，一般采用干式安裝的大型污水泵，以方便檢修。

在工業廢水處理項目中，進水纏繞物雜質少時，經常根據需求選用自吸泵等。

進水提水泵在允許時，建議盡量選擇質量優秀的產品，可以大大減少日常運行維護中的麻煩，保證系統的正常運轉。

b.中間提升及尾水排放

中間提升及尾水排放時，廢水中的雜質特別是纏繞性雜質非常少，在水泵的選型上范圍大很多，基本常規的輸送污水的泵都能使用。在尾水水質較好時，排放和回用泵可考慮選擇清水泵，泵的效率一般較污水泵高，成本也較低。

c.有自吸需求

有自吸需求時可選用自吸泵、轉子泵。根據需求可配套真空泵。

d.污泥的輸送

初沉污泥：污泥懸浮物濃度高、雜物較多，一般采用螺桿泵，需要時配套破碎機。

二沉池污泥及污泥回流：污泥含水率高，特性與水類似，一般選用潛污泵、混流泵或軸流泵，內回流需要揚程低，可選用穿墻泵。

化學污泥：根據污泥情況可選擇無堵塞排污泵、螺桿泵。

濃縮后污泥：一般選擇螺桿泵，也可選擇隔膜泵。

脫水后污泥：脫水后污泥的管道輸送需要揚程高，可選擇柱塞泵。

e.藥劑投加

小流量的藥劑投加一般選擇計量泵，PAM的投加可選擇螺桿泵。

大流量的藥劑投加可選擇耐腐蝕泵等。

3、確定泵的型號

在類型確定后，再根據泵的性能曲線選擇合適的型號：

a.查系列型譜圖，選擇泵的額定工作點落在泵的高效工作區內，校核泵的汽蝕余量是否符合要求。

b.校核泵的材質、密封等是否能滿足輸送介質要求。

c.校核安裝檢修條件是否滿足單體設計的要求。

當有兩種以上規格符合條件時，選擇綜合指標高的設備：效率高、重量低和價格低。

來源：工業廢水圈

2021第十三屆上海國際化工環保展展覽會

時間：2021年8月25-27日

地點：上海新國際博覽中心

參展熱線：13926176040

參展Q Q：2850965802

2021上海化工環保機械展|2021化工環保展

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