【转载】水泵全介绍

情深似海1999

水泵全介绍（第一部分）

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也许，水族箱中最重要的就是水流的运动了。然而，许多年来，人们一直只用气泵和 提升管 制造水流，而现代水族箱内大家都在使用电动水泵。水泵的工作能力更强大，更安静而且比起气动式的水流制造设备更稳定。本文的目的是告诉大家水泵的工作原理，如何针对某种设置选购水泵以及如何安装和更换水泵。

离心泵（ 离心泵 ）

今天，水族领域出现了各种水泵，但只有两种泵占据了主流。我们先来看看占据主导地位的离心泵。图表 1 显示了离心泵内与液体直接接触部分的结构。离心泵的工作步骤如下：电力马达驱使泵室内的 叶片装配 或叶轮旋转 的泵蜗壳。泵室内有进水口和出水口，随着叶轮的旋转，使水从进水口（进水口接近叶轮旋转的中心）进入后，在叶轮表面旋转的离心力作用下运动到出水口处。随着水量的不断累积，水自然从出水口流出。出水后，进水口的水压降低，水自然从进水口进入泵室，平衡压力。实际的水流速受到很多因素的限制 ， 大多数的因素下文中都将讨论，但马达的功率，转速和叶轮的设计，进出水口的尺寸都扮演者非常重要的角色。

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图表 1 显示了离心泵内与液体直接接触部分的结构。

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其它类型的流体泵有时用在更复杂的水族系统中，就是所谓的活塞泵。活塞泵主要有两种：膜片泵（ 隔膜泵 ）或蠕动泵（ 蠕动泵 ），这些泵的工作原理基本相同 - 水先被吸进泵室，然后再被某种物质挤出泵室，与心脏工作原理类似。图表 2 说明了这种泵的工作核心原理。膜片泵的启动是从连杆驱动膜片开始的，连杆是驱动马达与膜片之间的链接部件 （ 一般链接在膜片中央 ）。膜片被抽出时，形成低气压使水通过止回阀进入泵室（止回阀控制水流的单向性）。当膜片运动到极限后反向运动，压缩泵室内的水体，迫使水通过另一个止回阀流出。这种泵是不连续的传递水流，也可以叫脉冲式。通过控制膜片和其往复运动的周期，泵的出水速度可以被精确的调整。定量的精确性使这种水泵被广泛应用于微量元素的添加和蒸发补水。

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图表 2 说明了这种泵的工作核心原理。

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蠕动泵（就是滴定泵）与膜片泵的工作原理相似，但用坚韧的软管替代了膜片，用夹送滚轮替代了止回阀。软管绕在泵的转子中心上，转子中心上固定了 2 个或更多夹送滚轮接触 （ 见图表3）。当转子旋转时，其中一个滚轮压紧软管，把管内的水从出水口挤出去。转子运动后，滚轮离开时，软管开始立即从进水口自动吸水，随着转子不断的旋转，另一个滚轮与软管接触，重复上一次的操作，水量会有所不同。就像膜片泵一样，蠕动泵通过控制转子的转动周期和软管的直径，可以有规律的控制水流。

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蠕动泵（就是滴定泵）与膜片泵的工作原理相似，但用坚韧的软管替代了膜片，用夹送滚轮替代了止回阀。

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无论是离心泵还是流体泵，其核心部分接触海水的部件材质对安全都是非常重要的。无论是什么材质，都不能污染水体或被水体腐蚀。对于水族用品来说，主要是不能有溶解性的金属物质或易被腐蚀物质，海水尤甚。不锈钢最终有可能被海水腐蚀，为保险起见，还是尽可能避免使用。钛很好，但非常昂贵和脆。大多数的泵部件是塑料和其它非金属材质的，尤其陶瓷居多，对海水是安全的。如果使用滴定泵，请确定你所滴定的物质与水泵部件不会有不良反应。

绝大多数离心泵都是电力驱动的，需要非常好的防水措施，避免带来灾难。然而又要保证叶轮的正常旋转，这个干湿结合的问题在水泵中时通过磁耦合技术解决的。叶轮轴本身是具有磁性的，通常外面涂一层物质防止污染水体，与转动磁马达接触。通过合理的装备两块磁铁，叶轮和马达可以无需直接的物理接触就能驱动叶轮旋转。因此，两部分可以有效的分离。图表 4 有详细的介绍。

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图表 4 有详细的介绍。

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有些离心泵的驱动部分甚至是完全封闭的，使水泵可以完全沉入水底。（潜水泵头就是最常见的例子 ） 潜水泵与陆泵相比有优势，也有劣势。在本系列的下一篇文章，关于水泵安装的文章中会详细介绍。但潜水泵的安装是非常简单的。而且水是比空气更好的热传导体，水带走泵的热量的能力更强，因此做得更小，而不用考虑散热的问题。水的热传导性也导致了另一个问题，就是可能引起水温过高。

大多数水族馆系统可以使用廉价的加热设备加热。冷却水族箱往往是比较困难的问题，可能需要昂贵的水冷机。因此，往往要控制额外的热量。潜水泵给水族箱带了的加热作用要远高于它的兄弟陆泵。潜水泵的热量几乎都被转移到水族箱，而陆泵的热量转移到空气中。

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潜水泵的第二个可能出现的问题是电力短路。大多数潜水泵的设计，都防止了任何电力部件与水接触，但线路和泵本身的损坏可能会使这些元件暴露，造成短路的危险。我强烈推荐使用漏电保护器，它可以在漏电发生的瞬间切断电源。终止漏电并保护价格昂贵的其它电器设备。正是由于这两个问题的限制，我们才很少看到大型的潜水泵。

关于水泵的知识第一部分就介绍到这里。第二部分将介绍如何选择适合的水泵。第三部分将随即展开，将讨论水泵的安装以及各种水族系统中水泵的用法。

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水泵全介绍（第二部分）

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在本文的第一部分，我们讨论了水泵的运行原理。第二部分，我会谈谈水泵的额定功率和说明，以及如何选择适合你应用的水泵。开始确定使用水泵前，有两个问题需要搞定清楚。首先，一定时间内需要的水流量（即流量）和第二是水流到达最终位置的路径。

如果曾经谁搬动或试图搬动5加仑装满水的容器都知道水是非常沉重的。事实上，它的重量为每加仑约8.5磅。如果将装满水的5加仑容器从地板抬到桌面上，要做相当多的功。因此，水泵将低位如底缸内的水，泵到高位如主缸同样需要做很多功。用实例分析，如果将底缸与主缸分离，不断抬升主缸的位置，总会在一定的高度发现水泵已不能再将水泵上去。管道内静止水柱的重力与水泵的推力达到平衡。如果低于这个最高水位，水就会开始进入主缸。主缸越低，水流速度越快，直到它与底缸在同一高度，速度达到最大值。对于一个水泵，最大流量是在两个容器在同一水平面或接近同一平面时。提高泵与主缸的落差，会降低其工作效率直至最后达到泵的极限。图1显示是例子，表示了水泵流量和泵头位置的关系图形。

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图1显示是例子，表示了水泵流量和泵头位置的关系图形。

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不同的水泵，其流量和泵头落差曲线也不同。这些曲线在说明书中体现，或可以很容易的在制造商那里获得。对于我们只需要水泵的最高流量，可以假设曲线为简单的线性关系。在液面落差和水流速度要求已知的情况下，可以根据这两个因素选择水泵。遗憾的是，一切并非如此简单。还有其他因素需要考虑，液面高度差的概念必须加以完善。

为了更好地了解哪些因素会影响泵的流量，我首先需要引入压强的概念。压强是压力除面积，一般单位为磅/平方英寸，或者缩写为PSI。例如，一个一英寸深，10英寸长，23英寸宽的的盘子，装满一加仑水，盘子底部的压强为0.037PSI。（盘子底部的面积是230平方英寸）。同样1加仑的水如果注入横截面积只有1平方英寸，高230英寸的管子中，底部的压强是8.5PSI。压强不同的原因在于，尽管两次水的重量相同，但支持这个重量的底面积不同。在第二个例子中，所有水重量的支持，都限定在1平方英寸的面积内，因此压强也相应的提高了。水泵的最高扬程与水泵能产生的最大的压强有关。在水泵输出口压强减小的情况下，它的流量会增加。这就是为什么一个水泵最大流量出现在0水位差的情况下，此时水泵需要抵消的压强几乎为0.

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不仅高度差可以损失水泵压强，水管内水流阻力也能降低压强。很简单的例子，如果你强行把稻草吹倒和慢慢的压倒，用力是不一样的。很快把它吹倒，要困难得多，因为有更多的空气流动阻力要克服。同样的现象，当你尝试加速管道或泵管内的水流速度，流动的速度越快，阻力越大，压强降低得越多。其他因素，水管内壁的粗糙程度以及水流线路的弯曲程度，都会影响压强。（水流曲线对压强影响最大）减少水流阻力的最简单方法是降低水流速度，而这样做最简单的方法是增加有效的管道直径。这就能解释为什么高流量的水泵输入、输出的管径都非常大，其原因是为了保证流量较大的同时流速降低。要知道，流速是一定水量完全通过的快慢。如果管道直径较大，那么它可以保证水流低速，而单位时间内流量不变。直径较小的管道需要更高的水流速度才能达到这个水量。这种牺牲流速的做法是很有意义的解决方案，而且通过阀门容易控制。

阀门减少有效直径，增加了水泵管道内的压强，或者说水的阻力，相应降低其输出流量。

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图2中，液面的有效高度差不是水泵入水口与主缸液面高度差，而是主缸与底缸的液面高度差。

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示例：

要提供从底缸到主缸每小时500加仑的流量，液面高度差4英尺。（见图2）注意：图2中，液面的有效高度差不是水泵入水口与主缸液面高度差，而是主缸与底缸的液面高度差。因为高于水泵入水口的液面也会产生压强，帮助水流通过水泵。底缸水位的压强会给水泵的输出增加额外的压强。一般，水泵的实际液面高差为水泵输入口所处水面接触空气位置与最终出口接触空气水位高度差。（图3显示了另一个例子）假设图1代表流速量与扬程的线性关系，那么4英尺的扬程对应的是850加仑每小时的流量。

如果流量和扬程同时达到最大，并假定是线性关系，那么应该是700加仑每小时的流量，与制造商所说基本相同。估算泵自身的压强和扬程损失是非常困难的，大多数情况下也是没有必要的。正确的匹配管路与水泵的输入和输出，直角弯或管件链接和管的长度都会对扬程有影响，管路一般导致扬程损失2-3英尺。这意味着，在上面的例子中，考虑到管道的损失，实际的扬程需要接近7英寸，而不是理论值4英尺。图表1中，扬程7英尺的曲线上，流量为600加仑每小时，但已经满足500加仑每小时的要求。选购水泵时最好选择比预期流量稍高些的水泵，因为总要使用阀门调节。而且这也为水泵的衰减和管道的阻力衰减提供了回旋的余地。最好是用较大的水泵，然后通过阀门调节到适合自己的要求。如果流量是唯一的目标要求，这是绝对可以实现的。然而，还有些因素会影响水泵的选择。

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首先，考虑其它影响水泵选择的因素：费用，功率（涉及到电费），水族安全性（尤其是海水），可靠性，噪音参数，热量，体积和安装限制。这个列表并不完整，但能为大家提供一些参考意见。一般较大的水泵更贵，而且电费惊人，有更多的噪音，更多的热量，更难以安装。水族安全性在本文的第一部分已经有所讨论，主要确保泵的构件是海水安全的。可靠性也是重要因素，因为我们不能接受水泵故障导致整个系统崩溃。在选择泵前，最好询问有某种水泵使用经验的朋友，是否有问题出现，尤其是已经使用过一段时间的水泵。

优秀的水泵可以提高水族系统的稳定性，减少由于水泵的故障对系统的危害。一个大泵可以完成的工作，用两个小泵也能完成，而两个小泵同时出现故障的几率更小。多泵的安装、使用会增加困难和费用，但会带来更多的可靠性。

关于选择潜水泵和陆泵的问题还没有提到。