水泵全介绍（第二部分）

2015-01-24 15:34:44

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。

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. 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。

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。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。

在本文的第一部分中我提到过，潜水泵体积小更易安装。它们是最适合内部循环的水泵，有时也被叫做泵头。泵头通常很小（可以放置在水族箱水下的任何位置），能提供中低速水流，很难产生高压。本文的第三部分我会谈谈泵的综合选择，但这里我要先说些个人意见。除非是小型水族箱，否则我都推荐同时使用陆泵和潜水泵从底缸或其他外部过滤向主缸泵水。这种双泵齐用的方式可以使用功率较小的陆泵，防止故障，提高系统的稳定性。第一部分也提到过，如果你不能接受潜水泵的热量，那么陆泵还是很好的选择。关于水泵的可靠性和安全性：大多数离心式水泵的设计是不支持陆泵的，而且如果离水会造成损毁。在泵内，水既是润滑剂又是冷却剂。在底缸使用漂浮阀控制主泵的电源开关是防止水泵干转的有效方法。造流泵也有必要提一下。水泵通常是电机驱动的，超载时关闭能保证安全。如果水泵或有控制器控制的造流泵设计不当，不能经受多次反复的启动和关闭，有可能在使用过程中出现故障。如果你一定要用控制器控制造流泵，那么我建议你多听听鱼友的使用情况。最后，我强烈建议大家在任何水族电器的线路上使用漏电保护器，保护自己的安全，也保护其它设备的安全。下一部分将会讨论水泵的安装程序，以及水泵的应用问题。

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