活塞式抽水机和离心式水泵各有优劣。活塞式的优点是构造简单、造价低廉、维修方便,而且可以人工操作,适合小规模使用;缺点是出水量小,提水高度也有限。离心式水泵则出水量大、提水高度大,但价格昂贵,还需要配备配套的动力机械,适合大规模灌溉或工业用水。
活塞式抽水机的工作原理是什么?图解说明
在离心式水泵中,有两个重要的概念:吸水扬程和压水扬程。吸水扬程是指靠大气压作用将水吸上来的高度,而压水扬程是指叶轮高速旋转将水甩上去的高度。这两个高度加起来,才是水泵实际能达到的总扬程,也就是实际提水高度。
虽然离心式水泵和活塞式抽水机都利用了大气压,但原理略有不同。活塞式只是单纯依靠大气压把水压上来;而离心式水泵则是先利用大气压把水吸进泵壳,再利用叶轮高速旋转产生的离心力把水甩向高处,这样就能克服大气压只能支持约10米水柱的限制。
离心式水泵的工作过程很巧妙。叶轮高速旋转时,水由于惯性被甩向出水管,导致叶轮周围的压强急剧减小。这时候,低处的水在大气压的作用下,推开底阀进入泵壳。这个过程不断循环,就能持续地把水抽上来并甩向高处。
在实际应用中,我们需要根据具体情况选择最合适的抽水设备。除了活塞式抽水机和离心式水泵,还有人力或畜力带动的水车,以及电力带动的轴流泵、混流泵等多种设备。选择哪种设备,需要综合考虑任务需求、工作条件、设备性能和价格等因素。
活塞式抽水机的核心原理其实很简单,就是利用大气压强把水从低处压上来。就像我们做的那个实验一样,通过活塞的运动在圆筒内形成低压区,外部的大气压就会把水压入管内并推向高处,这是它最基础的工作机制。
为了解决高度限制的问题,人们发明了离心式水泵。它的构造主要部分是泵壳和里面的叶轮,叶轮通过机轴与电动机相连。在使用前,必须先往泵壳里灌满水,排出里面的空气。启动后,电动机带动叶轮高速旋转,水也跟着转起来。
反复上提和压下活塞,水就会不断地从活塞上方的出水管流出。这个过程就像接力一样,每次提起活塞,大气压就把水从下面推上来填满活塞下方的空间;每次压下活塞,水就被挤到活塞上面去。这样循环往复,水就被源源不断地抽出来了。
不过,活塞式抽水机有一个明显的局限性,那就是抽水高度是有限的。理论上,当水柱上升到大约10米高时,水柱产生的压强就等于外界的大气压强了。这时候,大气压再也无力把水推得更高,所以如果要抽更高的水,这种机器就无能为力了。
要理解它的工作过程,得先看它的构造。抽水机圆筒底部有一个只能向上开启的阀门,活塞上也有一个只能向上开启的阀门。当我们提起活塞时,活塞下方的水被大气压推上来推开底部阀门进入圆筒;压下活塞时,底部阀门关闭,活塞上的阀门打开,水被带到活塞上方。