液下泵选型要点：插入深度与液下轴承的确认方法

上海蓝海泵业制造有限公司在液下泵订单评审中反复遇到的三类问题，集中在插入深度口径不一致、液下轴承润滑方式未确认、长轴振动隐患未校核。本文按 2026 年 10 月的现场核对口径，给出液下泵（含立式液下泵与长轴液下泵）的结构特点、插入深度核算方法、液下轴承选型边界与常见误区，供化工、电镀、污水处理及市政泵站的工艺与设备人员参照。

一、液下泵的结构特点与适用边界

1. 立式液下泵的基本构成

立式液下泵把工作部件（泵体、叶轮、吸入滤网）置于液面以下，电机与轴承座留在液面以上，通过一根贯穿的中间轴把扭矩从电机传到液下叶轮。液体从泵体下端的吸入口进入叶轮，经泵体流道后沿与中间轴平行的排出管（或沿轴周围的导流柱）向上送出，穿过安装底板后由地面上的出口法兰接出。这种布置省去了底阀与引水装置，开机前不需要灌泵，也不存在吸上高度的限制，这是它与卧式离心泵在吸入条件上的根本差别。 检修方式也是选型阶段要考虑的差异点。液下泵的工作部件长期浸没在液体中，日常点检看不到叶轮与泵体的实际状态，判断磨损程度主要依靠流量、扬程、电流与振动的间接变化。长轴结构在检修时需要整体吊装，液下轴分段拆装，检修工作量大于同规格卧式泵，因此在连续运行要求高的装置上，通常按一开一备配置，并在技术协议中约定易损件的更换周期。

2. 短轴液下泵与长轴液下泵的分界

短轴液下泵的中间轴较短，液下部分通常不做中间支承，属于悬臂结构，插入深度一般在 1 m 上下，适用于槽罐侧壁或池顶浅层抽送。长轴液下泵的中间轴较长，需要在液下设置若干道中间轴承（衬套）支承转轴，插入深度可达 3 m 至 6 m 甚至更深，适用于深池、地下槽罐与塔底集液。按 API 610《石油、石化及天然气工业用离心泵》的立式泵型式划分，带独立排出管、由液下衬套支承的长轴结构对应 VS4，无液下轴承的悬臂湿坑结构对应 VS5，选型时用型式代号沟通可减少口径分歧。

3. 排出管与安装接口的确认

液下泵的排出管有两种走法：一种沿中间轴外侧穿过安装底板，在地面以上接出；另一种是独立排出管，与含轴的导流柱分开布置。两种走法对安装开孔尺寸、底板承载与检修吊装方式的要求不同，订货前必须确认。安装底板处的开孔位置、预埋件标高与泵座法兰尺寸要在土建图上先落位，避免出现泵到现场后底板开孔与泵座不匹配的返工。

• 液下泵适用于集水池、污水池、酸洗槽、电镀槽、地下槽罐、塔底回流与冷凝液收集等液位波动场合。
• 液下泵适用于介质温度较高、卧式布置容易出现汽阻的场合，因为叶轮处于液面以下，吸入侧带正灌注头。
• 液下泵不适用于液位下限长期低于泵体吸入口的场合，此时液下部件失去淹没条件，会出现进气与干摩擦。
• 液下泵不适用于含大量长纤维或易缠绕杂质的介质，滤网与叶轮的缠绕风险高于同流量的卧式泵。
• 液下泵不适用于需要频繁移动且每次都要改变插入深度的场合，长轴结构的拆装与重新校核成本较高。

二、插入深度的定义与核算方法

1. 插入深度的三个口径

插入深度定义为从安装基准面到泵吸入口（或滤网下端）的垂直距离。工程沟通中必须明确基准面的位置，常见有三种口径：一是以泵座支承面（电机座底板下平面）为基准，二是以池顶预埋钢板或槽罐法兰面为基准，三是以池底为基准向上量取。同一台泵在这三种口径下报出的数值可以相差数百毫米，若订货时只写"插入深度 3 m"而不注明基准面，制造与安装阶段极易出现偏差。

2. 液位下限与淹没深度

插入深度的核算必须以运行中的液位下限为输入，而不是以满池液位为输入。液位下限指工艺允许或控制逻辑允许达到的液面下限标高，通常由液位开关、浮球或 DCS 联锁值给出。淹没深度指吸入口上方液层的厚度，等于液面标高减去吸入口标高。淹没深度不足时液面会形成吸气漩涡，空气被卷入叶轮，表现为出口压力波动、电流摆动与振动上升，长期运行会诱发汽蚀与轴承磨损。现场常以 0.5 m 作为淹没深度的经验起点，最终以泵厂按吸入口直径与流量给出的淹没深度曲线为准。

3. 装置汽蚀余量与必需汽蚀余量的校核

液下泵吸入口位于液面以下，吸入侧带正灌注头，这是它相对卧式吸入布置的优势。装置汽蚀余量 NPSHa 等于吸入液面****压力头减去介质饱和蒸汽压头，再加上吸入口低于液面的高度差，最后扣除吸入管路（含滤网）的水力损失。必需汽蚀余量 NPSHr 由泵本体决定，通常按扬程下降 3% 的判据取值，即 GB/T 13006《离心泵、混流泵和轴流泵 汽蚀余量》给出的 NPSH3 定义。校核时要求 NPSHa 不小于 NPSHr 加安全裕量，工程惯例取 0.5 m，或取 NPSHa 与 NPSHr 之比不低于 1.1，两者取严。 吸入口与池底的距离同样需要在数据表上明确。距离过大，池底积泥层增厚后会抬高有效池底标高，实际淹没深度被压缩；距离过小，池底沉积物被直接抽入滤网，堵塞频率上升。工程上通常结合池底坡度、排泥方式与清池周期确定该距离，并在操作规程中写明清池后复核吸入口标高的动作。该距离还应与池底排泥设施一并考虑，避免清池周期与泵的检修周期相互冲突。

4. 插入深度与泵体长度的关系

插入深度一旦确定，中间轴长度、导流柱长度、排出管长度与液下轴承道数随之确定，这些都属于按订单确定的结构尺寸，不在标准性能表覆盖范围内。插入深度增加会带来三项连锁变化：一是液下摩擦副数量增加，二是跨距增加导致一阶临界转速下降，三是吊装与检修长度增加，对上方净空高度提出要求。现场核对时应同时确认泵坑上方的检修净空是否大于泵体总长加吊装余量。

• 校核用的液位必须取液位下限，不能取满池液位，否则低液位工况会出现汽蚀与吸空。
• 介质温度升高会抬高饱和蒸汽压头，直接压低 NPSHa，高温工况要按温度上限重新核算。
• 吸入滤网堵塞会使吸入损失上升，滤网压差应纳入 NPSHa 计算，并给出清洗周期。
• 接近泡点的易汽化介质应按工艺给出的实际气相分压计算，不能按纯液体饱和蒸汽压近似。

三、液下轴承的型式差异与选型边界

1. 介质自润滑滑动轴承

液下轴承的常见型式是在中间轴外套一个衬套（导轴承），由被输送介质本身形成润滑膜。衬套材料按介质特性选取：清水与一般化学介质可用浸树脂石墨或碳化硅，含细砂或海水介质常用橡胶衬套，强磨蚀工况可用碳化硅对碳化硅或硬质合金的配对。介质自润滑方案的优点是不引入外部液体、结构简单、维护量小；边界条件是介质必须具备成膜能力，且严禁干转，开机前必须确认液面已淹没到规定标高。

2. 外接冲洗水方案

当介质含固率较高、颗粒硬度大或润滑性差时，介质自润滑会造成衬套与轴套快速磨损，此时改为向液下轴承注入外部清洁冲洗液。冲洗液通常用清水或与工艺相容的液体，经流量计与过滤器后送到各道衬套，起到润滑、冷却与阻封三重作用。该方案的代价是冲洗液进入工艺介质，产生稀释与额外处理量，因此必须确认工艺侧是否允许引入外部液体，并按冲洗液总量核算物料平衡与后端处理能力。 冲洗水量需要单独确定并配置监测。水量不足时衬套得不到充分润滑与冷却，水量过大则加剧工艺介质稀释并增加后端处理负荷。常见做法是在冲洗液总管上设置流量计与低流量报警，把冲洗水中断纳入泵的联锁条件，避免冲洗液断流后机组继续运行造成衬套烧损。冲洗液压力应高于液下轴承部位介质压力，否则介质会反串进冲洗管路。冲洗液与工艺介质的相容性也要确认，避免引入后引发结垢或化学反应。

3. 无液下轴承的悬臂结构

部分短轴液下泵在液下不设任何轴承，转轴呈悬臂状态，叶轮端由泵体本身的导流结构定位。这种结构没有液下摩擦副，不需要润滑与冲洗，对含固介质与易结晶介质的容忍度更高；代价是悬臂长度受限，插入深度较浅，且对轴的挠度与临界转速更敏感。选型时应把它与"配液下轴承的长轴结构"作为两条并列路线对比，先按插入深度与介质含固率确定能否采用无轴承结构，再进入后续参数核对。

4. 衬套间隙与材料配对

衬套与轴套之间留有径向间隙，间隙既提供润滑膜空间，也决定轴的横向摆动幅度。间隙偏小会在热态下抱轴，间隙偏大会使摆动幅度上升、振动加剧。材料配对要考虑硬度差，通常让衬套作为易损件，磨损后更换衬套而不是更换转轴，转轴在衬套部位加装可更换轴套。点检时应记录间隙测量值，超过泵厂给出的允许值即安排更换。更换衬套时应同时检查轴套表面状态，轴套出现划痕时一并更换，否则新衬套会在短期内再次磨损。

• 介质自润滑方案的前提是介质具备成膜能力，且运行中不出现干转与抽空。
• 外接冲洗水方案的前提是工艺允许引入外部液体，并已核算稀释量与后端处理能力。
• 滚动轴承一般不作为液下轴承的优先方案，液下部位以滑动衬套或悬臂无轴承结构为主。
• 衬套间隙应纳入定期点检，间隙增大是振动上升与轴套偏磨的直接原因。

四、轴长、临界转速与振动控制

1. 跨距与一阶临界转速的关系

长轴液下泵的一阶临界转速由轴径、支承跨距、支承型式与介质附加质量共同决定。在支承型式不变的前提下，临界转速近似与跨距的平方成反比，也就是说跨距增加一倍，一阶临界转速会下降到原来的四分之一量级。工作转速应远离一阶临界转速，通用做法是保持 25% 至 30% 的隔离裕度，即工作转速不高于一阶临界转速的 0.75 倍（刚性轴设计），或明显高于一阶临界转速后在升速过程中快速通过临界区（挠性轴设计）。插入深度较大的订单应在技术协议中写明一阶临界转速计算值与隔离裕度。

2. 中间支承间距与轴的挠度

中间轴承沿轴长方向分段支承转轴，间距越小，轴的挠度与临界转速表现越好，但液下摩擦副数量增多，故障点与冲洗水量同步上升。工程上常见的中间支承间距在 1 m 上下，具体取值由轴径、转速与临界转速核算确定。轴套与衬套的间隙会随运行时间增大，间隙增大后轴的横向摆动幅度上升，振动烈度随之恶化，因此液下轴承间隙应纳入点检内容，超过允许值即更换衬套。 液下轴的湿态临界转速低于干态计算值。浸没在液体中的转轴受到介质附加质量与阻尼的作用，一阶临界转速会相对干态结果下降，同时阻尼增大使通过临界区时的振幅有所抑制。核算时应按制造厂采用的湿态模型取值，若制造厂只提供干态计算值，应在协议中要求补充湿态修正说明，避免按干态结果判断隔离裕度。现场试运行时也应记录升速过程中的振动变化，用于验证实际临界转速与计算值是否一致。

3. 温度引起的轴向伸长

介质温度与常温装配状态的差异会使中间轴产生轴向伸长，伸长量按线膨胀系数、轴长与温差三者相乘估算。以碳钢线膨胀系数约 12*10^-6 /℃ 估算，一根 3 m 长的中间轴在 100 ℃ 温差下的伸长量约为 3.6 mm。这个量级会改变叶轮与泵体的轴向间隙，也会改变液下轴承在轴上的相对位置，设计阶段需要在轴向间隙中预留，并在高温工况下复核叶轮口环与泵体的对中关系。

4. 振动评价与现场测量

液下泵的振动评价通常按振动烈度（速度有效值，mm/s，RMS）进行，测点布置在电机座轴承部位与安装底板处。现场试运行阶段应在额定点、下限流量点与液位下限三种工况分别测量，对比泵厂给出的允许值与行业通行的振动烈度分级方法。若振动随液位下降而上升，优先排查淹没深度与吸气漩涡；若振动随时间累积而上升，优先排查衬套间隙与轴套磨损。

• 轴长超出制造厂标准跨度时，应按实际跨距重新核算一阶临界转速，不能直接沿用样本数据。
• 采用变频调速的机组，应核实在整个调速范围内是否有一阶临界转速落在运行区间内。
• 液下轴承间隙增大是振动上升的常见原因，应作为定期点检项并设定更换阈值。
• 高温介质的插入深度应按热态尺寸核算，冷态安装尺寸与热态运行尺寸存在差值。

五、含固率与介质温度对液下部件的影响

1. 含固率、粒径与硬度的联合判断

含固率以质量分数计，选型时需要同时提供颗粒粒径、颗粒硬度与颗粒形状，三者共同决定磨损速率，只看含固率一项不足以确定方案。含固率较高时应优先考虑开式或半开式叶轮、加大过流通道、耐磨材质衬板，并把液下轴承改为外接冲洗水方案。易结晶或易沉淀介质要考虑停机后液下部件的结晶卡阻，通常配套冲洗接口或伴热措施，停机后再启动时先确认转轴能自由盘动。 材质选择要同时兼顾腐蚀与磨损两个维度。弱腐蚀清水工况可用铸铁或碳钢加涂层，一般化学介质常用 304 或 316L 不锈钢，含氯离子且温度较高的工况可考虑双相钢，强腐蚀且温度不高的工况可考虑工程塑料衬里或全塑料泵。塑料件的线膨胀系数明显高于金属件，用于高温介质时要重点核对口环间隙与连接部位的密封结构。塑料材质液下泵的温度上限明显低于金属材质，具体以材料供应商给出的温度上限为准，不得按常温数据外推。

2. 温度对汽蚀余量、材料与尺寸的影响

介质温度的影响体现在三个方面：一是抬高饱和蒸汽压头并压低装置汽蚀余量，二是改变材料强度与衬套配合间隙，三是使中间轴产生轴向伸长。以水为例，20 ℃ 时饱和蒸汽压约 2.34 kPa，80 ℃ 时约 47.4 kPa，100 ℃ 时约 101.3 kPa，温度上升使装置汽蚀余量显著下降，高温水槽的液下泵必须按温度上限重新核算。金属材质在高温下的强度下降同样要核对，扬程较高时机体壁厚与紧固件等级由制造厂按温度上限确定，选材结果应写入技术协议。选材时还应核对介质中的氯离子含量与 pH 值对不锈钢点蚀的影响，避免按介质名称直接套用牌号。

六、常见选型误区

1. 只按扬程选型而忽略插入深度

只提交扬程与流量、缺少插入深度、池深与液位下限，是液下泵订单返工的首要原因。插入深度决定中间轴长度、液下轴承道数与临界转速，属于结构参数而非性能参数，性能表上查不到。现场应在数据表上同时给出池底标高、液位上限、液位下限、安装面标高与要求的吸入口位置，由这几项换算插入深度，而不是只给一个总数。缺少这些标高时，制造厂只能按经验跨度出图，安装阶段往往需要现场改短或加长中间轴。

2. 未确认液下轴承的润滑方式

未确认润滑方式的后果有两种：一是本应配外接冲洗水却按介质自润滑供货，投运后衬套快速磨损；二是本不需要冲洗水却预留了冲洗接口，增加稀释与运行成本。确认动作应在技术协议阶段完成，明确写出衬套材料、润滑介质、冲洗水量与过滤精度，并在电气条件中落实低液位联锁停泵，避免液位下限以下继续运行造成干摩擦。润滑方式一旦确定，后期变更会涉及衬套材料、冲洗管路与联锁条件三处改动，应在协议阶段一次定稿。

3. 未校核液下轴长导致的振动

液下轴长变化会改变跨距与一阶临界转速，未校核时机组可能长期在临界转速附近运行，表现为振动烈度超标、轴套偏磨、机械密封寿命缩短。核对时应要求制造厂提供按实际插入深度计算的一阶临界转速与隔离裕度，并在现场试运行阶段测量振动烈度与电流摆动情况，把实测值与协议值一并归档，作为后续点检的基准。若现场没有振动测量条件，至少应记录额定电流与实际电流的偏差趋势，作为间接判据。

4. 忽视安装基准面与土建配合

插入深度数值本身没有歧义，歧义来自基准面。制造厂按泵座支承面计算，现场按池顶预埋板计算，两边相差一个底板厚度加找平层厚度，安装阶段就会出现泵体悬空或埋深不足。规避方法是把安装面标高、底板厚度、找平层厚度与泵座外形尺寸一并画在土建条件图上，由双方在同一张图上确认后再投产。预埋件的水平度同样要注明，泵座安装面倾斜会使中间轴产生附加弯曲应力。

七、现场核对清单（按步骤推进）

1. 步骤一：确认几何条件

先确定池底标高、液位上限、液位下限、安装面标高与要求的吸入口标高，据此换算插入深度并注明基准面口径。同时确认泵坑上方检修净空是否大于泵体总长加吊装余量，避免泵到现场后无法整体吊装。该步骤的输出是一张标注完整标高的简图，后续所有结构参数都以此为基准。若净空不足，应在协议中要求中间轴分段供货，并明确现场接轴方式与同心度要求。

2. 步骤二：确认介质与润滑方案

再确定介质名称、含固率、颗粒粒径与硬度、温度上限与腐蚀性，据此选择衬套材料与润滑方式，并确认工艺是否允许引入冲洗液。若允许，进一步确定冲洗水量、过滤精度与冲洗液来源。易结晶介质还要确认停机冲洗流程，防止停泵后结晶卡阻转轴。粘度较高的介质还应提供粘度随温度的变化数据，用于核算水力损失与电机功率。若介质含易燃易爆组分，还应同时确认电机防爆等级、接地与静电跨接要求。

3. 步骤三：确认转子与结构校核

最后确认中间轴长度、中间支承间距、一阶临界转速计算值与隔离裕度、轴向伸长量与振动烈度允许值。插入深度超出标准跨度时，这几项必须由制造厂按实际跨距出具计算说明，不能沿用样本数据。三项确认完成后，把结果写入数据表，作为到货验收与现场试运行的比对依据。缺项的机组不应进入安装工序，避免返工。联轴器型式与对中允差也应在此步骤一并确认。

• 数据表中必须同时给出池深、液位下限、安装面标高与要求的吸入口标高。
• 技术协议中必须写明液下轴承型式、衬套材料、润滑方式与冲洗水参数。
• 插入深度超出标准跨度时，必须附一阶临界转速计算值与隔离裕度说明。
• 含固介质必须给出含固率、颗粒粒径、硬度以及是否允许引入冲洗液。
• 高温介质必须按温度上限核算装置汽蚀余量与轴向伸长量。

八、常见问题

问：液下泵的插入深度应该按满池液位还是按液位下限核算？

应按液位下限核算。装置汽蚀余量与淹没深度都取决于运行中的液面位置，按满池液位核算会在低液位工况下出现吸气漩涡与汽蚀，表现为出口压力波动与振动上升。

问：液下泵能不能在无液状态下短时间点转？

不能，配介质自润滑液下轴承的机型严禁干转。干转会使衬套与轴套在数秒内形成干摩擦并造成表面损伤，开机前应通过液位开关确认液面已淹没到规定标高，并设置低液位联锁停泵。

问：含固介质是否必须改用外接冲洗水？

由含固率、颗粒粒径与硬度共同决定，不能只看含固率一项。颗粒粒径大于衬套间隙的硬质颗粒是磨损主因，现场应对照泵厂给出的含固率上限与冲洗水条件确定方案。

问：插入深度增加后需要重新核对哪些参数？

需要重新核对一阶临界转速、中间支承间距、轴向伸长量与临界转速隔离裕度。临界转速近似与跨距平方成反比，跨距增加会使一阶临界转速下降，可能接近工作转速。

问：液下泵是否需要满足 GB 19762—2025 的能效要求？

若该泵纳入 GB 19762—2025《离心泵能效限定值及能效等级》的适用范围，则需满足其中的能效限定值。该标准于 2026 年 3 月 1 日起实施，2026 年 10 月签订的技术协议应按现行版本核对能效等级。

问：淹没深度不足会先表现为哪种异常？

先表现为出口压力与电流的周期性摆动。液面形成吸气漩涡后空气被间歇卷入叶轮，流量与扬程随之波动，随后出现噪声与振动上升，长期运行会发展为汽蚀剥蚀与衬套磨损。