当泵的流量处于或低于最佳效率点（BEP）时，泵壳体形式对泵的可靠性（平均维修间隔时间，MTBR）具有显著影响，而对泵效率的影响相对有限。因此，在管道输送系统中，合理选用最优泵壳体形式至关重要。尽管绝大多数泵应用场景都力求使泵在最佳效率点附近运行，但实际工况往往受以下因素制约：

1）泵采购阶段，现有管路系统的摩擦阻力未能精准计算

2）为预留未来磨损余量，选泵时纳入了过高的安全裕度

3）正常运行过程中，系统静扬程和/或摩擦阻力发生变化

4）泵在长期运行中出现性能衰减与零部件磨损

5）系统摩擦阻力随运行时间发生改变或持续增大

泵壳体

泵壳体即泵的承压外层壳体，其核心功能是实现泵内部过流部件与外部环境的压力隔离与介质密封。根据泵结构形式的不同，泵壳体的结构设计亦存在差异。对离心泵而言，其壳体结构主要由流体进入叶轮及自叶轮导出的水力形态所决定。尤其需要强调的是，离心泵壳体与叶轮之间的间隙配合精度，直接决定了泵的容积效率与整体运行效率。

图1：中开泵壳体（图片来源于KSB）

对于容积式泵，活塞等往复/运动部件被包容在容积式泵的泵壳体内。工程实践中，泵壳体的结构形式往往可直接判别其对应的泵型式。根据使用工况与介质特性不同，泵壳体可采用铸铁、可锻铸铁、铬钢或双相钢制造，在部分特殊工况泵中亦会采用塑料材质壳体。

离心泵壳体

离心泵壳体的作用在于，通过密封泵内部与大气环境，有效防止介质泄漏并稳定维持泵腔压力。以离心泵为例，壳体环绕于泵的转子外侧，而转子主要依靠旋转轴上的叶轮，将能量传递给流经泵体的流体。通常，这一完整包容泵体核心部件的构件，便被统一称为"壳体"。在实际工程应用中，泵的壳体具有以下五项功能：

1）精准控制泵腔内部压力，确保运行压力符合设计标准；

2）集成集液室功能，可将收集室作为独立部件装配，或直接设计为壳体的固有组成部分；

3）优化装配结构，便于转子的快速安装与后期拆卸维护；

4）提供结构支撑，既可为泵体自身提供刚性支撑，也可作为连接泵基础支撑结构的核心连接件；

5）保障运行精度，在压力载荷与外部管路载荷共同作用下，持续保持泵与转子的同轴对中精度。

1. 离心泵的壳体类型

离心泵的壳体主要分为三种类型，具体如下：

1）蜗壳（Volute casing）

2）涡流壳（Vortex casing）

3）导叶壳体（Casing with guide blades）

蜗壳

这是离心泵中应用最广泛的壳体形式，整体呈螺旋状结构，其流通截面积沿流体流动方向逐渐增大。随着流通面积的增加，流体流速逐步降低，流经壳体的压力则随之升高。蜗壳是单级离心泵的标志性壳体结构，采用蜗壳设计的离心泵在工业领域占比最高，也是各类流体输送场景中最常见的泵型。

涡流壳

"涡流壳"指的是在壳体与叶轮之间设有环形腔室的壳体。涡流壳能最大限度地减少流体在叶轮出口处的涡流损失，从而显著提高泵的整体运行效率与能量利用率。

图2：蜗壳及涡流壳的对比（图片来源：slide-player.com）

导叶（壳体）

在配备导叶的泵壳体结构中，叶轮外围均匀布置一组导叶，这些导叶固定安装于一个称为扩散体的环体之上。导叶经过流线型设计，可使从叶轮流出的液体以无冲击状态平稳进入导流通道。

图3：导叶（图片来源于SEC-KSB）

导叶的流通截面积沿流动方向逐渐扩大，这一结构可有效降低液体流速，并同步将动能转化为压力能。液体经导叶整流增压后，继续流经外围的壳体。在绝大多数工况与结构设计中，壳体与叶轮均保持同心布置形式。

2. 其它类型的泵壳体

其它类型的泵壳体包括：

1）单蜗壳

2）双蜗壳

3）带叶片扩散体壳体

壳体作为泵的主要静止部件，主要具备以下两大功能：

1）将叶轮输出的速度头转化为压力头，并将增压后的流体平稳导流至泵排出口；

2）形成可靠压力密封屏障，防止泵送介质向外泄漏。

“蜗壳”是泵壳体中最具代表性的结构形式。蜗壳采用螺旋形流道设计，通过渐进式增大流通截面积实现降速增压。流体离开叶轮后在蜗壳内被有序导流并汇集至泵出口。蜗壳按结构主要分为单蜗壳和双蜗壳两类。

单蜗壳、双蜗壳与带导叶扩散体壳体，是离心泵最常见的三种壳体形式。单蜗壳应用最为普遍，尤其适用于中低流量工况的单级离心泵；双蜗壳则多用于处理无固体颗粒液体的大型单级泵；带导叶扩散体壳体在多级离心泵中更为常见。

不同壳体结构在轴承与轴封使用寿命、泵运行效率以及制造成本等方面各有优劣。泵用户通常无法自主选定壳体类型，但部分泵厂可针对特定机型提供可选方案。因此，充分理解不同壳体结构对泵运行性能的影响，对泵用户而言具有重要意义。

单蜗壳

在单蜗壳结构中，叶轮排出的液体进入环绕叶轮整周的单一螺旋形流道，壳体通过单个隔舌将流体汇集并导向泵出口。

单蜗壳泵应用历史悠久、技术成熟。在美国生产的大多数单级泵（立式涡轮泵除外）均采用单蜗壳结构。其主要优势在于结构简单：叶轮外围流道空间开阔，易于铸造，制造成本低廉。在泵额定工况（最佳效率点）附近运行时，单蜗壳效率优于双蜗壳。此外，较大的流道喉部尺寸使其可以处理含有较大颗粒的介质，例如含固体颗粒的污水。

蜗壳流道按额定工况设计，以维持流速基本恒定，仅在最佳效率点流量下可实现叶轮周向静压分布均匀。当泵偏离设计工况运行时，周向压力平衡状态将被破坏。下图展示了单蜗壳在零流量（关死点）工况下叶轮周围的压力分布，其中 A 代表总径向力，B 代表盖板受力，C 代表叶轮周向径向力，D 代表非均匀流体动量。

图4：径向压力分布（图片来源于water-world.com）

当泵在偏离最佳效率点的工况下运行时，叶轮周围压力分布呈现明显不均状态，这会直接导致转子承受的径向应力净增。载荷的进一步增加会引发泵轴发生弯曲变形，而轴的弯曲变形又会加剧口环、密封及轴承的过度磨损。在故障严重的极端情况下，甚至可能引发轴的疲劳断裂。

这种叶轮周围的压力不平衡现象（至少在单蜗壳结构中如此），通常是泵轴承的主要载荷来源，尤其是在非设计流量的工况下表现更为突出。由于滚动轴承（球轴承或滚子轴承）的寿命与径向载荷的三次方成反比，这种不均匀压力对轴承L10疲劳寿命的影响呈现指数级加剧的特征。这意味着，随着泵运行工况偏离最佳效率点的幅度增大，轴承寿命将出现急剧下降的趋势。L10（统计寿命）是指以金属疲劳失效为基准的球轴承额定寿命，代表90%的轴承能够达到或超过的规定运行时长。

延长单蜗壳泵轴承寿命的唯一有效方法，是在实际应用中尽可能让泵在接近最佳效率点的工况下运行，例如通过在排出管与吸入管之间增设旁路管线的方式进行工况调节。但需要注意，这种旁路设置方式可能会降低泵在净流量下的整体效率，需在实际应用中权衡工况与效率的关系。

双蜗壳

双蜗壳结构中设有两个相隔 180° 布置的隔舌，这是其核心结构特征。通常可通过观察泵的出口法兰直观识别双蜗壳泵：在出口法兰内部，可见一个导流叶片将出口内径均匀一分为二，形成对称的双蜗室结构。

双蜗壳的设计初衷便是针对性解决单蜗壳结构存在的径向推力问题。但测试结果表明，尽管双蜗壳结构可使径向载荷显著降低，但并未实现完全消除，小流量工况下仍会存在少量残余径向力。

与单蜗壳相比，双蜗壳的主要优势在于能够平衡叶轮上的径向载荷，其双隔舌结构可让蜗壳内的压力分布更趋均匀。轴承故障是泵失效的第二大常见原因，因此，在泵的全运行范围内减小轴承承受的径向应力，对延长泵的使用寿命具有重要意义。另一方面，双蜗壳结构的导流叶片与双蜗室设计，会增加一定的水力阻力，需结合泵的运行效率进行综合考量。

在双蜗壳结构中，两个相隔180°的隔舌会将流体分为两股等量的流束，并分别引入两个蜗室。两个蜗壳的总喉部面积与同等尺寸的单蜗壳设计基本相当。因此，双蜗壳本质上是在单蜗壳基础上，增加一个从蜗壳喉部延伸180°、并延伸至扩散体部分的导流叶片，从而形成两个在泵最佳效率点工况下流速恒定、尺寸均等的蜗室。

在偏离最佳效率点的流量工况下，两个蜗室的部分区域仍会在叶轮周围产生不均匀压力，但利益于对称的流道设计，这些压力会在很大程度上相互抵消，大幅降低径向载荷对轴承的冲击。采用双蜗壳结构的核心目的，正是通过这种压力抵消机制，实现对径向载荷的有效控制，进而提升泵在宽工况范围内的运行稳定性。

图5：双蜗壳和单蜗壳（图片来源于paulbrim-hall.com）

双蜗壳泵与单蜗壳泵的水力性能基本相当。根据测试数据，在最佳效率点处，双蜗壳泵的效率比同等规格的单蜗壳泵略低1至1.5个百分点，但在偏离最佳效率点的两侧区域，其效率反而高出约2个百分点。这意味着在扬程-流量曲线全工况范围内，双蜗壳泵的效率表现略优于单蜗壳泵。

轴向载荷较小的大型双吸叶轮泵（多为轴向剖分式壳体结构）更适宜采用双蜗壳结构。小流量小型泵（通常指流量低于约400加仑/分的泵）则不建议采用双蜗壳壳体。鉴于大型泵更适合采用双蜗壳结构，在设备供应商提供该结构选项且现场应用条件允许时，应优先选用。而在处理含有颗粒介质的工况下（例如污水处理应用），双蜗壳的分流导流叶片易造成堵塞，从而限制了其在该类工况下的应用。

带叶片扩散体壳体

除单蜗壳与双蜗壳壳体之外，扩散体壳体是另一类常用的泵壳体结构形式。配备带叶片扩散体壳体的立式涡轮泵与多级高扬程泵，多用于对运行可靠性要求极高，或对效率有严苛要求的应用场景。不过，高效率并非带叶片扩散体泵的唯一优势。在该类结构泵中，从叶轮流出的液体直接进入周向均匀布置的环形叶栅流道，使得叶轮上的径向应力完全平衡（这意味着在全流量工况范围内径向载荷均为零）。

图6：扩散体壳体（图片来源于rodelta.com）

带叶扩散体泵的叶轮外围环绕着由静止导叶形成的逐渐扩大的流道。与蜗壳式壳体相比，这种结构能更充分地将叶轮出口液流的速度头转化为压力能，从而可能略微提升泵的效率。然而，除立式涡轮泵和大型高压泵之外，带叶片扩散体泵相较于单蜗壳泵的成本增加与设计复杂度，通常认为仅靠效率提升并不足以实现经济上的合理性。