潜水电泵的典型结构分析与工程应用

论文摘要：潜水电泵则是一种泵与电机合二为一的特殊的输送液体的机械，顾名思义，机电一体潜入水中工作．它结构简单，使用方便．随着材料科学、密封技术、控制和保护技术的发展以及冷热加工工艺水平的提高，潜水电泵得到了飞速发展。 THE TYPICAL STRUCTURE ANALYSIS AND ENGINEERING  APPLICATION OF SUBMERSIBLE PUMPS  Shi Weidong  　　(Jiangsu University of Science and Technology，Zhengjiang，212013)      ABSTRACT The author reviews the development general situation and analysis the typical  structure of submersible pump at home and abroad，introduces the structure shapes of  impeller.types and engineering application at abroad.It is characterized by a great variety and in  a novel design.it can be used for reference at home.      KEY WORDS submersible pump，general situation，impeller structure analysis application     引言     潜水电泵则是一种泵与电机合二为一的特殊的输送液体的机械，顾名思义，机电一体潜入水中工作．它结构简单，使用方便．随着材料科学、密封技术、控制和保护技术的发展以及冷热加工工艺水平的提高，潜水电泵得到了飞速发展。     1904年，美国的布隆*杰克逊(Byron Jackson)公司第一个成功地设计、制造了卧式连接的潜水电泵和潜水电机，这就是现代潜水电泵的“祖先”．1928年，该公司发明了直接连接的立式潜水电泵，这是现代深井潜水电泵的最初形式．可见，潜水电泵的发展已经有了60多年的历史了。     瑞典的飞力(Sterbery Flygt)公司，1948年首次研制成功了世界上第一台给排水用的浅水(或称作业面)潜水电泵，从根本上简化了泵的型式，改革了建筑基坑和矿井等的排水设备，并很快在全世界范围内获得成功．1956年，Flygt公司生产出了排放污水用的潜水泵，使污水泵站的成本大约减少一半．此外，Flygt公司还解决了一系列疑难问题，开发的各种特殊的潜水泵可以用来抽吸含有固体颗粒的磨蚀性液体、粘性溶液和腐蚀性液体等．近年来，Flygt公司在泵的结构上已取得了很大进展，并发展了四个系列：抽送含小颗粒磨蚀液体的2000系列、抽送民用和工业废水的3000系列大流量污水潜水泵、抽送清水的5000系列、具有大流量中等扬程螺旋(轴流)式的7000系列。     到了60年代，美国、英国、德国、法国、芬兰、日本等国也都大批量生产作业面潜水电泵．尤其是日本(如日立、鹤见等公司)已实现了建筑设备用和工程用潜水电泵的标准化和系列化，无论在结构设计、材料选用和自动控制等方面都取得了新的成就。     我国于1958年由上海人民电机厂开始生产7kW的作业面潜水电泵，揭开了我国潜水电泵生产的序幕，经过30多年的发展，目前已经取得了较大的成绩．已先后生产出了QY、QS、QX、QDX(单相)型系列的小型潜水电泵．年产量约150万台．80年代后期以来又发展了QW型污水潜水电泵．QZ型潜水轴流泵和QH型潜水混流泵等．年产量约8万台．江苏理工大学流体机械研究所与扬州市亚太特种水泵厂等工厂合作，系统地研究了污水潜水电泵，先后承担了三项省、部级科研课题．试验研究了泵内的流动状态、叶的结构型式、几何参数对泵特性的影响等．从而掌握了各种无堵塞污水潜水电泵的设计理论和方法，在改善无堵塞泵的性能方面积累了丰富的经验，并先后四次荣获国家及省、部级科技进步奖，同时还被国家科委列为国家级科技成果重点推广计划项目。     1　国内外潜水电泵典型结构分析     1.1　国外潜水电泵典型结构分析     Flygt公司是世界上最大的生产潜水电泵的厂家，拥有最齐全的潜水泵系列．其产品设新颖，组件系统标准化，设备现代化．现选其中一种典型结构予以分析。     Flygt公司典型的C泵结构，主要特点如下。     (1) 电机的电缆必须是能够经受介质侵蚀的，电缆可以采用挠性金属软管保护。     (2) 定子绝缘等级F(155℃)．按照标准，电机定子内装入过载保护器。     (3) 功率在9kW以上时装有冷却系统，叶轮的背叶片使冷却水环绕定子室循环．也可采用独立的冷却系统，外围的冷却套与蜗壳不相通，直接由外部引进冷却水．当泵抽送的液体温度会升高或者有可能干运行的情况下，采取这种冷却系统特别有效。     (4) 在电机与水力部件之间装有双层机械密封，以防止液体进入电机腔．通常上层是石墨/碳化钨，下层碳化钨／碳化钨．另外，密封材料除碳化钨以外，也可采用氧化铝或碳化硅。     (5) 根据不同的用途，采用不同的叶轮结构型式．图示叶轮具有大的通道面积，可以通过大的颗粒和缠绕物，减小堵塞危险。     (6) 在泵叶轮和泵体之间装有可更换的密封环，以保持泵以最佳效率运行．大型泵装有两组密封环。     1.2　国内潜水泵典型结构分析     扬州亚太特种水泵厂是目前国内生产潜水电泵的最大厂家，其产品已成功地应用于上海宝钢、大庆油田、北京新客站等国家大型重点工程，大量替代引进产品．同时，其开发产品已打入国际市场。     由江苏理工大学流体机械研究所设计、扬州亚太特种水泵厂生产的QW型污水潜水电泵的典型结构，其主要特点如下。     (1) 功率在30kW以上的潜水泵．接线腔内设有漏水检测探头，当电缆断裂或其它原因漏水时，探头发出信号，控制系统对泵实施保护。     (2) 电机定子采用F级绝缘(155℃)，并设计成细而长的圆柱体，内装过热载保护器。     (3) 功率在15kW以上时，各泵均装有自备冷却系统，叶轮的背叶片使涡室内的水流入定子室外围循环冷却，能够保证水泵在水池的最低水位或抽干的情况下正常运转。       (4) 电机腔下端装有漏水检测器―浮子开关，当水进入电机腔时发出信号，控制系统对泵实施保护。     (5) 在电机与水力部件之间装有双层机械密封，以防止介质渗漏到油室内，上层、下层科学配对能保证水泵运转安全、可靠．密封材料有碳化硅、碳化钨、硬质合金副或超耐磨密封副。     (6) 油室内设有电极保护，当水进入油室时电极发出信号，由控制系统显示，告知管理人员及时保养。同时，控制系统严密监视其渗漏情况。     (7) 独特设计的叶轮，具有很大的通道，能够通过大的物料及纤维等，减小堵塞、缠绕的危险。     (8) 在泵叶轮与蜗壳之间装有可更换的密封环，以保持泵以最佳效率运行。     2　国外潜水电泵的种类与工程应用     随着科学技术的不断发展，国外的潜水电泵出现了不少新型的结构和种类，本文仅以Flygt公司生产的潜水电泵为例作一介绍．其品种繁多，设计新颖，对国内同行具有借鉴作用。     表 1　Flygt公司潜水电泵的种类与工程应用     名称     叶轮结构型式     叶轮结构特点     工程应用     B泵     开式或半开式叶轮，抗磨材料制造，附有可调节的导叶及滤网     广泛用于建筑工地、岩洞、港湾、工厂、舰船等给排水或水喷射等，可以抽送含磨料如粘土、砂、碎石、钻屑等液体介质等。     移动式结构，放到水中便可起动，可满足大流量、高扬程、有限空间或易爆环境等特殊要求。     C泵     无堵塞闭式流道式叶轮，具有好的可靠性和较高的效率。     主要用于城市泵站和污水处理厂抽送污水和泥浆，工业流程中抽送冷却水、废水、腐蚀性介质等，工地和大型工厂连续排水等．非常适合抽送含长纤维的物质和大固体颗粒的介质。     安装在小型而简单的泵站，可隐设在地下，泵可以快速而简单地安装在导轨或绳索上并下到泵坑。     D泵     旋流式叶轮     广泛用于工地、矿山、工业上抽送含长纤维、粘土、钻屑、岩石碎片、污泥和腐蚀性介质的废水，并可满足易爆环境排水的要求。     F泵     开式叶轮并带有S型切断器，具有抽送、切削和混合功能．可靠性好，效率高。     主要用于农业上抽送液体粪，可以破碎干的固体，禾杆和其它长纤维物质，螺旋状的叶轮入口可以使吸入的稠厚粪肥送入泵中，共有四种规格。     结构紧凑，安装在粪肥池中的导轨上，也可安装在贮存池中，可与潜水搅拌器配合使用。     G泵     开式或闭式叶轮，有多个叶片     主要用于地下室或其它领域地面排水，也可用于灌溉，可满足小流量及适中扬程需要，适合于抽送清水或轻度污染的水，共有三种规格。     结构紧凑，安装简单，只需将泵放于泵坑底部即可。      H泵     开式或闭式流道式叶轮，抗磨材料制造     主要用于矿山、工地、岩洞、隧道和堤坝等地方抽送含有磨蚀性颗粒如钻屑、砂、碎石等的液体，吸入端采用可调节的橡胶覆层，利于在高效点运行。     L泵     闭式流道式叶轮，与导叶相匹配，可靠性好。     广泛用于城市、农业、舰船、工业等给排水，可满足低扬程大流量需要，流量可达2000m3/h，适合于抽送清水或轻度污染的水，共有六种规格。     安装、维护简单、采用无管路连接设计。     M泵     开式叶轮，入口处附有一个切碎装置，由铬合金与不锈钢组成     特别适用于压力污水系统，可以通过仅仅直径为40mm的管子被输送走。     P泵     可调叶片轴流式叶轮，具有高效节能的特点。     主要用于农业、城市给排水及工业上抽送冷却水等，并可用于控制内河水道系统。可满足低扬程大流量的特殊需要，适合于抽送清水或轻度污染的水。     结构紧凑而简单，不要求特殊安装，只需下落到壳座的突肩上即可。     R泵     多叶片闭式叶轮，用铸铁或不锈钢铸造，单侧或双侧(双吸)进水。     特别适合于农业喷灌和各种工业应用，如供清水、工艺流程用水、喷射和冷却水等．可满足高扬程大流量需要，流量达2000m3/h，扬程达110m，适合于抽送清水或轻度污染的水，有多种规格和结构型式。     功能强，可靠性高，容易安装和维护。     3　结束语     我国的潜水泵经过30多年的发展，已经取得了相当大的成绩．但与当今世界先进国家相比仍有较大的差距，产品的品种还不够多，应用的领域也较狭，其可靠性和质量也不够稳定，这些都有待进一步的改进，以使国潜水电泵能够早日更多地打入国际市场，并逐步替代引进产品。可以预见，随着社会主义市场经济的不断发展，我们自己的潜水电泵必将在机电排灌、城镇给排水、环境保护等工农业生产和国民经济的各部门发挥越来越大的作用。     作者简介：施卫东，男，1964年2月出生，1984年毕业于江苏理工大学动力系水力机械专业，工学学士，现任江苏理工大学副研究员。     作者单位：施卫东　(江苏理工大学，镇江，212013)      参考文献     1　关醒凡编著．现代泵技术手册．北京：宇航出版社，1995     2　袁寿其．小型潜水电泵的历史与发展趋势．排灌机械，1994(1)：3～10     3　施卫东编著．流体机械．成都：西南交通大学出版社，1996     4　施卫东，关醒凡．国外潜水电泵控制系统概述．农业机械学报，1996(4)：126～129

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