潛水電泵的典型結(jié)構(gòu)分析與工程應(yīng)用

引言 
　　潛水電泵則是一種泵與電機合二為一的特殊的輸送液體的機械,顧名思義,機電一體潛入水中工作．它結(jié)構(gòu)簡單,使用方便．隨著材料科學(xué)、密封技術(shù)、控制和保護技術(shù)的發(fā)展以及冷熱加工工藝水平的提高,潛水電泵得到了飛速發(fā)展． 
　　1904年,美國的布隆*杰克遜(Byron Jackson)公司**個成功地設(shè)計、制造了臥式連接的潛水電泵和潛水電機,這就是現(xiàn)代潛水電泵的“祖先”．1928年,該公司發(fā)明了直接連接的立式潛水電泵,這是現(xiàn)代深井潛水電泵的*初形式．可見,潛水電泵的發(fā)展已經(jīng)有了60多年的歷史了． 
　　瑞典的飛力(Sterbery Flygt)公司,1948年**研制成功了世界上**臺給排水用的淺水(或稱作業(yè)面)潛水電泵,從根本上簡化了泵的型式,改革了建筑基坑和礦井等的排水設(shè)備,并很快在全世界范圍內(nèi)獲得成功．1956年,Flygt公司生產(chǎn)出了排放污水用的潛水泵,使污水泵站的成本大約減少一半．此外,Flygt公司還解決了一系列疑難問題,開發(fā)的各種特殊的潛水泵可以用來抽吸含有固體顆粒的磨蝕性液體、粘性溶液和腐蝕性液體等．近年來,Flygt公司在泵的結(jié)構(gòu)上已取得了很大進展,并發(fā)展了四個系列:抽送含小顆粒磨蝕液體的2000系列、抽送民用和工業(yè)廢水的3000系列大流量污水潛水泵、抽送清水的5000系列、具有大流量中等揚程螺旋(軸流)式的7000系列． 
　　到了60年代,美國、英國、德國、法國、芬蘭、日本等國也都大批量生產(chǎn)作業(yè)面潛水電泵．尤其是日本(如日立、鶴見等公司)已實現(xiàn)了建筑設(shè)備用和工程用潛水電泵的標準化和系列化,無論在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用和自動控制等方面都取得了新的成就． 
　　我國于1958年由上海人民電機廠開始生產(chǎn)7kW的作業(yè)面潛水電泵,揭開了我國潛水電泵生產(chǎn)的序幕,經(jīng)過30多年的發(fā)展,目前已經(jīng)取得了較大的成績．已先后生產(chǎn)出了QY、QS、QX、QDX(單相)型系列的小型潛水電泵．年產(chǎn)量約150萬臺．80年代后期以來又發(fā)展了QW型污水潛水電泵．QZ型潛水軸流泵和QH型潛水混流泵等．年產(chǎn)量約8萬臺．江蘇理工大學(xué)流體機械研究所與揚州市亞太特種水泵廠等工廠合作,系統(tǒng)地研究了污水潛水電泵,先后承擔(dān)了三項省、部級科研課題．試驗研究了泵內(nèi)的流動狀態(tài)、葉的結(jié)構(gòu)型式、幾何參數(shù)對泵特性的影響等．從而掌握了各種無堵塞污水潛水電泵的設(shè)計理論和方法,在改善無堵塞泵的性能方面積累了豐富的經(jīng)驗,并先后四次榮獲國家及省、部級科技進步獎,同時還被國家科委列為***科技成果重點推廣計劃項目． 
1　國內(nèi)外潛水電泵典型結(jié)構(gòu)分析 
1.1　國外潛水電泵典型結(jié)構(gòu)分析 
　　Flygt公司是世界上*大的生產(chǎn)潛水電泵的廠家,擁有*齊全的潛水泵系列．其產(chǎn)品設(shè)新穎,組件系統(tǒng)標準化,設(shè)備現(xiàn)代化．現(xiàn)選其中一種典型結(jié)構(gòu)予以分析． 
　　圖 1 為Flygt公司典型的C泵結(jié)構(gòu),主要特點如下． 
　　(1) 電機的電纜必須是能夠經(jīng)受介質(zhì)侵蝕的,電纜可以采用撓性金屬軟管保護． 
　　(2) 定子絕緣等級F(155℃)．按照標準,電機定子內(nèi)裝入過載保護器． 
　　(3) 功率在9kW以上時裝有冷卻系統(tǒng),葉輪的背葉片使冷卻水環(huán)繞定子室循環(huán)．也可采用獨立的冷卻系統(tǒng),外圍的冷卻套與蝸殼不相通,直接由外部引進冷卻水．當(dāng)泵抽送的液體溫度會升高或者有可能干運行的情況下,采取這種冷卻系統(tǒng)特別有效． 
　　(4) 在電機與水力部件之間裝有雙層機械密封,以防止液體進入電機腔．通常上層是石墨/碳化鎢,下層碳化鎢／碳化鎢．另外,密封材料除碳化鎢以外,也可采用氧化鋁或碳化硅． 
　　(5) 根據(jù)不同的用途,采用不同的葉輪結(jié)構(gòu)型式．圖示葉輪具有大的通道面積,可以通過大的顆粒和纏繞物,減小堵塞危險． 
　　(6) 在泵葉輪和泵體之間裝有可更換的密封環(huán),以保持泵以*佳效率運行．大型泵裝有兩組密封環(huán)． 
 
圖 1　flygt公司潛水電泵 

　　　圖 2　QW型污水潛水系統(tǒng) 
1.2　國內(nèi)潛水泵典型結(jié)構(gòu)分析 
　　揚州亞太特種水泵廠是目前國內(nèi)生產(chǎn)潛水電泵的*大廠家,其產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于上海寶鋼、大慶油田、北京新客站等國家大型重點工程,大量替代引進產(chǎn)品．同時,其開發(fā)產(chǎn)品已打入國際市場． 
　　圖 2 為由江蘇理工大學(xué)流體機械研究所設(shè)計、揚州亞太特種水泵廠生產(chǎn)的QW型污水潛水電泵的典型結(jié)構(gòu),其主要特點如下． 
　　(1) 功率在30kW以上的潛水泵．接線腔內(nèi)設(shè)有漏水檢測探頭,當(dāng)電纜斷裂或其它原因漏水時,探頭發(fā)出信號,控制系統(tǒng)對泵實施保護． 
　　(2) 電機定子采用F級絕緣(155℃),并設(shè)計成細而長的圓柱體,內(nèi)裝過熱載保護器． 
　　(3) 功率在15kW以上時,各泵均裝有自備冷卻系統(tǒng),葉輪的背葉片使渦室內(nèi)的水流入定子室外圍循環(huán)冷卻,能夠保證水泵在水池的*低水位或抽干的情況下正常運轉(zhuǎn)． 
　　(4) 電機腔下端裝有漏水檢測器―浮子開關(guān),當(dāng)水進入電機腔時發(fā)出信號,控制系統(tǒng)對泵實施保護． 
　　(5) 在電機與水力部件之間裝有雙層機械密封,以防止介質(zhì)滲漏到油室內(nèi),上層、下層科學(xué)配對能保證水泵運轉(zhuǎn)**、可靠．密封材料有碳化硅、碳化鎢、硬質(zhì)合金副或超耐磨密封副． 
　　(6) 油室內(nèi)設(shè)有電極保護,當(dāng)水進入油室時電極發(fā)出信號,由控制系統(tǒng)顯示,告知管理人員及時保養(yǎng)．同時,控制系統(tǒng)嚴密監(jiān)視其滲漏情況． 
　　(7) 獨特設(shè)計的葉輪,具有很大的通道,能夠通過大的物料及纖維等,減小堵塞、纏繞的危險． 
　　(8) 在泵葉輪與蝸殼之間裝有可更換的密封環(huán),以保持泵以*佳效率運行． 
2　國外潛水電泵的種類與工程應(yīng)用 
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,國外的潛水電泵出現(xiàn)了不少新型的結(jié)構(gòu)和種類,本文僅以Flygt公司生產(chǎn)的潛水電泵為例作一介紹．其品種繁多,設(shè)計新穎,對國內(nèi)同行具有借鑒作用． 
表 1　Flygt公司潛水電泵的種類與工程應(yīng)用 
名稱 
葉輪結(jié)構(gòu)型式 
葉輪結(jié)構(gòu)特點 
工程應(yīng)用 
B泵 

開式或半開式葉輪,抗磨材料制造,附有可調(diào)節(jié)的導(dǎo)葉及濾網(wǎng) 
廣泛用于建筑工地、巖洞、港灣、工廠、艦船等給排水或水噴射等,可以抽送含磨料如粘土、砂、碎石、鉆屑等液體介質(zhì)等． 
移動式結(jié)構(gòu),放到水中便可起動,可滿足大流量、高揚程、有限空間或易爆環(huán)境等特殊要求． 
C泵 

無堵塞閉式流道式葉輪,具有好的可靠性和較高的效率． 
主要用于城市泵站和污水處理廠抽送污水和泥漿,工業(yè)流程中抽送冷卻水、廢水、腐蝕性介質(zhì)等,工地和大型工廠連續(xù)排水等．非常適合抽送含長纖維的物質(zhì)和大固體顆粒的介質(zhì)． 
安裝在小型而簡單的泵站,可隱設(shè)在地下,泵可以快速而簡單地安裝在導(dǎo)軌或繩索上并下到泵坑． 
D泵 

旋流式葉輪 
廣泛用于工地、礦山、工業(yè)上抽送含長纖維、粘土、鉆屑、巖石碎片、污泥和腐蝕性介質(zhì)的廢水,并可滿足易爆環(huán)境排水的要求． 
F泵 

開式葉輪并帶有S型切斷器,具有抽送、切削和混合功能．可靠性好,效率高． 
主要用于農(nóng)業(yè)上抽送液體糞,可以破碎干的固體,禾桿和其它長纖維物質(zhì),螺旋狀的葉輪入口可以使吸入的稠厚糞肥送入泵中,共有四種規(guī)格． 
結(jié)構(gòu)緊湊,安裝在糞肥池中的導(dǎo)軌上,也可安裝在貯存池中,可與潛水?dāng)嚢杵髋浜鲜褂茫?nbsp;
G泵 

開式或閉式葉輪,有多個葉片 
主要用于地下室或其它領(lǐng)域地面排水,也可用于灌溉,可滿足小流量及適中揚程需要,適合于抽送清水或輕度污染的水,共有三種規(guī)格． 
結(jié)構(gòu)緊湊,安裝簡單,只需將泵放于泵坑底部即可． 
H泵 

開式或閉式流道式葉輪,抗磨材料制造 
主要用于礦山、工地、巖洞、隧道和堤壩等地方抽送含有磨蝕性顆粒如鉆屑、砂、碎石等的液體,吸入端采用可調(diào)節(jié)的橡膠覆層,利于在高效點運行． 
L泵 

閉式流道式葉輪,與導(dǎo)葉相匹配,可靠性好． 
廣泛用于城市、農(nóng)業(yè)、艦船、工業(yè)等給排水,可滿足低揚程大流量需要,流量可達2000m3/h,適合于抽送清水或輕度污染的水,共有六種規(guī)格． 
安裝、維護簡單、采用無管路連接設(shè)計． 
M泵 

開式葉輪,入口處附有一個切碎裝置,由鉻合金與不銹鋼組成 
特別適用于壓力污水系統(tǒng),可以通過僅僅直徑為40mm的管子被輸送走． 
P泵 

可調(diào)葉片軸流式葉輪,具有高效節(jié)能的特點． 
主要用于農(nóng)業(yè)、城市給排水及工業(yè)上抽送冷卻水等,并可用于控制內(nèi)河水道系統(tǒng)．可滿足低揚程大流量的特殊需要,適合于抽送清水或輕度污染的水． 
結(jié)構(gòu)緊湊而簡單,不要求特殊安裝,只需下落到殼座的突肩上即可． 
R泵 

多葉片閉式葉輪,用鑄鐵或不銹鋼鑄造,單側(cè)或雙側(cè)(雙吸)進水． 
特別適合于農(nóng)業(yè)噴灌和各種工業(yè)應(yīng)用,如供清水、工藝流程用水、噴射和冷卻水等．可滿足高揚程大流量需要,流量達2000m3/h,揚程達110m,適合于抽送清水或輕度污染的水,有多種規(guī)格和結(jié)構(gòu)型式． 
功能強,可靠性高,容易安裝和維護． 
3　結(jié)束語 
　　我國的潛水泵經(jīng)過30多年的發(fā)展,博洋水泵已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績．但與當(dāng)今世界先進國家相比仍有較大的差距,產(chǎn)品的品種還不夠多,應(yīng)用的領(lǐng)域也較狹,其可靠性和質(zhì)量也不夠穩(wěn)定,這些都有待進一步的改進,以使國潛水電泵能夠早日更多地打入國際市場,并逐步替代引進產(chǎn)品．可以預(yù)見,隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展,我們自己的潛水電泵必將在機電排灌、城鎮(zhèn)給排水、環(huán)境保護等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟的各部門發(fā)揮越來越大的作用． 
作者簡介：施衛(wèi)東，男，1964年2月出生，1984年畢業(yè)于江蘇理工大學(xué)動力系水力機械專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)任江蘇理工大學(xué)副研究員。 
作者單位：施衛(wèi)東　(江蘇理工大學(xué),鎮(zhèn)江,212013) 
參考文獻 
　1　關(guān)醒凡編著．現(xiàn)代泵技術(shù)手冊．北京:宇航出版社,1995 
　2　袁壽其．小型潛水電泵的歷史與發(fā)展趨勢．排灌機械,1994(1):3～10 
　3　施衛(wèi)東編著．流體機械．成都:西南交通大學(xué)出版社,1996 
　4　施衛(wèi)東,關(guān)醒凡．國外潛水電泵控制系統(tǒng)概述．農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,1996(4):126～129  

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