潛水電泵的典型結(jié)構(gòu)分析與工程應(yīng)用

文摘要：潛水電泵則是一種泵與電機(jī)合二為一的特殊的輸送液體的機(jī)械，顧名思義，機(jī)電一體潛入水中工作．它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便．隨著材料科學(xué)、密封技術(shù)、控制和保護(hù)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。 
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
    潛水電泵則是一種泵與電機(jī)合二為一的特殊的輸送液體的機(jī)械，顧名思義，機(jī)電一體潛入水中工作．它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便．隨著材料科學(xué)、密封技術(shù)、控制和保護(hù)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(guó)的布隆*杰克遜(Byron Jackson)公司第一個(gè)成功地設(shè)計(jì)、制造了臥式連接的潛水電泵和潛水電機(jī)，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)代深井潛水電泵的最初形式．可見(jiàn)，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年首次研制成功了世界上第一臺(tái)給排水用的淺水(或稱作業(yè)面)潛水電泵，從根本上簡(jiǎn)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，F(xiàn)lygt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，F(xiàn)lygt公司還解決了一系列疑難問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的各種特殊的潛水泵可以用來(lái)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(lái)，F(xiàn)lygt公司在泵的結(jié)構(gòu)上已取得了很大進(jìn)展，并發(fā)展了四個(gè)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(yáng)程螺旋(軸流)式的7000系列。
    到了60年代，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、芬蘭、日本等國(guó)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(jiàn)等公司)已實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)備用和工程用潛水電泵的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，無(wú)論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用和自動(dòng)控制等方面都取得了新的成就。
我國(guó)于1958年由上海人民電機(jī)廠開(kāi)始生產(chǎn)7kW的作業(yè)面潛水電泵，揭開(kāi)了我國(guó)潛水電泵生產(chǎn)的序幕，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，目前已經(jīng)取得了較大的成績(jī)．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(wàn)臺(tái)．80年代后期以來(lái)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(wàn)臺(tái)．江蘇理工大學(xué)流體機(jī)械研究所與揚(yáng)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(xiàng)省、部級(jí)科研課題．試驗(yàn)研究了泵內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)、葉的結(jié)構(gòu)型式、幾何參數(shù)對(duì)泵特性的影響等．從而掌握了各種無(wú)堵塞污水潛水電泵的設(shè)計(jì)理論和方法，在改善無(wú)堵塞泵的性能方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并先后四次榮獲國(guó)家及省、部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，同時(shí)還被國(guó)家科委列為國(guó)家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃項(xiàng)目。
    1　國(guó)內(nèi)外潛水電泵典型結(jié)構(gòu)分析
    1.1　國(guó)外潛水電泵典型結(jié)構(gòu)分析
    Flygt公司是世界上最大的生產(chǎn)潛水電泵的廠家，擁有最齊全的潛水泵系列．其產(chǎn)品設(shè)新穎，組件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)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。
    Flygt公司典型的C泵結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)如下。
    (1) 電機(jī)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(hù)。
    (2) 定子絕緣等級(jí)F(155℃)．按照標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)定子內(nèi)裝入過(guò)載保護(hù)器。
    (3) 功率在9kW以上時(shí)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(dú)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(jìn)冷卻水．當(dāng)泵抽送的液體溫度會(huì)升高或者有可能干運(yùn)行的情況下，采取這種冷卻系統(tǒng)特別有效。
    (4) 在電機(jī)與水力部件之間裝有雙層機(jī)械密封，以防止液體進(jìn)入電機(jī)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(guò)大的顆粒和纏繞物，減小堵塞危險(xiǎn)。
    (6) 在泵葉輪和泵體之間裝有可更換的密封環(huán)，以保持泵以最佳效率運(yùn)行．大型泵裝有兩組密封環(huán)。
    1.2　國(guó)內(nèi)潛水泵典型結(jié)構(gòu)分析
    揚(yáng)州亞太特種水泵廠是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)潛水電泵的最大廠家，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(guó)家大型重點(diǎn)工程，大量替代引進(jìn)產(chǎn)品．同時(shí)，其開(kāi)發(fā)產(chǎn)品已打入國(guó)際市場(chǎng)。
    由江蘇理工大學(xué)流體機(jī)械研究所設(shè)計(jì)、揚(yáng)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(diǎn)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(cè)探頭，當(dāng)電纜斷裂或其它原因漏水時(shí)，探頭發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)對(duì)泵實(shí)施保護(hù)。
    (2) 電機(jī)定子采用F級(jí)絕緣(155℃)，并設(shè)計(jì)成細(xì)而長(zhǎng)的圓柱體，內(nèi)裝過(guò)熱載保護(hù)器。
    (3) 功率在15kW以上時(shí)，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最低水位或抽干的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(4) 電機(jī)腔下端裝有漏水檢測(cè)器―浮子開(kāi)關(guān)，當(dāng)水進(jìn)入電機(jī)腔時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)對(duì)泵實(shí)施保護(hù)。
    (5) 在電機(jī)與水力部件之間裝有雙層機(jī)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(duì)能保證水泵運(yùn)轉(zhuǎn)安全、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(hù)，當(dāng)水進(jìn)入油室時(shí)電極發(fā)出信號(hào)，由控制系統(tǒng)顯示，告知管理人員及時(shí)保養(yǎng)。同時(shí)，控制系統(tǒng)嚴(yán)密監(jiān)視其滲漏情況。
    (7) 獨(dú)特設(shè)計(jì)的葉輪，具有很大的通道，能夠通過(guò)大的物料及纖維等，減小堵塞、纏繞的危險(xiǎn)。
    (8) 在泵葉輪與蝸殼之間裝有可更換的密封環(huán)，以保持泵以最佳效率運(yùn)行。
    2　國(guó)外潛水電泵的種類(lèi)與工程應(yīng)用
    隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)外的潛水電泵出現(xiàn)了不少新型的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)，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(jì)新穎，對(duì)國(guó)內(nèi)同行具有借鑒作用。
    表 1　Flygt公司潛水電泵的種類(lèi)與工程應(yīng)用
    名稱
    葉輪結(jié)構(gòu)型式
    葉輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    工程應(yīng)用
    B泵
    開(kāi)式或半開(kāi)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(dòng)式結(jié)構(gòu)，放到水中便可起動(dòng)，可滿足大流量、高揚(yáng)程、有限空間或易爆環(huán)境等特殊要求。
    C泵
    無(wú)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(zhǎng)纖維的物質(zhì)和大固體顆粒的介質(zhì)。
    安裝在小型而簡(jiǎn)單的泵站，可隱設(shè)在地下，泵可以快速而簡(jiǎn)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(zhǎng)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(kāi)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(zhǎng)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)嚢杵髋浜鲜褂谩?
    G泵
    開(kāi)式或閉式葉輪，有多個(gè)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(yáng)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(jiǎn)單，只需將泵放于泵坑底部即可。
  H泵
    開(kāi)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(diǎn)運(yùn)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(yáng)程大流量需要，流量可達(dá)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(hù)簡(jiǎn)單、采用無(wú)管路連接設(shè)計(jì)。
    M泵
    開(kāi)式葉輪，入口處附有一個(gè)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(guò)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(diǎn)。
    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)?？蓾M足低揚(yáng)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(jiǎn)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(jìn)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(yáng)程大流量需要，流量達(dá)2000m3/h，揚(yáng)程達(dá)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(qiáng)，可靠性高，容易安裝和維護(hù)。
    3　結(jié)束語(yǔ)
    我國(guó)的潛水泵經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績(jī)．但與當(dāng)今世界先進(jìn)國(guó)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(jìn)一步的改進(jìn)，以使國(guó)潛水電泵能夠早日更多地打入國(guó)際市場(chǎng)，并逐步替代引進(jìn)產(chǎn)品?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我們自己的潛水電泵必將在機(jī)電排灌、城鎮(zhèn)給排水、環(huán)境保護(hù)等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。