潛水電泵的典型結(jié)構(gòu)分析與工程應(yīng)用 

論文摘要：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(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。
    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(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zui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*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，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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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zui大的生產(chǎn)潛水電泵的廠家，擁有zui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(hù)。

    （2） 定子絕緣等級F（155℃）．按照標(biāo)準(zhǔn)，電機定子內(nèi)裝入過載保護(hù)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(jìn)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(jìn)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*效率運行．大型泵裝有兩組密封環(huán)。

    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，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(jìn)產(chǎn)品．同時，其開發(fā)產(chǎn)品已打入市場。

    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(hù)。

    （2） 電機定子采用F級絕緣（155℃），并設(shè)計成細(xì)而長的圓柱體，內(nèi)裝過熱載保護(hù)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zui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(jìn)入電機腔時發(fā)出信號，控制系統(tǒng)對泵實施保護(hù)。

    （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)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(yán)密監(jiān)視其滲漏情況。

    （7） *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*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)嚢杵髋浜鲜褂谩?br />
    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(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)?？蓾M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(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．可滿足高揚程大流量需要，流量達(dá)2000m3/h，揚程達(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，可靠性高，容易安裝和維護(hù)。

    3　結(jié)束語

    我國的潛水泵經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績．但與當(dāng)今*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(jìn)一步的改進(jìn)，以使國潛水電泵能夠早日更多地打入市場，并逐步替代引進(jìn)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(hù)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。