在线工博会
返回

潜水电泵的典型结构分析与工程应用
江苏理工大学 施卫东
为节省流量，手机版未显示文章中的图片，请点击此处浏览网页版
摘要：简要回顾了国内外潜水电泵的发展概况，分析了国内外潜水电泵的典型结构，介绍了国外潜水电泵叶轮的结构型式、种类与工程应用，其品种繁多，设计新颖，对国内同行具有借鉴作用。
关键词：潜水电泵；叶轮；结构；分析
引言
潜水电泵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。
图 1 为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。

（图片）

图 1　flygt公司潜水电泵

（图片）

图 2　QW型污水潜水系统

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。
图 2 为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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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（图片）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。
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 11/17/2004

电脑版 客户端 关于我们
佳工机电网 - 机电行业首选网站