潜水电泵的典型结构分析与工程应用
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**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*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**研制成功了世界上**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***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*大的生产潜水电泵的厂家,拥有*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*佳效率运行．大型泵装有两组密封环．
图 1 flygt公司潜水电泵
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*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*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**、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*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,博洋水泵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
上海华通集团博洋水泵厂技术中心！
