潛水電泵的典型結構分析與工程應用
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．它結構簡單,使用方便．隨著材料科學、密封技術、控制和保護技術的發展以及冷熱加工工藝水平的提高,潛水電泵得到了飛速發展．
1904年,美國的布隆*杰克遜(Byron Jackson)公司**個成功地設計、制造了臥式連接的潛水電泵和潛水電機,這就是現代潛水電泵的“祖先”．1928年,該公司發明了直接連接的立式潛水電泵,這是現代深井潛水電泵的*初形式．可見,潛水電泵的發展已經有了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備,并很快在全世界范圍內獲得成功．1956年,Flygt公司生產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公司在泵的結構上已取得了很大進展,并發展了四個系列: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作業面潛水電泵．尤其是日本(如日立、鶴見等公司)已實現了建筑設備用和工程用潛水電泵的標準化和系列化,無論在結構設計、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7kW的作業面潛水電泵,揭開了我國潛水電泵生產的序幕,經過30多年的發展,目前已經取得了較大的成績．已先后生產出了QY、QS、QX、QDX(單相)型系列的小型潛水電泵．年產量約150萬臺．80年代后期以來又發展了QW型污水潛水電泵．QZ型潛水軸流泵和QH型潛水混流泵等．年產量約8萬臺．江蘇理工大學流體機械研究所與揚州市亞太特種水泵廠等工廠合作,系統地研究了污水潛水電泵,先后承擔了三項省、部級科研課題．試驗研究了泵內的流動狀態、葉的結構型式、幾何參數對泵特性的影響等．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 國內外潛水電泵典型結構分析
1.1 國外潛水電泵典型結構分析
Flygt公司是世界上*大的生產潛水電泵的廠家,擁有*齊全的潛水泵系列．其產品設新穎,組件系統標準化,設備現代化．現選其中一種典型結構予以分析．
圖 1 為Flygt公司典型的C泵結構,主要特點如下．
(1) 電機的電纜必須是能夠經受介質侵蝕的,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,電機定子內裝入過載保護器．
(3) 功率在9kW以上時裝有冷卻系統,葉輪的背葉片使冷卻水環繞定子室循環．也可采用獨立的冷卻系統,外圍的冷卻套與蝸殼不相通,直接由外部引進冷卻水．當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) 根據不同的用途,采用不同的葉輪結構型式．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,以保持泵以*佳效率運行．大型泵裝有兩組密封環．
圖 1 flygt公司潛水電泵
圖 2 QW型污水潛水系統
1.2 國內潛水泵典型結構分析
揚州亞太特種水泵廠是目前國內生產潛水電泵的*大廠家,其產品已成功地應用于上海寶鋼、大慶油田、北京新客站等國家大型重點工程,大量替代引進產品．同時,其開發產品已打入國際市場．
圖 2 為由江蘇理工大學流體機械研究所設計、揚州亞太特種水泵廠生產的QW型污水潛水電泵的典型結構,其主要特點如下．
(1) 功率在30kW以上的潛水泵．接線腔內設有漏水檢測探頭,當電纜斷裂或其它原因漏水時,探頭發出信號,控制系統對泵實施保護．
(2) 電機定子采用F級絕緣(155℃),并設計成細而長的圓柱體,內裝過熱載保護器．
(3) 功率在15kW以上時,各泵均裝有自備冷卻系統,葉輪的背葉片使渦室內的水流入定子室外圍循環冷卻,能夠保證水泵在水池的*低水位或抽干的情況下正常運轉．
(4) 電機腔下端裝有漏水檢測器―浮子開關,當水進入電機腔時發出信號,控制系統對泵實施保護．
(5) 在電機與水力部件之間裝有雙層機械密封,以防止介質滲漏到油室內,上層、下層科學配對能保證水泵運轉**、可靠．密封材料有碳化硅、碳化鎢、硬質合金副或超耐磨密封副．
(6) 油室內設有電極保護,當水進入油室時電極發出信號,由控制系統顯示,告知管理人員及時保養．同時,控制系統嚴密監視其滲漏情況．
(7) 獨特設計的葉輪,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,以保持泵以*佳效率運行．
2 國外潛水電泵的種類與工程應用
隨著科學技術的不斷發展,國外的潛水電泵出現了不少新型的結構和種類,本文僅以Flygt公司生產的潛水電泵為例作一介紹．其品種繁多,設計新穎,對國內同行具有借鑒作用．
表 1 Flygt公司潛水電泵的種類與工程應用
名稱
葉輪結構型式
葉輪結構特點
工程應用
B泵
開式或半開式葉輪,抗磨材料制造,附有可調節的導葉及濾網
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、鉆屑等液體介質等．
移動式結構,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,工業流程中抽送冷卻水、廢水、腐蝕性介質等,工地和大型工廠連續排水等．非常適合抽送含長纖維的物質和大固體顆粒的介質．
安裝在小型而簡單的泵站,可隱設在地下,泵可以快速而簡單地安裝在導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、工業上抽送含長纖維、粘土、鉆屑、巖石碎片、污泥和腐蝕性介質的廢水,并可滿足易爆環境排水的要求．
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．
主要用于農業上抽送液體糞,可以破碎干的固體,禾桿和其它長纖維物質,螺旋狀的葉輪入口可以使吸入的稠厚糞肥送入泵中,共有四種規格．
結構緊湊,安裝在糞肥池中的導軌上,也可安裝在貯存池中,可與潛水攪拌器配合使用．
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,共有三種規格．
結構緊湊,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,吸入端采用可調節的橡膠覆層,利于在高效點運行．
L泵
閉式流道式葉輪,與導葉相匹配,可靠性好．
廣泛用于城市、農業、艦船、工業等給排水,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,共有六種規格．
安裝、維護簡單、采用無管路連接設計．
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,可以通過僅僅直徑為40mm的管子被輸送走．
P泵
可調葉片軸流式葉輪,具有高效節能的特點．
主要用于農業、城市給排水及工業上抽送冷卻水等,并可用于控制內河水道系統．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．
結構緊湊而簡單,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,單側或雙側(雙吸)進水．
特別適合于農業噴灌和各種工業應用,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,有多種規格和結構型式．
功能強,可靠性高,容易安裝和維護．
3 結束語
我國的潛水泵經過30多年的發展,博洋水泵已經取得了相當大的成績．但與當今世界先進國家相比仍有較大的差距,產品的品種還不夠多,應用的領域也較狹,其可靠性和質量也不夠穩定,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,并逐步替代引進產品．可以預見,隨著社會主義市場經濟的不斷發展,我們自己的潛水電泵必將在機電排灌、城鎮給排水、環境保護等工農業生產和國民經濟的各部門發揮越來越大的作用．
作者簡介：施衛東，男，1964年2月出生，1984年畢業于江蘇理工大學動力系水力機械專業，工學學士，現任江蘇理工大學副研究員。
作者單位：施衛東 (江蘇理工大學,鎮江,212013)
參考文獻
1 關醒凡編著．現代泵技術手冊．北京:宇航出版社,1995
2 袁壽其．小型潛水電泵的歷史與發展趨勢．排灌機械,1994(1):3～10
3 施衛東編著．流體機械．成都:西南交通大學出版社,1996
4 施衛東,關醒凡．國外潛水電泵控制系統概述．農業機械學報,1996(4):126～129
上海華通集團博洋水泵廠技術中心！
