潛水電泵的典型結構分析與工程應用 

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。
    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zui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*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zui大的生產潛水電泵的廠家，擁有zui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。

    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*效率運行．大型泵裝有兩組密封環。

    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，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，其開發產品已打入市場。

    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zui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安全、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） *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*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，已經取得了相當大的成績．但與當今*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。