潜水电泵的典型结构分析与工程应用 

论文摘要：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。
    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zui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*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zui大的生产潜水电泵的厂家，拥有zui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。

    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*效率运行．大型泵装有两组密封环。

    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，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，其开发产品已打入市场。

    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zui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） *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*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，已经取得了相当大的成绩．但与当今*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。