無(wú)過(guò)載潛污泵的設(shè)計(jì)思路

無(wú)過(guò)載潛水排污泵是指能在關(guān)死揚(yáng)程到零揚(yáng)程的全揚(yáng)程范圍內(nèi)任何工況點(diǎn)運(yùn)行，均不發(fā)生過(guò)載或因過(guò)載而燒壞原動(dòng)機(jī)的潛水泵，它的軸功率曲線比較平坦，且軸功率在全揚(yáng)程范圍內(nèi)都小于(等于)原動(dòng)機(jī)的配套功率。它是一種泵與電機(jī)合二為一的輸送液體的特殊機(jī)械，機(jī)電一體潛入水中工作。對(duì)于電機(jī)功率在11 kW以下的小型潛水排污泵，常在多種場(chǎng)合使用，運(yùn)行條件極其復(fù)雜，泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)經(jīng)常變化。由于排出管路上沒(méi)有流量調(diào)節(jié)閥，因此因泵過(guò)載而燒壞電機(jī)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。所以，設(shè)計(jì)、制造無(wú)過(guò)載潛水排污泵，對(duì)于提高泵的可靠性、耐久性等有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

一、水力設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

    以實(shí)際中用途較廣的150QW145-10-7.5型潛水排污泵為例來(lái)探討無(wú)過(guò)載潛水排污泵的水力設(shè)計(jì)過(guò)程，其設(shè)計(jì)方法對(duì)同類型產(chǎn)品均適用。本設(shè)計(jì)的參數(shù)為：流量Q=145 m3／h，揚(yáng)程H=10 m，轉(zhuǎn)速n=1450 r／min，比轉(zhuǎn)數(shù)nt=188。文獻(xiàn)[5]規(guī)定泵的效率η=61％，電機(jī)配套功率P=7.5 kW，排出口徑為150 mm，要求通過(guò)固體顆粒的大直徑為45 mm。

1.2葉輪設(shè)計(jì)

  本設(shè)計(jì)取k2=7.25，則D2=220 mm。

(3)葉輪出口寬度b2

  葉輪流道出口斷面大致為圓形時(shí)，b：=(0.60～0.75)Dj；而當(dāng)葉輪流道出口斷面不是圓形時(shí)，b：可取較小值，但應(yīng)保證單個(gè)流道的出口斷面面積大致等于葉輪進(jìn)口斷面面積的50％。本設(shè)計(jì)取b：=0.7Dj，則b2=80 mm。

(4)流道包角φ

    包角φ大，則有利于葉輪與液體之間的能量轉(zhuǎn)換。為了保證該泵在全揚(yáng)程范圍內(nèi)具有無(wú)過(guò)載功率特性，且具有較平坦的功率曲線，應(yīng)取較大的流道包角。通常乒為100°-250°,比轉(zhuǎn)數(shù)大時(shí)取小值，比轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)取大值。本設(shè)計(jì)取φ=170°，并采用等變角對(duì)數(shù)螺旋線來(lái)繪制葉輪平面圖的流道中線。

(5)流道出口安放角盧：

對(duì)于無(wú)過(guò)載運(yùn)行的離心泵，通常應(yīng)選取較小的流道出口安放角，一般P為10°～1 8°。本設(shè)計(jì)取β=14°。本設(shè)計(jì)的雙流道葉輪水力圖如圖1所示。圖中

圖1  無(wú)過(guò)載潛水排污泵雙流道葉輪水力圖

(a)葉輪軸面圖和平面圖  (b)流道截面圖主要流線坐標(biāo)如表1、2、3所示。

1.3壓水室設(shè)計(jì)

   潛水排污泵的壓水室通常有螺旋形壓水室、環(huán)形壓水室和準(zhǔn)螺旋形壓水室3種形式，壓水室的斷面均有半圓形和矩形兩種形狀。由于螺旋形壓水室具有過(guò)流形狀完善、高效區(qū)寬、水力性能好等優(yōu)點(diǎn)，且該泵的比轉(zhuǎn)數(shù)較大，故本設(shè)計(jì)采用螺旋形壓水室。為保證大顆粒和長(zhǎng)纖維順利通過(guò)，渦室基圓直徑φ。應(yīng)比普通離心泵大，一般取D3=(1.1～1.25)Dz；另外，渦室進(jìn)口寬度b3、渦室隔舌安放角φ0、隔舌頭部直徑比普通離心泵略大些即可。因此，壓水室的水力設(shè)計(jì)可按一般清水離心泵的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行，也可采用自行開(kāi)發(fā)的壓水室計(jì)算機(jī)輔助水力設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)方法

   潛水排污泵的性能試驗(yàn)在具有B級(jí)精度的開(kāi)式試驗(yàn)臺(tái)上完成，該試驗(yàn)臺(tái)配備有潛水電泵自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，管路直徑為25～250 mm。按照國(guó)標(biāo)GB／T1 2785-91《潛水電泵試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，其中流量采用渦輪流量計(jì)測(cè)量，揚(yáng)程采用壓力傳感器測(cè)量，軸功率采用電測(cè)法(UP損耗分析法)測(cè)量，轉(zhuǎn)速采用感應(yīng)線圈法測(cè)量。試驗(yàn)從小流量開(kāi)始一直測(cè)到額定流量的160％左右，測(cè)量點(diǎn)多于15點(diǎn)。相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集、處理后換算成額定轉(zhuǎn)速(以1450 r／min)的值。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

150QW145-10-7.5型無(wú)過(guò)載潛水排污泵的性能曲線如圖2所示。額定工況點(diǎn)的測(cè)定值為：Q=145 m3／h，H=10.62 m，P=5.67 kW，η=74.04％，全揚(yáng)程范圍內(nèi)的大軸功率P=6.29 kW。

2.3結(jié)果分析

(1)葉輪出口寬度為80 mm，遠(yuǎn)大于要求通過(guò)固體顆粒大直徑為45 mm的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，無(wú)堵塞，抗纏繞性能好，通過(guò)能力強(qiáng)。

(2)效率高，高效區(qū)寬，額定工況點(diǎn)泵的效率比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值高13.04％，檢測(cè)結(jié)果完全符合文獻(xiàn)[5]的要求。

(3)功率曲線較平坦，斜率較小，在從零揚(yáng)程到關(guān)死揚(yáng)程的全揚(yáng)程范圍內(nèi)的大軸功率為6.29 kW，小于額定功率7.5 kW，無(wú)過(guò)載性能好，可以在全揚(yáng)程范圍內(nèi)安全可靠運(yùn)行。

潛水排污泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，用途廣泛。無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)技術(shù)在潛水排污泵上的應(yīng)用進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，提高了運(yùn)行的可靠性，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。