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        下吸式井用潛水電泵的設計研發(fā)

        2015-05-30 10:48:04夏美珍林榮顏成剛
        科技創(chuàng)新與應用 2015年23期
        關鍵詞:潛水泵

        夏美珍 林榮 顏成剛

        摘 要:為了解決潛水泵揚程短、運行效率低的現(xiàn)象,作者針對下吸式井用潛水電泵進行了優(yōu)化設計分析。其中包括:電機設計、潛水泵設計、葉輪和導葉設計,潛水電泵采用上下兩部分,上端采用不同規(guī)格的流量水泵,下端采用單級水泵,增大水泵的工作揚程。作者在此進行了詳細分析,以便于提供可參考性的依據(jù)。

        關鍵詞:潛水泵;下吸式;設計研發(fā);單級水泵

        引言

        原有水泵揚程短,并且設備故障率也較高。主要是因為電機結構設計不完善,造成在運行過程中電機組無法處于穩(wěn)定狀態(tài)。而現(xiàn)有模式通過對水泵的優(yōu)化設計,不但降低了水泵的故障率,而且還增大了水泵的揚程。

        1 下吸式井用潛水電泵設計必要性

        根據(jù)目前我國水資源分布情況進行分析,我國長江以南地區(qū)雨水充沛,使用地下水灌溉農田的次數(shù)較少。而我國的華北、東北一帶,每年用于灌溉農田的地下水占總灌溉用量的65%。潛水電泵在使用方面具有一定的限制條件,要求所抽取地下水的含沙量小于0.01%。主要是因為潛水電泵的電機安裝在底下部,若含沙量超標,便會帶入電機內部,使電機產生大量的熱量,燒毀內部的轉子。所以針對這種要求,便需要加大打井深度,保證深度在130米以下,可是隨著深度的不斷加深,地下水便不斷減少。目前我國由于地下水資源的匱乏,采取了南水北調工程,使之補充地下水資源。隨著國內創(chuàng)新技術的不斷改進,對潛水泵進行了第二次創(chuàng)新,采用下吸式井用潛水電泵,這種電泵能夠適用的井下深度在80-130米,避免了深層地下水的開采。該區(qū)域處于中層淺水層,含沙量較高,但下吸式潛水泵進水口設置在底部,在運行工作時,地下水可從底部進入,連同砂石一起帶入進水口,避免出現(xiàn)了電機燒毀的現(xiàn)象。其次便是該水泵選用合金材質,密封性較高,在運行期間可增大工作揚程。

        2 下吸式井用潛水電泵設計方案

        在下吸式井用潛水電泵設計優(yōu)化方案中對電機、潛水泵以及葉輪和導葉進行了改進,包括選用較大功率的電機、QJ系列的潛水泵以及對葉輪、葉片目標函數(shù)的設定等,保證下吸式潛水電泵處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

        2.1 電機設計

        原有電泵揚程短、功率小,并且設計結構不完善,導致電機出現(xiàn)故障的概率大大增加。而現(xiàn)有下吸式潛水電泵對電機整體結構進行了優(yōu)化設計,采用了變頻形式的電機類型,自動調整運行功率。水泵在運行過程中,揚程不斷增大,該電機便會根據(jù)揚程的大小,自動調節(jié)至適當?shù)念l率,保證電機功率處于穩(wěn)定狀態(tài)。例如:潛水泵流量32m3/h,揚程200米,功率45kW,機組外徑184mm。在運行過程中,若增大揚程至300米,潛水泵流量便會變?yōu)?5m3/h,運行功率60kW。變頻電機便會調節(jié)內部電磁感應頻率,使電磁振蕩器的振動頻率達到8700Hz。潛水電泵便會根據(jù)頻率增大運行功率。電機密封性關系到內部器件的磨損,原有電機內部轉子采用的減震墊片材質為再生橡膠,電機長期運行,便會磨損該減震墊片,造成后期電機內部轉子的松動。而下吸式潛水電泵所采用的橡膠材質為硅膠,適用溫度100℃,耐磨性好,其次還具有耐酸堿的特性,在電機轉子及其他裝置中能夠起到很好的減震作用,水泵內部吸走的流沙也不會磨損該器件。其次在水泵使用方式上也進行了改進,上部使用QJ系列的水泵,下部采用單級水泵。原有潛水電泵運行過程中,內部壓強為12個標準氣壓,與外部形成較大的壓差,而采用QJ系列的水泵能夠增大揚程,單級水泵抵抗外界壓力,減少水泵內外壓差。

        單級水泵保證內外之間的壓強差在5個標準氣壓值內,有利于改善水泵的運行環(huán)境。

        2.2 潛水泵設計

        潛水泵設計結構如圖1所示,1為法蘭、2為甩沙環(huán)、3為機械密封、4為上導軸承、5為軸套、6為軸瓦、7為定子線圈、8為密封圈、9為機殼、10為軸、11為螺釘、12下導軸承、13為滑板、14為止推軸承、15為止推軸承座、16為放水孔、17為調節(jié)囊、18為底座、19為上端機殼、20為注水孔、21為放氣孔。潛水泵上端部分設計了三種不同流量的水泵,排水量分別為12m3/h、25m3/h以及38m3/h。下端部分采用單級水泵,選用10米水泵揚程。這種設計結構能夠配備20多種不同形式的揚程,根據(jù)排水量的不同,調節(jié)不同水泵揚程大小,保證在運行環(huán)境中,噴射揚程能達到最大值。假設上端水泵調節(jié)排水量在25m3/h,下端選用10米揚程水泵,則總體噴射的最大揚程為150米,其次機組外徑最大可調節(jié)至220mm,這種規(guī)格的機組外徑可適用于240mm外徑的管井,保證整個機組系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。

        2.3 葉輪和導葉設計

        葉輪流體半徑設計中,通過改變外側半徑Rc以及流道中線的長度增大離心葉輪的過水斷面的面積F,但是隨著長度L的增加,該面積便會趨于一定峰值。所以在現(xiàn)有技術中通過改變葉輪前后的軸面曲線實現(xiàn)流道中線長度參數(shù)的變化,以此控制過水斷面的面積。作者對前后軸面制定了參數(shù)方程,其中i為軸面流線的曲率,曲率越小葉輪軸體運行的壓強便越大。n為離心葉輪控制曲線的階數(shù),f為離心泵曲面向徑、u為離心葉輪動態(tài)參數(shù)。通過改變參數(shù)方程中的未知量,來改變葉輪半徑大小。導葉設計結構與上下端寬度有關,設計結構中保證上下端寬度在32-46mm,使得水泵單級揚程隨著排水量的增加而減少,降低水泵的故障率。

        3 應用情況及技術性對比

        對潛水電泵整個機組檢查,用兆歐表對機組所有電感元器件進行測量,測量數(shù)據(jù)值與實際使用值進行比對。然后對水泵正式啟用,選用不同排水量水泵的調測值,實驗結果顯示,當電機轉子運行速率達到3600rad/min時,其揚程已達到225米。并且當處于高速運行狀態(tài)時,電機機殼溫度始終處于標準范圍內。其次便是在技術方面,軸垂面與葉片之間處于同一平行線,葉片包角范圍34-38°,上葉片與下葉片寬度差值±4cm,有利于葉輪導葉流體流速處于穩(wěn)定階段。通過對潛水電泵應用情況及技術性比對,比原有水泵使用年限增加了兩年,并且故障率也大大降低。

        4 結束語

        通過對下吸式井用潛水泵的設計研發(fā),作者對于該結構有了更為深刻的認知。這種結構,不但降低了設備的故障率,而且還提升了機組整體的運行效率。這種下吸式潛水泵將會用于諸多領域,以此提高市場經濟效益。

        參考文獻

        [1]潘德民.農用潛水電泵的研究設計[J].農業(yè)機械學報,2008,36(18):25-26.

        [2]袁秀文.井用潛水泵水利設計的幾點看法[J].水泵技術,2010,58(72):34-35.

        [3]劉在倫,朱亮.潛水泵設計時值得注意的幾個問題[J].排灌機械,2003,35(2):12-14.

        [4]閆永強,梁武科.遺傳算法在離心泵葉片優(yōu)化設計中的應用[J].機械工程學報,2004,47(28):16-17.

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