深井泵的水力設(shè)計(jì)

當(dāng)前國外深井泵的生產(chǎn)廠家主要有美國的飛力（Flygt）、ITT-LOWARA，丹麥的格蘭富，德國的里茨（Ritz）、KSB等.從引進(jìn)的產(chǎn)品看，無論在水力性能以及加工工藝和材料耐用性等方面都非常*.比如丹麥格蘭富的沖壓不銹鋼井泵技術(shù)遙遙，牢牢占據(jù)著市場.沖壓泵是上20世紀(jì)70年代開始研究的新產(chǎn)品.zui初由丹麥格蘭富公司首先采用沖壓、焊接方法生產(chǎn)離心泵葉輪.80年代推出了整體沖壓成型多級泵.到了90年代，以格蘭富公司的沖壓不銹鋼井泵為代表的產(chǎn)品有了更大的發(fā)展.這種不銹鋼沖壓焊接多級泵有效地解決了低比速離心泵在鑄造中無法實(shí)現(xiàn)的工藝，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能良好、可靠性高、密封性能好、生產(chǎn)工藝*等優(yōu)點(diǎn)，并且其水力性能普遍優(yōu)于鑄造離心泵.綜上所述，不銹鋼沖壓焊接井泵憑借其優(yōu)良的性能，代表了上井泵發(fā)展的趨勢，具有廣闊的應(yīng)用前景.

在zui近的數(shù)年時間里，國內(nèi)很多學(xué)者致力于深井泵的研究，并且取得了一定的成果.采用PCAD2000水力設(shè)計(jì)軟件，對某種井泵水力部分進(jìn)行了重新設(shè)計(jì).結(jié)果表明，依靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與水力設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，有利于提高井泵的效率.文獻(xiàn)研究了新型下吸式井泵，將井泵分為上下兩個部分，電機(jī)上面連接QJ型系列井泵，電機(jī)下裝一套單級水泵.研究結(jié)果表明密封效果好，拓寬了井泵的適用范圍，并使抽送介質(zhì)的含沙量由原來的0.01％提高到0.1％.文獻(xiàn)分別對葉輪進(jìn)出口參數(shù)的選擇、導(dǎo)流殼幾何參數(shù)的選取、葉輪出口葉片間面積等因素對潛水泵性能的影響進(jìn)行了研究.文獻(xiàn)[14]中提出了深井泵設(shè)計(jì)方法和深井泵zui率計(jì)算公式，為深井泵水力設(shè)計(jì)提供了一套計(jì)算公式，葉輪直徑計(jì)算相對誤差為2.39％，完滿足精度要求.“一種高揚(yáng)程通用型井泵”通過建立新型水力模型，從而提高了單級揚(yáng)程和效率.國內(nèi)傳統(tǒng)的QJ型系列井用潛水泵和JC型系列長軸深井離心泵的設(shè)計(jì)觀念，都是水力設(shè)計(jì)高于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，往往為了水泵效率提高l％，而不顧產(chǎn)品成本增加10％.在結(jié)構(gòu)形式上，泵體之間多數(shù)用螺栓固定聯(lián)結(jié)；為了給聯(lián)結(jié)部位留有螺栓的位置，泵體裝葉輪的入口口徑要比泵體外徑小很多，這就大大限制了葉輪的zui大直徑，也即限制了葉輪的單級揚(yáng)程.而文獻(xiàn)“一種深井離心泵”則提出了深井離心泵葉輪極大直徑設(shè)計(jì)法，其特點(diǎn)是將葉輪前蓋板直徑擴(kuò)大到泵體內(nèi)壁邊緣，使葉輪直徑在相應(yīng)的井徑條件下達(dá)到極大值，它與反導(dǎo)葉導(dǎo)流殼配套，可以使泵體軸向長度減短到極小值.它采用了扭曲反導(dǎo)葉設(shè)計(jì)法而不同于普通圓柱葉片的反導(dǎo)葉，其進(jìn)口一段葉片是三維曲面，這樣可以優(yōu)化人口條件.研究認(rèn)為，這種設(shè)計(jì)方法不僅可以提高井泵的單級揚(yáng)程，還可以提高水泵效率，實(shí)現(xiàn)深井離心泵全揚(yáng)程無過載運(yùn)行，同時也指出需要研究新的水力模型來保證井泵的水力效率不降低|.深井泵傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和水力設(shè)計(jì)，軸向尺寸大，葉片的制造難度大，生產(chǎn)成本高，綜合經(jīng)濟(jì)效益低.為了達(dá)到物美價廉的目標(biāo)，新型井泵尤其是級數(shù)超過3級的高揚(yáng)程井泵，今后的發(fā)展趨勢將是單級揚(yáng)程大大提高，泵體的軸向高度大為降低.國家標(biāo)準(zhǔn)《井用潛水泵》（GB／T 2816--2002）在制定基本參數(shù)時，取消了舊標(biāo)準(zhǔn)《井用潛水泵型式和基本參數(shù)》（GB／T281691）中對單級揚(yáng)程的規(guī)定，也是順應(yīng)這個發(fā)展趨勢的.

深井泵軸向力的平衡

在生產(chǎn)實(shí)踐中，泵的軸向力是客觀存在的.特別是高揚(yáng)程深井泵，若設(shè)計(jì)、運(yùn)行不當(dāng)，過大的軸向力將導(dǎo)致軸承燒毀、軸封損壞甚至斷軸等事故.在很多場合下，過大的軸向力所產(chǎn)的問題，其嚴(yán)重性已經(jīng)超過了效率、磨損等因素所產(chǎn)生的問題，成為深井泵能否安全、穩(wěn)定運(yùn)行的決定性因素[19|.現(xiàn)就深井泵軸向力平衡裝置的研究進(jìn)展介紹如下.關(guān)醒凡等提出了一種新型深井泵軸向力裝置，該平衡裝置將一對動、靜摩擦副安裝在末級葉輪之后，該新型平衡軸封裝置既能平衡軸向力，又基本上無泄漏.采用該裝置后泵運(yùn)行可靠，節(jié)能*.陸偉剛等提出“一種葉輪自身平衡軸向力的多級離心泵，是在葉輪進(jìn)口采用端面密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使葉輪前蓋板的面積大于葉輪后蓋板的面積，葉輪前蓋板外徑與導(dǎo)流殼的配合為間隙配合，葉輪進(jìn)口的端面密封副被做成能夠承受微小軸向力的推力軸承副，從而實(shí)現(xiàn)了依靠葉輪自身來*平衡軸向力的效果，*解決了軸向力的破壞問題，并且還可以降低泵的生產(chǎn)成本.通過改變?nèi)~輪背葉片的幾何尺寸，研究了背葉片對軸向力的影響.提出了一種平衡鼓組合裝置，其原理與平衡盤原理基本相同.提出了一種平衡鼓與平衡盤的組合結(jié)構(gòu).文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種帶有雙密封環(huán)和平衡孔的浮動葉輪平衡裝置，用以實(shí)現(xiàn)自動平衡軸向力.

另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CFD在流體機(jī)械中的應(yīng)用逐漸走向成熟，基于CFD的水泵性能預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計(jì)已基本達(dá)到工程實(shí)用的程度，目前已涉及對泵軸向力的計(jì)算.對井用潛水泵的內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了其軸向力的壓力分布，進(jìn)行了軸向力計(jì)算和平衡分析等.因此，利用數(shù)值模擬來計(jì)算軸向力及研究新的平衡軸向力的方法是未來研究的一種有效方法。