下吸式井用潜水电泵的设计研发.docx

下吸式井用潜水电泵的设计研发摘要：为了解决潜水泵扬程短、运行效率低的现象作者针对下吸式井用潜水电泵进行了优化设计分析。其中包括：电机设计、潜水泵设计、叶轮和导叶设计潜水电泵采用上下两部分上端采用不同规格的流量水泵下端采用单级水泵增大水泵的工作扬程。作者在此进行了详细分析以便于提供可参考性的依据。关键词：潜水泵；下吸式；设计研发；单级水泵引言原有水泵扬程短并且设备故障率也较高。主要是因为电机结构设计不完善造成在运行过程中电机组无法处于稳定状态。而现有模式通过对水泵的优化设计不但降低了水泵的故障率而且还增大了水泵的扬程。1下吸式井用潜水电泵设计必要性根据目前我国水资源分布情况进行分析我国长江以南地区雨水充沛使用地下水灌溉农田的次数较少。而我国的华北、东北一带每年用于灌溉农田的地下水占总灌溉用量的65%。潜水电泵在使用方面具有一定的限制条件要求所抽取地下水的含沙量小于0.01%。主要是因为潜水电泵的电机安装在底下部若含沙量超标便会带入电机内部使电机产生大量的热量烧毁内部的转子。所以针对这种要求便需要加大打井深度保证深度在130米以下可是随着深度的不断加深地下水便不断减少。目前我国由于地下水资源的匮乏采取了南水北调工程使之补充地下水资源。随着国内创新技术的不断改进对潜水泵进行了第二次创新采用下吸式井用潜水电泵这种电泵能够适用的井下深度在80-130米避免了深层地下水的开采。该区域处于中层浅水层含沙量较高但下吸式潜水泵进水口设置在底部在运行工作时地下水可从底部进入连同砂石一起带入进水口避免出现了电机烧毁的现象。其次便是该水泵选用合金材质密封性较高在运行期间可增大工作扬程。2下吸式井用潜水电泵设计方案在下吸式井用潜水电泵设计优化方案中对电机、潜水泵以及叶轮和导叶进行了改进包括选用较大功率的电机、QJ系列的潜水泵以及对叶轮、叶片目标函数的设定等保证下吸式潜水电泵处于安全稳定的运行状态。2.1电机设计原有电泵扬程短、功率小并且设计结构不完善导致电机出现故障的概率大大增加。而现有下吸式潜水电泵对电机整体结构进行了优化设计采用了变频形式的电机类型自动调整运行功率。水泵在运行过程中扬程不断增大该电机便会根据扬程的大小自动调节至适当的频率保证电机功率处于稳定状态。例如：潜水泵流量32m3/h扬程200米功率45kW机组外径184mm。在运行过程中若增大扬程至300米潜水泵流量便会变为65m3/h运行功率60kW。变频电机便会调节内部电磁感应频率使电磁振荡器的振动频率达到8700Hz。潜水电泵便会根据频率增大运行功率。电机密封性关系到内部器件的磨损原有电机内部转子采用的减震垫片材质为再生橡胶电机长期运行便会磨损该减震垫片造成后期电机内部转子的松动。而下吸式潜水电泵所采用的橡胶材质为硅胶适用温度100℃耐磨性好其次还具有耐酸碱的特性在电机转子及其他装置中能够起到很好的减震作用水泵内部吸走的流沙也不会磨损该器件。其次在水泵使用方式上也进行了改进上部使用QJ系列的水泵下部采用单级水泵。原有潜水电泵运行过程中内部压强为12个标准气压与外部形成较大的压差而采用QJ系列的水泵能够增大扬程单级水泵抵抗外界压力减少水泵内外压差。单级水泵保证内外之间的压强差在5个标准气压值内有利于改善水泵的运行环境。2.2潜水泵设计潜水泵设计结构如图1所示1为法兰、2为甩沙环、3为机械密封、4为上导轴承、5为轴套、6为轴瓦、7为定子线圈、8为密封圈、9为机壳、10为轴、11为螺钉、12下导轴承、13为滑板、14为止推轴承、15为止推轴承座、16为放水孔、17为调节囊、18为底座、19为上端机壳、20为注水孔、21为放气孔。潜水泵上端部分设计了三种不同流量的水泵排水量分别为12m3/h、25m3/h以及38m3/h。下端部分采用单级水泵选用10米水泵扬程。这种设计结构能够配备20多种不同形式的扬程根据排水量的不同调节不同水泵扬程大小保证在运行环境中喷射扬程能达到最大值。假设上端水泵调节排水量在25m3/h下端选用10米扬程水泵则总体喷射的最大扬程为150米其次机组外径最大可调节至220mm这种规格的机组外径可适用于240mm外径的管井保证整个机组系统处于稳定运行状态。2.3叶轮和导叶设计叶轮流体半径设计中通过改变外侧半径Rc以及流道中线的长度增大离心叶轮的过水断面的面积F但是随着长度L的增加该面积便会趋于一定峰值。所以在现有技术中通过改变叶轮前后的轴面曲线实现流道中线长度参数的变化以此控制过水断面的面积。作者对前后轴面制定了参数方程其中i为轴面流线的曲率曲率越小叶轮轴体运行的压强便越大。n为离心叶轮控制曲线的