無過載潛污泵的設(shè)計思路

時間：2018-3-12 13:47:23來源：http://xputzeu.cn作者：弘凌泵閥

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

一、水力設(shè)計

1.1設(shè)計參數(shù)

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

1.2葉輪設(shè)計

為了保證輸送含有長纖維及固體顆粒的介質(zhì)時具有良好的通過性能，該泵采用雙流道式葉輪。雙流道葉輪從葉輪進口至出口由兩個彎曲的流道組成，結(jié)構(gòu)對稱，平衡性好。具有無堵塞、抗纏繞性能好，通過能力強，效率高，功率曲線較平坦，耐磨性能較好等優(yōu)點。

通過對50余種規(guī)格的雙流道葉輪水力模型進行分析、歸納、優(yōu)化，用小二乘法統(tǒng)計出了設(shè)計雙流道葉輪主要尺寸的各系數(shù)值。并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了雙流道葉輪的計算機輔助水力設(shè)計軟件，可以自動進行參數(shù)優(yōu)化，并對葉輪的軸面圖、平面圖進行設(shè)計、計算和自動繪圖，提高了設(shè)計的速度和精度。

(1)葉輪進口直徑D，

葉輪進口直徑主要取決于泵的流量，但是雙流道葉輪用于抽送含有固體雜質(zhì)的液體時，由于固體物的沉降速度與液流流速有關(guān)，因此按下面的經(jīng)驗公式求得進口直徑后，應(yīng)校核臨界沉降速度。臨界沉降速度的校核方法參見文獻[3]。

式中，葉輪進口速度系數(shù)kj取3.5-4.5。本設(shè)計主要考慮效率，故取忌j=3.8，則Dj=115 mm。

(2)葉輪出口直徑D2

葉輪出口直徑是影響揚程的主要參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計、分析，該值計算式為式中五：—葉輪出口速度系數(shù)

Kz=(9.5～10.5)(n3／100)-1／2

本設(shè)計取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，b：=(0.60～0.75)Dj；而當(dāng)葉輪流道出口斷面不是圓形時，b：可取較小值，但應(yīng)保證單個流道的出口斷面面積大致等于葉輪進口斷面面積的50％。本設(shè)計取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程范圍內(nèi)具有無過載功率特性，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)大時取小值，比轉(zhuǎn)數(shù)小時取大值。本設(shè)計取φ=170°，并采用等變角對數(shù)螺旋線來繪制葉輪平面圖的流道中線。

(5)流道出口安放角盧：

對于無過載運行的離心泵，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)計取β=14°。本設(shè)計的雙流道葉輪水力圖如圖1所示。圖中

圖1 無過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如表1、2、3所示。

1.3壓水室設(shè)計

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流形狀完善、高效區(qū)寬、水力性能好等優(yōu)點，且該泵的比轉(zhuǎn)數(shù)較大，故本設(shè)計采用螺旋形壓水室。為保證大顆粒和長纖維順利通過，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)計可按一般清水離心泵的設(shè)計過程進行，也可采用自行開發(fā)的壓水室計算機輔助水力設(shè)計軟件來進行設(shè)計。

二、試驗研究

2.1試驗方法

潛水排污泵的性能試驗在具有B級精度的開式試驗臺上完成，該試驗臺配備有潛水電泵自動測試系統(tǒng)，管路直徑為25～250 mm。按照國標GB／T1 2785-91《潛水電泵試驗方法》進行試驗，其中流量采用渦輪流量計測量，揚程采用壓力傳感器測量，軸功率采用電測法(UP損耗分析法)測量，轉(zhuǎn)速采用感應(yīng)線圈法測量。試驗從小流量開始一直測到額定流量的160％左右，測量點多于15點。相關(guān)測試數(shù)據(jù)由計算機自動采集、處理后換算成額定轉(zhuǎn)速(以1450 r／min)的值。

2.2試驗結(jié)果

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