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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(jí)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(jí)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(shí)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(duì)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(gè)部分，電機(jī)上面連接QJ型系列井泵，電機(jī)下裝一套單級(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(jí)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(jí)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(jí)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(shí)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(jià)廉的目標(biāo)，新型井泵尤其是級(jí)數(shù)超過3級(jí)的高揚(yáng)程井泵，今后的發(fā)展趨勢將是單級(jí)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(shí)，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(duì)單級(jí)揚(yáng)程的規(guī)定，也是順應(yīng)這個(gè)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(duì)動(dòng)、靜摩擦副安裝在末級(jí)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(jí)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(duì)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(dòng)葉輪平衡裝置，用以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)泵軸向力的計(jì)算.對(duì)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。（