細談下吸式井用潛水電泵的設計研發(fā)的相關(guān)論文

　　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(jié)構(gòu)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(nóng)田的次數(shù)較少。而我國的華北、東北一帶，每年用于灌溉農(nóng)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(nèi)部，使電機產(chǎn)生大量的熱量，燒毀內(nèi)部的轉(zhuǎn)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(diào)工程，使之補充地下水資源。隨著國內(nèi)創(chuàng)新技術(shù)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(zhì)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，采用了變頻形式的電機類型，自動調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)內(nèi)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(guān)系到內(nèi)部器件的磨損，原有電機內(nèi)部轉(zhuǎn)子采用的減震墊片材質(zhì)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(nèi)部轉(zhuǎn)子的松動。而下吸式潛水電泵所采用的橡膠材質(zhì)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(zhuǎn)子及其他裝置中能夠起到很好的減震作用，水泵內(nèi)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(nèi)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(nèi)外壓差。單級水泵保證內(nèi)外之間的壓強差在5 個標準氣壓值內(nèi)，有利于改善水泵的運行環(huán)境。

　　2.2 潛水泵設計

　　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(jié)構(gòu)能夠配備20 多種不同形式的揚程，根據(jù)排水量的不同，調(diào)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(diào)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(diào)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(cè)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(shù)中通過改變?nèi)~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：M(f)=ni = 0 Σ n!(n-i)!i!(1-u)niuiPi，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?nèi)~輪半徑大小。導葉設計結(jié)構(gòu)與上下端寬度有關(guān)，設計結(jié)構(gòu)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(shù)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(diào)測值，實驗結(jié)果顯示，當電機轉(zhuǎn)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(nèi)。其次便是在技術(shù)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(shù)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(jié)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(jié)構(gòu)有了更為深刻的認知。這種結(jié)構(gòu)，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(jīng)濟效益。

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