一、潛水電泵的結構型式潛水電泵是將泵與電機緊密結合成一體共同潛水運行的機組。通常根據泵與電機間相對位置的不同,可將潛水電泵分為上泵式和下泵式兩種主要結構形式。
１上泵式潛水電泵上泵式潛水電泵結構泵在上面,電機在下面。這種結構有利于減小泵的徑向尺寸,故多用于井用潛水電泵和小型作業面潛水電泵。{TodayHot}在上泵式潛水電泵結構中,通常采用濕式潛水電機。電機內腔充滿清水、變壓器油或錠子油,其定子線圈用加強絕緣的耐油、耐水漆包線繞制。定轉子浸在液體中運轉,電機外面又被水淹沒,冷卻條件好。濕式電機軸承可采用工程塑料軸承或滾動軸承。對軸伸端和軸承的密封采用骨架式油封或機械密封,密封僅起防泥沙和臟水的作用,結構簡單。濕式潛水電泵較徹底地解決了電磁部分和軸承部分的密封問題,推廣應用較早。但濕式電機定轉子間隙中水摩擦損失較大,與轉子外徑的５次方成正比。所以通常做成細長型,以降低摩擦損失,提高電機效率。
２ 下泵式潛水電泵泵位于電機下面的稱為下泵式潛水電泵,通常它又可以分為內裝式和外裝式兩種。內裝下泵式潛水電泵所輸送的液體首先通過包圍電機的環形流道,使之冷卻電機后再流出泵壓出口。這種泵即使在接近排干吸水池{HotTag}的情況下,也不必擔心電機升溫,故應用范圍正在日益擴大。外裝下泵式潛水電泵則直接從葉輪后的壓水室或導葉體出口處排出液體,電機也被抽送的液體冷卻。由于下泵式結構可以在較淺的液體中也能工作,故常用于作業面潛水電泵,尤其它是大口徑潛水電泵的主要結構型式。對于下泵式潛水電泵而言,因為它可以采用工藝上能夠大批量生產的普通干式三相異步電機,在密封上反將電機機殼配合面用“Ｏ”型橡膠密封圈封閉,輸出軸從下端伸出。在軸伸部位裝有在封液中旋轉的機械密封裝置,一般為一至三道單端面或雙端面機械密封,以嚴格防止被輸送液體沿軸進入電機內腔。而在早期還曾采用一種氣墊密封結構,在電機下端有一個氣封室,它靠幾個孔道與外界相通,泵潛入吸液池后,氣封室內的空氣在外界液體壓力的作用下形成氣墊,從而阻止液體進入電機內腔。下泵式潛水電泵的機械密封位于出口水流高壓區,揚程越高,此處水壓力越高,所以機械密封的性能受到揚程的控制。
二、潛水電泵的密封和保護技術潛水電泵的發展基本上取決于密封技術的研究成果。而潛水電泵的密封問題一直是廣大用戶所關心的焦點,總覺得潛在水中工作不安全、不放心,由于大部分采用干式電機,萬一漏水怎么辦?因此,如果潛水電泵能夠如常規電機那樣安全、可靠,那么推廣應用是沒有什么問題的。潛水電泵密封通常分為電氣密封和軸承密封兩部分。在濕式潛水電機上,這兩部分密封解決得比較成功,國內有許多潛水泵廠就以生產單一的濕式潛水電機配套泵段的,如安慶電機廠、泰州潛水電泵廠等。濕式潛水電機的電氣密封和軸承密封各自獨立,如軸承密封失靈,只引起水潤滑軸承的潤滑水進砂、油脂或稀油潤滑的滾動軸承進水,后果是加速磨損和銹蝕,只要電機不短路照常可以運轉。所以,只要用戶按維修保養規程及時更換易損件和潤滑油,就能保證濕式潛水電泵長期運轉。對于使用干式電機的潛水電泵,軸上的機械密封除了密封電機下軸承(油室)外,還承擔密封電機內腔,以嚴格防止被輸送液體進入電機內部。目前,機械密封的材料和結構已有了很大的發展,一般在電機與不利部件之間裝有一至三道單端面或雙端面機械密封。通常上層是石墨/碳化鎢,下層是碳化鎢/碳化鎢。另外,密封材料除碳化鎢以外,也可采用碳化硅、氧化鋁或其它硬質合金副等。另外,對潛水電泵可附設多層保護裝置,例如在定子繞組中內裝熱過載保護器,以防止電機過載而發熱。在接線腔內設置漏水檢測探頭,當電纜線斷裂或其它原因漏水時,探頭發出信號,控制系統對泵實施保護。在干式電機的下軸承處設有滲漏集水槽,槽內裝有漏水檢測器———浮子開關,如果滲漏到槽內的液體達到一定量時便自動報警。在機械密封端的油室內還設有電極保護,當水滲漏到油室內時電極發出信號,由控制系統顯示。此時,管理人員及時保養,對機械密封進行檢查和更換,把集水槽和油室內液體倒出,并對油室再加入新的機械油,然后將螺栓擰緊即可。整個保養過程簡單、方便,水泵即刻又可投入工作。潛水電泵的密封除了采取上述措施以外,仍在進一步地研究怎樣才能提高它的密封可靠性和安全性。例如大功率的干式電機另設有由外界向電機內腔的自動補氣裝置,使電機內部處于正壓狀態,平衡或大于機構密封外界的水壓力,以達到加強止漏的效果。還有對水泵段的機械密封采取減壓措施,例如開設減壓孔或增加甩水器,以降低此處的水壓力和防砂。還有在水泵的葉輪后面增設副葉輪,以減輕機械密封處的壓力和保護軸封。而機械密封的選擇也應注意要結構合理,密封性能好,安裝工藝簡單、方便。總之,潛水電泵密封技術問題解決得好,潛水電泵才會有更加廣闊的市場。
三、潛水電泵的控制系統由于潛水電泵是潛入水下工作,它的控制系統尤其重要。因此,當在設計潛水電泵的各項功能時,應該要同時考慮它的控制系統。本文簡要介紹國外目前常用的潛水電泵的控制系統。
１ 水位控制系統水位控制系統通常有四種形式,如圖１所示。在泵站中,多數情況下應選擇浮球式水位調節器。在調節器內裝有開關,用來對調節器隨水位變化而傾斜或垂直時進行操縱。對于一臺泵,啟動和停機時用兩個水位調節器來設定,而對于備用泵的水位調節、報警等可由附加的調節器設定。在建筑工地、礦山和抽送有爆炸危險的介質等場合,可選用遙控裝置。它裝在控制盤上,用來測量電機電流。同時還可測量運行時間并確定停機時間,僅適用于控制單臺泵的運行。圖1水位控制系統當流量很大而要求揚程較低時,常用電極來進行水位控制,如在土壤改良和排水場合。另外,在小吸水池或流動紊亂的泵站,也采用電極來控制水位,它只需很小的空間,裝在直徑５０ｍｍ的管子里,水位高度易于控制。在抽送地面水的泵站,即吸水池較小和水流紊動的情況下,氣泡控制是調節水位的可靠方法,它可以用于所有形式的泵和所有介質。這種控制方法,在水中設有運動部件,因而不會有卡位或粘附的問題,只需用一根塑料軟管插入介質即可。
２ 組合水位和泵的控制系統組合水位和泵的控制系統通常也有四種形式,如圖２所示。
ＡＰＣ自動調節泵控制系統是用于雙泵泵站的水位控制系統,它是控制泵的運行和調節吸水池水位的一種實用和經濟的方法。該系統的控制裝置是一臺微型程序處理機,它可以很容易地安裝在泵站控制盤上,檢測潛水電泵電機的電流消耗,而不需要在吸水池中直接檢測水位。采用該系統還可省去水位控制設施,保護泵站清潔。同時它還具有使泵輪換運行的功能,以獲得使泵的磨損均衡和維持間隔時間的經濟運行。帶攪拌閥的ＡＰＣ自動調節泵控制系統除了具有上述水位控制功能外,主要的還具有十分驚人的清理泵坑的效果。攪拌閥可以安裝于所有污水泵的泵體上,當泵啟動時可以形成強有力的攪拌作用,使淤泥及覆蓋物料被攪拌成懸浮狀而抽走。ＰＰＣ壓電泵控制系統是一種壓力感應調節系統,它是用來控制雙泵泵站運行和調節水位的一種實用和經濟的方法。該控制系統由一個傳感器和一個水位控制裝置組成,傳感器放于吸水池中檢測壓力。同時,在每一個運行周期內,該系統還具有使泵輪換運行的功能。帶攪拌閥的ＰＰＣ壓電泵控制系統,在每一個工作周期開始時,利用攪拌閥翻動吸水池中的水,從而可以防止浮動的固體物沉積,這樣將使泵站內的工作環境大為改善。實踐表明,這種帶攪拌閥的ＰＰＣ壓電泵控制系統可以使泵坑的清淤工作量大為減少或者根本無需清淤。３ 泵啟動與停機的控制另外,在泵的啟動和停機過程中也配備有控制系統,例如１～６臺泵的共同停機和分別啟動水位控制,１～２臺泵的延時啟動和停機控制,２～６臺泵的不同啟動和停機水位控制及其２～３臺泵的串聯運行控制等。
四、潛水電泵的前景展望由于潛水電泵本身和選用潛水電泵的泵站具有很多優點,因此,今后我國的需求量將持續增長,并有以下主要發展趨勢。
１ 發展大中型潛水電泵大中型潛水電泵具有簡化泵結構和節省泵站建設投資的突出優點,一般可降低成本４０%～６０%,縮短工期１/２～２/３。因此,將在市政、工礦、環保和工農業給排水等方面得到越來越廣泛的應用。預計將來的需求量將較大。
２ 發展多功能多用途潛水電泵我國潛水電泵的形式和國外著名的潛水電泵生產廠的產品相比還不夠多,如帶有切割裝置的泵、多級泵、抽送腐蝕性介質的潛水電泵等生產的還很少,然而其市場的需求量又很大,因此,具有很好的發展前途。
３ 開發高可靠性機械密封機械密封是潛水電泵的關鍵部分,采用兩道單端面機械密封,這樣介質的壓力可以作用到端面,泄漏方向為內流型,這些都是有利的,但結構稍復雜。在油室內裝雙端面機械密封,兩側的端面應采用不同的結構型式,使介質的壓力能作用到下側的端面上,否則只靠彈簧力,密封端面的反推力易使端面打開。因此,還應進一步在結構和材料方面進行研究,提高其可靠性和壽命。
４ 新材料新技術新工藝等將逐步應用普通泵已使用不銹鋼、氟塑料(Ｆ４６)、襯塑、襯膠、噴涂陶瓷等,所有這些材料應當盡快應用到潛水電泵上,擴大潛水泵的應用領域。而計算機輔助設計、輔助制造和輔助測試等新技術、新工藝的應用也勢在必行。事實證明,新技術、新材料、新工藝的應用,不但解放勞動生產力,而且還可以保證產品質量穩定可靠。
５ 注意潛水電泵的外觀質量并逐步打入國際市場我國的潛水電泵在國際市場上有著明顯的價格競爭優勢,但是必須要注意提高電泵的可靠性和壽命,尤其要改善潛水電泵的外觀質量,要給用戶一種美的感覺,以使國產的潛水電泵早日更多地打入國際市場。
參考文獻
［１］關醒凡編著,《現代泵技術手冊》,北京:宇航出版社,１９９５。
［２］施衛東,關醒凡,“國外潛水電泵控制系統概述”,《農業機械學報》,１９９６(４)。
［３］丘傳忻等,“讓潛水電泵從深井走向大江大河”,《泵站技術》,１９９５,(２):４～７。
［４］袁壽其,“小型潛水電泵的歷史與發展趨勢”,《排灌機械》,１９９４(１):３～１０。
［５］施衛東編著,《流體機械》,成都:西南交通大學出版社,１９９６。
［６］朱興華,“河流型大口徑潛水電泵結構和安裝型式”,《泵站技術》,１９９５(２):８～１５。
△作者通訊處:２１２０１３江蘇鎮江市江蘇理工大學電話:(０５１１)８７８０２８１。