新型350qj500型潛水泵的研制

新型350qj500型潛水泵的研制

0潛水泵的發(fā)展歷程由于西北地區(qū)經(jīng)濟相對落后，資源匱乏，地下水開發(fā)利用不足，大片休耕地區(qū)，尤其是新疆地區(qū)，土地利用率低，農(nóng)業(yè)水力低。為了發(fā)展新疆，我們必須大力開發(fā)地下水力資源。潛水泵是提取地下水不可替代的先進(jìn)工具。廣泛應(yīng)用于機井、土井和河流庫的進(jìn)水口、農(nóng)業(yè)灌溉。由此可見,研制開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、高效節(jié)能、運行平穩(wěn)、安裝使用方便、使用壽命長、用途廣泛的潛水泵對于新疆農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展具有十分重要的意義。自1928年美國研制出世界上第一臺潛水泵以來,由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、使用方便等優(yōu)點,發(fā)展迅速,并已全面實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。我國潛水泵從上世紀(jì)60年代初開始起步,70年代在北方地區(qū)針對NQ型農(nóng)用潛水電泵開展了研究和設(shè)計[2~3]。趙秋霞等針對小直徑、高揚程、大功率潛水電泵進(jìn)行研究,使水泵的效率和單級揚程有了較大提高。但是國內(nèi)潛水泵企業(yè)對于材料節(jié)約的研究基本還是處于一種不是很重視的狀態(tài)。國外企業(yè)尤其是日本企業(yè)的成本概念要比國內(nèi)強得多,他們利用各種先進(jìn)技術(shù)手段改善泵的水利性能,把提高泵的耐磨耐蝕性能的涂覆技術(shù)、材料表面處理技術(shù)和非金屬材料的應(yīng)用緊密結(jié)合起來。在國內(nèi)眾多學(xué)者對潛水泵進(jìn)行大量水力設(shè)計研究和實驗研究,目前我國已積累起較完備的設(shè)計理論知識,采用離心式和軸流式相結(jié)合的設(shè)計方法,完成葉輪和葉片的水力設(shè)計,改進(jìn)制芯工藝,減小葉片包角,增加防砂裝置,并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的研究和試驗。本項研究要解決的關(guān)鍵技術(shù)是葉輪和葉片的水力設(shè)計。我們通過對模型泵進(jìn)行反復(fù)試驗,將試驗結(jié)果逐點計算并換算到實型泵(設(shè)計泵),完成了葉輪和葉片的水力設(shè)計,實現(xiàn)大流量、高揚程、小井徑等技術(shù)指標(biāo)。1潛水泵的性能為了提高潛水泵的質(zhì)量,降低生產(chǎn)制造成本,讓用戶花最少的錢,用到重量輕、耗材少、故障率低、使用壽命長的好產(chǎn)品。在設(shè)計時,充分考慮節(jié)約原材料,在原400QJ500型潛水泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計,合理優(yōu)選了產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)。設(shè)計參數(shù)為適用最小井徑為350mm、單級揚程為30m,分別比原400QJ500型潛水泵適用井徑小50mm、單級揚程提高了一倍,達(dá)到降低生產(chǎn)制造成本同時提高產(chǎn)品適用范圍。新型潛水泵要在與原產(chǎn)品400QJ500型流量相同,泵效率相同,同時機組最大外徑減小50mm,單級揚程提高一倍的情況下,葉輪、葉片水力設(shè)計和制造是研制新型潛水泵的關(guān)鍵技術(shù)。由參考文獻(xiàn)犤7~8犦可知,在流量相等條件下,適用井徑大、單級揚程低、泵效率高。為了解決這一技術(shù)難題,提出的設(shè)計方案是:葉輪的水力設(shè)計采用離心式和軸流式共同作用的原理,通過調(diào)整水力模型各幾何參數(shù),葉片由全扭曲改為半扭曲,使葉片出口角與導(dǎo)流殼導(dǎo)葉進(jìn)口角成一定關(guān)系,即將原400QJ500型潛水泵水流出口與導(dǎo)流殼導(dǎo)葉成直角的關(guān)系改成小于90°,使得水流具有向上勢能,并增大葉輪進(jìn)出口過流面積,達(dá)到提高單級揚程的目的。2潛水泵幾何參數(shù)的選擇和水流設(shè)計2.1葉片設(shè)計2.1.1葉輪進(jìn)口直徑dv式中:Q———設(shè)計流量,取500m3/h;n———轉(zhuǎn)速,取2900r/min。葉輪進(jìn)口直徑又叫吸入眼直徑或頸部直徑。葉輪進(jìn)口液體流速V0和葉輪進(jìn)口直徑Dj有著相當(dāng)大的關(guān)系,傳統(tǒng)的設(shè)計方法是通過限制葉輪進(jìn)口流體流速V0(一般小于3~3.5m/s)來防止降低抗汽蝕性和水力效率。通過實際設(shè)計可知,泵在很廣的范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時,適當(dāng)增加V0能保持水力效率不變。由于潛水泵對抗汽蝕要求不高,可以通過選擇較小的Dj來減小葉輪密封環(huán)的泄露量提高容積效率。通過試驗,設(shè)計選取V0=4.3m/s,代入式1計算可得Dj=156mm。2.1.2葉片出口b式中:Kb———系數(shù),Kb=0.64(ns/100)5/6;2.1.3葉片直徑d式中:———系數(shù),。2.1.4葉片出口角2的選擇2.1.5葉片剪切圖的繪制通過計算選取得到的以上參數(shù)可以進(jìn)行輪軸面圖的設(shè)計和繪制,如圖1所示。在設(shè)計繪制葉輪軸面圖時需要進(jìn)行面積的檢查,其設(shè)計原則是使過流面積變化基本為一條直線。軸面圖定型后進(jìn)行葉片剪裁圖的繪制,如圖2所示。在剪裁繪制時選用等高線標(biāo)尺的夾角為5°。導(dǎo)流殼葉片的設(shè)計方法與葉輪葉片設(shè)計計算方法相同。從水力設(shè)計上就要考慮到葉片制造難易程度,通過減小葉片包角,葉片由全扭曲改為半扭曲,從而降低制型的難度。葉片的制作也是關(guān)鍵,葉片在制作過程中一定要嚴(yán)格按剪裁圖要求進(jìn)行,葉片必須進(jìn)行檢驗,檢驗采用樣板靠模來保證葉片一致,保證葉輪中每個過流面積一致,達(dá)到設(shè)計參數(shù)。2.2粗造度的確定葉輪、導(dǎo)流殼的鑄造質(zhì)量是影響潛水泵性能的一個重要因素,葉輪、導(dǎo)流殼流道的表面粗造度是生產(chǎn)出高質(zhì)量、高水平水泵的關(guān)鍵。為了提高過流處的表面粗造度,對制芯工藝進(jìn)行了改進(jìn),在砂芯表面噴涂銀漿,使關(guān)鍵部件內(nèi)腔表面(過流面)的粗造度和鑄件質(zhì)量及出品率都得到提高,從而保證了泵效率。2.3高速旋轉(zhuǎn)造成機組報廢新疆地區(qū)地下水含砂量較大,砂粒一旦進(jìn)入泵體各軸承部位,通過高速旋轉(zhuǎn),將很快磨損上、下止推軸承、泵導(dǎo)軸承,葉輪、導(dǎo)流殼口環(huán),最終造成機組報廢。我們通過增設(shè)動靜防砂環(huán)、骨架油封組成迷宮式防砂裝置,大大地提高了產(chǎn)品的防砂能力,延長了使用壽命。3新350qj500潛水泵的基本組成和結(jié)構(gòu)特點3.1數(shù)nmf基本參數(shù)新型350QJ500潛水泵的型式與基本參數(shù)符合國標(biāo)(GB/T2816―2002)規(guī)定,其基本參數(shù)為:額定轉(zhuǎn)速:2900r/min適用最小井徑:350mm3.2潛水泵的組成350QJ500型潛水泵由聯(lián)軸器、進(jìn)水節(jié)、水泵軸、葉輪、錐套、導(dǎo)流殼、上導(dǎo)流殼等組成,如圖3所示。350QJ500型潛水泵結(jié)構(gòu)是機泵組裝為一體,潛沒于水下工作,機泵聯(lián)接、單級采用共軸式,多機采用套筒式,葉輪固定采用錐套。電機采用上下止推結(jié)構(gòu),整機設(shè)計中增加了迷宮式防砂裝置,防止水中砂粒進(jìn)入電機內(nèi)腔和水泵軸承。4復(fù)合式400qj500型潛水泵通過對新型350QJ500―30型和原400QJ500―15型系列潛水泵樣機進(jìn)行相應(yīng)的對比試驗,并記錄主要實測技術(shù)參數(shù)見表1。從表1可見,350QJ500型潛水泵較400QJ500型潛水泵,具有井徑小、重量輕、耗材少、單級揚程高等優(yōu)點。400QJ500型潛水泵葉輪的水力設(shè)計采用離心式工作原理,葉片為全扭曲形,單機重量126.5kg。新研制成功的復(fù)合式350QJ500型潛水泵通過優(yōu)化設(shè)計水力模型各幾何參數(shù),將葉輪上葉片由全扭曲改為半扭曲,同時在砂芯表面噴涂銀漿,使關(guān)鍵部件內(nèi)腔表面(過流面)粗糙度和鑄件質(zhì)量及出品率得到提高,不僅保證了泵效率,還達(dá)到了單級揚程比原400QJ500型潛水泵提高了一倍的設(shè)計要求;單機重量87.3kg,比后者輕39.2kg;適用最小井徑為350mm,比后者小50mm,這樣不僅節(jié)約原材料,還為用戶節(jié)省了相應(yīng)的機井配套費用。另外,350QJ500較400QJ500同揚程(30m)下,可節(jié)省一個導(dǎo)流殼、一個葉輪、一個錐套及一套標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件等,總價值為1980元;在同流量、同揚程下,可節(jié)約原材料161kg,總價值為1094.8元(161kg×6.8元/kg),即單臺產(chǎn)品就可節(jié)約生產(chǎn)制造成本1980+1094.8=3074.8元。5模型泵比轉(zhuǎn)速的確定新研制的350QJ500潛水泵由于增大了進(jìn)口流速,減小了葉輪吸入口直徑和葉輪外徑,同時減小葉片