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一、潛水電泵的結(jié)構(gòu)型式潛水電泵是將泵與電機(jī)緊密結(jié)合成一體共同潛水運(yùn)行的機(jī)組。通常根據(jù)泵與電機(jī)間相對(duì)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(jié)構(gòu)形式。
１上泵式潛水電泵上泵式潛水電泵結(jié)構(gòu)泵在上面,電機(jī)在下面。這種結(jié)構(gòu)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(yè)面潛水電泵。在上泵式潛水電泵結(jié)構(gòu)中,通常采用濕式潛水電機(jī)。電機(jī)內(nèi)腔充滿清水、變壓器油或錠子油,其定子線圈用加強(qiáng)絕緣的耐油、耐水漆包線繞制。定轉(zhuǎn)子浸在液體中運(yùn)轉(zhuǎn),電機(jī)外面又被水淹沒,冷卻條件好。濕式電機(jī)軸承可采用工程塑料軸承或滾動(dòng)軸承。對(duì)軸伸端和軸承的密封采用骨架式油封或機(jī)械密封,密封僅起防泥沙和臟水的作用,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。濕式潛水電泵較*地解決了電磁部分和軸承部分的密封問題,推廣應(yīng)用較早。但濕式電機(jī)定轉(zhuǎn)子間隙中水摩擦損失較大,與轉(zhuǎn)子外徑的５次方成正比。所以通常做成細(xì)長(zhǎng)型,以降低摩擦損失,提高電機(jī)效率。
２ 下泵式潛水電泵泵位于電機(jī)下面的稱為下泵式潛水電泵,通常它又可以分為內(nèi)裝式和外裝式兩種。內(nèi)裝下泵式潛水電泵所輸送的液體首先通過包圍電機(jī)的環(huán)形流道,使之冷卻電機(jī)后再流出泵壓出口。這種泵即使在接近排干吸水池的情況下,也不必?fù)?dān)心電機(jī)升溫,故應(yīng)用范圍正在日益擴(kuò)大。外裝下泵式潛水電泵則直接從葉輪后的壓水室或?qū)~體出口處排出液體,電機(jī)也被抽送的液體冷卻。由于下泵式結(jié)構(gòu)可以在較淺的液體中也能工作,故常用于作業(yè)面潛水電泵,尤其它是大口徑潛水電泵的主要結(jié)構(gòu)型式。對(duì)于下泵式潛水電泵而言,因?yàn)樗梢圆捎霉に嚿夏軌虼笈可a(chǎn)的普通干式三相異步電機(jī),在密封上反將電機(jī)機(jī)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(zhuǎn)的機(jī)械密封裝置,一般為一至三道單端面或雙端面機(jī)械密封,以嚴(yán)格防止被輸送液體沿軸進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔。而在早期還曾采用一種氣墊密封結(jié)構(gòu),在電機(jī)下端有一個(gè)氣封室,它靠幾個(gè)孔道與外界相通,泵潛入吸液池后,氣封室內(nèi)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(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔。下泵式潛水電泵的機(jī)械密封位于出口水流高壓區(qū),揚(yáng)程越高,此處水壓力越高,所以機(jī)械密封的性能受到揚(yáng)程的控制。
二、潛水電泵的密封和保護(hù)技術(shù)潛水電泵的發(fā)展基本上取決于密封技術(shù)的研究成果。而潛水電泵的密封問題一直是廣大用戶所關(guān)心的焦點(diǎn),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(jī),萬一漏水怎么辦?因此,如果潛水電泵能夠如常規(guī)電機(jī)那樣安全、可靠,那么推廣應(yīng)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(jī)上,這兩部分密封解決得比較成功,國(guó)內(nèi)有許多潛水泵廠就以生產(chǎn)單一的濕式潛水電機(jī)配套泵段的,如安慶電機(jī)廠、泰州潛水電泵廠等。濕式潛水電機(jī)的電氣密封和軸承密封各自獨(dú)立,如軸承密封失靈,只引起水潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑水進(jìn)砂、油脂或稀油潤(rùn)滑的滾動(dòng)軸承進(jìn)水,后果是加速磨損和銹蝕,只要電機(jī)不短路照?？梢赃\(yùn)轉(zhuǎn)。所以,只要用戶按維修保養(yǎng)規(guī)程及時(shí)更換易損件和潤(rùn)滑油,就能保證濕式潛水電泵長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于使用干式電機(jī)的潛水電泵,軸上的機(jī)械密封除了密封電機(jī)下軸承（油室）外,還承擔(dān)密封電機(jī)內(nèi)腔,以嚴(yán)格防止被輸送液體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。目前,機(jī)械密封的材料和結(jié)構(gòu)已有了很大的發(fā)展,一般在電機(jī)與不利部件之間裝有一至三道單端面或雙端面機(jī)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(zhì)合金副等。另外,對(duì)潛水電泵可附設(shè)多層保護(hù)裝置,例如在定子繞組中內(nèi)裝熱過載保護(hù)器,以防止電機(jī)過載而發(fā)熱。在接線腔內(nèi)設(shè)置漏水檢測(cè)探頭,當(dāng)電纜線斷裂或其它原因漏水時(shí),探頭發(fā)出信號(hào),控制系統(tǒng)對(duì)泵實(shí)施保護(hù)。在干式電機(jī)的下軸承處設(shè)有滲漏集水槽,槽內(nèi)裝有漏水檢測(cè)器———浮子開關(guān),如果滲漏到槽內(nèi)的液體達(dá)到一定量時(shí)便自動(dòng)報(bào)警。在機(jī)械密封端的油室內(nèi)還設(shè)有電極保護(hù),當(dāng)水滲漏到油室內(nèi)時(shí)電極發(fā)出信號(hào),由控制系統(tǒng)顯示。此時(shí),管理人員及時(shí)保養(yǎng),對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行檢查和更換,把集水槽和油室內(nèi)液體倒出,并對(duì)油室再加入新的機(jī)械油,然后將螺栓擰緊即可。整個(gè)保養(yǎng)過程簡(jiǎn)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(jìn)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(jī)另設(shè)有由外界向電機(jī)內(nèi)腔的自動(dòng)補(bǔ)氣裝置,使電機(jī)內(nèi)部處于正壓狀態(tài),平衡或大于機(jī)構(gòu)密封外界的水壓力,以達(dá)到加強(qiáng)止漏的效果。還有對(duì)水泵段的機(jī)械密封采取減壓措施,例如開設(shè)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(shè)副葉輪,以減輕機(jī)械密封處的壓力和保護(hù)軸封。而機(jī)械密封的選擇也應(yīng)注意要結(jié)構(gòu)合理,密封性能好,安裝工藝簡(jiǎn)單、方便?？傊?潛水電泵密封技術(shù)問題解決得好,潛水電泵才會(huì)有更加廣闊的市場(chǎng)。
三、潛水電泵的控制系統(tǒng)由于潛水電泵是潛入水下工作,它的控制系統(tǒng)尤其重要。因此,當(dāng)在設(shè)計(jì)潛水電泵的各項(xiàng)功能時(shí),應(yīng)該要同時(shí)考慮它的控制系統(tǒng)。本文簡(jiǎn)要介紹國(guó)外目前常用的潛水電泵的控制系統(tǒng)。
１ 水位控制系統(tǒng)水位控制系統(tǒng)通常有四種形式,如圖１所示。在泵站中,多數(shù)情況下應(yīng)選擇浮球式水位調(diào)節(jié)器。在調(diào)節(jié)器內(nèi)裝有開關(guān),用來對(duì)調(diào)節(jié)器隨水位變化而傾斜或垂直時(shí)進(jìn)行操縱。對(duì)于一臺(tái)泵,啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)用兩個(gè)水位調(diào)節(jié)器來設(shè)定,而對(duì)于備用泵的水位調(diào)節(jié)、報(bào)警等可由附加的調(diào)節(jié)器設(shè)定。在建筑工地、礦山和抽送有爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)等場(chǎng)合,可選用遙控裝置。它裝在控制盤上,用來測(cè)量電機(jī)電流。同時(shí)還可測(cè)量運(yùn)行時(shí)間并確定停機(jī)時(shí)間,僅適用于控制單臺(tái)泵的運(yùn)行。圖1水位控制系統(tǒng)當(dāng)流量很大而要求揚(yáng)程較低時(shí),常用電極來進(jìn)行水位控制,如在土壤改良和排水場(chǎng)合。另外,在小吸水池或流動(dòng)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(dòng)的情況下,氣泡控制是調(diào)節(jié)水位的可靠方法,它可以用于所有形式的泵和所有介質(zhì)。這種控制方法,在水中設(shè)有運(yùn)動(dòng)部件,因而不會(huì)有卡位或粘附的問題,只需用一根塑料軟管插入介質(zhì)即可。
２ 組合水位和泵的控制系統(tǒng)組合水位和泵的控制系統(tǒng)通常也有四種形式,如圖２所示。
ＡＰＣ自動(dòng)調(diào)節(jié)泵控制系統(tǒng)是用于雙泵泵站的水位控制系統(tǒng),它是控制泵的運(yùn)行和調(diào)節(jié)吸水池水位的一種實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的方法。該系統(tǒng)的控制裝置是一臺(tái)微型程序處理機(jī),它可以很容易地安裝在泵站控制盤上,檢測(cè)潛水電泵電機(jī)的電流消耗,而不需要在吸水池中直接檢測(cè)水位。采用該系統(tǒng)還可省去水位控制設(shè)施,保護(hù)泵站清潔。同時(shí)它還具有使泵輪換運(yùn)行的功能,以獲得使泵的磨損均衡和維持間隔時(shí)間的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。帶攪拌閥的ＡＰＣ自動(dòng)調(diào)節(jié)泵控制系統(tǒng)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(dāng)泵啟動(dòng)時(shí)可以形成強(qiáng)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(tǒng)是一種壓力感應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),它是用來控制雙泵泵站運(yùn)行和調(diào)節(jié)水位的一種實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的方法。該控制系統(tǒng)由一個(gè)傳感器和一個(gè)水位控制裝置組成,傳感器放于吸水池中檢測(cè)壓力。同時(shí),在每一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi),該系統(tǒng)還具有使泵輪換運(yùn)行的功能。帶攪拌閥的ＰＰＣ壓電泵控制系統(tǒng),在每一個(gè)工作周期開始時(shí),利用攪拌閥翻動(dòng)吸水池中的水,從而可以防止浮動(dòng)的固體物沉積,這樣將使泵站內(nèi)的工作環(huán)境大為改善。實(shí)踐表明,這種帶攪拌閥的ＰＰＣ壓電泵控制系統(tǒng)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(dòng)與停機(jī)的控制另外,在泵的啟動(dòng)和停機(jī)過程中也配備有控制系統(tǒng),例如１～６臺(tái)泵的共同停機(jī)和分別啟動(dòng)水位控制,１～２臺(tái)泵的延時(shí)啟動(dòng)和停機(jī)控制,２～６臺(tái)泵的不同啟動(dòng)和停機(jī)水位控制及其２～３臺(tái)泵的串聯(lián)運(yùn)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(yōu)點(diǎn),因此,今后我國(guó)的需求量將持續(xù)增長(zhǎng),并有以下主要發(fā)展趨勢(shì)。
１ 發(fā)展大中型潛水電泵大中型潛水電泵具有簡(jiǎn)化泵結(jié)構(gòu)和節(jié)省泵站建設(shè)投資的突出優(yōu)點(diǎn),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(huán)保和工農(nóng)業(yè)給排水等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)將來的需求量將較大。
２ 發(fā)展多功能多用途潛水電泵我國(guó)潛水電泵的形式和國(guó)外的潛水電泵生產(chǎn)廠的產(chǎn)品相比還不夠多,如帶有切割裝置的泵、多級(jí)泵、抽送腐蝕性介質(zhì)的潛水電泵等生產(chǎn)的還很少,然而其市場(chǎng)的需求量又很大,因此,具有很好的發(fā)展前途。
３ 開發(fā)高可靠性機(jī)械密封機(jī)械密封是潛水電泵的關(guān)鍵部分,采用兩道單端面機(jī)械密封,這樣介質(zhì)的壓力可以作用到端面,泄漏方向?yàn)閮?nèi)流型,這些都是有利的,但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。在油室內(nèi)裝雙端面機(jī)械密封,兩側(cè)的端面應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)型式,使介質(zhì)的壓力能作用到下側(cè)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(yīng)進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)和材料方面進(jìn)行研究,提高其可靠性和壽命。
４ 新材料新技術(shù)新工藝等將逐步應(yīng)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(yīng)當(dāng)盡快應(yīng)用到潛水電泵上,擴(kuò)大潛水泵的應(yīng)用領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助測(cè)試等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用也勢(shì)在必行。事實(shí)證明,新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用,不但解放勞動(dòng)生產(chǎn)力,而且還可以保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
５ 注意潛水電泵的外觀質(zhì)量并逐步打入市場(chǎng)我國(guó)的潛水電泵在市場(chǎng)上有著明顯的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),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(zhì)量,要給用戶一種美的感覺,以使國(guó)產(chǎn)的潛水電泵早日更多地打入市場(chǎng)。