潜水电泵的发展及前景展望

一、潜水电泵的结构型式潜水电泵是将泵与电机紧密结合成一体共同潜水运行的机组。通常根据泵与电机间相对位置的不同,可将潜水电泵分为上泵式和下泵式两种主要结构形式。
１.上泵式潜水电泵上泵式潜水电泵结构泵在上面,电机在下面。这种结构有利于减小泵的径向尺寸,故多用于井用潜水电泵和小型作业面潜水电泵。在上泵式潜水电泵结构中,通常采用湿式潜水电机。电机内腔充满清水、变压器油或锭子油,其定子线圈用加强绝缘的耐油、耐水漆包线绕制。定转子浸在液体中运转,电机外面又被水淹没,冷却条件好。湿式电机轴承可采用工程塑料轴承或滚动轴承。对轴伸端和轴承的密封采用骨架式油封或机械密封,密封仅起防泥沙和脏水的作用,结构简单。湿式潜水电泵较彻底地解决了电磁部分和轴承部分的密封问题,推广应用较早。但湿式电机定转子间隙中水摩擦损失较大,与转子外径的５次方成正比。所以通常做成细长型,以降低摩擦损失,提高电机效率。
２.下泵式潜水电泵泵位于电机下面的称为下泵式潜水电泵,通常它又可以分为内装式和外装式两种。内装下泵式潜水电泵所输送的液体首先通过包围电机的环形流道,使之冷却电机后再流出泵压出口。这种泵即使在接近排干吸水池的情况下,也不必担心电机升温,故应用范围正在日益扩大。外装下泵式潜水电泵则直接从叶轮后的压水室或导叶体出口处排出液体,电机也被抽送的液体冷却。由于下泵式结构可以在较浅的液体中也能工作,故常用于作业面潜水电泵,尤其它是大口径潜水电泵的主要结构型式。对于下泵式潜水电泵而言,因为它可以采用工艺上能够大批量生产的普通干式三相异步电机,在密封上反将电机机壳配合面用“ｏ”型橡胶密封圈封闭,输出轴从下端伸出。在轴伸部位装有在封液中旋转的机械密封装置,一般为一至三道单端面或双端面机械密封,以严格防止被输送液体沿轴进入电机内腔。而在早期还曾采用一种气垫密封结构,在电机下端有一个气封室,它靠几个孔道与外界相通,泵潜入吸液池后,气封室内的空气在外界液体压力的作用下形成气垫,从而阻止液体进入电机内腔。下泵式潜水电泵的机械密封位于出口水流高压区,扬程越高,此处水压力越高,所以机械密封的性能受到扬程的控制。
  二、潜水电泵的密封和保护技术潜水电泵的发展基本上取决于密封技术的研究成果。而潜水电泵的密封问题一直是广大用户所关心的焦点,总觉得潜在水中工作不安全、不放心,由于大部分采用干式电机,万一漏水怎么办?因此,如果潜水电泵能够如常规电机那样安全、可靠,那么推广应用是没有什么问题的。潜水电泵密封通常分为电气密封和轴承密封两部分。在湿式潜水电机上,这两部分密封解决得比较成功,国内有许多潜水泵厂就以生产单一的湿式潜水电机配套泵段的,如安庆电机厂、泰州潜水电泵厂等。湿式潜水电机的电气密封和轴承密封各自独立,如轴承密封失灵,只引起水润滑轴承的润滑水进砂、油脂或稀油润滑的滚动轴承进水,后果是加速磨损和锈蚀,只要电机不短路照常可以运转。所以,只要用户按维修保养规程及时更换易损件和润滑油,就能保证湿式潜水电泵长期运转。对于使用干式电机的潜水电泵,轴上的机械密封除了密封电机下轴承(油室)外,还承担密封电机内腔,以严格防止被输送液体进入电机内部。目前,机械密封的材料和结构已有了很大的发展,一般在电机与不利部件之间装有一至三道单端面或双端面机械密封。通常上层是石墨/碳化钨,下层是碳化钨/碳化钨。另外,密封材料除碳化钨以外,也可采用碳化硅、氧化铝或其它硬质合金副等。另外,对潜水电泵可附设多层保护装置,例如在定子绕组中内装热过载保护器,以防止电机过载而发热。在接线腔内设置漏水检测探头,当电缆线断裂或其它原因漏水时,探头发出信号,控制系统对泵实施保护。在干式电机的下轴承处设有渗漏集水槽,槽内装有漏水检测器———浮子开关,如果渗漏到槽内的液体达到一定量时便自动报警。在机械密封端的油室内还设有电极保护,当水渗漏到油室内时电极发出信号,由控制系统显示。此时,管理人员及时保养,对机械密封进行检查和更换,把集水槽和油室内液体倒出,并对油室再加入新的机械油,然后将螺栓拧紧即可。整个保养过程简单、方便,水泵即刻又可投入工作。潜水电泵的密封除了采取上述措施以外,仍在进一步地研究怎样才能提高它的密封可靠性和安全性。例如大功率的干式电机另设有由外界向电机内腔的自动补气装置,使电机内部处于正压状态,平衡或大于机构密封外界的水压力,以达到加强止漏的效果。还有对水泵段的机械密封采取减压措施,例如开设减压孔或增加甩水器,以降低此处的水压力和防砂。还有在水泵的叶轮后面增设副叶轮,以减轻机械密封处的压力和保护轴封。而机械密封的选择也应注意要结构合理,密封性能好,安装工艺简单、方便。总之,潜水电泵密封技术问题解决得好,潜水电泵才会有更加广阔的市场。
  三、潜水电泵的控制系统由于潜水电泵是潜入水下工作,它的控制系统尤其重要。因此,当在设计潜水电泵的各项功能时,应该要同时考虑它的控制系统。本文简要介绍国外目前常用的潜水电泵的控制系统。
１.水位控制系统水位控制系统通常有四种形式,如图１所示。在泵站中,多数情况下应选择浮球式水位调节器。在调节器内装有开关,用来对调节器随水位变化而倾斜或垂直时进行操纵。对于一台泵,启动和停机时用两个水位调节器来设定,而对于备用泵的水位调节、报警等可由附加的调节器设定。在建筑工地、矿山和抽送有爆炸危险的介质等场合,可选用遥控装置。它装在控制盘上,用来测量电机电流。同时还可测量运行时间并确定停机时间,仅适用于控制单台泵的运行。图1水位控制系统当流量很大而要求扬程较低时,常用电极来进行水位控制,如在土壤改良和排水场合。另外,在小吸水池或流*的泵站,也采用电极来控制水位,它只需很小的空间,装在直径５０ｍｍ的管子里,水位高度易于控制。在抽送地面水的泵站,即吸水池较小和水流紊动的情况下,气泡控制是调节水位的可靠方法,它可以用于所有形式的泵和所有介质。这种控制方法,在水中设有运动部件,因而不会有卡位或粘附的问题,只需用一根塑料软管插入介质即可。
２.组合水位和泵的控制系统组合水位和泵的控制系统通常也有四种形式,如图２所示。
ａｐｃ自动调节泵控制系统是用于双泵泵站的水位控制系统,它是控制泵的运行和调节吸水池水位的一种实用和经济的方法。该系统的控制装置是一台微型程序处理机,它可以很容易地安装在泵站控制盘上,检测潜水电泵电机的电流消耗,而不需要在吸水池中直接检测水位。采用该系统还可省去水位控制设施,保护泵站清洁。同时它还具有使泵轮换运行的功能,以获得使泵的磨损均衡和维持间隔时间的经济运行。带搅拌阀的ａｐｃ自动调节泵控制系统除了具有上述水位控制功能外,主要的还具有十分惊人的清理泵坑的效果。搅拌阀可以安装于所有污水泵的泵体上,当泵启动时可以形成强有力的搅拌作用,使淤泥及覆盖物料被搅拌成悬浮状而抽走。ｐｐｃ压电泵控制系统是一种压力感应调节系统,它是用来控制双泵泵站运行和调节水位的一种实用和经济的方法。该控制系统由一个传感器和一个水位控制装置组成,传感器放于吸水池中检测压力。同时,在每一个运行周期内,该系统还具有使泵轮换运行的功能。带搅拌阀的ｐｐｃ压电泵控制系统,在每一个工作周期开始时,利用搅拌阀翻动吸水池中的水,从而可以防止浮动的固体物沉积,这样将使泵站内的工作环境大为改善。实践表明,这种带搅拌阀的ｐｐｃ压电泵控制系统可以使泵坑的清淤工作量大为减少或者根本无需清淤。３ 泵启动与停机的控制另外,在泵的启动和停机过程中也配备有控制系统,例如１～６台泵的共同停机和分别启动水位控制,１～２台泵的延时启动和停机控制,２～６台泵的不同启动和停机水位控制及其２～３台泵的串联运行控制等。
  四、潜水电泵的前景展望由于潜水电泵本身和选用潜水电泵的泵站具有很多优点,因此,今后我国的需求量将持续增长,并有以下主要发展趋势。
１.发展大中型潜水电泵大中型潜水电泵具有简化泵结构和节省泵站建设投资的突出优点,一般可降低成本４０%～６０%,缩短工期１/２～２/３。因此,将在市政、工矿、环保和工农业给排水等方面得到越来越广泛的应用。预计将来的需求量将较大。
２.发展多功能多用途潜水电泵我国潜水电泵的形式和国外著名的潜水电泵生产厂的产品相比还不够多,如带有切割装置的泵、多级泵、抽送腐蚀性介质的潜水电泵等生产的还很少,然而其市场的需求量又很大,因此,具有很好的发展前途。
３.开发高可靠性机械密封机械密封是潜水电泵的关键部分,采用两道单端面机械密封,这样介质的压力可以作用到端面,泄漏方向为内流型,这些都是有利的,但结构稍复杂。在油室内装双端面机械密封,两侧的端面应采用不同的结构型式,使介质的压力能作用到下侧的端面上,否则只靠弹簧力,密封端面的反推力易使端面打开。因此,还应进一步在结构和材料方面进行研究,提高其可靠性和寿命。
４.新材料新技术新工艺等将逐步应用普通泵已使用不锈钢、氟塑料(ｆ４６)、衬塑、衬胶、喷涂陶瓷等,所有这些材料应当尽快应用到潜水电泵上,扩大潜水泵的应用领域。而计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等新技术、新工艺的应用也势在必行。事实证明,新技术、新材料、新工艺的应用,不但解放劳动生产力,而且还可以保证产品质量稳定可靠。
５.注意潜水电泵的外观质量并逐步打入国际市场我国的潜水电泵在国际市场上有着明显的价格竞争优势,但是必须要注意提高电泵的可靠性和寿命,尤其要改善潜水电泵的外观质量,要给用户一种美的感觉,以使国产的潜水电泵早日更多地打入国际市场。