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無(wú)過載潛污泵的設(shè)計(jì)思路

時(shí)間:2018-3-12 13:47:23來(lái)源:http://m.bfqxfs.com作者:弘凌泵閥

無(wú)過載潛水排污泵是指能在關(guān)死揚(yáng)程到零揚(yáng)程的全揚(yáng)程范圍內(nèi)任何工況點(diǎn)運(yùn)行,均不發(fā)生過載或因過載而燒壞原動(dòng)機(jī)的潛水泵,它的軸功率曲線比較平坦,且軸功率在全揚(yáng)程范圍內(nèi)都小于(等于)原動(dòng)機(jī)的配套功率。它是一種泵與電機(jī)合二為一的輸送液體的特殊機(jī)械,機(jī)電一體潛入水中工作。對(duì)于電機(jī)功率在11 kW以下的小型潛水排污泵,常在多種場(chǎng)合使用,運(yùn)行條件極其復(fù)雜,泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)經(jīng)常變化。由于排出管路上沒有流量調(diào)節(jié)閥,因此因泵過載而燒壞電機(jī)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。所以,設(shè)計(jì)、制造無(wú)過載潛水排污泵,對(duì)于提高泵的可靠性、耐久性等有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

一、水力設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

    以實(shí)際中用途較廣的150QW145-10-7.5型潛水排污泵為例來(lái)探討無(wú)過載潛水排污泵的水力設(shè)計(jì)過程,其設(shè)計(jì)方法對(duì)同類型產(chǎn)品均適用。本設(shè)計(jì)的參數(shù)為:流量Q=145 m3/h,揚(yáng)程H=10 m,轉(zhuǎn)速n=1450 r/min,比轉(zhuǎn)數(shù)nt=188。文獻(xiàn)[5]規(guī)定泵的效率η=61%,電機(jī)配套功率P=7.5 kW,排出口徑為150 mm,要求通過固體顆粒的大直徑為45 mm。

1.2葉輪設(shè)計(jì)

    為了保證輸送含有長(zhǎng)纖維及固體顆粒的介質(zhì)時(shí)具有良好的通過性能,該泵采用雙流道式葉輪。雙流道葉輪從葉輪進(jìn)口至出口由兩個(gè)彎曲的流道組成,結(jié)構(gòu)對(duì)稱,平衡性好。具有無(wú)堵塞、抗纏繞性能好,通過能力強(qiáng),效率高,功率曲線較平坦,耐磨性能較好等優(yōu)點(diǎn)。
    通過對(duì)50余種規(guī)格的雙流道葉輪水力模型進(jìn)行分析、歸納、優(yōu)化,用小二乘法統(tǒng)計(jì)出了設(shè)計(jì)雙流道葉輪主要尺寸的各系數(shù)值。并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了雙流道葉輪的計(jì)算機(jī)輔助水力設(shè)計(jì)軟件,可以自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,并對(duì)葉輪的軸面圖、平面圖進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算和自動(dòng)繪圖,提高了設(shè)計(jì)的速度和精度。
    (1)葉輪進(jìn)口直徑D,
    葉輪進(jìn)口直徑主要取決于泵的流量,但是雙流道葉輪用于抽送含有固體雜質(zhì)的液體時(shí),由于固體物的沉降速度與液流流速有關(guān),因此按下面的經(jīng)驗(yàn)公式求得進(jìn)口直徑后,應(yīng)校核臨界沉降速度。臨界沉降速度的校核方法參見文獻(xiàn)[3]。
 
式中,葉輪進(jìn)口速度系數(shù)kj取3.5-4.5。本設(shè)計(jì)主要考慮效率,故取忌j=3.8,則Dj=115 mm。
    (2)葉輪出口直徑D2
    葉輪出口直徑是影響揚(yáng)程的主要參數(shù),根據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析,該值計(jì)算式為式中五:—葉輪出口速度系數(shù)
    Kz=(9.5~10.5)(n3/100)-1/2

  本設(shè)計(jì)取k2=7.25,則D2=220 mm。

(3)葉輪出口寬度b2

  葉輪流道出口斷面大致為圓形時(shí),b:=(0.60~0.75)Dj;而當(dāng)葉輪流道出口斷面不是圓形時(shí),b:可取較小值,但應(yīng)保證單個(gè)流道的出口斷面面積大致等于葉輪進(jìn)口斷面面積的50%。本設(shè)計(jì)取b:=0.7Dj,則b2=80 mm。

(4)流道包角φ

    包角φ大,則有利于葉輪與液體之間的能量轉(zhuǎn)換。為了保證該泵在全揚(yáng)程范圍內(nèi)具有無(wú)過載功率特性,且具有較平坦的功率曲線,應(yīng)取較大的流道包角。通常乒為100°-250°,比轉(zhuǎn)數(shù)大時(shí)取小值,比轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)取大值。本設(shè)計(jì)取φ=170°,并采用等變角對(duì)數(shù)螺旋線來(lái)繪制葉輪平面圖的流道中線。

(5)流道出口安放角盧:

對(duì)于無(wú)過載運(yùn)行的離心泵,通常應(yīng)選取較小的流道出口安放角,一般P為10°~1 8°。本設(shè)計(jì)取β=14°。本設(shè)計(jì)的雙流道葉輪水力圖如圖1所示。圖中

圖1  無(wú)過載潛水排污泵雙流道葉輪水力圖

(a)葉輪軸面圖和平面圖  (b)流道截面圖主要流線坐標(biāo)如表1、2、3所示。

1.3壓水室設(shè)計(jì)

   潛水排污泵的壓水室通常有螺旋形壓水室、環(huán)形壓水室和準(zhǔn)螺旋形壓水室3種形式,壓水室的斷面均有半圓形和矩形兩種形狀。由于螺旋形壓水室具有過流形狀完善、高效區(qū)寬、水力性能好等優(yōu)點(diǎn),且該泵的比轉(zhuǎn)數(shù)較大,故本設(shè)計(jì)采用螺旋形壓水室。為保證大顆粒和長(zhǎng)纖維順利通過,渦室基圓直徑φ。應(yīng)比普通離心泵大,一般取D3=(1.1~1.25)Dz;另外,渦室進(jìn)口寬度b3、渦室隔舌安放角φ0、隔舌頭部直徑比普通離心泵略大些即可。因此,壓水室的水力設(shè)計(jì)可按一般清水離心泵的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行,也可采用自行開發(fā)的壓水室計(jì)算機(jī)輔助水力設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)方法

   潛水排污泵的性能試驗(yàn)在具有B級(jí)精度的開式試驗(yàn)臺(tái)上完成,該試驗(yàn)臺(tái)配備有潛水電泵自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),管路直徑為25~250 mm。按照國(guó)標(biāo)GB/T1 2785-91《潛水電泵試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn),其中流量采用渦輪流量計(jì)測(cè)量,揚(yáng)程采用壓力傳感器測(cè)量,軸功率采用電測(cè)法(UP損耗分析法)測(cè)量,轉(zhuǎn)速采用感應(yīng)線圈法測(cè)量。試驗(yàn)從小流量開始一直測(cè)到額定流量的160%左右,測(cè)量點(diǎn)多于15點(diǎn)。相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集、處理后換算成額定轉(zhuǎn)速(以1450 r/min)的值。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

150QW145-10-7.5型無(wú)過載潛水排污泵的性能曲線如圖2所示。額定工況點(diǎn)的測(cè)定值為:Q=145 m3/h,H=10.62 m,P=5.67 kW,η=74.04%,全揚(yáng)程范圍內(nèi)的大軸功率P=6.29 kW。

 

2.3結(jié)果分析

(1)葉輪出口寬度為80 mm,遠(yuǎn)大于要求通過固體顆粒大直徑為45 mm的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值,無(wú)堵塞,抗纏繞性能好,通過能力強(qiáng)。

(2)效率高,高效區(qū)寬,額定工況點(diǎn)泵的效率比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值高13.04%,檢測(cè)結(jié)果完全符合文獻(xiàn)[5]的要求。

(3)功率曲線較平坦,斜率較小,在從零揚(yáng)程到關(guān)死揚(yáng)程的全揚(yáng)程范圍內(nèi)的大軸功率為6.29 kW,小于額定功率7.5 kW,無(wú)過載性能好,可以在全揚(yáng)程范圍內(nèi)安全可靠運(yùn)行。

潛水排污泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,用途廣泛。無(wú)過載設(shè)計(jì)技術(shù)在潛水排污泵上的應(yīng)用進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域,提高了運(yùn)行的可靠性,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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