深井泵的水力设计及平衡研究

当前国外深井泵的生产厂家主要有美国的飞力(Flygt)、ITT-LOWARA，丹麦的格兰富，德国的里茨(Ritz)、KSB等.从引进的产品看，无论在水力性能以及加工工艺和材料耐用性等方面都非常先进.比如丹麦格兰富的冲压不锈钢井泵技术，牢牢占据着高端市场.冲压泵是国际上20世纪70年代开始研究的新产品.最初由丹麦格兰富公司首先采用冲压、焊接方法生产离心泵叶轮.80年代推出了整体冲压成型多级泵.到了90年代，以格兰富公司的冲压不锈钢井泵为代表的产品有了更大的发展.这种不锈钢冲压焊接多级泵有效地解决了低比速离心泵在铸造中无法实现的工艺，具有结构简单、性能良好、可靠性高、密封性能好、生产工艺先进等优点，并且其水力性能普遍优于铸造离心泵.综上所述，不锈钢冲压焊接井泵凭借其优良的性能，代表了国际上井泵发展的趋势，具有广阔的应用前景. 

    在最近的数年时间里，国内很多学者致力于深井泵的研究，并且取得了一定的成果.采用PCAD2000水力设计软件，对某种井泵水力部分进行了重新设计.结果表明，依靠设计经验与水力设计软件相结合，有利于提高井泵的效率.文献研究了新型下吸式井泵，将井泵分为上下两个部分，电机上面连接QJ型系列井泵，电机下装一套单级水泵.研究结果表明密封效果好，拓宽了井泵的适用范围，并使抽送介质的含沙量由原来的0.01％提高到0.1％.文献分别对叶轮进出口参数的选择、导流壳几何参数的选取、叶轮出口叶片间面积等因素对潜水泵性能的影响进行了研究.文献[14]中提出了深井泵设计方法和深井泵最高效率计算公式，为深井泵水力设计提供了一套计算公式，叶轮直径计算相对误差为2.39％，完全能满足精度要求.专利“一种高效高扬程通用型井泵”通过建立新型水力模型，从而提高了单级扬程和效率.国内传统的QJ型系列井用潜水泵和JC型系列长轴深井离心泵的设计观念，都是水力设计高于结构设计，往往为了水泵效率提高l％，而不顾产品成本增加10％.在结构形式上，泵体之间多数用螺栓固定联结；为了给联结部位留有螺栓的位置，泵体装叶轮的入口口径要比泵体外径小很多，这就大大限制了叶轮的最大直径，也即限制了叶轮的单级扬程.而文献“一种深井离心泵”则提出了深井离心泵叶轮极大直径设计法，其特点是将叶轮前盖板直径扩大到泵体内壁边缘，使叶轮直径在相应的井径条件下达到极大值，它与反导叶导流壳配套，可以使泵体轴向长度减短到极小值.它采用了扭曲反导叶设计法而不同于普通圆柱叶片的反导叶，其进口一段叶片是三维曲面，这样可以优化人口条件.研究认为，这种设计方法不仅可以提高井泵的单级扬程，还可以提高水泵效率，实现深井离心泵全扬程无过载运行，同时也指出需要研究新的优秀水力模型来保证井泵的水力效率不降低|.深井泵传统的结构形式和水力设计，轴向尺寸大，叶片的制造难度大，生产成本高，综合经济效益低.为了达到物美价廉的目标，新型井泵尤其是级数超过3级的高扬程井泵，今后的发展趋势将是单级扬程大大提高，泵体的轴向高度大为降低.国家标准《井用潜水泵》(GB／T 2816--2002)在制定基本参数时，取消了旧标准《井用潜水泵型式和基本参数》(GB／T281691)中对单级扬程的规定，也是顺应这个发展趋势的. 

深井泵轴向力的平衡
在生产实践中，泵的轴向力是客观存在的.特别是高扬程深井泵，若设计、运行不当，过大的轴向力将导致轴承烧毁、轴封损坏甚至断轴等事故.在很多场合下，过大的轴向力所产生的问题，其严重性已经超过了效率、磨损等因素所产生的问题，成为深井泵能否安全、稳定运行的决定性因素[19|.现就深井泵轴向力平衡装置的研究进展介绍如下.关醒凡等提出了一种新型深井泵轴向力装置，该平衡装置将一对动、静摩擦副安装在末级叶轮之后，该新型平衡轴封装置既能平衡轴向力，又基本上无泄漏.采用该装置后泵运行可靠，节能效果显著.陆伟刚等提出“一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵，是在叶轮进口采用端面密封结构的基础上，使叶轮前盖板的面积大于叶轮后盖板的面积，叶轮前盖板外径与导流壳的配合为间隙配合，叶轮进口的端面密封副被做成能够承受微小轴向力的推力轴承副，从而实现了依靠叶轮自身来完全平衡轴向力的效果，彻底解决了轴向力的破坏问题，并且还可以降低泵的生产成本.通过改变叶轮背叶片的几何尺寸，研究了背叶片对轴向力的影响.提出了一种平衡鼓组合装置，其原理与平衡盘原理基本相同.提出了一种平衡鼓与平衡盘的组合结构.文献设计了一种带有双密封环和平衡孔的浮动叶轮平衡装置，用以实现自动平衡轴向力. 另外，随着计算机技术的发展，CFD在流体机械中的应用逐渐走向成熟，基于CFD的水泵性能预测及优化设计已基本达到工程实用的程度，目前已涉及对泵轴向力的计算.对井用潜水泵的内部流场进行数值模拟，得出了其轴向力的压力分布，进行了轴向力计算和平衡分析等.因此，利用数值模拟来计算轴向力及研究新的平衡轴向力的方法是未来研究的一种有效方法。

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