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無過載潛污泵的設(shè)計思路

時間:2018-3-12 13:47:23來源:http://m.forbabytobe.com作者:弘凌泵閥

無過載潛水排污泵是指能在關(guān)死揚程到零揚程的全揚程范圍內(nèi)任何工況點運行,均不發(fā)生過載或因過載而燒壞原動機的潛水泵,它的軸功率曲線比較平坦,且軸功率在全揚程范圍內(nèi)都小于(等于)原動機的配套功率。它是一種泵與電機合二為一的輸送液體的特殊機械,機電一體潛入水中工作。對于電機功率在11 kW以下的小型潛水排污泵,常在多種場合使用,運行條件極其復(fù)雜,泵的實際運行工況點經(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的現(xiàn)象時有發(fā)生。所以,設(shè)計、制造無過載潛水排污泵,對于提高泵的可靠性、耐久性等有很大的現(xiàn)實意義。

一、水力設(shè)計

1.1設(shè)計參數(shù)

    以實際中用途較廣的150QW145-10-7.5型潛水排污泵為例來探討無過載潛水排污泵的水力設(shè)計過程,其設(shè)計方法對同類型產(chǎn)品均適用。本設(shè)計的參數(shù)為:流量Q=145 m3/h,揚程H=10 m,轉(zhuǎn)速n=1450 r/min,比轉(zhuǎn)數(shù)nt=188。文獻[5]規(guī)定泵的效率η=61%,電機配套功率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

    為了保證輸送含有長纖維及固體顆粒的介質(zhì)時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口至出口由兩個彎曲的流道組成,結(jié)構(gòu)對稱,平衡性好。具有無堵塞、抗纏繞性能好,通過能力強,效率高,功率曲線較平坦,耐磨性能較好等優(yōu)點。
    通過對50余種規(guī)格的雙流道葉輪水力模型進行分析、歸納、優(yōu)化,用小二乘法統(tǒng)計出了設(shè)計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)了雙流道葉輪的計算機輔助水力設(shè)計軟件,可以自動進行參數(shù)優(yōu)化,并對葉輪的軸面圖、平面圖進行設(shè)計、計算和自動繪圖,提高了設(shè)計的速度和精度。
    (1)葉輪進口直徑D,
    葉輪進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,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)驗公式求得進口直徑后,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[3]。
 
式中,葉輪進口速度系數(shù)kj取3.5-4.5。本設(shè)計主要考慮效率,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程的主要參數(shù),根據(jù)統(tǒng)計、分析,該值計算式為式中五:—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,b:=(0.60~0.75)Dj;而當葉輪流道出口斷面不是圓形時,b:可取較小值,但應(yīng)保證單個流道的出口斷面面積大致等于葉輪進口斷面面積的50%。本設(shè)計取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程范圍內(nèi)具有無過載功率特性,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)大時取小值,比轉(zhuǎn)數(shù)小時取大值。本設(shè)計取φ=170°,并采用等變角對數(shù)螺旋線來繪制葉輪平面圖的流道中線。

(5)流道出口安放角盧:

對于無過載運行的離心泵,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)計取β=14°。本設(shè)計的雙流道葉輪水力圖如圖1所示。圖中

圖1  無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如表1、2、3所示。

1.3壓水室設(shè)計

   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,且該泵的比轉(zhuǎn)數(shù)較大,故本設(shè)計采用螺旋形壓水室。為保證大顆粒和長纖維順利通過,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)計可按一般清水離心泵的設(shè)計過程進行,也可采用自行開發(fā)的壓水室計算機輔助水力設(shè)計軟件來進行設(shè)計。

二、試驗研究

2.1試驗方法

   潛水排污泵的性能試驗在具有B級精度的開式試驗臺上完成,該試驗臺配備有潛水電泵自動測試系統(tǒng),管路直徑為25~250 mm。按照國標GB/T1 2785-91《潛水電泵試驗方法》進行試驗,其中流量采用渦輪流量計測量,揚程采用壓力傳感器測量,軸功率采用電測法(UP損耗分析法)測量,轉(zhuǎn)速采用感應(yīng)線圈法測量。試驗從小流量開始一直測到額定流量的160%左右,測量點多于15點。相關(guān)測試數(shù)據(jù)由計算機自動采集、處理后換算成額定轉(zhuǎn)速(以1450 r/min)的值。

2.2試驗結(jié)果

150QW145-10-7.5型無過載潛水排污泵的性能曲線如圖2所示。額定工況點的測定值為:Q=145 m3/h,H=10.62 m,P=5.67 kW,η=74.04%,全揚程范圍內(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,遠大于要求通過固體顆粒大直徑為45 mm的標準規(guī)定值,無堵塞,抗纏繞性能好,通過能力強。

(2)效率高,高效區(qū)寬,額定工況點泵的效率比標準規(guī)定值高13.04%,檢測結(jié)果完全符合文獻[5]的要求。

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

潛水排污泵結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,用途廣泛。無過載設(shè)計技術(shù)在潛水排污泵上的應(yīng)用進一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域,提高了運行的可靠性,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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