无过载潜污泵的设计思路

无过载潜水排污泵是指能在关死扬程到零扬程的全扬程范围内任何工况点运行，均不发生过载或因过载而烧坏原动机的潜水泵，它的轴功率曲线比较平坦，且轴功率在全扬程范围内都小于(等于)原动机的配套功率。它是一种泵与电机合二为一的输送液体的特殊机械，机电一体潜入水中工作。对于电机功率在11 kW以下的小型潜水排污泵，常在多种场合使用，运行条件极其复杂，泵的实际运行工况点经常变化。由于排出管路上没有流量调节阀，因此因泵过载而烧坏电机的现象时有发生。所以，设计、制造无过载潜水排污泵，对于提高泵的可靠性、耐久性等有很大的现实意义。

一、水力设计

1.1设计参数

    以实际中用途较广的150QW145-10-7.5型潜水排污泵为例来探讨无过载潜水排污泵的水力设计过程，其设计方法对同类型产品均适用。本设计的参数为：流量Q=145 m3／h，扬程H=10 m，转速n=1450 r／min，比转数nt=188。文献[5]规定泵的效率η=61％，电机配套功率P=7.5 kW，排出口径为150 mm，要求通过固体颗粒的大直径为45 mm。

1.2叶轮设计

  本设计取k2=7.25，则D2=220 mm。

(3)叶轮出口宽度b2

  叶轮流道出口断面大致为圆形时，b：=(0.60～0.75)Dj；而当叶轮流道出口断面不是圆形时，b：可取较小值，但应保证单个流道的出口断面面积大致等于叶轮进口断面面积的50％。本设计取b：=0.7Dj，则b2=80 mm。

(4)流道包角φ

    包角φ大，则有利于叶轮与液体之间的能量转换。为了保证该泵在全扬程范围内具有无过载功率特性，且具有较平坦的功率曲线，应取较大的流道包角。通常乒为100°-250°,比转数大时取小值，比转数小时取大值。本设计取φ=170°，并采用等变角对数螺旋线来绘制叶轮平面图的流道中线。

(5)流道出口安放角卢：

对于无过载运行的离心泵，通常应选取较小的流道出口安放角，一般P为10°～1 8°。本设计取β=14°。本设计的双流道叶轮水力图如图1所示。图中

图1  无过载潜水排污泵双流道叶轮水力图

(a)叶轮轴面图和平面图  (b)流道截面图主要流线坐标如表1、2、3所示。

1.3压水室设计

   潜水排污泵的压水室通常有螺旋形压水室、环形压水室和准螺旋形压水室3种形式，压水室的断面均有半圆形和矩形两种形状。由于螺旋形压水室具有过流形状完善、高效区宽、水力性能好等优点，且该泵的比转数较大，故本设计采用螺旋形压水室。为保证大颗粒和长纤维顺利通过，涡室基圆直径φ。应比普通离心泵大，一般取D3=(1.1～1.25)Dz；另外，涡室进口宽度b3、涡室隔舌安放角φ0、隔舌头部直径比普通离心泵略大些即可。因此，压水室的水力设计可按一般清水离心泵的设计过程进行，也可采用自行开发的压水室计算机辅助水力设计软件来进行设计。

二、试验研究

2.1试验方法

   潜水排污泵的性能试验在具有B级精度的开式试验台上完成，该试验台配备有潜水电泵自动测试系统，管路直径为25～250 mm。按照国标GB／T1 2785-91《潜水电泵试验方法》进行试验，其中流量采用涡轮流量计测量，扬程采用压力传感器测量，轴功率采用电测法(UP损耗分析法)测量，转速采用感应线圈法测量。试验从小流量开始一直测到额定流量的160％左右，测量点多于15点。相关测试数据由计算机自动采集、处理后换算成额定转速(以1450 r／min)的值。

2.2试验结果

150QW145-10-7.5型无过载潜水排污泵的性能曲线如图2所示。额定工况点的测定值为：Q=145 m3／h，H=10.62 m，P=5.67 kW，η=74.04％，全扬程范围内的大轴功率P=6.29 kW。

2.3结果分析

(1)叶轮出口宽度为80 mm，远大于要求通过固体颗粒大直径为45 mm的标准规定值，无堵塞，抗缠绕性能好，通过能力强。

(2)效率高，高效区宽，额定工况点泵的效率比标准规定值高13.04％，检测结果完全符合文献[5]的要求。

(3)功率曲线较平坦，斜率较小，在从零扬程到关死扬程的全扬程范围内的大轴功率为6.29 kW，小于额定功率7.5 kW，无过载性能好，可以在全扬程范围内安全可靠运行。

潜水排污泵结构简单，使用方便，用途广泛。无过载设计技术在潜水排污泵上的应用进一步拓宽了其应用领域，提高了运行的可靠性，具有广阔的推广应用前景。