無過（guò）載潛汙泵的設計思路

無（wú）過載潛水（shuǐ）排汙泵是指能在關死揚程到零揚程的全（quán）揚（yáng）程範（fàn）圍內任何工況（kuàng）點運行（háng），均不發生過載或因過載而燒壞原動（dòng）機的（de）潛（qián）水泵，它的軸功率曲線比較（jiào）平坦，且軸功率（lǜ）在全揚程範（fàn）圍（wéi）內都小於(等於)原動（dòng）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（yī）體潛入水中工作。對於電機功率在11 kW以下的小型（xíng）潛水排汙泵，常在多種場合使用，運行條件極其複雜，泵的實際運行工況點經常（cháng）變化。由於排出管路上沒有（yǒu）流量調節閥，因此因泵（bèng）過載而燒壞電機的現象時有發生。所以，設計、製（zhì）造無過（guò）載潛水排汙泵，對於（yú）提高泵的可靠性、耐久性等有很大的現實意義。

一、水力設計

1.1設計參（cān）數

    以實際中用途較廣的150QW145-10-7.5型潛水排汙泵為例來探討無過載潛（qián）水排汙泵的水力設計過程，其設計方法對（duì）同（tóng）類型產品均適用。本設計的參數為：流量Q=145 m3／h，揚程H=10 m，轉速n=1450 r／min，比轉數nt=188。文獻[5]規定泵的效率η=61％，電機配套功（gōng）率（lǜ）P=7.5 kW，排出口徑為150 mm，要求通過（guò）固體顆（kē）粒的大直徑為45 mm。

1.2葉（yè）輪設計

  本（běn）設計取k2=7.25，則D2=220 mm。

(3)葉（yè）輪出口寬度b2

  葉輪（lún）流道出口斷麵大致為圓形時，b：=(0.60～0.75)Dj；而當（dāng）葉輪流道出口斷麵不是圓形時，b：可取較小值，但應保（bǎo）證單個流道的（de）出口斷麵麵積大致等於葉輪進口斷麵麵積的50％。本設計取b：=0.7Dj，則b2=80 mm。

(4)流道包角φ

    包角φ大，則有利於葉輪與液體之間的能量轉換。為了保證該泵在全揚程範（fàn）圍內具有無過載功率特性（xìng），且具有較平坦的功率曲線，應取（qǔ）較大的流道包角。通常乒（pīng）為100°-250°,比轉數大（dà）時（shí）取小值，比轉數小（xiǎo）時取大值。本設計取φ=170°，並采用（yòng）等變角對數螺旋（xuán）線來繪製葉輪平麵圖（tú）的流道中線。

(5)流道出口安放角盧：

對於無過載運行的離（lí）心泵，通常應選取較小的流（liú）道出口安放角（jiǎo），一般P為10°～1 8°。本（běn）設計取β=14°。本設計的雙流道葉輪水力圖如圖1所示。圖中

圖1  無（wú）過載潛水排汙泵雙流道葉輪水力圖

(a)葉輪軸麵圖（tú）和平麵圖  (b)流道截麵圖主要流線坐標如（rú）表1、2、3所示。

1.3壓水（shuǐ）室設（shè）計

   潛水（shuǐ）排汙泵的壓水室通常有螺旋形壓水室、環形壓水室和準螺旋形壓水室3種形式，壓水（shuǐ）室的斷麵均有半圓形和矩形兩種形狀。由於螺旋形壓水（shuǐ）室具有過流形狀完善、高效區寬、水力性（xìng）能好等優點，且該泵的比轉數較大，故本設計采用螺旋形（xíng）壓（yā）水（shuǐ）室。為保證大顆粒和長纖維順利通過，渦室基圓直徑φ。應比普通離（lí）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（tóu）部直徑比普通離心泵略大（dà）些即可。因此，壓水室的水力設計可按一般清水離心泵的設計過程進行，也可采用自行開發的（de）壓（yā）水室計算機輔助水力設計軟件來進行設計。

二、試驗研究

2.1試驗方法

   潛水（shuǐ）排汙泵的性能試驗在具有B級精度的開式試驗台上完成，該試（shì）驗台配備有潛水（shuǐ）電泵自動測試係統，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（háng）試驗，其中流量采（cǎi）用渦輪流量計測量（liàng），揚程采用壓力傳感器測量，軸功率（lǜ）采用電測法(UP損耗分析法)測量，轉速采用感應線圈法測量。試驗（yàn）從小流量開始（shǐ）一（yī）直測到額定流量的160％左右，測量（liàng）點多於15點（diǎn）。相關測試數據由計算機自（zì）動（dòng）采集、處（chù）理後換算（suàn）成額定（dìng）轉速(以1450 r／min)的值。

2.2試驗結果

150QW145-10-7.5型無過載潛水排汙泵的性能（néng）曲線如圖2所（suǒ）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％，全揚程範圍內的大軸功率P=6.29 kW。

2.3結果分析

(1)葉輪出口寬度為80 mm，遠大於要求通過固（gù）體顆（kē）粒大直徑為45 mm的標準規定值，無堵塞，抗纏繞（rào）性能好，通過能力強。

(2)效率高，高（gāo）效區寬，額定工況點泵的效率比標準規定值高13.04％，檢測結果完全符合文獻[5]的要求。

(3)功率曲線較平坦，斜率較小，在從零揚程到關死揚程的全揚程範圍內的大軸功率為（wéi）6.29 kW，小於（yú）額定功（gōng）率7.5 kW，無過載（zǎi）性能好，可以在全揚程範圍（wéi）內安全可靠（kào）運行。

潛水排汙泵結（jié）構簡單，使用方便，用途廣泛。無過載設計技術在（zài）潛水（shuǐ）排汙泵上的應用進一步拓寬了其應用領域（yù），提高了運行的可（kě）靠性，具有（yǒu）廣闊的推廣應用前景。