350QJ500型潜水泵技术性能及经济性分析

350QJ500型潜水泵技术性能及经济性分析

摘要：原有生产的400QJ500型潜水泵口径大，生产制造比较困难，使得生产成本也提高，销售价格高，为了满足用户需求，从而提出研制开发350QJ500型潜水泵，该项目流量大、单级扬程高、适用井径小，节约原材料显著，生产制造成本低，具有广大的市场前景。

关键词：潜水泵叶轮口径导流壳的叶片设计和制造

前言

随着市场经济的不断深入发展及水利事业的不断发展，地下水的不断开采利用，地下水位不断下降，所需大流量潜水电泵越来越多；大田灌溉工由传统的大水漫灌向高效节水转变，由井灌向地表水转变。该项目适应于地下和地表提水配套之用。农业是经济发展的支柱产业，发展农业，发展水利事业是经济发展的一项长期任务。该项目产品还适用于煤矿排水，目前煤矿用泵多数是多级离心泵，该产品体积大，配用功率大，配套电机是防爆电机，价格高，该项目产品是潜没于水下工作，工作中不会产生火花，体积小，重量轻，安装维修方便，价格低，是煤矿用多级离心泵的替代产品，在煤矿有着广泛的市场。

为了提高产品质量，降低生产制造成本，提高经济效益。该产品在设计时，充分考虑制造成本，在原400QJ500型潜水泵的基础上进行重新设计，合理优选了产品技术参数；其参数为：适用最小井径为

350mm，比原400QJ500型潜水泵小了50mm，这样可减小泵直径，减轻零部件的重量，提高产品适用范围；单级扬程为30米，比原400QJ500型潜水泵提高了一倍，这样可减少零部件的数量，降低生产制造成本。现将两种产品进行比较：350QJ500—30/1与我厂生产的400QJ500—30/2比较，同扬程30米比较时，可节省一个导流壳、一个叶轮、一个锥套及一套标准件、紧固件等，其价值为1980元（现行价）。同流量、同扬程相比，可节约材料161kg，，其价值为788.9元（161kg×4.9元/kg）。单台可节约生产制造成本（1980＋788.9=）2768.9元。单个零部件重量比较如表1；

根据流体力学和水泵理论与设计一书阐述，一般情况下，流量相等，适用井径大，单级扬程低，泵效率高。而我厂研制开发的350QJ500型潜水泵与国标中400QJ500型相比，流量相同，泵效率相同，机组最大外径减小了50mm，单级扬程提高了一倍。这样给水力设计带来了一定的难度。叶轮水力设计和制造是该项目产品的关键技术，我们的具体做法是：叶轮水力设计采取了混流与离心相结合的设计方法。通过调整水力模型各几何参数，将叶轮叶片由全扭曲设计成半扭曲，使叶轮叶片出口角与导流壳导叶进口角成一定关系，增大叶轮进出口过流面积，达到了提高单级扬程的目的。降低了铸件砂芯的制造难度，提高了铸件质量和出品率，保证了叶轮、导流壳流道的光滑（流道无法加工），从而保证了产品的效率。性能参数对比如表2：

1 结构特点

该项目产品和结构是机泵组装为一体，潜没于水下工作，机泵联接、单级采用共轴式，多机采用套筒式，叶轮固定采用锥套。电机采用上下止推结构，整机设计中增加了迷宫式防砂装置，防止水中砂粒进入电机内腔和水泵轴承，增加防砂装置，防止砂粒进入，提高产品的使用寿命。有些地区地下水含砂量较大，砂粒一旦进入泵体各轴承部位，通过高速旋转，将很快磨损上、下止推轴承、泵导轴承，叶轮、导流壳口环；最终造成机组报废。该项目产品通过增设动静防砂环、骨架油封组成迷宫式防砂装置；大大地提高了产品的防砂能力，延长了产品的使用寿命。为了减小机组最大外径，提高单级扬程，由原400QJ500型潜水泵单级15米，提高为30米;额定流量500 m3/h;额定转速2900r/min，选用YQS300型潜水电机作为原动机;水力模型设计、叶轮叶片设计采用混流式与离心式相结合半扭曲，导流壳叶片设计采用空间导叶;叶轮固定采用锥套式;机泵联接：单扬程采用共轴式、多级采用套筒式;

2 技术指标

2.1 350QJ500型潜水泵主要技术参数如下：

额定流量：500 m3/h；

单级扬程：30m;

额定转速：2900r/min;

配套功率：63～185kW;

机组最大外径：328mm;

泵效率：≥72.2％。

2.2 叶轮叶片的水力设计：

根据流体力学和水泵理论与设计一书阐述，一般情况下，流量相等，适用井径大，单级扬程低，泵效率高。而我厂研制开发的350QJ500型潜水泵与国标中400QJ500型相比，流量相同，泵效率相同，机组最大外径减小了50mm，单级扬程提高了一倍。这样给水力设计带来了一定的难度。叶轮水力设计和制造是该项目产品的关键技术，我们的具体做法是：叶轮水力设计采取了混流与离心相结合的设计方法。通过调整水力模型各几何参数，将叶轮叶片由全扭曲设计成半扭曲，使叶轮叶片出口角与导流壳导叶进口角成一定关系，增大叶轮进出口过流面积，达到了提高单级扬程的目的。降低了铸件砂芯的制造难度，提高了铸件质量和出品率，保证了叶轮、导流壳流道的光滑（流道无法加工），从而保证了产品的效率。

2.3 叶轮叶片水力设计

该项目产品的水力设计采用了离心式和混流式相结合的设计方案

具体做法是：叶轮叶片水力设计采用了相似设计和逐点计算相

结合的设计方法。相似设计就是把所选的模型泵试验结果换算到实型泵（设计泵）上，也可以将实型泵的参数换算为模型泵的参数进行模型泵设计和试验；在设计中所选的模型泵和实型泵必须满足以下三个条件：几何相似、运动相似和动力相似。通过比较和计算结果如下：

a、初步确定叶轮主要尺寸

〔1〕叶轮进口直径Dj

叶轮进口直径Dj的确定：叶轮进口直径又叫吸入眼直径或颈部直径；叶轮进口液体流速V o和叶轮进口直径Dj有着相当大的关系；从传统的设计方法中是限制叶轮进口液体流速V o的，一般不超过3～3.5m/s，认为增大叶轮进口液体流速V o会降低泵的抗汽蚀性能和水力效率。通过我们实际设计证明，适当增大V o，泵在很广的范围内运转时，能保持水力效率不变；因潜水泵对抗汽蚀要求不高，可选择较小的Dj，以减小叶轮密封环的泄露量，提高容积效率；在该项目产品设计中选择V o=4～4.5m/s，在实际设计中选择V o=4.3m/s Dj=V0 3√Q/n=V o 3√500÷3600/2900 =0.15615m=156mm

式中:Dj--叶轮进口直径（mm）、V o—进口液体流速(m/s)

Q—设计流量（m3/s）、n—转速（r/min）

（3）叶轮外径D2的计算