潜污泵自动耦合装置设计研究

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潜污泵自动耦合装置设计研究

　　摘要：介绍潜污泵及其发展情况，着重分析了潜污泵的主要特点及相关各个部件设计特点。然后对于潜污泵自动藕合安装方式和自耦装置设计相关问题进行研究。
　　关键词：潜污泵；特点分析；设计
　　
　　1　潜污泵及其发展情况
　　
　　潜污泵是泵与电动机连成一体的流体机械，主要用于输送城市污水，粪便或液体中含有纤维、纸屑等固体颗粒的介质。由于这种输送介质种类的日益扩大，潜污泵作为不可缺少的排污设备，在工业、市政、水利、建筑业、食品、医院、宾馆、饭店等行业应用广泛。这种泵结构紧凑，占地少，效率高。无堵塞，防缠绕。在年代及今后更长的时间内，随着人类环保意识的增强，环境法规的日趋严格和完善，将成为推动我国和世界泵业技术发展的强大动力。
　　国外早在二十世纪五十年代，就开始了对潜污泵的研究和生产，瑞典飞力公司自1956年开始生产潜污泵，使污水泵站的成本大约减少一半，并且在建筑施工、隧道、矿山等处广泛应用。到了20世纪60年代末，德国、美国、日本等国也相继开始生产潜污泵。目前，由于瑞典飞力公司的潜污泵设计新颖，叶轮结构形式多种多样，处于世界发展前列。日本的建筑设备和工程用潜污泵也已经标准化和系列化，在结构形式、材料选用和自动控制等方面都取得了新的成就。
　　随着各行各业对潜污泵需求的增加和对泵性能要求的提高，现在潜污泵的性能参数在向两极方向发展：
　　(1)流量范围两极化，一般为Q=0.2m3／h-10000m3／h，瑞典ABS公司的潜污泵最大流量达到了Q=10000m3/h，而西班牙博姆巴·埃利阿斯公司的潜污泵最小流量Q=0.02m3/h。
　　(2)扬程向两极方向发展更加明显，一般为h=10m-100m，美帕科泵公司潜污泵扬程最高值h=150m，美国斯迪科费洛公司的最大扬程达到400m，日本EIM电机工业株式社潜污泵最低扬程h=1m。
　　(3)电动机功率两极化，西班牙博姆巴·埃利阿斯公司最小功率为0.08KW，而瑞士ABS泵公司泵电动机的最大功率达到了800KW。
　　
　　2　潜污泵的主要特点
　　
　　(1)叶轮形式多样化。
　　由于被输送的介质中含有易缠绕或聚束的纤维物，该种泵流道易于堵塞，泵一旦被堵塞会使泵不能正常工作，甚至烧毁电机，从而造成排污不畅，给城市生活和环保带来严重的影响。因此对叶轮无堵塞和抗缠绕性要求很高，现在主要采用的叶轮形式有旋流式、单流道式、双流道式、螺旋离心式和开式等。除此之外，为了适应不同工况技术要求，有些公司也采用其他形式叶轮，如日本在原的潜污泵采用混流叶轮，瑞典ABS泵公司，日本ElM电机工业株式会社、ITI飞力公司、德国EMU潜水泵公司采用螺浆式叶轮，美国帕科泵公司采用“奇诺尔特”叶轮，电机工业株式会社在形潜污泵上采用二级叶轮，飞力公司利用潜污泵进行串联使用。
　　(2)泵用材质普通化。
　　由于输送介质的不同，潜污泵过流部件采用的材质也不相同，现在大部分厂家都采用铸铁，不锈钢和青铜等。为了减轻泵的重量，国内很多公司正在研究用塑料作为材料，这也是将来的一个发展方向。也有少数公司如石家庄水泵厂和EMU潜水泵公司采用球墨铸铁和铸钢，英国水力喷射器泵公司和印度莫迪工业公司采用拉铝，意大利卡尔皮达公司采用塑料等。
　　(3)机械密封典型化。
　　机械密封是一种消耗功率较小，使用寿命较长、密封性能较好，应用范围较广泛的密封部件。机械密封的动静环摩擦副在运行过程中作高速的相对运动。由于潜污泵长期运行在污水中，污水中含有不同程度的沙砾和污物，机械密封的动静环摩擦副会在摩擦过程中受到严重磨损而不能保证良好的密封性能和较长的使用寿命。潜污泵因为其结构和输送介质的特殊性，机械密封经常会出现问题。目前，因为机械密封渗漏的维修泵占到差不多50％，机械密封的好坏直接影响到泵的正常运行。因此国内外厂家生产的潜污泵一般都采用机械密封。
　　(4)保护装置标准化。
　　设置电机过载、电机漏水、电机漏电、电机缺相、电机短路、电机过热、轴承超温等外部自动保护功能，可以及时发现隐患，采取措施保证潜水电动机安全可靠地长期运行。印度莫迪工业公司在泵内就装有探头和控制器，监视密封腔的状态和控制水位。
　　(5)切割和破碎装置通用化。
　　国内外绝大多数厂家在潜污泵上装有切割器、搅动刀和破碎器。切割器包括切割刀，切割盘，在前盖板上有切割螺栓，有纹刀的叶轮等。也有些厂家如石家庄水泵厂、美国古尔兹泵公司和日本EMI电机工业株式会社等在泵吸入口处装有搅拌器，飞力公司在带有破碎器的泵上装有冲洗阀。
　　(6)电动机自动化。
　　除了英国水力喷射器泵公司不制造电动机，泵采用水力驱动，英国希佐斯塔尔公司采用带飞轮的电动机，绝大多数的电动机都是自己制造生产的。

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　　3　潜污泵自动藕合安装方式介绍
　　
　　潜污泵一般采用自动藕合(以下简称自耦)安装方式，自藕安装系统主要由快速接口、排水底座、导轨、导轨定位支架等组成。安装时，泵体和快速接口通过螺栓紧密连接在一起，排水底座先通过地脚螺栓固定在水池内，快速接口带动泵沿导轨滑下，和排水底座通过自藕斜面(快速接口和排水底座祸合斜面称为自藕斜面)自动祸合安装在一起。安装好以后，整个泵体和电动机部分依靠泵体出口法兰和快速接口进口法兰连接在一起。通过自耦系统悬挂在空中。
　　
　　4　潜污泵自藕装置结构形式
　　
　　自耦装置结构形式多样，无论哪种自耦装置，其设计原理都是一样，通过排水底座的自藕斜面和快速接口相连接，通过自耦斜面的作用来平衡泵在竖直方向的合力，达到祸合的目的，设计过程中，排水底座的设计基本相似，最大的区别在于快速接口的结构型式。
　　国内主要采用的快速接口有两种，一种是双支撑式，所谓双支撑式，即在快速接口左右两端各伸出一个自耦支撑块，通过自耦支撑块上两个自耦斜面和排水底座自耦斜面相配合，达到祸合的目的。安装时，快速接口和排水底座通过自耦斜面紧密贴和在一起，在排水底座进口法兰和快速接口出口面之间添加密封圈密封，通过自耦斜面产生一个向上的作用力来支撑泵体的重量。
　　第二种是自耦锁紧秆和自耦斜面相连接的方式：这个结构和上一种设计方案相似，排水底座设计和双支撑式一样，最大的差别在于排水底座自耦斜面和快速接口的连接方式不同，前者采用的是两个自耦斜面之间的结合，而这种结构采用的是通过自耦锁紧杆和自耦斜面结合。
　　另外在国外，有些潜污泵公司采用中间支撑式结构，其泵体和快速接口的连接方式和国内主要连接方式相比也截然不同，其设计结构优美，主要采用圆弧过渡，安装时，快速接口通过螺栓连接在泵体出口扩散管外壁，然后通过一个的弧形弯状凸起，通过凸起上的自藕斜面和排水底座相连接。
　　
　　5　自耦装置设计概述
　　
　　自耦装置设计主要包括两方面，排水底座和快速接口的设计，他们是自耦装置中两个最主要的部分。另外，自耦装置设计好以后，在满足设计工况密封的条件下，可以从三方面进行判断结构的优劣：(1)结构是否满足强度要求，这是最基本的一个要求，一切参数的设计都必须在满足此条件的情况下进行选择。(2)判断结构所能承受的最大的压力大小，根据设计结构，求出在多大设计水头下，装置会打开漏水。(3)在满足强度要求下，所用材料越少越好。其中限制快速接口最高点和最低点到中心的距离，就是基于此而考虑的。