潛污泵自動(dòng)耦合裝置設(shè)計(jì)研究

林海嘯

摘要：介紹潛污泵及其發(fā)展情況，著重分析了潛污泵的主要特點(diǎn)及相關(guān)各個(gè)部件設(shè)計(jì)特點(diǎn)。然后對(duì)于潛污泵自動(dòng)藕合安裝方式和自耦裝置設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：潛污泵；特點(diǎn)分析；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198(2009)13-0305-02

1潛污泵及其發(fā)展情況

潛污泵是泵與電動(dòng)機(jī)連成一體的流體機(jī)械，主要用于輸送城市污水，糞便或液體中含有纖維、紙屑等固體顆粒的介質(zhì)。由于這種輸送介質(zhì)種類的日益擴(kuò)大，潛污泵作為不可缺少的排污設(shè)備，在工業(yè)、市政、水利、建筑業(yè)、食品、醫(yī)院、賓館、飯店等行業(yè)應(yīng)用廣泛。這種泵結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，效率高。無(wú)堵塞，防纏繞。在年代及今后更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)境法規(guī)的日趨嚴(yán)格和完善，將成為推動(dòng)我國(guó)和世界泵業(yè)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。

國(guó)外早在二十世紀(jì)五十年代，就開始了對(duì)潛污泵的研究和生產(chǎn)，瑞典飛力公司自1956年開始生產(chǎn)潛污泵，使污水泵站的成本大約減少一半，并且在建筑施工、隧道、礦山等處廣泛應(yīng)用。到了20世紀(jì)60年代末，德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)也相繼開始生產(chǎn)潛污泵。目前，由于瑞典飛力公司的潛污泵設(shè)計(jì)新穎，葉輪結(jié)構(gòu)形式多種多樣，處于世界發(fā)展前列。日本的建筑設(shè)備和工程用潛污泵也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，在結(jié)構(gòu)形式、材料選用和自動(dòng)控制等方面都取得了新的成就。

隨著各行各業(yè)對(duì)潛污泵需求的增加和對(duì)泵性能要求的提高，現(xiàn)在潛污泵的性能參數(shù)在向兩極方向發(fā)展：

(1)流量范圍兩極化，一般為Q=0.2m³／h-10000m³／h，瑞典ABS公司的潛污泵最大流量達(dá)到了Q=10000m³/h，而西班牙博姆巴·埃利阿斯公司的潛污泵最小流量Q=0.02m³/h。

(2)揚(yáng)程向兩極方向發(fā)展更加明顯，一般為h=10m-100m，美帕科泵公司潛污泵揚(yáng)程最高值h=150m，美國(guó)斯迪科費(fèi)洛公司的最大揚(yáng)程達(dá)到400m，日本EIM電機(jī)工業(yè)株式社潛污泵最低揚(yáng)程h=1m。

(3)電動(dòng)機(jī)功率兩極化，西班牙博姆巴·埃利阿斯公司最小功率為0.08KW，而瑞士ABS泵公司泵電動(dòng)機(jī)的最大功率達(dá)到了800KW。

2潛污泵的主要特點(diǎn)

(1)葉輪形式多樣化。

由于被輸送的介質(zhì)中含有易纏繞或聚束的纖維物，該種泵流道易于堵塞，泵一旦被堵塞會(huì)使泵不能正常工作，甚至燒毀電機(jī)，從而造成排污不暢，給城市生活和環(huán)保帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此對(duì)葉輪無(wú)堵塞和抗纏繞性要求很高，現(xiàn)在主要采用的葉輪形式有旋流式、單流道式、雙流道式、螺旋離心式和開式等。除此之外，為了適應(yīng)不同工況技術(shù)要求，有些公司也采用其他形式葉輪，如日本在原的潛污泵采用混流葉輪，瑞典ABS泵公司，日本ElM電機(jī)工業(yè)株式會(huì)社、ITI飛力公司、德國(guó)EMU潛水泵公司采用螺漿式葉輪，美國(guó)帕科泵公司采用“奇諾爾特”葉輪，電機(jī)工業(yè)株式會(huì)社在形潛污泵上采用二級(jí)葉輪，飛力公司利用潛污泵進(jìn)行串聯(lián)使用。

(2)泵用材質(zhì)普通化。

由于輸送介質(zhì)的不同，潛污泵過(guò)流部件采用的材質(zhì)也不相同，現(xiàn)在大部分廠家都采用鑄鐵，不銹鋼和青銅等。為了減輕泵的重量，國(guó)內(nèi)很多公司正在研究用塑料作為材料，這也是將來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。也有少數(shù)公司如石家莊水泵廠和EMU潛水泵公司采用球墨鑄鐵和鑄鋼，英國(guó)水力噴射器泵公司和印度莫迪工業(yè)公司采用拉鋁，意大利卡爾皮達(dá)公司采用塑料等。

(3)機(jī)械密封典型化。

機(jī)械密封是一種消耗功率較小，使用壽命較長(zhǎng)、密封性能較好，應(yīng)用范圍較廣泛的密封部件。機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)摩擦副在運(yùn)行過(guò)程中作高速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于潛污泵長(zhǎng)期運(yùn)行在污水中，污水中含有不同程度的沙礫和污物，機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)摩擦副會(huì)在摩擦過(guò)程中受到嚴(yán)重磨損而不能保證良好的密封性能和較長(zhǎng)的使用壽命。潛污泵因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)和輸送介質(zhì)的特殊性，機(jī)械密封經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。目前，因?yàn)闄C(jī)械密封滲漏的維修泵占到差不多50％，機(jī)械密封的好壞直接影響到泵的正常運(yùn)行。因此國(guó)內(nèi)外廠家生產(chǎn)的潛污泵一般都采用機(jī)械密封。

(4)保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化。

設(shè)置電機(jī)過(guò)載、電機(jī)漏水、電機(jī)漏電、電機(jī)缺相、電機(jī)短路、電機(jī)過(guò)熱、軸承超溫等外部自動(dòng)保護(hù)功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，采取措施保證潛水電動(dòng)機(jī)安全可靠地長(zhǎng)期運(yùn)行。印度莫迪工業(yè)公司在泵內(nèi)就裝有探頭和控制器，監(jiān)視密封腔的狀態(tài)和控制水位。

(5)切割和破碎裝置通用化。

國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)廠家在潛污泵上裝有切割器、攪動(dòng)刀和破碎器。切割器包括切割刀，切割盤，在前蓋板上有切割螺栓，有紋刀的葉輪等。也有些廠家如石家莊水泵廠、美國(guó)古爾茲泵公司和日本EMI電機(jī)工業(yè)株式會(huì)社等在泵吸入口處裝有攪拌器，飛力公司在帶有破碎器的泵上裝有沖洗閥。

(6)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)化。

除了英國(guó)水力噴射器泵公司不制造電動(dòng)機(jī)，泵采用水力驅(qū)動(dòng)，英國(guó)希佐斯塔爾公司采用帶飛輪的電動(dòng)機(jī)，絕大多數(shù)的電動(dòng)機(jī)都是自己制造生產(chǎn)的。

3潛污泵自動(dòng)藕合安裝方式介紹

潛污泵一般采用自動(dòng)藕合(以下簡(jiǎn)稱自耦)安裝方式，自藕安裝系統(tǒng)主要由快速接口、排水底座、導(dǎo)軌、導(dǎo)軌定位支架等組成。安裝時(shí)，泵體和快速接口通過(guò)螺栓緊密連接在一起，排水底座先通過(guò)地腳螺栓固定在水池內(nèi)，快速接口帶動(dòng)泵沿導(dǎo)軌滑下，和排水底座通過(guò)自藕斜面(快速接口和排水底座禍合斜面稱為自藕斜面)自動(dòng)禍合安裝在一起。安裝好以后，整個(gè)泵體和電動(dòng)機(jī)部分依靠泵體出口法蘭和快速接口進(jìn)口法蘭連接在一起。通過(guò)自耦系統(tǒng)懸掛在空中。

4潛污泵自藕裝置結(jié)構(gòu)形式

自耦裝置結(jié)構(gòu)形式多樣，無(wú)論哪種自耦裝置，其設(shè)計(jì)原理都是一樣，通過(guò)排水底座的自藕斜面和快速接口相連接，通過(guò)自耦斜面的作用來(lái)平衡泵在豎直方向的合力，達(dá)到禍合的目的，設(shè)計(jì)過(guò)程中，排水底座的設(shè)計(jì)基本相似，最大的區(qū)別在于快速接口的結(jié)構(gòu)型式。

國(guó)內(nèi)主要采用的快速接口有兩種，一種是雙支撐式，所謂雙支撐式，即在快速接口左右兩端各伸出一個(gè)自耦支撐塊，通過(guò)自耦支撐塊上兩個(gè)自耦斜面和排水底座自耦斜面相配合，達(dá)到禍合的目的。安裝時(shí)，快速接口和排水底座通過(guò)自耦斜面緊密貼和在一起，在排水底座進(jìn)口法蘭和快速接口出口面之間添加密封圈密封，通過(guò)自耦斜面產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力來(lái)支撐泵體的重量。

第二種是自耦鎖緊稈和自耦斜面相連接的方式：這個(gè)結(jié)構(gòu)和上一種設(shè)計(jì)方案相似，排水底座設(shè)計(jì)和雙支撐式一樣，最大的差別在于排水底座自耦斜面和快速接口的連接方式不同，前者采用的是兩個(gè)自耦斜面之間的結(jié)合，而這種結(jié)構(gòu)采用的是通過(guò)自耦鎖緊桿和自耦斜面結(jié)合。

另外在國(guó)外，有些潛污泵公司采用中間支撐式結(jié)構(gòu)，其泵體和快速接口的連接方式和國(guó)內(nèi)主要連接方式相比也截然不同，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)美，主要采用圓弧過(guò)渡，安裝時(shí)，快速接口通過(guò)螺栓連接在泵體出口擴(kuò)散管外壁，然后通過(guò)一個(gè)的弧形彎狀凸起，通過(guò)凸起上的自藕斜面和排水底座相連接。

5自耦裝置設(shè)計(jì)概述

自耦裝置設(shè)計(jì)主要包括兩方面，排水底座和快速接口的設(shè)計(jì)，他們是自耦裝置中兩個(gè)最主要的部分。另外，自耦裝置設(shè)計(jì)好以后，在滿足設(shè)計(jì)工況密封的條件下，可以從三方面進(jìn)行判斷結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣：(1)結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求，這是最基本的一個(gè)要求，一切參數(shù)的設(shè)計(jì)都必須在滿足此條件的情況下進(jìn)行選擇。(2)判斷結(jié)構(gòu)所能承受的最大的壓力大小，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，求出在多大設(shè)計(jì)水頭下，裝置會(huì)打開漏水。(3)在滿足強(qiáng)度要求下，所用材料越少越好。其中限制快速接口最高點(diǎn)和最低點(diǎn)到中心的距離，就是基于此而考慮的。