潛水式塑料電泵結(jié)構(gòu)分析與探討

蔣忠根 梁紅

【摘要】潛水式塑料電泵是歐美家庭花園、噴泉用泵首先的增壓設備。但因塑料件形變大、剛性相對鑄鐵件遠遠要低，且與介質(zhì)長時間接觸后會吸水膨脹，導致密封處易滲漏失效引起電泵故障。故潛水式塑料電泵故障發(fā)生率高一直是眾多水泵企業(yè)及科研機構(gòu)的難題。本文將對潛水式塑料電泵故障發(fā)生原因進行重點研究與探索，并對產(chǎn)生的問題提出了解決方案。

【關(guān)鍵詞】塑料泵；密封失效；泄漏；故障

一、簡述

潛水式塑料電泵具有外觀精美、體積小、重量輕、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點深受廣大消費者青睞。在歐美家庭花園、噴泉用泵中得到廣泛采用。我公司生產(chǎn)潛水式塑料電泵已有20多年的歷史，已成功開發(fā)了30～750W等系列共計20多個規(guī)格的潛水式塑料電泵，流量、揚程范圍廣深受廣大用戶的歡迎。

二、問題的提出

據(jù)近幾年歐美市場用戶反饋潛水式塑料電泵質(zhì)量不穩(wěn)定，故障發(fā)生率在20%以上，遠遠高于其它類型的潛水泵。因故障發(fā)生率高，用戶抱怨大，給公司造成了很大損失。公司組織相關(guān)技術(shù)專家對故障潛水式塑料電泵進行解體后分析，主要存在以下幾方面不足：一是塑料件密封處泄漏失效引起電泵故障；二是電纜線護套處泄漏失效引起電泵故障；三是單端面機械密封長時間間隙泄漏導致電泵燒毀。

三、原因分析

潛水式塑料電泵（圖1）因塑料件穩(wěn)定性差、剛性不及鑄件，且與介質(zhì)長時間接觸后會吸水膨脹，導致密封處易泄漏失效引起電泵故障。本文對塑料泵引起故障的各個原因進行了分析：

1、氣堵密封處泄漏進水導致電機燒毀。氣堵密封失效主要是O形圈老化及M6銅嵌件斷裂引起，這種密封失效所占比例相對較少。

2、護套密封處泄漏進水導致電機燒毀。產(chǎn)生原因是護套材質(zhì)不好及設計壓縮量過大，導致長時間受力引起橡膠過早老化導致電纜線處密封失效，最終引起電泵燒毀。

3、O形圈密封處失效引起電泵進水故障。產(chǎn)生原因是密封處塑料部件形變大及塑料件與介質(zhì)長時間接觸后吸水膨脹。因密封部件橢圓大，O形圈受力不均勻極易導致密封失效引起電泵泄漏故障。

4、單端面機械密封處密封失效導致電泵燒毀。從圖1可以看到設計時采用了單端面機械密封，單端面機械密封的缺點是電泵長時間運行時會產(chǎn)生間隙滲漏，且對零件的尺寸精度及形位公差要求很高。當電泵長時間運行后工況稍不穩(wěn)定時密封處極易失效引起電泵故障。

四、解決方案

方案一：對塑料泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增加一道油封密封及裝配工藝的控制。（見圖2）

1、為防止圖一中氣堵密封處泄漏失效，我們對連接嵌件材質(zhì)進行明確規(guī)定采用HPb59-1。這樣可有效防止銅嵌件斷裂問題，而在裝配M6螺釘時涂適量樂泰密封膠567，可有效防止泄漏，增強密封效果。

2、對護套壓縮量進行重新設計，經(jīng)核查部件尺寸發(fā)現(xiàn)護套壓縮量為6mm，因過渡壓縮導致橡膠件過早老化。設計后的護套壓縮量為3mm。

3、對塑料件形位公差嚴格控制。原來配合處塑料件橢圓度在1.5-2mm左右，因橢圓大導致O形圈受力不均勻，導致密封效果差。因此在圖紙中明確規(guī)定橢圓度必須控制在1mm內(nèi)。在注塑加工時可對塑料件用工裝固定來保證其圓柱度符合圖紙要求。

4、為防止單端面機械密封處間隙泄漏，可在是電機殼處增加一只φ12×φ24×4.5油封。這樣相當于多了一道密封。一旦機械密封發(fā)生間隙泄漏可有效阻止介質(zhì)進入電機部件。

經(jīng)過方案一對塑料泵結(jié)構(gòu)改進，經(jīng)用戶驗證塑料泵故障發(fā)生率基本能控制在10%左右。因此該解決方案取得了一定的效果。但電泵故障率與其它潛水泵相比仍然偏高。

方案二：對塑料泵結(jié)構(gòu)重新設計。（見圖3）采用環(huán)氧樹脂填充電機部件來保護電機，杜絕了電泵進水的可能。從而徹底解決塑料泵因電機進水導致電泵燒毀問題。

結(jié)構(gòu)分析：

1、該塑料屏蔽泵由兩個屏蔽套對定子及轉(zhuǎn)子進行隔離，有效防止了工作介質(zhì)進入電機及轉(zhuǎn)子鐵芯。屏蔽套設計厚度為0.4mm，材質(zhì)采用不銹鋼304材料。因為有屏蔽套的存在，定子與轉(zhuǎn)子間的間隙加大。造成電動機性能下降，導致電泵效率略偏低。

2、上下兩滑動軸承采用碳化硅材質(zhì)。使用效果較好，壽命一般可達3年以上。

從圖3結(jié)構(gòu)圖可以看到，方案二在設計時采用了環(huán)氧樹脂對電泵定子填充技術(shù)，從而達到保護電機的作用，在定轉(zhuǎn)子間又采用了屏蔽套隔離技術(shù)。該類型塑料泵取消了傳統(tǒng)潛水泵機械密封裝置，沒有動密封故能實現(xiàn)完全無泄漏運行。該泵設計時把泵和電機連在一起，電泵葉輪與轉(zhuǎn)子固定在陶瓷軸上，利用屏蔽套將轉(zhuǎn)子與定子隔離，轉(zhuǎn)子在介質(zhì)中平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。新型塑料電泵具有以下特點：

1、安全性能高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊。因轉(zhuǎn)子與定子由各自屏蔽套隔離保護，可有效阻止與介質(zhì)接觸。即使長時間運行磨損后屏蔽套破裂也不會產(chǎn)生外泄漏的危險。

2、全封閉。設計時采用了環(huán)氧樹脂填充及屏蔽套隔離技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)密封裝置的不足。因此可以做到完全無泄漏。適合輸送易燃、易爆及腐蝕性較強等?；?。

3、噪聲低、運行平穩(wěn)，免維護。經(jīng)過方案二對塑料電泵重新設計，結(jié)構(gòu)上采用了環(huán)氧樹脂填充及屏蔽套隔離技術(shù)，徹底解決了塑料電泵故障率高難題。真正意義上實現(xiàn)了無泄漏運行。經(jīng)投產(chǎn)以來，歐美用戶普遍反應良好。

五、結(jié)語

新一代無泄漏屏蔽電泵的成功開發(fā)徹底解決了塑料泵故障率高問題。該泵具有安全性高、噪聲低、運行平穩(wěn)，免維護等優(yōu)點?？梢宰龅酵耆珶o泄漏運行，適合輸送易燃、易爆及腐蝕性較強等危險化學品，因此深受國內(nèi)外消費者的青睞。本文詳細的闡述公司潛水塑料泵發(fā)展歷程，并對運行時產(chǎn)生故障進行分析討論，同時提出了一系列切實可行的解決措施。