潛水軸流泵和立式軸流泵使用特點(diǎn)分析

【摘要】介紹了潛水軸流泵和立式軸流泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，分析比較了二者之間的使用性能特點(diǎn)，總結(jié)了二者的適用工作環(huán)境。并且針對能耗問題做出了分析，提出優(yōu)化方法，最后對其未來發(fā)展提出了一系列建議。

【關(guān)鍵詞】潛水軸流泵；立式軸流泵；性能特點(diǎn)；節(jié)能優(yōu)化

引言

軸流泵屬于高比轉(zhuǎn)速水泵，其比轉(zhuǎn)速一般為500到1000之間，主要用來輸送流體。它的工作原理如下：依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)將吸入泵內(nèi)的流體進(jìn)行加壓，并沿著泵軸方向向出口推出，所形成的局部低壓便又將泵外的流體吸入到泵內(nèi)，周而復(fù)始，便可以實現(xiàn)軸流泵的吸入和排出流體。

1、潛水軸流泵和立式軸流泵概述

軸流泵中使用最為廣泛的分別是潛水軸流泵和立式軸流泵，就國內(nèi)中小型軸流泵站而言，多是采用的立式軸流泵。但近年來潛水電機(jī)的發(fā)展迅猛，使得潛水軸流泵的技術(shù)越來越成熟，這也進(jìn)一步促使了潛水軸流泵的應(yīng)用范圍越來越廣，例如水利、防洪、市政等行業(yè)。

但是潛水軸流泵和立式軸流泵二者之間的結(jié)構(gòu)特性存在一定差異，這就決定了二者不同的使用特性和適用工作環(huán)境。

1.1 潛水軸流泵

潛水軸流泵最早是從國外引進(jìn)來的，經(jīng)過我國科研人員和一線工程人員的不斷改進(jìn)和完善，目前其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。潛水軸流泵的最大特點(diǎn)就是將泵和潛水電機(jī)合為一體，組成一個一體化結(jié)構(gòu)。

潛水電機(jī)主要包含轉(zhuǎn)子部件、定子部件以及附屬的端蓋、軸承、密封裝置等等。泵主要包含進(jìn)水口、葉輪部件、密封裝置和推力軸承。其中，葉輪部件是潛水軸流泵的核心部件，它的轉(zhuǎn)動將流體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能；推力軸承承受流體的軸向力，并對轉(zhuǎn)子起到支撐作用[4]。

1.2 立式軸流泵

立式軸流泵主要由喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉體、上下泵軸、出水彎管、填料函等部件組成。主要部件葉輪一般包含2～7片扭曲葉片，固定在泵軸上，而泵軸由泵體內(nèi)部的軸承進(jìn)行支撐。根據(jù)立式軸流泵的葉片是否可調(diào)，又可以分為固定式和可調(diào)式[5]。

2、使用性能特點(diǎn)分析

2.1 使用技術(shù)性能比較

（1）潛水軸流泵

潛水軸流泵的結(jié)構(gòu)比較緊湊，它將泵和潛水電機(jī)做成一個整體，沒有立式軸流泵那樣的長軸系和附屬傳動裝置，因此體積較小、傳動效率高；在緊急情況下，可以迅速完成安裝，并立即投入使用；由于潛水軸流泵的結(jié)構(gòu)特性和工作位置，其部分結(jié)構(gòu)可以采用水介質(zhì)作為潤滑和冷卻裝置，不需要另外的潤滑裝置和冷卻裝置，而且冷卻效果良好；由于泵和潛水電機(jī)是一個整體，因此只需要將其整體吊入并進(jìn)行對中安裝就行，不需要另外設(shè)置起重設(shè)備。

（2）立式軸流泵

立式軸流泵的主體是安置在地面上的，不像潛水軸流泵那樣完全沉沒在水底，因此可以通過肉眼觀察泵的運(yùn)行情況，并及時排除故障。

2.2 使用經(jīng)濟(jì)性能比較

（1）潛水軸流泵

在占用場地上，潛水軸流泵的主體一般在水下工作，只有控制室一般設(shè)置在水面以上。因此一般采用露天放置，泵站的土建工程成本較低；在運(yùn)行維護(hù)管理上，由于其電機(jī)狀態(tài)顯示和保護(hù)裝置是集中在一起的，同時其運(yùn)行維護(hù)成本較低。泵室可以實現(xiàn)無人管理，同時控制室也可以實現(xiàn)少人值班甚至無人值班，進(jìn)一步降低成本；但是其電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單機(jī)造價較高，且一旦出現(xiàn)了故障，維修費(fèi)用較高。

（2）立式軸流泵

相對于潛水軸流泵而言，立式軸流泵電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡單，對制造技術(shù)要求較低，因此造價較低，初始成本較低；而且后期維護(hù)成本也低，在泵出現(xiàn)故障時，一般的維修人變便可以對其進(jìn)行維修，無需像潛水軸流泵那樣進(jìn)行返廠；潛水軸流泵的工作特性決定了其必須包含防水裝置，成本自然較高。而在一些對防水性能要求不高的地方，采用普通電機(jī)的立式軸流泵的經(jīng)濟(jì)性就凸顯出來了。

3、適用工作場合

3.1 潛水軸流泵

（1）對體積、性能要求較高的地區(qū)

在一些旅游景點(diǎn)或者高檔酒店等，為了保證周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，符合城市建設(shè)規(guī)劃，通常對軸流泵的體積、性能要求較高，而對經(jīng)濟(jì)性要求不高。而潛水軸流泵的優(yōu)點(diǎn)正好在于主體機(jī)構(gòu)集中在水下，地面上不占空間，盡管其單價高點(diǎn)，但還是十分適合這類情況。

（2）水庫、大壩等防洪區(qū)

由于水庫、大壩這類防洪區(qū)的地理環(huán)境比較復(fù)雜，不適宜采用大量的土建工程。而且對于泵站的建設(shè)，也需要將防洪因素考慮進(jìn)去。潛水軸流泵的電動機(jī)是干式全封閉的三相異步電動機(jī)，自身就包含防水裝置，可以長期在水下工作，而立式軸流泵需要另外設(shè)置防水裝置。因此，將潛水軸流泵放置于水下，而將控制室放置在岸上，既可以保證軸流泵的運(yùn)行，也可以減少防洪措施成本。

（3）土質(zhì)松軟、普遍存在地基沉降的地區(qū)

對于水泵機(jī)組的基礎(chǔ)部分因受地基下沉的影響，會出現(xiàn)電動機(jī)與水泵同心度偏差較大，需要經(jīng)常進(jìn)行檢測調(diào)整，另外電動機(jī)與水泵通過傳動裝置連接，整根軸長度較大而且連接環(huán)節(jié)較多，易造成整根軸撓度過大引起水泵振動。

3.2 立式軸流泵

立式軸流泵的揚(yáng)程低、流量較大，結(jié)構(gòu)簡單，對輸送介質(zhì)的要求不是很高，一般的雨水、河水甚至帶有物理、化學(xué)特性的流體都可以，主要適用于需要大規(guī)模的輸送水的工作環(huán)境例如農(nóng)業(yè)灌溉、市政給排水等等，以及潛水軸流泵所不適用的場合。

4、能耗及優(yōu)化分析

4.1 能耗產(chǎn)生原因

（1）運(yùn)行能耗

不管是潛水軸流泵還是立式軸流泵，其能耗產(chǎn)生的主要原因都是運(yùn)行摩擦，主要包含以下幾個方面：1）葉輪都是在水中旋轉(zhuǎn)，此時葉輪會發(fā)生摩擦；2）泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)時，也會產(chǎn)生摩擦；3）水流吸入口流到排出口，其余部件之間的摩擦和漩渦摩擦。

（2）安裝損耗

在軸流泵安裝時候，如果安裝的高程不合理，或者是水管布置不合理，或者葉輪進(jìn)口處未加誘導(dǎo)輪等，都會導(dǎo)致軸流泵產(chǎn)生汽蝕，進(jìn)而導(dǎo)致能耗增加。

（3）選型不合理

造成軸流泵選型不合理的原因很多，其中最主要的是設(shè)計理論和方法不正確，以及軸流泵型號不匹配等，這些都會導(dǎo)致參數(shù)選擇不合理，最終導(dǎo)致軸流泵不能在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生能耗損失。

（4）維護(hù)管理不當(dāng)

軸流泵在實際運(yùn)行過程中，如果沒有合理養(yǎng)護(hù)，（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

例如葉片繞有雜物、葉片松動導(dǎo)致調(diào)節(jié)角度改變、盤根填料壓得過緊、泵軸和水導(dǎo)軸承摩損等均消耗能量。

4.2 節(jié)能優(yōu)化主要措施

（1）設(shè)計角度

隨著計算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展，采用fluent等有限元軟件對軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真，分析其流場以及磨損情況，并進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。而且，數(shù)值計算具有成本低、速度快等很多優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高軸流泵效率，對于軸流泵的性能設(shè)計具有深遠(yuǎn)影響。

（2）運(yùn)行檢修角度

葉輪的腐蝕和磨損是導(dǎo)致?lián)p耗增多的一大因素。由于葉輪和葉片長期工作在水流中，其工況復(fù)雜，存在高低壓區(qū)，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重。如果所運(yùn)輸?shù)牧黧w具有物理化學(xué)性質(zhì)，會進(jìn)一步加強(qiáng)葉片和葉輪的腐蝕。因此，要做好葉片和葉輪的檢修，定期觀察二者在外形上是否有結(jié)構(gòu)損傷，葉片厚度是否異常磨損等的；同時，在檢修過程中應(yīng)當(dāng)注意葉片與葉輪之間的刻度線要對齊。

5、軸流泵未來發(fā)展趨勢

5.1新型材料的應(yīng)用

軸流泵的性能受到材料的影響很大，不同材料對工作環(huán)境的適應(yīng)度也不相同。目前來說，軸流泵的材料比較單一，可選擇面較窄，很難適應(yīng)軸流泵的復(fù)雜工況。因此，借助于新材料技術(shù)的迅猛發(fā)展，將不銹鋼和高密度聚乙烯等材料應(yīng)用到軸流泵上，具有很重要的意義。

5.2 狀態(tài)檢測技術(shù)

為了提高軸流泵的工作穩(wěn)定性監(jiān)測水平，及時排除故障，除了對軸流泵定期檢查以外，還可以采用狀態(tài)檢測技術(shù)。通過狀態(tài)檢測技術(shù)，可以實時觀察到軸流泵的運(yùn)行狀態(tài)，不僅可以及時發(fā)現(xiàn)異常所在，并采取相關(guān)措施以排除故障；還可以通過最近一段時間運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，對軸流泵未來一段時間的健康狀態(tài)做出預(yù)判，體檢采取預(yù)防措施，最大程度上減少經(jīng)濟(jì)損失。

6、結(jié)束語

潛水軸流泵和立式軸流泵在我國水利、市政等行業(yè)應(yīng)用廣泛，但是二者的自身結(jié)構(gòu)決定了其使用特點(diǎn)不同。在實際生產(chǎn)作業(yè)中，一定要綜合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合，合理、恰當(dāng)?shù)倪x用軸流泵。同時，為了提高軸流泵的性能和適用性，采用新材料技術(shù)和狀態(tài)檢測技術(shù)是其主要發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周雨農(nóng). 潛水軸流泵的應(yīng)用實踐[J]. 水利科技， 2001（2）：51-53.

[2] 張炳亮， 顧曉亮. 潛水軸流泵和立式軸流泵使用特點(diǎn)分析[J]. 科技信息， 2012（19）：151-151.

[3] 劉超， 湯方平， 周濟(jì)人，等. 大型立式軸流泵裝置的性能和穩(wěn)定性分析[J]. 中國給水排水， 2003， 19（3）：69-71.

作者簡介：黃觀清（1975.01--）；男，安徽省廬江縣，本科，畢業(yè)于大連理工大學(xué)；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：機(jī)電排灌。