350QJ500型潜水泵技术性能及经济性分析

张彩玲

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

中图分类号：TV136 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0099-02

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350 mm，比原400QJ500型潜水泵小了50 mm，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 m，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 m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161 kg，其价值为788.9元（161k g×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50 mm，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所示。

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 m，提高为30 m；额定流量500 m3/h；额定转速2900 r/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：30 m；

额定转速：2900 r/min；

配套功率：63～185 kW；

机组最大外径：328 mm；

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50 mm，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：

（1）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Vo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Vo的，一般不超过3～3.5 m/s，认为增大叶轮进口液体流速Vo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Vo，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Vo=4～4.5 m/s，在实际设计中选择Vo=4.3 m/s。

②叶轮出口宽度b2的计算。

③叶轮外径D2的计算。

有了以上的参数就可以进行叶轮轴面图的设计和绘制，在设计绘制叶轮轴面图时需要进行过流面积的检查，叶轮轴面图的设计原则是，要使过流面积变化基本为一条直线。轴面图定型后进行叶片剪裁图的绘制，在剪裁绘制时选用等高线标尺的夹角为5°。

（2）导流壳叶片的设计方法与叶轮叶片设计计算方法相同，在这里就不阐述了。

叶片的制作也是关键，叶片在制作过程中一定要严格按剪裁图进行施工，叶片必须进行检验，检验采用样板靠模，这样才能保证叶片一致，保证叶轮中每个过流面积一致，保证达到设计参数。

制芯工艺设计：

叶轮、导流壳的铸造质量，是影响潜水泵性能的一个重要因素，要想生产出高质量、高水平的产品，叶轮、导流壳流道的表面粗造度是关键；从水力设计上就要考虑制造难易程度，通过减小叶片包角，叶片有全扭曲改为半扭曲的方法，降低了制型的难度。为了提高过流处的表面粗造度，对制芯工艺进行了改进，在砂芯表面喷涂银浆，使关键部件内腔表面（过流面）粗造度Ra12.5和铸件质量及出品率都得到提高，从而保证了泵效率。

3 经济效益

该项目产品试制完成后，经型式试验及生产制造合格后，即进行了小批量试产及投放市场。投放市场后，赢得了用户好评。截止2009年10月，该项目产品已累计生产销售87台，其中：350QJ500—30/1，52台，销价3.2万元；350QJ500—60/2，35台，销价4.5万元，新增营销收入323.9万元，实现利税80.9万元（利税按25%计算）。由以上数据可看出，该项目产品的生产、销售和良好的市场，将给企业带来良好的经济效益。

4 社会效益

该项目产品的性能参数优于国标同类产品，具有国内先进水平，填补国内空白。从市场调查和用户反馈信息可看出：该项目产品具有使用寿命长，高效节能等优点，用户在使用后，一致认为：①给用户节约了电费；②产品价格低廉，为用户节约了机井配套费。同时，我们为各地区用户提供了运输安装、调试和跟踪一条龙服务。该产品研制成功后，解决了用户的需求，为自治区计划开发利用地下水力资源、发展水力事业、发展工农业生产提供了理想的排灌机械产品。endprint