潜水式塑料电泵结构分析与探讨

蒋忠根 梁红

【摘要】潜水式塑料电泵是欧美家庭花园、喷泉用泵首先的增压设备。但因塑料件形变大、刚性相对铸铁件远远要低，且与介质长时间接触后会吸水膨胀，导致密封处易渗漏失效引起电泵故障。故潜水式塑料电泵故障发生率高一直是众多水泵企业及科研机构的难题。本文将对潜水式塑料电泵故障发生原因进行重点研究与探索，并对产生的问题提出了解决方案。

【关键词】塑料泵；密封失效；泄漏；故障

一、简述

潜水式塑料电泵具有外观精美、体积小、重量轻、耐腐蚀、耐高温等优点深受广大消费者青睐。在欧美家庭花园、喷泉用泵中得到广泛采用。我公司生产潜水式塑料电泵已有20多年的历史，已成功开发了30～750W等系列共计20多个规格的潜水式塑料电泵，流量、扬程范围广深受广大用户的欢迎。

二、问题的提出

据近几年欧美市场用户反馈潜水式塑料电泵质量不稳定，故障发生率在20%以上，远远高于其它类型的潜水泵。因故障发生率高，用户抱怨大，给公司造成了很大损失。公司组织相关技术专家对故障潜水式塑料电泵进行解体后分析，主要存在以下几方面不足：一是塑料件密封处泄漏失效引起电泵故障；二是电缆线护套处泄漏失效引起电泵故障；三是单端面机械密封长时间间隙泄漏导致电泵烧毁。

三、原因分析

潜水式塑料电泵（图1）因塑料件稳定性差、刚性不及铸件，且与介质长时间接触后会吸水膨胀，导致密封处易泄漏失效引起电泵故障。本文对塑料泵引起故障的各个原因进行了分析：

1、气堵密封处泄漏进水导致电机烧毁。气堵密封失效主要是O形圈老化及M6铜嵌件断裂引起，这种密封失效所占比例相对较少。

2、护套密封处泄漏进水导致电机烧毁。产生原因是护套材质不好及设计压缩量过大，导致长时间受力引起橡胶过早老化导致電缆线处密封失效，最终引起电泵烧毁。

3、O形圈密封处失效引起电泵进水故障。产生原因是密封处塑料部件形变大及塑料件与介质长时间接触后吸水膨胀。因密封部件椭圆大，O形圈受力不均匀极易导致密封失效引起电泵泄漏故障。

4、单端面机械密封处密封失效导致电泵烧毁。从图1可以看到设计时采用了单端面机械密封，单端面机械密封的缺点是电泵长时间运行时会产生间隙渗漏，且对零件的尺寸精度及形位公差要求很高。当电泵长时间运行后工况稍不稳定时密封处极易失效引起电泵故障。

四、解决方案

方案一：对塑料泵结构优化，增加一道油封密封及装配工艺的控制。（见图2）

1、为防止图一中气堵密封处泄漏失效，我们对连接嵌件材质进行明确规定采用HPb59-1。这样可有效防止铜嵌件断裂问题，而在装配M6螺钉时涂适量乐泰密封胶567，可有效防止泄漏，增强密封效果。

2、对护套压缩量进行重新设计，经核查部件尺寸发现护套压缩量为6mm，因过渡压缩导致橡胶件过早老化。设计后的护套压缩量为3mm。

3、对塑料件形位公差严格控制。原来配合处塑料件椭圆度在1.5-2mm左右，因椭圆大导致O形圈受力不均匀，导致密封效果差。因此在图纸中明确规定椭圆度必须控制在1mm内。在注塑加工时可对塑料件用工装固定来保证其圆柱度符合图纸要求。

4、为防止单端面机械密封处间隙泄漏，可在是电机壳处增加一只φ12×φ24×4.5油封。这样相当于多了一道密封。一旦机械密封发生间隙泄漏可有效阻止介质进入电机部件。

经过方案一对塑料泵结构改进，经用户验证塑料泵故障发生率基本能控制在10%左右。因此该解决方案取得了一定的效果。但电泵故障率与其它潜水泵相比仍然偏高。

方案二：对塑料泵结构重新设计。（见图3）采用环氧树脂填充电机部件来保护电机，杜绝了电泵进水的可能。从而彻底解决塑料泵因电机进水导致电泵烧毁问题。

结构分析：

1、该塑料屏蔽泵由两个屏蔽套对定子及转子进行隔离，有效防止了工作介质进入电机及转子铁芯。屏蔽套设计厚度为0.4mm，材质采用不锈钢304材料。因为有屏蔽套的存在，定子与转子间的间隙加大。造成电动机性能下降，导致电泵效率略偏低。

2、上下两滑动轴承采用碳化硅材质。使用效果较好，寿命一般可达3年以上。

从图3结构图可以看到，方案二在设计时采用了环氧树脂对电泵定子填充技术，从而达到保护电机的作用，在定转子间又采用了屏蔽套隔离技术。该类型塑料泵取消了传统潜水泵机械密封装置，没有动密封故能实现完全无泄漏运行。该泵设计时把泵和电机连在一起，电泵叶轮与转子固定在陶瓷轴上，利用屏蔽套将转子与定子隔离，转子在介质中平稳运转。新型塑料电泵具有以下特点：

1、安全性能高、结构简单紧凑。因转子与定子由各自屏蔽套隔离保护，可有效阻止与介质接触。即使长时间运行磨损后屏蔽套破裂也不会产生外泄漏的危险。

2、全封闭。设计时采用了环氧树脂填充及屏蔽套隔离技术有效解决了传统密封装置的不足。因此可以做到完全无泄漏。适合输送易燃、易爆及腐蚀性较强等危化品。

3、噪声低、运行平稳，免维护。经过方案二对塑料电泵重新设计，结构上采用了环氧树脂填充及屏蔽套隔离技术，彻底解决了塑料电泵故障率高难题。真正意义上实现了无泄漏运行。经投产以来，欧美用户普遍反应良好。

五、结语

新一代无泄漏屏蔽电泵的成功开发彻底解决了塑料泵故障率高问题。该泵具有安全性高、噪声低、运行平稳，免维护等优点。可以做到完全无泄漏运行，适合输送易燃、易爆及腐蚀性较强等危险化学品，因此深受国内外消费者的青睐。本文详细的阐述公司潜水塑料泵发展历程，并对运行时产生故障进行分析讨论，同时提出了一系列切实可行的解决措施。