潜水轴流泵和立式轴流泵使用特点分析

【摘要】介绍了潜水轴流泵和立式轴流泵的基本结构和工作原理，分析比较了二者之间的使用性能特点，总结了二者的适用工作环境。并且针对能耗问题做出了分析，提出优化方法，最后对其未来发展提出了一系列建议。

【关键词】潜水轴流泵；立式轴流泵；性能特点；节能优化

引言

轴流泵属于高比转速水泵，其比转速一般为500到1000之间，主要用来输送流体。它的工作原理如下：依靠叶轮的旋转将吸入泵内的流体进行加压，并沿着泵轴方向向出口推出，所形成的局部低压便又将泵外的流体吸入到泵内，周而复始，便可以实现轴流泵的吸入和排出流体。

1、潜水轴流泵和立式轴流泵概述

轴流泵中使用最为广泛的分别是潜水轴流泵和立式轴流泵，就国内中小型轴流泵站而言，多是采用的立式轴流泵。但近年来潜水电机的发展迅猛，使得潜水轴流泵的技术越来越成熟，这也进一步促使了潜水轴流泵的应用范围越来越广，例如水利、防洪、市政等行业。

但是潜水轴流泵和立式轴流泵二者之间的结构特性存在一定差异，这就决定了二者不同的使用特性和适用工作环境。

1.1 潜水轴流泵

潜水轴流泵最早是从国外引进来的，经过我国科研人员和一线工程人员的不断改进和完善，目前其技术已经相当成熟。潜水轴流泵的最大特点就是将泵和潜水电机合为一体，组成一个一体化结构。

潜水电机主要包含转子部件、定子部件以及附属的端盖、轴承、密封装置等等。泵主要包含进水口、叶轮部件、密封装置和推力轴承。其中，叶轮部件是潜水轴流泵的核心部件，它的转动将流体的动能转化为压力能；推力轴承承受流体的轴向力，并对转子起到支撑作用[4]。

1.2 立式轴流泵

立式轴流泵主要由喇叭管、叶轮、导叶体、上下泵轴、出水弯管、填料函等部件组成。主要部件叶轮一般包含2～7片扭曲叶片，固定在泵轴上，而泵轴由泵体内部的轴承进行支撑。根据立式轴流泵的叶片是否可调，又可以分为固定式和可调式[5]。

2、使用性能特点分析

2.1 使用技术性能比较

（1）潜水轴流泵

潜水轴流泵的结构比较紧凑，它将泵和潜水电机做成一个整体，没有立式轴流泵那样的长轴系和附属传动装置，因此体积较小、传动效率高；在紧急情况下，可以迅速完成安装，并立即投入使用；由于潜水轴流泵的结构特性和工作位置，其部分结构可以采用水介质作为润滑和冷却装置，不需要另外的润滑装置和冷却装置，而且冷却效果良好；由于泵和潜水电机是一个整体，因此只需要将其整体吊入并进行对中安装就行，不需要另外设置起重设备。

（2）立式轴流泵

立式轴流泵的主体是安置在地面上的，不像潜水轴流泵那样完全沉没在水底，因此可以通过肉眼观察泵的运行情况，并及时排除故障。

2.2 使用经济性能比较

（1）潜水轴流泵

在占用场地上，潜水轴流泵的主体一般在水下工作，只有控制室一般设置在水面以上。因此一般采用露天放置，泵站的土建工程成本较低；在运行维护管理上，由于其电机状态显示和保护装置是集中在一起的，同时其运行维护成本较低。泵室可以实现无人管理，同时控制室也可以实现少人值班甚至无人值班，进一步降低成本；但是其电机结构复杂，单机造价较高，且一旦出现了故障，维修费用较高。

（2）立式轴流泵

相对于潜水轴流泵而言，立式轴流泵电机结构较为简单，对制造技术要求较低，因此造价较低，初始成本较低；而且后期维护成本也低，在泵出现故障时，一般的维修人变便可以对其进行维修，无需像潜水轴流泵那样进行返厂；潜水轴流泵的工作特性决定了其必须包含防水装置，成本自然较高。而在一些对防水性能要求不高的地方，采用普通电机的立式轴流泵的经济性就凸显出来了。

3、适用工作场合

3.1 潜水轴流泵

（1）对体积、性能要求较高的地区

在一些旅游景点或者高档酒店等，为了保证周围环境的协调，符合城市建设规划，通常对轴流泵的体积、性能要求较高，而对经济性要求不高。而潜水轴流泵的优点正好在于主体机构集中在水下，地面上不占空间，尽管其单价高点，但还是十分适合这类情况。

（2）水库、大坝等防洪区

由于水库、大坝这類防洪区的地理环境比较复杂，不适宜采用大量的土建工程。而且对于泵站的建设，也需要将防洪因素考虑进去。潜水轴流泵的电动机是干式全封闭的三相异步电动机，自身就包含防水装置，可以长期在水下工作，而立式轴流泵需要另外设置防水装置。因此，将潜水轴流泵放置于水下，而将控制室放置在岸上，既可以保证轴流泵的运行，也可以减少防洪措施成本。

（3）土质松软、普遍存在地基沉降的地区

对于水泵机组的基础部分因受地基下沉的影响，会出现电动机与水泵同心度偏差较大，需要经常进行检测调整，另外电动机与水泵通过传动装置连接，整根轴长度较大而且连接环节较多，易造成整根轴挠度过大引起水泵振动。

3.2 立式轴流泵

立式轴流泵的扬程低、流量较大，结构简单，对输送介质的要求不是很高，一般的雨水、河水甚至带有物理、化学特性的流体都可以，主要适用于需要大规模的输送水的工作环境例如农业灌溉、市政给排水等等，以及潜水轴流泵所不适用的场合。

4、能耗及优化分析

4.1 能耗产生原因

（1）运行能耗

不管是潜水轴流泵还是立式轴流泵，其能耗产生的主要原因都是运行摩擦，主要包含以下几个方面：1）叶轮都是在水中旋转，此时叶轮会发生摩擦；2）泵轴运转时，也会产生摩擦；3）水流吸入口流到排出口，其余部件之间的摩擦和漩涡摩擦。

（2）安装损耗

在轴流泵安装时候，如果安装的高程不合理，或者是水管布置不合理，或者叶轮进口处未加诱导轮等，都会导致轴流泵产生汽蚀，进而导致能耗增加。

（3）选型不合理

造成轴流泵选型不合理的原因很多，其中最主要的是设计理论和方法不正确，以及轴流泵型号不匹配等，这些都会导致参数选择不合理，最终导致轴流泵不能在高效区运转，产生能耗损失。

（4）维护管理不当

轴流泵在实际运行过程中，如果没有合理养护，（下转第页）

（上接第页）

例如叶片绕有杂物、叶片松动导致调节角度改变、盘根填料压得过紧、泵轴和水导轴承摩损等均消耗能量。

4.2 节能优化主要措施

（1）设计角度

随着计算流体力学（CFD）的发展，采用fluent等有限元软件对轴流泵进行数值仿真，分析其流场以及磨损情况，并进行优化的技术已经相当成熟。而且，数值计算具有成本低、速度快等很多优点，能够有效提高轴流泵效率，对于轴流泵的性能设计具有深远影响。

（2）运行检修角度

叶轮的腐蚀和磨损是导致损耗增多的一大因素。由于叶轮和叶片长期工作在水流中，其工况复杂，存在高低压区，导致磨损严重。如果所运输的流体具有物理化学性质，会进一步加强叶片和叶轮的腐蚀。因此，要做好叶片和叶轮的检修，定期观察二者在外形上是否有结构损伤，叶片厚度是否异常磨损等的；同时，在检修过程中应当注意叶片与叶轮之间的刻度线要对齐。

5、轴流泵未来发展趋势

5.1新型材料的应用

轴流泵的性能受到材料的影响很大，不同材料对工作环境的适应度也不相同。目前来说，轴流泵的材料比较单一，可选择面较窄，很难适应轴流泵的复杂工况。因此，借助于新材料技术的迅猛发展，将不锈钢和高密度聚乙烯等材料应用到轴流泵上，具有很重要的意义。

5.2 状态检测技术

为了提高軸流泵的工作稳定性监测水平，及时排除故障，除了对轴流泵定期检查以外，还可以采用状态检测技术。通过状态检测技术，可以实时观察到轴流泵的运行状态，不仅可以及时发现异常所在，并采取相关措施以排除故障；还可以通过最近一段时间运行状态数据，通过大数据分析，对轴流泵未来一段时间的健康状态做出预判，体检采取预防措施，最大程度上减少经济损失。

6、结束语

潜水轴流泵和立式轴流泵在我国水利、市政等行业应用广泛，但是二者的自身结构决定了其使用特点不同。在实际生产作业中，一定要综合考虑二者的优缺点和适用场合，合理、恰当的选用轴流泵。同时，为了提高轴流泵的性能和适用性，采用新材料技术和状态检测技术是其主要发展趋势。

参考文献：

[1] 周雨农. 潜水轴流泵的应用实践[J]. 水利科技， 2001（2）：51-53.

[2] 张炳亮， 顾晓亮. 潜水轴流泵和立式轴流泵使用特点分析[J]. 科技信息， 2012（19）：151-151.

[3] 刘超， 汤方平， 周济人，等. 大型立式轴流泵装置的性能和稳定性分析[J]. 中国给水排水， 2003， 19（3）：69-71.

作者简介：黄观清（1975.01--）；男，安徽省庐江县，本科，毕业于大连理工大学；现有职称：中级工程师；研究方向：机电排灌。