350QJ500型潛水泵技術性能及經濟性分析

張彩玲

摘 要：原有生產的400QJ500型潛水泵口徑大，生產制造比較困難，使得生產成本也提高，銷售價格高，為了滿足用戶需求，從而提出研制開發350QJ500型潛水泵，該項目流量大、單級揚程高、適用井徑小，節約原材料顯著，生產制造成本低，具有廣大的市場前景。

關鍵詞：潛水泵 葉輪 口徑導流殼的葉片設計和制造

中圖分類號：TV136 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0099-02

隨著市場經濟的不斷深入發展及水利事業的不斷發展，地下水的不斷開采利用，地下水位不斷下降，所需大流量潛水電泵越來越多；大田灌溉工由傳統的大水漫灌向高效節水轉變，由井灌向地表水轉變。該項目適應于地下和地表提水配套之用。農業是經濟發展的支柱產業，發展農業，發展水利事業是經濟發展的一項長期任務。該項目產品還適用于煤礦排水，目前煤礦用泵多數是多級離心泵，該產品體積大，配用功率大，配套電機是防爆電機，價格高，該項目產品是潛沒于水下工作，工作中不會產生火花，體積小，重量輕，安裝維修方便，價格低，是煤礦用多級離心泵的替代產品，在煤礦有著廣泛的市場。

為了提高產品質量，降低生產制造成本，提高經濟效益。該產品在設計時，充分考慮制造成本，在原400QJ500型潛水泵的基礎上進行重新設計，合理優選了產品技術參數；其參數為：適用最小井徑為350 mm，比原400QJ500型潛水泵小了50 mm，這樣可減小泵直徑，減輕零部件的重量，提高產品適用范圍；單級揚程為30 m，比原400QJ500型潛水泵提高了一倍，這樣可減少零部件的數量，降低生產制造成本。現將兩種產品進行比較：350QJ500—30/1與我廠生產的400QJ500—30/2比較，同揚程30 m比較時，可節省一個導流殼、一個葉輪、一個錐套及一套標準件、緊固件等，其價值為1980元（現行價）。同流量、同揚程相比，可節約材料161 kg，其價值為788.9元（161k g×4.9元/kg）。單臺可節約生產制造成本（1980+788.9=）2768.9元。單個零部件重量比較如表1。

根據流體力學和水泵理論與設計一書闡述，一般情況下，流量相等，適用井徑大，單級揚程低，泵效率高。而我廠研制開發的350QJ500型潛水泵與國標中400QJ500型相比，流量相同，泵效率相同，機組最大外徑減小了50 mm，單級揚程提高了一倍。這樣給水力設計帶來了一定的難度。葉輪水力設計和制造是該項目產品的關鍵技術，我們的具體做法是：葉輪水力設計采取了混流與離心相結合的設計方法。通過調整水力模型各幾何參數，將葉輪葉片由全扭曲設計成半扭曲，使葉輪葉片出口角與導流殼導葉進口角成一定關系，增大葉輪進出口過流面積，達到了提高單級揚程的目的。降低了鑄件砂芯的制造難度，提高了鑄件質量和出品率，保證了葉輪、導流殼流道的光滑（流道無法加工），從而保證了產品的效率。性能參數對比如表2所示。

1 結構特點

該項目產品和結構是機泵組裝為一體，潛沒于水下工作，機泵聯接、單級采用共軸式，多機采用套筒式，葉輪固定采用錐套。電機采用上下止推結構，整機設計中增加了迷宮式防砂裝置，防止水中砂粒進入電機內腔和水泵軸承，增加防砂裝置，防止砂粒進入，提高產品的使用壽命。有些地區地下水含砂量較大，砂粒一旦進入泵體各軸承部位，通過高速旋轉，將很快磨損上、下止推軸承、泵導軸承，葉輪、導流殼口環；最終造成機組報廢。該項目產品通過增設動靜防砂環、骨架油封組成迷宮式防砂裝置；大大地提高了產品的防砂能力，延長了產品的使用壽命。為了減小機組最大外徑，提高單級揚程，由原400QJ500型潛水泵單級15 m，提高為30 m；額定流量500 m3/h；額定轉速2900 r/min，選用YQS300型潛水電機作為原動機；水力模型設計、葉輪葉片設計采用混流式與離心式相結合半扭曲，導流殼葉片設計采用空間導葉；葉輪固定采用錐套式；機泵聯接：單揚程采用共軸式、多級采用套筒式。

2 技術指標

2.1 350QJ500型潛水泵主要技術參數如下

額定流量：500 m3/h；

單級揚程：30 m；

額定轉速：2900 r/min；

配套功率：63～185 kW；

機組最大外徑：328 mm；

泵效率：≥72.2%。

2.2 葉輪葉片的水力設計

根據流體力學和水泵理論與設計一書闡述，一般情況下，流量相等，適用井徑大，單級揚程低，泵效率高。而我廠研制開發的350QJ500型潛水泵與國標中400QJ500型相比，流量相同，泵效率相同，機組最大外徑減小了50 mm，單級揚程提高了一倍。這樣給水力設計帶來了一定的難度。葉輪水力設計和制造是該項目產品的關鍵技術，我們的具體做法是：葉輪水力設計采取了混流與離心相結合的設計方法。通過調整水力模型各幾何參數，將葉輪葉片由全扭曲設計成半扭曲，使葉輪葉片出口角與導流殼導葉進口角成一定關系，增大葉輪進出口過流面積，達到了提高單級揚程的目的。降低了鑄件砂芯的制造難度，提高了鑄件質量和出品率，保證了葉輪、導流殼流道的光滑（流道無法加工），從而保證了產品的效率。

2.3 葉輪葉片水力設計

該項目產品的水力設計采用了離心式和混流式相結合的設計方案。

具體做法是：葉輪葉片水力設計采用了相似設計和逐點計算相結合的設計方法。相似設計就是把所選的模型泵試驗結果換算到實型泵（設計泵）上，也可以將實型泵的參數換算為模型泵的參數進行模型泵設計和試驗；在設計中所選的模型泵和實型泵必須滿足以下三個條件：幾何相似、運動相似和動力相似。通過比較和計算結果如下：

（1）初步確定葉輪主要尺寸。

①葉輪進口直徑Dj。

葉輪進口直徑Dj的確定：葉輪進口直徑又叫吸入眼直徑或頸部直徑；葉輪進口液體流速Vo和葉輪進口直徑Dj有著相當大的關系；從傳統的設計方法中是限制葉輪進口液體流速Vo的，一般不超過3～3.5 m/s，認為增大葉輪進口液體流速Vo會降低泵的抗汽蝕性能和水力效率。通過我們實際設計證明，適當增大Vo，泵在很廣的范圍內運轉時，能保持水力效率不變；因潛水泵對抗汽蝕要求不高，可選擇較小的Dj，以減小葉輪密封環的泄露量，提高容積效率；在該項目產品設計中選擇Vo=4～4.5 m/s，在實際設計中選擇Vo=4.3 m/s。

②葉輪出口寬度b2的計算。

③葉輪外徑D2的計算。

有了以上的參數就可以進行葉輪軸面圖的設計和繪制，在設計繪制葉輪軸面圖時需要進行過流面積的檢查，葉輪軸面圖的設計原則是，要使過流面積變化基本為一條直線。軸面圖定型后進行葉片剪裁圖的繪制，在剪裁繪制時選用等高線標尺的夾角為5°。

（2）導流殼葉片的設計方法與葉輪葉片設計計算方法相同，在這里就不闡述了。

葉片的制作也是關鍵，葉片在制作過程中一定要嚴格按剪裁圖進行施工，葉片必須進行檢驗，檢驗采用樣板靠模，這樣才能保證葉片一致，保證葉輪中每個過流面積一致，保證達到設計參數。

制芯工藝設計：

葉輪、導流殼的鑄造質量，是影響潛水泵性能的一個重要因素，要想生產出高質量、高水平的產品，葉輪、導流殼流道的表面粗造度是關鍵；從水力設計上就要考慮制造難易程度，通過減小葉片包角，葉片有全扭曲改為半扭曲的方法，降低了制型的難度。為了提高過流處的表面粗造度，對制芯工藝進行了改進，在砂芯表面噴涂銀漿，使關鍵部件內腔表面（過流面）粗造度Ra12.5和鑄件質量及出品率都得到提高，從而保證了泵效率。

3 經濟效益

該項目產品試制完成后，經型式試驗及生產制造合格后，即進行了小批量試產及投放市場。投放市場后，贏得了用戶好評。截止2009年10月，該項目產品已累計生產銷售87臺，其中：350QJ500—30/1，52臺，銷價3.2萬元；350QJ500—60/2，35臺，銷價4.5萬元，新增營銷收入323.9萬元，實現利稅80.9萬元（利稅按25%計算）。由以上數據可看出，該項目產品的生產、銷售和良好的市場，將給企業帶來良好的經濟效益。

4 社會效益

該項目產品的性能參數優于國標同類產品，具有國內先進水平，填補國內空白。從市場調查和用戶反饋信息可看出：該項目產品具有使用壽命長，高效節能等優點，用戶在使用后，一致認為：①給用戶節約了電費；②產品價格低廉，為用戶節約了機井配套費。同時，我們為各地區用戶提供了運輸安裝、調試和跟蹤一條龍服務。該產品研制成功后，解決了用戶的需求，為自治區計劃開發利用地下水力資源、發展水力事業、發展工農業生產提供了理想的排灌機械產品。endprint