潛水軸流泵和立式軸流泵使用特點分析

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

【關鍵詞】潛水軸流泵；立式軸流泵；性能特點；節能優化

引言

軸流泵屬于高比轉速水泵，其比轉速一般為500到1000之間，主要用來輸送流體。它的工作原理如下：依靠葉輪的旋轉將吸入泵內的流體進行加壓，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，周而復始，便可以實現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。但近年來潛水電機的發展迅猛，使得潛水軸流泵的技術越來越成熟，這也進一步促使了潛水軸流泵的應用范圍越來越廣，例如水利、防洪、市政等行業。

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

1.1 潛水軸流泵

潛水軸流泵最早是從國外引進來的，經過我國科研人員和一線工程人員的不斷改進和完善，目前其技術已經相當成熟。潛水軸流泵的最大特點就是將泵和潛水電機合為一體，組成一個一體化結構。

潛水電機主要包含轉子部件、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，它的轉動將流體的動能轉化為壓力能；推力軸承承受流體的軸向力，并對轉子起到支撐作用[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，而泵軸由泵體內部的軸承進行支撐。根據立式軸流泵的葉片是否可調，又可以分為固定式和可調式[5]。

2、使用性能特點分析

2.1 使用技術性能比較

（1）潛水軸流泵

潛水軸流泵的結構比較緊湊，它將泵和潛水電機做成一個整體，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構特性和工作位置，其部分結構可以采用水介質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；由于泵和潛水電機是一個整體，因此只需要將其整體吊入并進行對中安裝就行，不需要另外設置起重設備。

（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行情況，并及時排除故障。

2.2 使用經濟性能比較

（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；在運行維護管理上，由于其電機狀態顯示和保護裝置是集中在一起的，同時其運行維護成本較低。泵室可以實現無人管理，同時控制室也可以實現少人值班甚至無人值班，進一步降低成本；但是其電機結構復雜，單機造價較高，且一旦出現了故障，維修費用較高。

（2）立式軸流泵

相對于潛水軸流泵而言，立式軸流泵電機結構較為簡單，對制造技術要求較低，因此造價較低，初始成本較低；而且后期維護成本也低，在泵出現故障時，一般的維修人變便可以對其進行維修，無需像潛水軸流泵那樣進行返廠；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，采用普通電機的立式軸流泵的經濟性就凸顯出來了。

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

在一些旅游景點或者高檔酒店等，為了保證周圍環境的協調，符合城市建設規劃，通常對軸流泵的體積、性能要求較高，而對經濟性要求不高。而潛水軸流泵的優點正好在于主體機構集中在水下，地面上不占空間，盡管其單價高點，但還是十分適合這類情況。

（2）水庫、大壩等防洪區

由于水庫、大壩這類防洪區的地理環境比較復雜，不適宜采用大量的土建工程。而且對于泵站的建設，也需要將防洪因素考慮進去。潛水軸流泵的電動機是干式全封閉的三相異步電動機，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行，也可以減少防洪措施成本。

（3）土質松軟、普遍存在地基沉降的地區

對于水泵機組的基礎部分因受地基下沉的影響，會出現電動機與水泵同心度偏差較大，需要經常進行檢測調整，另外電動機與水泵通過傳動裝置連接，整根軸長度較大而且連接環節較多，易造成整根軸撓度過大引起水泵振動。

3.2 立式軸流泵

立式軸流泵的揚程低、流量較大，結構簡單，對輸送介質的要求不是很高，一般的雨水、河水甚至帶有物理、化學特性的流體都可以，主要適用于需要大規模的輸送水的工作環境例如農業灌溉、市政給排水等等，以及潛水軸流泵所不適用的場合。

4、能耗及優化分析

4.1 能耗產生原因

（1）運行能耗

不管是潛水軸流泵還是立式軸流泵，其能耗產生的主要原因都是運行摩擦，主要包含以下幾個方面：1）葉輪都是在水中旋轉，此時葉輪會發生摩擦；2）泵軸運轉時，也會產生摩擦；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，或者葉輪進口處未加誘導輪等，都會導致軸流泵產生汽蝕，進而導致能耗增加。

（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，這些都會導致參數選擇不合理，最終導致軸流泵不能在高效區運轉，產生能耗損失。

（4）維護管理不當

軸流泵在實際運行過程中，如果沒有合理養護，（下轉第頁）

（上接第頁）

例如葉片繞有雜物、葉片松動導致調節角度改變、盤根填料壓得過緊、泵軸和水導軸承摩損等均消耗能量。

4.2 節能優化主要措施

（1）設計角度

隨著計算流體力學（CFD）的發展，采用fluent等有限元軟件對軸流泵進行數值仿真，分析其流場以及磨損情況，并進行優化的技術已經相當成熟。而且，數值計算具有成本低、速度快等很多優點，能夠有效提高軸流泵效率，對于軸流泵的性能設計具有深遠影響。

（2）運行檢修角度

葉輪的腐蝕和磨損是導致損耗增多的一大因素。由于葉輪和葉片長期工作在水流中，其工況復雜，存在高低壓區，導致磨損嚴重。如果所運輸的流體具有物理化學性質，會進一步加強葉片和葉輪的腐蝕。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構損傷，葉片厚度是否異常磨損等的；同時，在檢修過程中應當注意葉片與葉輪之間的刻度線要對齊。

5、軸流泵未來發展趨勢

5.1新型材料的應用

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

5.2 狀態檢測技術

為了提高軸流泵的工作穩定性監測水平，及時排除故障，除了對軸流泵定期檢查以外，還可以采用狀態檢測技術。通過狀態檢測技術，可以實時觀察到軸流泵的運行狀態，不僅可以及時發現異常所在，并采取相關措施以排除故障；還可以通過最近一段時間運行狀態數據，通過大數據分析，對軸流泵未來一段時間的健康狀態做出預判，體檢采取預防措施，最大程度上減少經濟損失。

6、結束語

潛水軸流泵和立式軸流泵在我國水利、市政等行業應用廣泛，但是二者的自身結構決定了其使用特點不同。在實際生產作業中，一定要綜合考慮二者的優缺點和適用場合，合理、恰當的選用軸流泵。同時，為了提高軸流泵的性能和適用性，采用新材料技術和狀態檢測技術是其主要發展趨勢。

參考文獻：

[1] 周雨農. 潛水軸流泵的應用實踐[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分析[J]. 科技信息， 2012（19）：151-151.

[3] 劉超， 湯方平， 周濟人，等. 大型立式軸流泵裝置的性能和穩定性分析[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，畢業于大連理工大學；現有職稱：中級工程師；研究方向：機電排灌。