潛污泵自動耦合裝置設計研究

林海嘯

摘要：介紹潛污泵及其發展情況，著重分析了潛污泵的主要特點及相關各個部件設計特點。然后對于潛污泵自動藕合安裝方式和自耦裝置設計相關問題進行研究。

關鍵詞：潛污泵；特點分析；設計

中圖分類號：TP11

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)13-0305-02

1潛污泵及其發展情況

潛污泵是泵與電動機連成一體的流體機械，主要用于輸送城市污水，糞便或液體中含有纖維、紙屑等固體顆粒的介質。由于這種輸送介質種類的日益擴大，潛污泵作為不可缺少的排污設備，在工業、市政、水利、建筑業、食品、醫院、賓館、飯店等行業應用廣泛。這種泵結構緊湊，占地少，效率高。無堵塞，防纏繞。在年代及今后更長的時間內，隨著人類環保意識的增強，環境法規的日趨嚴格和完善，將成為推動我國和世界泵業技術發展的強大動力。

國外早在二十世紀五十年代，就開始了對潛污泵的研究和生產，瑞典飛力公司自1956年開始生產潛污泵，使污水泵站的成本大約減少一半，并且在建筑施工、隧道、礦山等處廣泛應用。到了20世紀60年代末，德國、美國、日本等國也相繼開始生產潛污泵。目前，由于瑞典飛力公司的潛污泵設計新穎，葉輪結構形式多種多樣，處于世界發展前列。日本的建筑設備和工程用潛污泵也已經標準化和系列化，在結構形式、材料選用和自動控制等方面都取得了新的成就。

隨著各行各業對潛污泵需求的增加和對泵性能要求的提高，現在潛污泵的性能參數在向兩極方向發展：

(1)流量范圍兩極化，一般為Q=0.2m³／h-10000m³／h，瑞典ABS公司的潛污泵最大流量達到了Q=10000m³/h，而西班牙博姆巴·埃利阿斯公司的潛污泵最小流量Q=0.02m³/h。

(2)揚程向兩極方向發展更加明顯，一般為h=10m-100m，美帕科泵公司潛污泵揚程最高值h=150m，美國斯迪科費洛公司的最大揚程達到400m，日本EIM電機工業株式社潛污泵最低揚程h=1m。

(3)電動機功率兩極化，西班牙博姆巴·埃利阿斯公司最小功率為0.08KW，而瑞士ABS泵公司泵電動機的最大功率達到了800KW。

2潛污泵的主要特點

(1)葉輪形式多樣化。

由于被輸送的介質中含有易纏繞或聚束的纖維物，該種泵流道易于堵塞，泵一旦被堵塞會使泵不能正常工作，甚至燒毀電機，從而造成排污不暢，給城市生活和環保帶來嚴重的影響。因此對葉輪無堵塞和抗纏繞性要求很高，現在主要采用的葉輪形式有旋流式、單流道式、雙流道式、螺旋離心式和開式等。除此之外，為了適應不同工況技術要求，有些公司也采用其他形式葉輪，如日本在原的潛污泵采用混流葉輪，瑞典ABS泵公司，日本ElM電機工業株式會社、ITI飛力公司、德國EMU潛水泵公司采用螺漿式葉輪，美國帕科泵公司采用“奇諾爾特”葉輪，電機工業株式會社在形潛污泵上采用二級葉輪，飛力公司利用潛污泵進行串聯使用。

(2)泵用材質普通化。

由于輸送介質的不同，潛污泵過流部件采用的材質也不相同，現在大部分廠家都采用鑄鐵，不銹鋼和青銅等。為了減輕泵的重量，國內很多公司正在研究用塑料作為材料，這也是將來的一個發展方向。也有少數公司如石家莊水泵廠和EMU潛水泵公司采用球墨鑄鐵和鑄鋼，英國水力噴射器泵公司和印度莫迪工業公司采用拉鋁，意大利卡爾皮達公司采用塑料等。

(3)機械密封典型化。

機械密封是一種消耗功率較小，使用壽命較長、密封性能較好，應用范圍較廣泛的密封部件。機械密封的動靜環摩擦副在運行過程中作高速的相對運動。由于潛污泵長期運行在污水中，污水中含有不同程度的沙礫和污物，機械密封的動靜環摩擦副會在摩擦過程中受到嚴重磨損而不能保證良好的密封性能和較長的使用壽命。潛污泵因為其結構和輸送介質的特殊性，機械密封經常會出現問題。目前，因為機械密封滲漏的維修泵占到差不多50％，機械密封的好壞直接影響到泵的正常運行。因此國內外廠家生產的潛污泵一般都采用機械密封。

(4)保護裝置標準化。

設置電機過載、電機漏水、電機漏電、電機缺相、電機短路、電機過熱、軸承超溫等外部自動保護功能，可以及時發現隱患，采取措施保證潛水電動機安全可靠地長期運行。印度莫迪工業公司在泵內就裝有探頭和控制器，監視密封腔的狀態和控制水位。

(5)切割和破碎裝置通用化。

國內外絕大多數廠家在潛污泵上裝有切割器、攪動刀和破碎器。切割器包括切割刀，切割盤，在前蓋板上有切割螺栓，有紋刀的葉輪等。也有些廠家如石家莊水泵廠、美國古爾茲泵公司和日本EMI電機工業株式會社等在泵吸入口處裝有攪拌器，飛力公司在帶有破碎器的泵上裝有沖洗閥。

(6)電動機自動化。

除了英國水力噴射器泵公司不制造電動機，泵采用水力驅動，英國希佐斯塔爾公司采用帶飛輪的電動機，絕大多數的電動機都是自己制造生產的。

3潛污泵自動藕合安裝方式介紹

潛污泵一般采用自動藕合(以下簡稱自耦)安裝方式，自藕安裝系統主要由快速接口、排水底座、導軌、導軌定位支架等組成。安裝時，泵體和快速接口通過螺栓緊密連接在一起，排水底座先通過地腳螺栓固定在水池內，快速接口帶動泵沿導軌滑下，和排水底座通過自藕斜面(快速接口和排水底座禍合斜面稱為自藕斜面)自動禍合安裝在一起。安裝好以后，整個泵體和電動機部分依靠泵體出口法蘭和快速接口進口法蘭連接在一起。通過自耦系統懸掛在空中。

4潛污泵自藕裝置結構形式

自耦裝置結構形式多樣，無論哪種自耦裝置，其設計原理都是一樣，通過排水底座的自藕斜面和快速接口相連接，通過自耦斜面的作用來平衡泵在豎直方向的合力，達到禍合的目的，設計過程中，排水底座的設計基本相似，最大的區別在于快速接口的結構型式。

國內主要采用的快速接口有兩種，一種是雙支撐式，所謂雙支撐式，即在快速接口左右兩端各伸出一個自耦支撐塊，通過自耦支撐塊上兩個自耦斜面和排水底座自耦斜面相配合，達到禍合的目的。安裝時，快速接口和排水底座通過自耦斜面緊密貼和在一起，在排水底座進口法蘭和快速接口出口面之間添加密封圈密封，通過自耦斜面產生一個向上的作用力來支撐泵體的重量。

第二種是自耦鎖緊稈和自耦斜面相連接的方式：這個結構和上一種設計方案相似，排水底座設計和雙支撐式一樣，最大的差別在于排水底座自耦斜面和快速接口的連接方式不同，前者采用的是兩個自耦斜面之間的結合，而這種結構采用的是通過自耦鎖緊桿和自耦斜面結合。

另外在國外，有些潛污泵公司采用中間支撐式結構，其泵體和快速接口的連接方式和國內主要連接方式相比也截然不同，其設計結構優美，主要采用圓弧過渡，安裝時，快速接口通過螺栓連接在泵體出口擴散管外壁，然后通過一個的弧形彎狀凸起，通過凸起上的自藕斜面和排水底座相連接。

5自耦裝置設計概述

自耦裝置設計主要包括兩方面，排水底座和快速接口的設計，他們是自耦裝置中兩個最主要的部分。另外，自耦裝置設計好以后，在滿足設計工況密封的條件下，可以從三方面進行判斷結構的優劣：(1)結構是否滿足強度要求，這是最基本的一個要求，一切參數的設計都必須在滿足此條件的情況下進行選擇。(2)判斷結構所能承受的最大的壓力大小，根據設計結構，求出在多大設計水頭下，裝置會打開漏水。(3)在滿足強度要求下，所用材料越少越好。其中限制快速接口最高點和最低點到中心的距離，就是基于此而考慮的。