作者:亚太泵阀,孟凡有
一、前言
潜水排污泵主要用于石油、化工、钢铁、冶金、电力、环保、市*及建筑等行业，用于输送带固体颗粒及各种长纤维的废水、城市生活污水和雨水，还包括原水的输送、水产养殖、灌溉等。配以特种材质，可用于有一定腐蚀性介质的场合。
潜水排污泵是一种泵与电动机连体，并同时潜入液下工作的泵类产品，与一般卧式泵或立式排污泵相比，具有结构紧凑、占地面积小；安装维护方便；不用灌引水直接起动水泵;振动噪声小、电动机温升低、对环境无污染等优点，越来越受到重视，使用范围也越来越广。本文浅谈QW型潜水排污泵的设计及相关经验，为设计者提供参考。
二、QW型潜水排污泵结构
1.结构概述
QW型潜水排污泵由叶轮、泵体、上下端盖、电动机、保护装置以及出线装置等组成(见图1)。上、下两列轴承能承受所有的轴向和径向负荷，并完全与泵输送的介质分开。
2.保护装置的保护特性
在水泵运行发生异常时，通过保护装置可实现自动报警或者切断电源，保护水泵。具体保护特性见下表。
三、潜水排污泵设计
1.提供设计用数据和要求
1)流量Q
2)扬程H
3)转速n(或由设计者确定)。
4)泵汽蚀余量或装置汽蚀余量(也可给出装置的使用条件)。
5)效率η(要求保证的效率)。
6)介质的属性(温度、密度ρ、含杂质情况、腐蚀性等)。
7)对特性曲线的要求(平坦、陡降、是否允许有驼峰或在全扬程范围内运行等)。
2..泵主要参数和结构方案的确定
1)泵的车由功率：P=ρgQH
2)原动机功率:Pg=kP/ηt
式中k—余量系数;
ηt—传动效率，由文献[1]查取。
根据计算得到的原动机功率及选定的转速，参照电动机的标准尺寸系列，确定电动机功率，或者从能耗方面考虑,设计选配非标电动机。
3)泵轴直径初步计算。开始设计时，可按扭矩确定泵轴的最小直径。待泵转子设计完成后，再对轴的强度、刚度和临界转速进行详细的校核。按扭矩计算泵轴直径的公式为:
式中Mn—扭矩，单位为N·m
Pc计算功率，可取Pc=1.2P
[т]—材料的许用切应力，单位为Pa，由文献[1]查取。
[т]值的大小决定轴的粗细，轴细可以节省材料，提高叶轮水力和汽蚀性能；轴粗能增强泵的刚度，提高运行可靠性。
4)叶轮水力尺寸的确定。由所提设计数据和要求，确定叶轮水力形式。可以采用相似设计法或速度系数法确定咔轮主要尺寸。相似设计法又称模型换算法，此方法简单可靠，成为泵的主要设计方法之一，得到广泛应用。设计的大致步骤如下。
①按给定的参数(Q,H，n)动计算欲设计泵的ns。
②选择性能良好的模型泵，模型泵的ns应与设计泵的ns相等(或相近)
③按设计泵和模型泵的参数Q,H，n计算尺寸系数。
④实型泵的各尺寸按D=λDM计算。其中λ用λQ或λH均可，但一般选用其中较大的值或平均值。
5)确定结构方案。通过上述确定的电动机、主轴及叶轮水力等尺寸，参照图1所示结构，初步确定潜污泵结构形式及尺寸；然后根据文献[1]中相关规定，分析各零件的受力情况，并校核其强度，最终确定其结构尺寸；最后根据文献[2]中相关规定，校核所选轴承的使用寿命是否满足相关要求。
四、泵实际应用中的问题及设计改进
1.叶轮轮毅端部处主轴断裂
叶轮与主轴的安装形式如图2所示，在使用过程中，特别是水泵偏大流量运行时，在I处容易产生断轴现象。
分析其产生的主要原因如下:
1)主轴退刀槽处应力集中，特别是尺寸r过小或者干脆为直角。
2)主轴轴肩尺寸B过小，同时伴随着叶轮轮毅端部的工艺倒角和装配机械密封用的倒圆角R的存在，使该处的接触面积过小，进而导致叶轮在旋转过程中产生轴向窜动、位移。最终的后果就是叶轮轴孔扩大，该处主轴断裂。
设计解决措施:
1)严格按照工艺要求加工零件，避免应力集中等情况出现。
2)增大主轴轴肩尺寸B，一般取B≥5mm为宜。缺点是需要相应增大主轴及机械密封等零件尺寸，增加产品成本。
3)将叶轮与主轴的配合由圆柱改为圆锥，如图3所示。缺点是要保证锥度的通配性，必须在工艺工装及设备上加大投入。可根据实际情况选择设计方案，但必须保证叶轮在旋转时不出现轴向和径向位移。
2.机械密封防护
输送雨水及轻度污水的情况下，机械密封的布置形式采用如图I所示结构；当所输送的介质中含有大量的泥沙或固体小颗粒时，应当对机械密封的布置形式重新设计，以提高泵的密封可靠性。
如图4所示，将机械密封全部密闭于油腔内，不与输送介质接触，采用油润滑冷却，延长了机械密封的使用寿命。同时将副叶轮流体动力密封技术应用到潜水排污泵中。
所谓的副叶轮流体动力密封是指在泵的叶轮后盖板背面附近同轴反方向安装一开式叶轮。当泵工作时，副叶轮随泵主轴一起旋转，副叶轮中的液体也会一起美旋转，转动的液体会产生一个向外的离心力，这个离心力一方面平衡流向机械密封处的压力;另一方面阻止介
质中的固体颗粒进入机械密封的摩擦副中，减少机械密封的磨损，延长了使用寿命。副叶轮除了起到密封作用外，还可以起到降低轴向力的作用。但是使用副叶轮密封系统也有一个缺点，那就是在副叶轮上要捎耗一部分能量，一般在3%左右。
3.密封
潜水排污泵的密封一般有静密封和动密封。其动密封如上所述的机械密封装置，机械密封摩擦副的材料配置，一般浸在机械油中润滑的，选为碳化钨+石墨；靠输送介质润滑的，选为碳化钨+碳化硅。
潜水排污泵的静密封有2种:
1)金属与金属结合面处的密封，一般采用非金震O形环密封，其密封性能好，寿命长，结构紧凑，装拆方便(