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深井泵進化史

2013-02-22

深井泵進化史

井泵是抽取地下水的主要設備，主要有潛水井泵和長軸深井泵兩種產(chǎn)品。

1．長軸深井泵是一種立式離心泵或混流泵，具有單個或若干個旋轉葉輪，從與軸同心的抽水部件排水。

抽水部件借助導水系統(tǒng)懸掛固定，導水系統(tǒng)內裝有將功率傳遞至葉輪的一系列立式傳動軸，而原動機處于液流外面。整個機組用于從開式水池或封閉吸水系統(tǒng)中抽水。

2．潛水井泵是一種以立式導流殼式的泵與連續(xù)在水下運行的電機直連成一體的組合機組。

機組借助揚水管懸吊于支撐板上，并通過潛水電纜接受電能。

兩種產(chǎn)品的水泵部分是基本相同的，不同之處主要是驅動動力及其與水泵部分的聯(lián)結方式。顯然，兩者既存在相似之處，又存在差別。

在40多年的發(fā)展中，彼此之間既相互競爭，同時又相互促進，經(jīng)過市場不斷淘汰和篩選，形成優(yōu)勢互補的穩(wěn)定的產(chǎn)品系列。

泵殼有軸向剖分式和徑向剖分式兩種。大多數(shù)單級泵的殼體都是蝸殼式的，多級泵徑向剖分殼體一般為環(huán)形殼體或圓形殼體。

一般蝸殼式泵殼內腔呈螺旋型液道，用以收集從葉輪中甩出的液體，并引向擴散管至泵出口。泵殼承受全部的工作壓力和液體的熱負荷。

二. 井泵的發(fā)展歷程

民國35年(1946年)陳阿金等5人合資創(chuàng)辦洽興抽水機修理社(現(xiàn)上海深井泵廠),設在建國西路339號。它是國內第一家生產(chǎn)深井泵的工廠。當年制造出國內第一臺6英寸深井泵。國外井泵的發(fā)展比較早，技術上也比較完善。從1928年第一臺潛水井泵的發(fā)明到1961年已經(jīng)全面地標準化。

近幾十年來，國外的制造商主要在拓寬產(chǎn)品的應用領域和市場競爭力上下功夫。而我國從60年代初才剛剛起步。通過幾代人的努力實現(xiàn)了從無到有，從落后到接近國外先進水平的大跨步。下面僅以井泵的水力性能為主線對井泵技術的發(fā)展歷程作扼要回顧。

農(nóng)業(yè)灌溉和人畜飲水是至關農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。能否有效地提水則關系著我國廣大農(nóng)田生產(chǎn)的成敗。同農(nóng)業(yè)機械化一樣，我國的農(nóng)田提水方式也經(jīng)歷了漫長的演變歷程──從手工、畜力到機械化。

在我國的廣大農(nóng)村，人工提水為古老和普遍。伴隨著人們對工具的不斷改進，逐漸采用轆轤及水車提水。借助畜力又在前者的基礎上更進了一步。資料表明59年以前大多使用手搖水車提水，但部分地區(qū)采用了幾種立式活塞提水泵，動力為拖拉機或畜力，明顯省力。

沈陽水泵廠于1959年對北方地區(qū)調查表明當時的提水方式主要有三種：

1）解放式水車，畜力帶動；

2）離心式水泵，較普遍的是泵放在地面上，也有安裝在地下的，受井內條件影響大，時常中斷工作；

3）深井泵，泵工作部分在井下，傳動支承部分用揚水管與傳動軸聯(lián)接。其中第三種即屬長軸深井泵。由于設計經(jīng)驗不足，該泵效率比同性能離心泵低10%以上，但從工程實用角度無疑是三者之中好的，這也有力地解決了深井取水，特別是北方地區(qū)深井取水的難題。此后的發(fā)展歷史大致可以總結如下：

（1）我國潛水井泵的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：

1.60~70年代中后期的摸索階段

1960年上海江寧電機廠首先試制出2.2JN潛水電泵，填補了國內空白。

水泵部分采取葉輪配空間導葉形式，水流從葉輪出來經(jīng)過空間導葉消除環(huán)量，以減小損失。效率僅為35%。

1965年上海水泵廠進一步試制出2.2Kw的系列化產(chǎn)品，效率達到57.5~75.5%，已接近國外先進效率指標。從水力設計資料看葉輪和導葉的流道面積變化均勻，說明當時已較好地掌握了水力設計方法。JN型主要針對河湖、溝渠、土井淺水作業(yè)，嚴格來講，早期的JN泵不屬井泵系列。但其發(fā)展經(jīng)驗，尤其是早期葉輪與導流殼的水力設計經(jīng)驗是彌足珍貴的。

JN型經(jīng)過3次較大變革成功發(fā)展成QY型作業(yè)面泵。而北方深井提水也迫切需要相應的產(chǎn)品。65年前后國內已經(jīng)開始研制，由于歷史的原因，國家于70年左右才開始著手組織北方地區(qū)研究、設計、試驗NQ型農(nóng)用潛水電泵的工作。

1972年1月北方八省（市）對NQ系列潛水電泵的設計、系列化進行了總結；同年3月于石家莊水泵廠對四種口徑九個品種NQ系列潛水電泵制定了統(tǒng)一的定型方案。此后各地如雨后春筍般相繼開發(fā)出各種型號NQ型潛水電泵。NQ型的水泵部分由進水節(jié)、葉輪、導流殼和逆止閥等組成，結構整齊，布置合理。這樣便于廠家形成多品種、系列化產(chǎn)品，很好地滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。從資料看當時普遍采用一般離心泵葉輪配上空間導葉作為泵體部分。這種生搬硬套既不符合井泵特殊的結構要求和工況，也不符合井泵內部流動原理，造成能量損耗較大，往往達不到預期的指標，效率普遍較低，當時的設計者也注意到了。

2.70年代中后期~80年代大規(guī)模生產(chǎn)和全面研究階段

由于結構上深井潛水泵受井徑限制，而且工作部分深入水下，工況不同于一般離心泵，有必要從流動原理著手，系統(tǒng)加以研究。

由于歷史原因，一直到70年代中后期，針對性的水力模型研究都遲遲沒有開展。1977年，中國農(nóng)機院開始了部分離心式潛水泵水力模型的研究，揭開了井用潛水泵全面深入研究的序幕，通過研究效率普遍提高3~6%。研究從設計、模型、鑄造及加工各環(huán)節(jié)詳細作了試驗、分析和探討，達到了深入的理論和經(jīng)驗積累。

隨后80年代初中國農(nóng)機院又掀起了深入研究井用潛水泵的高潮，針對葉輪和導葉水力設計理論進行了深入的探討，取得了豐碩的成果。

在這些成果的基礎上，促成80年代NQ型井泵的大規(guī)模系列化生產(chǎn)。這一時期全國各地潛水泵廠如雨后春筍般迅速發(fā)展起來，并且相繼開發(fā)出各自的系列，達到潛水井泵生產(chǎn)的高峰期。

從資料看這一時期比較成熟的設計之一是模仿普通立式多級離心泵，采用正反導葉，葉輪采用優(yōu)秀水力模型，導葉設計采用等速度矩原理。另一種采用空間導葉，葉輪采用優(yōu)秀水力模型，考慮葉輪與空間導葉的相互作用，把兩者作為一個整體來設計。這些設計思想在當時的產(chǎn)品中得到很好得貫徹和體現(xiàn)。

這一時期一些廠家還引進國外廠品進行仿制和改進，如沈陽水泵廠引進西德Ritz公司的66系列潛水泵，并加以改進，效果比國外80年代初的產(chǎn)品略有提高，雖然還追不上同時期國外的技術水平，但80年代蓬勃的發(fā)展說明我國在井泵的設計水平上較六、七十年代已有了總體的提高。

80年代中后期NQ型泵逐漸退出歷史舞臺，為QJ系列取代。后者在結構和性能方面都有所優(yōu)化和提升，QJ這一型號也一直沿用至今。

3.90年代以來發(fā)展趨緩

在中國農(nóng)機院80年代初掀起的研究高潮過后，井泵的研究基本處于停滯狀態(tài)，也不難理解，十余年的生產(chǎn)經(jīng)驗表明井泵性能基本維持在原來的基礎上，也就是說原有的水力模型是比較優(yōu)秀的，那么對于井泵這種量大面廣的產(chǎn)品，廠家更關注如何節(jié)約成本，而不是水力設計方法的研究。

大規(guī)模系統(tǒng)化的模型研究已不可能，比較普遍的是廠家對產(chǎn)品略微改進，或者通過引進國外高檔次產(chǎn)品加以仿制和吸收。但另一方面，理論研究工作仍然在繼續(xù)。較有共識之一，在大比速時，葉輪向后傾斜，再配上空間導葉，這種設計比采用普通離心葉輪(不向后傾斜)的性能要高，并且在形式上不斷變化中。其二，在小比速時，采用優(yōu)秀葉輪，配上正反導葉，當時的產(chǎn)品都明顯地反映了這兩種典型形式。

2)我國長軸深井泵的發(fā)展
從資料看59年以前就已經(jīng)采用深井泵了，只是結構復雜、價格高，因此沒有得到很好的發(fā)展。

1965年中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院聯(lián)合多家泵廠對J型機井泵和TJ型土井泵進行了設計和試制，兩者水泵部分的結構基本相同，水流經(jīng)葉輪后通過導流殼消除環(huán)量從而提高水力性能。從實測結果看，效率較高，結構緊湊，運行可靠。這對解決北方地區(qū)提取地下水，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要意義。

此后各地廠家紛紛試制出各自特色的產(chǎn)品，總體上呈現(xiàn)品種多而不全、型號繁雜、尺寸不一、性能落后等狀況。

這一狀況一直維持到80年代初，而后隨著一機部“三化”工作的開展，逐步有了統(tǒng)一的標準。J型就是典型的長軸深井泵，后來發(fā)展成JD開式葉輪型，后又演變?yōu)镴C閉式葉輪型。另一方面，值得一提的是小流量長軸深井泵的研究有重大的進展，1983年河北研制出小流量JC深井泵，效率超過標準6~7%，達到國際水平，填補了國內空白。

此后又開發(fā)出一系列產(chǎn)品，不僅深受用戶歡迎，重要的是在葉輪和導流殼的水力設計理論上也取得了重要的經(jīng)驗。相比之下，其他大多數(shù)型號的水力性能偏低，這與長期以來缺乏研究的慣性有關，也同廠家片面追求低廉化產(chǎn)品的觀念有關。

葉輪是惟一的作功部件，泵通過葉輪對液體作功。葉輪型式有閉式、開式、半開式三種。閉式葉輪由葉片、前蓋板、后蓋板組成。半開式葉輪由葉片和后蓋板組成。開式葉輪只有葉片，無前后蓋板。閉式葉輪效率較高，開式葉輪效率較低。

三. 國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
當前國外井泵廠家主要有美國的飛力公司(Flygt)、ITT旗下的Goulds分部、瑞典的格蘭富、德國的KSB等，從引進的產(chǎn)品看，無論在水力性能以及加工工藝和材料耐用性方面都是非常先進的。

我國井泵技術水平還落后于國外，除了經(jīng)濟上的客觀原因之外，還有水泵技術人員的主觀原因。

一是很多設計人員把井泵當作一般的多級離心泵，往往參照各種離心泵的優(yōu)秀模型而不是井泵的優(yōu)秀模型來設計葉輪（也因為井泵的優(yōu)秀模型很難找到），結果這些優(yōu)秀的離心泵水力模型用在井泵上，單級揚程和水泵效率都降低了許多；

二是很多設計人員認為我國的水泵設計技術不比國外差，把水泵產(chǎn)品的落后僅僅歸咎于材料技術和制造工藝技術落后，不愿意進行水力設計方法的改革，井泵的設計技術自然難提高了。

但是，開放的水泵市場讓我們看到了真實的差距，中國廣闊的市場和較低的勞動力成本讓全世界的水泵商家把生產(chǎn)基地放到了中國，與此同時也是提高我國井泵設計技術的好時機，并且也是刻不容緩了。

目前在高比速段，延續(xù)了向后傾斜并配上空間導葉的型式，只是向后傾斜較大，形狀上類似混流泵葉輪，整體上呈S形，低比速段仍然采用優(yōu)秀葉輪和正反導葉型式，沒有本質的變化。

于S型，水力性能相當好，改進的余地很小。而正反導葉型式效率起伏不定，時好時壞，仍然有較大挖掘潛力，正是基于此，去年，我們流體中心與福建銀嘉機電公司合作研制成功4英寸井泵，我們延伸前蓋板頂?shù)奖帽?，減小后蓋板，取消正導葉，換導流殼為進口扭曲的空間徑向導葉。在國家標準的基礎上把井泵的單級揚程提高了50%，水泵效率提高了8個百分點。在探索井泵新設計方法的同時，大大縮減了泵體長度，降低了成本，為物美價廉的井泵開辟了道路，

為了達到物美價廉的目標，新型井泵尤其是級數(shù)超過3級的高揚程井泵，今后的發(fā)展趨勢將是單級揚程大大提高，泵體的軸向高度大為降低。當然這個發(fā)展趨勢只有在井泵的效率和可靠性進一步提高的前提下才有意義。

國家標準《井用潛水泵》（GB/T2816-2002）在制定基本參數(shù)時，取消了舊標準《井用潛水泵型式和基本參數(shù)》（GB/T2816-91）中對單級揚程的規(guī)定是順應這個發(fā)展趨勢的。

新型井泵要比現(xiàn)有的井用潛水泵成本低、效率高。從新、老井泵對比圖可以明顯看出，新型井泵比老式井泵要短得多，可節(jié)約原材料2/3，降低了生產(chǎn)成本。

四. 結束語

我國有著廣闊的幅員，尤其北方平原地區(qū)，農(nóng)田提水和人畜飲水迫切需要性能穩(wěn)定而價廉物美的井泵，而且隨著城市生活水平的提高，需要完善的供水系統(tǒng)，這些都意味著井泵發(fā)展有著廣闊前景。隨著技術不斷進步，井泵行業(yè)也面臨著挑戰(zhàn)，同時存在巨大商機，只要銳意進取，一定能迎來井泵發(fā)展的又一個高潮。

上海帕特泵業(yè)制造有限公司

2013年02月22日星期五

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