一種深井泵設計方法
2023-09-16 03:04:35
專利名稱：一種深井泵設計方法
技術領域：
本發明涉及一種非變容式泵的設計方法，尤其是主要在深水井內使用的深井潛水泵和長軸深井泵的泵體與葉輪的設計方法。
背景技術：
目前，公知的深井潛水泵和長軸深井泵都採用離心泵的一般設計方法，把現有的優秀水力模型成比例地縮放在窄小的井徑內，或者按照優秀水力模型的統計係數再根據井徑大小來設計形狀相似的泵體與葉輪，因此公知的深井泵葉輪與地面泵的葉輪形狀幾乎相同，低比轉數葉輪的前蓋板直徑與後蓋板直徑相等，中比轉數葉輪的前蓋板直徑比後蓋板直徑大一些，但大的很少，而且葉輪的出口直徑一般等於泵體導葉的蓋板直徑，在葉輪外徑與泵體內徑之間人為地設計了一個很大的泵腔環室，使葉輪外徑比泵體內徑小了許多。
按目前這種設計方法設計的深井泵葉輪直徑必然很小，因此深井泵的單級揚程都比較低。國家標準GB/T2816-2002《井用潛水泵》和JB/T3564-1992《長軸離心深井泵型式與基本參數》中規定的深井泵單級揚程都比較低，就是按目前公知的深井泵設計方法設計出來的結果。
由於目前的深井泵單級揚程低，導致一臺普通的幾百米深井泵需要安裝幾拾個甚至上百個葉輪和泵體，大大提高了深井泵的生產成本，降低了深井泵的使用可靠性。還有目前的泵體導葉的軸向高度也偏高了一些，由於一臺深井泵是由很多泵體組成的，一個泵體導葉高一些，一臺深井泵就會高許多，這也會提高深井泵的生產成本。
發明內容
為了克服現有深井泵設計方法的不足，本發明提供一種新的深井泵設計方法，用本發明設計的深井泵葉輪，其葉輪直徑在可能的前提下達到了最大，用本發明設計的深井泵泵體，其泵體導葉的軸向高度在可能的前提下達到了最短。因此大大提高了深井泵的單級揚程，大大減短了整臺深井泵的長度，降低了生產成本，提高了深井泵的使用可靠性，而且水泵效率也比目前國家標準系列型譜中規定的水泵效率高許多。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是1.按照現有的深井泵設計方法，先按井徑與相關標準的規定尺寸設計泵體外徑，通過強度計算設計出泵體壁厚，泵體外徑減去兩倍的泵體壁厚就是泵體內徑，根據額定流量由導葉需要的進口面積可以計算出泵體導葉的蓋板直徑，葉輪型式採用具有葉片和前、後蓋板的離心閉式葉輪，以上這些方法都是常規的和必要的，本發明的關鍵措施是把葉輪直徑在可能的前提下設計到最大，具體措施是葉輪前蓋板直徑約等於泵體內徑，葉輪前蓋板直徑與泵體內徑的配合是間隙配合，葉輪後蓋板直徑與泵體導葉的蓋板直徑相等，葉輪葉片的外徑大於葉輪後蓋板直徑，等於或小於葉輪前蓋板直徑。
將葉輪前蓋板直徑設計到約等於泵體內徑，這在結構上已經是葉輪直徑的極大值了，由於葉輪是運動件，泵體是不動件，所以葉輪前蓋板直徑與泵體內徑不能完全相等，只能小一些也就是採用間隙配合。將葉輪後蓋板直徑設計成與泵體導葉的蓋板直徑相等，這是在保證水泵效率的前提下，葉輪後蓋板直徑的極大值了，因為進一步加大葉輪後蓋板直徑，會使葉輪出口到導葉進口的水流受阻。將葉輪葉片的外徑設計到大於葉輪後蓋板直徑，等於或小於葉輪前蓋板直徑，這不僅在結構上是葉輪直徑的極大值，更是在保證水泵效率的前提下，葉輪直徑的極大值了，為了使水泵效率儘可能高，需要在設計時計算由葉輪葉片外徑與泵體內徑所圍成的泵腔環室，泵腔環室的過流面積要使這裡的水流速度略小於葉輪葉片出口的水流絕對速度，這是按本發明設計的深井泵效率高於現有的深井泵效率的一個重要因素，現有的深井泵泵腔環室的過流面積太大，因而有較大的水力損失。
2.本發明的第二項措施是泵體導葉的高度等於導葉出口高度加泵體軸孔位高度，導葉口高度是由導葉需要的出口面積計算出來的，導葉的出口面積約等於葉輪的進口面積，泵體軸孔位高度約等於泵體軸孔直徑的三分之一。
這項措施中，泵體軸孔位高度約等於泵體軸孔直徑的三分之一，是為了在這個部位裝軸承。因為深井泵是一種細長型多級泵，在這個部位裝軸承是必要的，但本發明的軸承長度要比現有的深井泵軸承短，這也使深井泵的總長度減短了。
這項措施可以進一步減短泵體長度，降低深井泵的生產成本，但這項措施與第一項關鍵措施是互相獨立的，可以分別用在深井泵設計上，也可以共同用在同一臺深井泵設計上。
採用本發明設計的深井泵在泵體與泵體的聯接方法上會與現有的深井泵有所不同，現有的深井泵可以在任意兩個泵體之間採用螺栓聯接，而本發明設計的深井泵不能在泵體與泵體之間採用螺栓聯接，只能在泵體與泵體之間採用螺紋聯接，或者將整臺泵用拉杆聯接到一起，還可以採用外加套筒的方法來聯接。雖然本發明失去了一種聯接方法，但仍有很多成熟可靠的聯接方法可供選擇，所以不會影響本發明的實施。
本發明的有益效果是，可以用本發明提出的設計方法設計出新一代深井潛水泵和長軸深井泵。新一代深井泵與現有的深井泵相比，具有泵的零件數少、泵的總長度短，因而泵的生產成本大大降低的有益效果，大多數品種的生產成本可以降低三分之一左右，同時泵的使用可靠性因為泵的總長度減短而提高，多數品種的水泵效率也會因為本設計方法的合理性而得到提高。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明一個實施例的剖視圖。
圖中1.葉輪前蓋板直徑，2.葉輪後蓋板直徑，3.泵體導葉的蓋板直徑，4.泵體內徑，5.泵體外徑，6.泵體壁厚，7.泵體導葉的軸向高度，8.泵腔環室，9.導葉出口高度，10.泵體軸孔位高度，11.泵體軸孔直徑，12.葉輪葉片的外徑。
在圖1中，畫出了一個深井泵實施例的兩個泵體和兩個葉輪，其中兩個泵體和一個葉輪的位置就是它們在深井泵實施例中的裝配位置，另一個葉輪不在裝配位置上，是為了便於標註說明。
具體實施例方式
圖1所示實施例的深井泵型號是100QJ3.2，按國家標準GB/T2816-2002《井用潛水泵》的規定，泵體外徑(5)只能設計成φ88左右，通過強度計算設計出泵體壁厚(6)為2.5mm，泵體外徑(5)減去兩倍的泵體壁厚(6)求得泵體內徑(4)為φ83左右，根據額定流量由導葉需要的進口面積可以計算出泵體導葉的蓋板直徑(3)為φ76左右，葉輪型式採用具有葉片和前、後蓋板的離心閉式葉輪，葉輪前蓋板直徑(1)約等於泵體內徑(4)，設計成φ82.5左右，葉輪前蓋板直徑(1)與泵體內徑(4)的配合是間隙配合，其間隙約為0.5mm左右，葉輪後蓋板直徑(2)與泵體導葉的蓋板直徑(3)相等，設計成φ76左右，葉輪葉片的外徑(12)大於葉輪後蓋板直徑(2)，等於或小於葉輪前蓋板直徑(1)，其形狀可以是圓弧，可以是折線，也可以是直線，由葉輪葉片的外徑(12)與泵體內徑(4)所圍成的泵腔環室(8)的過流面積經過計算，在額定流量3.2m3/h的時候，這裡的水流速度略小於葉輪葉片出口的水流絕對速度。
在圖1所示實施例中，泵體導葉的高度(7)等於導葉出口高度(9)加泵體軸孔位高度(10)，導葉出口高度(9)是由導葉需要的出口面積計算出來的，根據導葉的出口面積約等於葉輪的進口面積計算出導葉出口高度(9)為4mm左右，泵體軸孔位高度(10)約等於泵體軸孔直徑(11)的三分之一，泵體軸孔直徑(11)為18mm左右，泵體軸孔位高度(10)為6mm左右，所以泵體導葉的高度(7)設計成10mm左右。
圖1所示實施例與現有的100QJ3.2井用潛水泵相比，葉輪的單級揚程從4.5米提高到6.75米，提高了50％左右，泵的總長度減短了三分之一左右，生產成本也降低了三分之一左右，水泵效率也從48％提高到56％。
權利要求
1.一種深井泵設計方法，其泵體外徑是按井徑與相關標準的規定尺寸設計的，其泵體壁厚是通過強度計算設計的，其泵體內徑是由泵體外徑和泵體壁厚決定的，其泵體導葉的蓋板直徑是根據額定流量由導葉需要的進口面積計算出來的，其葉輪是具有葉片和前、後蓋板的離心閉式葉輪，其特徵是葉輪前蓋板直徑約等於泵體內徑，葉輪前蓋板直徑與泵體內徑的配合是間隙配合，葉輪後蓋板直徑與泵體導葉的蓋板直徑相等，葉輪葉片的外徑大於葉輪後蓋板直徑，等於或小於葉輪前蓋板直徑；
2.根據權利要求1所述的一種深井泵設計方法，其特徵是泵體導葉的高度等於導葉出口高度加泵體軸孔位高度，導葉出口高度是由導葉需要的出口面積計算出來的，導葉的出口面積約等於葉輪的進口面積，泵體軸孔位高度約等於泵體軸孔直徑的三分之一。
全文摘要
本發明是一種主要在深水井內使用的深井潛水泵和長軸深井泵的泵體與葉輪的設計方法。用本發明設計的深井泵葉輪，其葉輪直徑在可能的前提下達到了最大，用本發明設計的深井泵泵體，其泵體導葉的軸向高度在可能的前提下達到了最短。因此大大提高了深井泵的單級揚程，大大減短了整臺深井泵的長度。用本發明提出的設計方法設計新一代深井潛水泵和長軸深井泵將比現有的深井泵生產成本降低三分之一左右，同時泵的使用可靠性因為泵的總長度減短而提高，多數品種的水泵效率也會因為本設計方法的合理性而得到提高。
文檔編號F04D29/04GK1598326SQ20041004172
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月18日 優先權日2004年8月18日
發明者陸偉剛 申請人:江蘇大學