井用潜水电泵设计研究分析
王恩辉  蒋 昕  张 祥
（利欧集团股份有限公司，浙江  温岭  317503）

摘要：为了解决井用潜水电泵扬程小、效率低的缺陷，笔者对此进行了设计分析。其中包括对电泵电机、水力以及构件的设计，调整电机推力盘与止推轴承之间的间隙，减少了电机内部部件的摩擦。其次在水力层次结构上，调整电泵叶轮参数来提高整体扬程。最终得出的技术试验测试数据都在预计范围内，保证了电泵整体结构的正常运行。

关键词：潜水电泵；止推轴承；机械扬程；叶轮参数

原有潜水电泵在运行操作上存有一定的弊端，主要是由于结构设计以及参数设定的不合理。对电泵整体结构进行改进，不但降低了潜水泵的故障，而且还提高了整体的机械效率。

一、井用潜水电泵设计存在的问题

1 井径与电泵外径不匹配

矿井深度与井壁管直径大小成反比，但与潜水电泵的直径成正比。一般潜水电泵选用不锈钢材质，扬程流量控制在10m~88m，电泵井口流量在1m³~2.5m³，排出口径在15mm~25mm。根据现有潜水电泵的功率型号及尺寸大小，可选的类型有：7.5QJD1.5-25/9，L（s）外径尺寸为40mm，L（a）适用井径为100mm；100QJ1.5-102/17L(s)外径尺寸为44mm，L（a）适用井径为110mm；100QJ8-70/13L（s）外径尺寸为46mm,L（a）适用井径为125mm;100QJ10-130/27LL（s）外径尺寸为50mm，L（a）适用井径为135mm；但随着潜水电泵扬程的不断增加，需要不断增大电泵外径，造成钻井口径与电泵外直径之间的匹配存有一定的差异。

2 水泵轴向力残余较大

水泵选用功率越大其扬程的距离便越远，但随着扬程的增大，潜水电泵的轴向力也越多。根据电泵实际运行情况分析，潜水电泵电机轴承单位面积承受的压力有一定的范围限制，当超过压力额定值后，轴承无法平衡电机所有的轴向平衡。轴承一般选用合金材料，单位面积内承受的压力在13000N，超出该范围后，轴承便会加大残余轴向力，将多余的轴向力分配至止推轴承，电机转子便会不断磨损止推轴承，造成电机转子的局部下沉，烧毁电机内部的电磁离合器。

3 电机功率不足
潜水电泵的功率与井壁外径存有直接关系，井径越大潜水电泵所选用的外口直径便越小，造成在电机功率匹配上没有有效的结合。功率越大电泵的外口直径越大，在配套功率上要求200mm外径的潜水电泵，配套的运行功率为45000W，这种运作功率不能保证电泵工作的正常运行，需要在该功率上增加29000W，达到74000W时，才能保证电机正常的运行工作。外围环境工作压强为0.2MPa，要求潜水泵扬程在60m范围内，选用45kW电机功率便可满足工作需求。

二、井用潜水电泵设计

1 电机设计

为了降低潜水泵故障率，笔者对电机设计结构进行了分析。滚珠轴承与电机轴之间所用的密封圈极易受到高压机械的摩擦，造成密封圈失去原有的密封效果。单级水泵密封装置对机体内外的压强以及水泵的扬程起到至关重要的作用，所以在设计结构上应对电机轴以及滚珠轴承进行优化，如图1所示，将电机轴速率调至600rad/min，定向偏转8°，查看电机的磨损，损耗降低38%，潜水泵工作扬程没有发生改变。其次调整推力盘与止推轴承之间的间隙，将间隙保持在0.36mm~0.55mm范围内，这样能够保证电机内的叶轮转动灵活，并对其内部的电缆没有损伤。

2 水力设计

潜水电泵水力设计包括对叶轮参数和叶片的设计，提高叶轮转数比、增大水泵扬程等。若设备正常运行时，控制水泵流量Q=32m³/h，叶轮转速1200rad/min，扬程25m，叶轮转数比为77.3，运行机械效率为78%。若要增大扬程便会造成叶轮圆盘侧面的大面积摩擦，造成叶轮齿轮平面的损坏。但在不影响设备运行的条件下，调整叶轮转数比，减缓摩擦程度，便能增加水泵的机械扬程。叶片流道弯曲度（β）32°，调整β为35°时水泵机械扬程变化，出现了驼峰曲线，此时叶轮转数比在83.7%。在保证其他参数不变的情况下，通过改变叶片弯曲度来提高水泵扬程，使得机械效率达到88.6%。在叶片设计结构原理上主要是改变叶片与叶片之间的夹角，其次改变叶片与叶心之间的偏差距离。

3 结构部件设计

水泵部件设计包括对输水管路和电缆结构的设计，输水管路交接处与法兰盘相接，接口呈弧形，所以在密封处理上应用钢筋进行加固，其次在压差上降低管内水流的流速。电机电缆一般采用电阻较小的，防止出现大电阻运行，功率过大，内部过热集中，导致内部电机的烧毁。

图 1 潜水电机设计结构图

表 1 电泵技术试验数据表

三、技术对比分析

通过对机组以及设计参数的调整，现对水泵进行测试对比。对比结果显示机组及功率正常，具体数据见表1。

该试验测试数据与原有电泵数据进行对比，不但增大了扬程距离，而且还提高了水泵的机械效率。

结语

通过对井用潜水泵的设计研究，使得笔者对该结构的设计有了更为深刻的认知。这种设计结构不但提高了电泵的机械效率，而且安全、稳定性能更加可靠。