一种深井泵设计方法.pdf

本发明是一种主要在深水井内使用的深井潜水泵和长轴深井泵的泵体与叶轮的设计方法。用本发明设计的深井泵叶轮，其叶轮直径在可能的前提下达到了最大，用本发明设计的深井泵泵体，其泵体导叶的轴向高度在可能的前提下达到了最短。因此大大提高了深井泵的单级扬程，大大减短了整台深井泵的长度。用本发明提出的设计方法设计新一代深井潜水泵和长轴深井泵将比现有的深井泵生产成本降低三分之一左右，同时泵的使用可靠性因为泵的总长度减短而提高，多数品种的水泵效率也会因为本设计方法的合理性而得到提高。

1.  一种深井泵设计方法，其泵体外径是按井径与相关标准的规定尺寸设计的，其泵体壁厚是通过强度计算设计的，其泵体内径是由泵体外径和泵体壁厚决定的，其泵体导叶的盖板直径是根据额定流量由导叶需要的进口面积计算出来的，其叶轮是具有叶片和前、后盖板的离心闭式叶轮，其特征是：叶轮前盖板直径约等于泵体内径，叶轮前盖板直径与泵体内径的配合是间隙配合，叶轮后盖板直径与泵体导叶的盖板直径相等，叶轮叶片的外径大于叶轮后盖板直径，等于或小于叶轮前盖板直径；

2.  根据权利要求1所述的一种深井泵设计方法，其特征是：泵体导叶的高度等于导叶出口高度加泵体轴孔位高度，导叶出口高度是由导叶需要的出口面积计算出来的，导叶的出口面积约等于叶轮的进口面积，泵体轴孔位高度约等于泵体轴孔直径的三分之一。

一种深井泵设计方法
所属技术领域
本发明涉及一种非变容式泵的设计方法，尤其是主要在深水井内使用的深井潜水泵和长轴深井泵的泵体与叶轮的设计方法。
背景技术
目前，公知的深井潜水泵和长轴深井泵都采用离心泵的一般设计方法，把现有的优秀水力模型成比例地缩放在窄小的井径内，或者按照优秀水力模型的统计系数再根据井径大小来设计形状相似的泵体与叶轮，因此公知的深井泵叶轮与地面泵的叶轮形状几乎相同，低比转数叶轮的前盖板直径与后盖板直径相等，中比转数叶轮的前盖板直径比后盖板直径大一些，但大的很少，而且叶轮的出口直径一般等于泵体导叶的盖板直径，在叶轮外径与泵体内径之间人为地设计了一个很大的泵腔环室，使叶轮外径比泵体内径小了许多。
按目前这种设计方法设计的深井泵叶轮直径必然很小，因此深井泵的单级扬程都比较低。国家标准GB/T2816-2002《井用潜水泵》和JB/T3564-1992《长轴离心深井泵型式与基本参数》中规定的深井泵单级扬程都比较低，就是按目前公知的深井泵设计方法设计出来的结果。
由于目前的深井泵单级扬程低，导致一台普通的几百米深井泵需要安装几拾个甚至上百个叶轮和泵体，大大提高了深井泵的生产成本，降低了深井泵的使用可靠性。还有目前的泵体导叶的轴向高度也偏高了一些，由于一台深井泵是由很多泵体组成的，一个泵体导叶高一些，一台深井泵就会高许多，这也会提高深井泵的生产成本。
发明内容
为了克服现有深井泵设计方法的不足，本发明提供一种新的深井泵设计方法，用本发明设计的深井泵叶轮，其叶轮直径在可能的前提下达到了最大，用本发明设计的深井泵泵体，其泵体导叶的轴向高度在可能的前提下达到了最短。因此大大提高了深井泵的单级扬程，大大减短了整台深井泵的长度，降低了生产成本，提高了深井泵的使用可靠性，而且水泵效率也比目前国家标准系列型谱中规定的水泵效率高许多。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1.按照现有的深井泵设计方法，先按井径与相关标准的规定尺寸设计泵体外径，通过强度计算设计出泵体壁厚，泵体外径减去两倍的泵体壁厚就是泵体内径，根据额定流量由导叶需要的进口面积可以计算出泵体导叶的盖板直径，叶轮型式采用具有叶片和前、后盖板的离心闭式叶轮，以上这些方法都是常规的和必要的，本发明的关键措施是把叶轮直径在可能的前提下设计到最大，具体措施是：叶轮前盖板直径约等于泵体内径，叶轮前盖板直径与泵体内径的配合是间隙配合，叶轮后盖板直径与泵体导叶的盖板直径相等，叶轮叶片的外径大于叶轮后盖板直径，等于或小于叶轮前盖板直径。
将叶轮前盖板直径设计到约等于泵体内径，这在结构上已经是叶轮直径的极大值了，由于叶轮是运动件，泵体是不动件，所以叶轮前盖板直径与泵体内径不能完全相等，只能小一些也就是采用间隙配合。将叶轮后盖板直径设计成与泵体导叶的盖板直径相等，这是在保证水泵效率的前提下，叶轮后盖板直径的极大值了，因为进一步加大叶轮后盖板直径，会使叶轮出口到导叶进口的水流受阻。将叶轮叶片的外径设计到大于叶轮后盖板直径，等于或小于叶轮前盖板直径，这不仅在结构上是叶轮直径的极大值，更是在保证水泵效率的前提下，叶轮直径的极大值了，为了使水泵效率尽可能高，需要在设计时计算由叶轮叶片外径与泵体内径所围成的泵腔环室，泵腔环室的过流面积要使这里的水流速度略小于叶轮叶片出口的水流绝对速度，这是按本发明设计地深井泵效率高于现有的深井泵效率的一个重要因素，现有的深井泵泵腔环室的过流面积太大，因而有较大的水力损失。
2.本发明的第二项措施是：泵体导叶的高度等于导叶出口高度加泵体轴孔位高度，导叶口高度是由导叶需要的出口面积计算出来的，导叶的出口面积约等于叶轮的进口面积，泵体轴孔位高度约等于泵体轴孔直径的三分之一。
这项措施中，泵体轴孔位高度约等于泵体轴孔直径的三分之一，是为了在这个部位装轴承。因为深井泵是一种细长型多级泵，在这个部位装轴承是必要的，但本发明的轴承长度要比现有的深井泵轴承短，这也使深井泵的总长度减短了。
这项措施可以进一步减短泵体长度，降低深井泵的生产成本，但这项措施与第一项关键措施是互相独立的，可以分别用在深井泵设计上，也可以共同用在同一台深井泵设计上。
采用本发明设计的深井泵在泵体与泵体的联接方法上会与现有的深井泵有所不同，现有的深井泵可以在任意两个泵体之间采用螺栓联接，而本发明设计的深井泵不能在泵体与泵体之间采用螺栓联接，只能在泵体与泵体之间采用螺纹联接，或者将整台泵用拉杆联接到一起，还可以采用外加套筒的方法来联接。虽然本发明失去了一种联接方法，但仍有很多成熟可靠的联接方法可供选择，所以不会影响本发明的实施。
本发明的有益效果是，可以用本发明提出的设计方法设计出新一代深井潜水泵和长轴深井泵。新一代深井泵与现有的深井泵相比，具有泵的零件数少、泵的总长度短，因而泵的生产成本大大降低的有益效果，大多数品种的生产成本可以降低三分之一左右，同时泵的使用可靠性因为泵的总长度减短而提高，多数品种的水泵效率也会因为本设计方法的合理性而得到提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的剖视图。
图中1.叶轮前盖板直径，2.叶轮后盖板直径，3.泵体导叶的盖板直径，4.泵体内径，5.泵体外径，6.泵体壁厚，7.泵体导叶的轴向高度，8.泵腔环室，9.导叶出口高度，10.泵体轴孔位高度，11.泵体轴孔直径，12.叶轮叶片的外径。
在图1中，画出了一个深井泵实施例的两个泵体和两个叶轮，其中两个泵体和一个叶轮的位置就是它们在深井泵实施例中的装配位置，另一个叶轮不在装配位置上，是为了便于标注说明。
具体实施方式
图1所示实施例的深井泵型号是100QJ3.2，按国家标准GB/T2816-2002《井用潜水泵》的规定，泵体外径(5)只能设计成φ88左右，通过强度计算设计出泵体壁厚(6)为2.5mm，泵体外径(5)减去两倍的泵体壁厚(6)求得泵体内径(4)为φ83左右，根据额定流量由导叶需要的进口面积可以计算出泵体导叶的盖板直径(3)为φ76左右，叶轮型式采用具有叶片和前、后盖板的离心闭式叶轮，叶轮前盖板直径(1)约等于泵体内径(4)，设计成φ82.5左右，叶轮前盖板直径(1)与泵体内径(4)的配合是间隙配合，其间隙约为0.5mm左右，叶轮后盖板直径(2)与泵体导叶的盖板直径(3)相等，设计成φ76左右，叶轮叶片的外径(12)大于叶轮后盖板直径(2)，等于或小于叶轮前盖板直径(1)，其形状可以是圆弧，可以是折线，也可以是直线，由叶轮叶片的外径(12)与泵体内径(4)所围成的泵腔环室(8)的过流面积经过计算，在额定流量3.2m³/h的时候，这里的水流速度略小于叶轮叶片出口的水流绝对速度。
在图1所示实施例中，泵体导叶的高度(7)等于导叶出口高度(9)加泵体轴孔位高度(10)，导叶出口高度(9)是由导叶需要的出口面积计算出来的，根据导叶的出口面积约等于叶轮的进口面积计算出导叶出口高度(9)为4mm左右，泵体轴孔位高度(10)约等于泵体轴孔直径(11)的三分之一，泵体轴孔直径(11)为18mm左右，泵体轴孔位高度(10)为6mm左右，所以泵体导叶的高度(7)设计成10mm左右。
图1所示实施例与现有的100QJ3.2井用潜水泵相比，叶轮的单级扬程从4.5米提高到6.75米，提高了50％左右，泵的总长度减短了三分之一左右，生产成本也降低了三分之一左右，水泵效率也从48％提高到56％。