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1、1 京江学院 JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本科毕业论文潜水污水泵设计调研报告2 调研目的A. 了解潜水污水泵原理与应用浅析；B. 了解潜水污水泵机械密封的结构及其机械密封的应用改造；C. 写出市场调研。调研方式利用图书馆的网络资料库进行相关论文的搜索；网上收集资料，了解潜水污水泵原理与应用浅析、 潜水污水泵机械密封的结构及其机械密封的应用改造，到图书馆查阅相关文献资料。调研内容潜水污水泵主要用于输送城市污水，是污水处理行业中的关键设备。近年来，我国非常重视污水处理事业，全国各地都在兴建污水处理工程。潜水污水泵是污
2、水处理工程中的重要设备，而且这种泵的使用范围目前正在迅速扩大，广泛应用于工业、食品、医院、饭店等行业，主要用来输送含有大量固体颗粒物如淤泥、灰渣等，以及含有大量纤维状固体物质如各种纺织废物、蔬菜食品废弃物等的生活生产污水。污水泵是一种无堵塞泵，主要包括潜水式污水泵和干式污水泵两种。 本文重点介绍潜水式污水泵， 最常用的潜水式污水泵是WQ 型潜水污水泵。潜污泵不同于普通泵，因为输送介质中含有大量污物，容易堵塞流道，一旦流道堵塞，潜污泵便无法正常工作，甚至烧毁电机。所以潜污泵关注的是泵体的抗堵性能和可靠性能。污水泵是一种无堵塞泵，主要包括潜水式污水泵和干式污水泵两种。本文3 重点介绍潜水式污水泵，
3、 最常用的潜水式污水泵是WQ 型潜水污水泵。 潜污泵不同于普通泵，因为输送介质中含有大量污物，容易堵塞流道，一旦流道堵塞，潜污泵便无法正常工作，甚至烧毁电机。所以潜污泵关注的是泵体的抗堵性能和可靠性能。一 潜水污水泵的工作原理与性能指标1.1 潜水污水泵的原理污水泵与其他泵相同，有着叶轮和压水室两大核心部件。不同用途的污水泵其叶轮型式也不同，如可分为单流道叶轮、双流道叶轮、双叶片叶轮和无叶片叶轮几种。潜水泵工作之前，需要先将吸入管和泵壳内都充满液体，工作时的工作原理与普通叶片泵相似。叶轮高速旋转，通过叶片带动泵内的液体随之旋转。液体会在离心力的作用下飞离叶轮，射入泵壳扩散室，并且压力逐渐增加，
4、最终在压力作用下，从泵的出口排出。而在叶片的中心处，因为液体减少而形成低压区域，泵外的流体会在大气压的作用下不断补充到泵内部，从而形成连续流动。1.2 潜水污水泵性能指标1.2.1 流量即污水泵的最大排污流量，潜水污水泵的流量在朝着大小两个方向发展，现在瑞典 ABS 生产的潜水污水泵最大流量可达25000m3/h 。而西班牙博姆巴公司，则可以生产流量仅为0.02m3/h 的潜水污水泵。4 1.2.2 扬程潜污泵的量程一般在 10m100m ，随着技术的不断革新， 现在生产的潜污泵扬程可达 150m ， 而美国迪斯科费洛公司生产的潜污泵最大扬程可达400m 。1.2.3 可通过固体污物最大尺寸对
5、于潜污泵而言，最重要的性能指标就是可通过固体污物尺寸， 这也几乎成了潜污泵水力设计时唯一考虑的参数。为了能令更大的污物通过泵体， 一方面需要加大叶轮的宽度， 另一方面，必须去除大部分叶片，并要缩短叶片长度。通常，潜污泵的叶轮宽度是同功率水泵的200% 。现在一般潜污泵允许通过的固体物最大直径在50150mm ，而同样是美国迪斯科费洛公司生产的潜污泵，允许最大固体颗粒直径可达460mm 。2 潜水污水泵的抗污染能力污水泵与普通泵的重要区别是污水泵必须允许通过较大的固态污物，一般规范中要求污水泵允许通过直径100150mm 的固体。污水中包含的固态污物主要有颗粒状污物和纤维状污物。2.1 污水泵通
6、过固体颗粒的能力通过对双叶片叶轮的优化设计，可使污水泵的通过固体颗粒的能力达到最强。在设计双叶片叶轮时， 通常不会预先限制叶片间的流道形状，而是在尽量增加流道截面积的同时，尽量使得最小断面的形状接近正方形，并且需要在设计叶片流道时考虑与叶轮水力效率相关的液体通流能力。而双流道叶轮则会对叶片间的通道形状进行限制，是在给定叶片间通道形状的基础上进行设计的。通过对比可以发现，双叶片叶轮叶片间的通流道是扩散型的，所以其最小的断5 面就在叶片进口处，而双流道叶轮叶片间的通流道则是收缩的，最小断面在叶片出口处。这点早已被实践证明， 即当球状固体污物量超过叶轮的通污能力时，双叶片潜污泵会在进口处堵塞，而双流
7、道潜污泵则会在出口处堵塞。而在通过的固体污物直径相同的情况下，双叶片叶轮的通流能力比双流道叶轮要高出近20% 。2.2 污水泵清除纤维状固体的能力在实际运行中，纤维状固体比固体颗粒更容易堵塞潜水污水泵，而防止纤维状固体堵塞的技术难度也更大。在早期的潜污泵中，为了防止纤维状固体堵塞，会在叶轮的进口处加装一个锥形切割体用来将纤维状固体切碎，但是这会影响进入叶片间流道的流场分布，从而影响本的效率。随着技术的改进和设计水平的提高，现在的潜污泵已经可以利用叶片本身将纤维状固体切碎，从而大幅度提升了潜污泵的效率。二潜水污水泵的机械密封潜水污水泵广泛应用于市政排污系统的污水泵站，它起着将污水提升送至污水处理
8、厂，使污水得以净化，达到去除污染的目的。一旦潜水污水泵发生故障，污水泵站将无法正常工作，其结果将是污水直接排入自然水体，造成生态环境的污染和破坏。而潜水污水泵的最重要部件就是机械密封。目前，我单位泵站使用的潜水污水泵为瑞典飞力（ fiygt ）公司生产的“飞力”泵，共有 6 个型号 20 台，全部都是双机械密封。下面简述一下这些机械密封的结构特点、故6 障泄漏原因和维修对策。1. 潜水污水泵机械密封的特点该系列水泵都配有冷却套，将泵吊出泵坑进行保养和维修时，必须打开冷却套顶部的通风螺钉进行人工排水。飞力泵密封系统是以双机械密封布置为基础的，上、下密封之间有油室，油室内注入美孚whiterex
9、油，两组机械密封独立工作，提高了水泵工作的可靠性。所有的密封环都用碳化钨制造，取代了常用的碳化硅。 （碳化钨相比碳化硅，性能优势明显： 6 倍的机械强度： 4 倍的抗拉伸强度； 6 倍的抗冲击性： 6 倍的抗热冲击性，能快速冷却：更好的滑动性能， 干运转时磨损量是碳化硅的十分之一； 1.5 倍的硬度）。飞力泵的 o 型圈材料是丁腈橡胶，具有良好的机械性能，不受水或油的影响。但抗酸的性能较差。2、潜水污水泵机械密封的结构潜水污水泵在不工作时， 机械密封摩擦端面保持静止， 此时动、定环在预压力作用下，两摩擦端面间的液膜通常被压成厚度小于0.25m ，潜水污水泵起动瞬间定环和动环尚未发生相对位移，摩
10、擦端面摩擦状态可视为无润滑剂的干摩擦。当动环从静止达到将要滑动而尚未滑动的临界状态，此时摩擦面摩擦状态可以看成静摩擦过渡为临界摩擦。此时摩擦力从0 到最大。潜污泵一旦起动， 并随着转速的增加， 泵腔内水压力增加， 水渗入机械密封两摩擦端面，使两端面间的液膜增厚，此时两摩擦面间的摩擦状态可视为有润滑剂的动摩擦状态。此时的摩擦系数大约为无润滑剂时的静摩擦系数的三分之7 一左右。换句话说，此时的摩擦力是临界摩擦力的三分之一左右。三、潜水污水泵机械密封的改进1. 采用动力密封装置因为用于该产品的机械密封面临的介质比较复杂、恶劣。因此. 在机械密封的外围采取若干措施阻挡固相物进入. 降低机械密封的背压力
11、 , 是十分必要的。首先采用动力密封装置 , 该装置由泵叶轮后盖板外侧的背叶片、副叶轮、阻旋片和停车密封等组成. 如图1 所示。泵叶轮流通进口处开设 5 个平衡孔 . 叶轮背部设计一凹型口环. 使其在下油室下端的凹型口环中自由旋转. 在下油室下端的凹型口环内. 安装一橡胶副叶轮。背叶片和叶轮后盖板实际上组成了一个半开式离心叶轮。该叶轮旋转过程中产生的扬程 , 能够降低流程介质向轴封处的泄漏, 起封堵输送介质的逆压作用8 通常称此扬程为密封压头或密封能力。副叶轮是一个半开式离心叶轮. 它旋转时所产生的扬程也起封堵输送介质的逆压作用。当背叶片与副叶轮产生的密封压头之和等于或稍大于叶轮出口压头时,
12、便可封堵输送介质的泄漏。还能抛出固相物, 进一步降低机械密封的背压。阻旋片的作用是阻止液体旋转, 提高封堵压力。当无阻旋片时副叶轮背侧的液体大约以二分之一的叶轮角速度旋转. 液体压力呈抛物线规律分布. 因而副叶轮背侧轮毅区的压力小于副叶轮外径处的压力。当有阻旋片时 . 则可阻止液体旋转 ,使副叶轮背侧轮毂区的压力接近副叶轮外径处的压力 , 从而提高了副叶轮的封堵能力。 试验结果表明 , 有阻旋片时可使封堵能力提高 1 5%以上。背叶片和副叶轮只在泵运行时起密封作用。为防止泵停车后输送介质或封液泄漏, 应配置停车密封 , 使之在泵转速降低或停车时, 停车密封能及时投入工作阻止泄漏。可将其设计成组合密封系统还可减少动、静环面的固相物 . 降低其承受的背压 , 延长其使用寿命。参考资料：潜水污水泵原理与应用浅析宁光武潜水污水泵的机械密封结构- 泄漏原因及对策尹锦宏污水潜水泵机械密封应用改造黄塬
