CN100432443C - 一种深井离心泵 - Google Patents

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Abstract

一种采用拉杆联结方式的深井离心泵，其叶轮前盖板的外径约等于导流壳最大内径，叶轮前盖板外径与导流壳最大内径的配合是间隙配合，叶轮后盖板的外径也大于导叶下盖板外径，叶轮叶片的外径是由叶轮前、后盖板外径确定的圆锥面。它减小了叶轮叶片外径与导流壳最大内径之间的泵腔环室，不仅加大了叶轮直径，提高了井泵单级扬程，而且减小了液体从叶轮出口到泵腔环室的速度变化率，从而提高了水泵效率。本发明的反导叶进口边扭曲并延伸到导流壳最大内径处，即导叶下盖板外径到导流壳最大内径之间的一段导叶是叶片安放角等于液流角的三维曲面，但导叶其他部分的凹面是三维曲面，凸面是二维圆柱面，因此有利于铸造工艺，也有利于提高水泵效率。

Description

一种深井离心泵
所属技术领域
本发明是一种流体机械，尤其是一种主要在深水机井内使用的深井潜水离心泵或长轴深井离心泵。
背景技术
深井离心泵也是一种立式多级离心泵，至少由两对以上叶轮和导流壳连同一个进水段和一个出水段串联而成，其代表叶轮型式的水泵比转数在210以下。目前，国内外的深井离心泵按导流壳不同可归纳为两种。一种是采用空间导叶的深井离心泵，其实质是按斜流泵的设计方法设计的深井离心泵。另一种是采用正反导叶或只采用反导叶的深井离心泵，其实质是按不受井径限制的普通多级离心泵的设计方法设计的深井离心泵。这两种深井离心泵的叶轮外径都约等于导叶下盖板外径，而比导流壳最大内径小得多。第一种深井离心泵是因为导流壳下端要装螺栓，叶轮要装进导流壳，只得比导流壳入口还要小。第二种深井离心泵是因为导流壳内有正导叶，叶轮要装进导流壳，只得比正导叶内径还要小。在第一种深井离心泵基础上，也有把螺栓连接改为拉杆连接的，但叶轮外径仍然约等于导叶下盖板外径，远远小于导流壳最大内径。在第二种深井离心泵基础上，也有取消正导叶，只保留反导叶的，但叶轮外径只放大到等于导叶下盖板外径，仍然小于导流壳最大内径。这都是因为在原结构基础上建立起来的设计理论没有变，认为叶轮外径与导流壳最大内径之间应该有一个较大的泵腔环室才能获得较高水泵效率的缘故。由于井泵受机井井壁管内径限制，导流壳的直径已经很小了，叶轮直径再受原设计方法限制，其单级扬程自然就很低了。而单级扬程低，一台井泵就需要更多的叶轮和导流壳，就会增加井泵的长度和生产成本。专利申请号200420010385.1《井用潜水电泵》和专利申请号CN94216916.6《一种轻便型井用潜水泵》就是按以上两种方法设计的深井离心泵，虽然在专利说明书中都提到了提高单级扬程和减小轴向尺寸的优点，但叶轮直径不加大，就不可能最大限度提高单级扬程，也不可能最大限度减小整台井泵的轴向尺寸。
发明内容
为了克服现有深井离心泵的不足，本发明提供一种新型深井离心泵，其叶轮直径在可能的前提下达到了最大，其导流壳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离心泵的单级扬程，大大减短了整台深井离心泵的长度，降低了生产成本，提高了深井离心泵的使用可靠性，而且水泵效率也比目前国家标准GB/T2816-2002“井用潜水泵”规定的要高一些。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在拉杆联结方式的深井离心泵基础上实现的。因为采用拉杆联结方式，导流壳之间就不需要装螺栓，导流壳入口就可以做成与导流壳最大内径一样大，便于大直径叶轮装入导流壳内。导流壳外径是按井径与相关标准的规定尺寸设计的，导流壳壁厚是通过强度计算设计的，导流壳最大内径等于导流壳外径减导流壳壁厚，导流壳导叶是具有上、下盖板的反导叶，叶轮是具有前、后盖板的闭式叶轮，其创新点在于叶轮前盖板的外径约等于导流壳最大内径，叶轮前盖板外径与导流壳最大内径的配合是间隙配合，叶轮后盖板的外径小于叶轮前盖板的外径且大于导叶下盖板外径，叶轮叶片的外径是由叶轮前、后盖板外径确定的圆锥面。
这个创新使叶轮叶片外径与导流壳最大内径之间的泵腔环室从现有设计方法的矩形、梯形或圆弧三角形改变为直角三角形并大大减小了环形截面积，这不仅加大了叶轮直径，提高了井泵单级扬程，而且减小了液体从叶轮出口到泵腔环室的速度变化率，从而提高了水泵效率。
2.本发明解决其技术问题所采用的另一个技术方案是导流壳采用没有正导叶的反导叶结构，其创新点在于反导叶的进口边扭曲并延伸到导流壳最大内径处，即导叶下盖板外径到导流壳最大内径之间的一段导叶，无论是凹面还是凸面，都是叶片安放角等于液流角的三维曲面，但导叶出口部分为圆柱形叶片，而导叶中间部分的凹面是三维曲面，凸面是二维圆柱面。
反导叶导流壳是一种结构紧凑的导流壳，现有的反导叶导流壳都用在水泵比转数为100以下的低比转数深井离心泵中，而且其包含叶片进口部分在内的整个反导叶都是圆柱形二维曲面，而不是叶片安放角等于液流角的三维曲面，所以水泵效率都比较低，而且随水泵比转数增高而降低。本发明的这个创新，不仅可以使反导叶导流壳用到水泵比转数210以下的所有深井离心泵中，而且可以提高“低比转数深井离心泵”的水泵效率。
本发明的有益效果是，可以用本发明提出的深井离心泵更新换代现有的深井潜水泵和长轴深井泵，最大限度提高井泵单级扬程和最大限度减小井泵轴向尺寸，使大多数品种的生产成本降低1/3左右。同时这种新型深井离心泵的使用可靠性因为泵的总长度减短而提高，还可以保证水泵的效率指标达到国际先进水平，从而大大节约能源。
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2是本发明一个实施例的反导叶平面投影图。
图中1.进水段，2.叶轮前盖板，3.叶轮叶片外径，4.叶轮后盖板，5.导叶进口边，6.导流壳反导叶的下盖板，7.导流壳反导叶的上盖板，8.叶轮叶片外径与导流壳最大内径之间的泵腔环室，9.导流壳最大内径，10.导流壳外径，11.导叶出口边，12.拉杆，13.出水段，14.导叶下盖板流线，15.导叶中间流线，16.导叶上盖板流线，17.反导叶的凸面.。
具体实施方式
图1所示实施例的深井离心泵型号是250QJ125，按国家标准GB/T2816-2002《井用潜水泵》的规定，导流壳外径10必须设计成φ220左右，通过强度计算设计出导流壳壁厚为6mm，导流壳外径10减去两倍的导流壳壁厚，求得导流壳最大内径9为φ208左右，根据额定流量由导叶需要的进口面积可以计算出导流壳反导叶的下盖板6外径为φ170左右，叶轮采用具有前、后盖板的闭式叶轮，叶轮前盖板2的外径约等于导流壳最大内径9，设计成φ207左右，叶轮前盖板2的外径与导流壳最大内径9的配合是间隙配合，其间隙约为0.5mm左右，叶轮后盖板4的外径小于叶轮前盖板2的外径且大于导叶下盖板6的外径，设计成φ182左右，叶轮叶片外径3是由叶轮前、后盖板外径确定的圆锥面，由叶轮叶片外径3与导流壳最大内径9围成的泵腔环室8的过流面积经过计算，在额定流量125m3/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。
图2是本实施例的反导叶平面投影图。图中，导叶下盖板流线14、导叶中间流线15和导叶上盖板流线16共同组成反导叶的凹面，显然导叶凹面是一个三维曲面，但凹面的导叶出口边11是二维圆柱面。反导叶的凸面17基本上都是二维圆柱面，但导叶下盖板6的外径到导流壳最大内径9之间的一段是三维曲面。这个形状比较有利于铸造工艺，同时也有利于提高水泵效率。
图1所示实施例与现有的250QJ125深井离心泵相比，水泵的单级扬程从20米提高到35米，提高了75％左右，导流壳的单级轴向高度从160毫米降低到85毫米。如果按现有的空间导叶结构做一台100米扬程的深井离心泵就需要5级叶轮和导流壳，加上进水段和出水段，泵体总长将超过1米。而用本发明做一台100米扬程的深井离心泵只需要3级叶轮和导流壳，加上进水段和出水段，泵体总长不到0.6米，而且其水泵效率也超过国家标准，可靠性也有所提高。泵的总长度减短了40％，生产成本也降低1/3左右。

Claims (1)

1.一种深井离心泵，由两对以上叶轮和导流壳连同一个进水段和一个出水段串联，通过拉杆联结而成，其代表叶轮型式的水泵比转数在210以下，其导流壳外径是按GB/T2816-2002“井用潜水泵”的规定尺寸设计的，导流壳壁厚是通过强度计算设计的，导流壳最大内径等于导流壳外径减导流壳壁厚，导流壳导叶是具有上、下盖板的反导叶，叶轮是具有前、后盖板的闭式叶轮，其叶轮前盖板的外径约等于导流壳最大内径，叶轮前盖板外径与导流壳最大内径的配合是间隙配合，叶轮后盖板的外径小于叶轮前盖板的外径且大于导叶下盖板外径，叶轮叶片的外径是由叶轮前、后盖板外径确定的圆锥面，其特征是：导流壳反导叶的进口边扭曲并延伸到导流壳最大内径处，即导叶下盖板外径到导流壳最大内径之间的一段导叶，无论是凹面还是凸面，都是叶片安放角等于液流角的三维曲面，其导叶出口部分为圆柱形叶片，而导叶中间部分的凹面是三维曲面，凸面是圆柱面。
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