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井泵研究進(jìn)展
 一.定義

井泵是抽取地下水的主要設(shè)備，主要有潛水井泵和長(zhǎng)軸深井泵兩種產(chǎn)品。

1．長(zhǎng)軸深井泵是一種立式離心泵或混流泵，具有單個(gè)或若干個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪，從與軸同心的抽水部件排水。

 抽水部件借助導(dǎo)水系統(tǒng)懸掛固定，導(dǎo)水系統(tǒng)內(nèi)裝有將功率傳遞至葉輪的一系列立式傳動(dòng)軸，而原動(dòng)機(jī)處于液流外面。整個(gè)機(jī)組用于從開式水池或封閉吸水系統(tǒng)中抽水。

2．潛水井泵是一種以立式導(dǎo)流殼式的泵與連續(xù)在水下運(yùn)行的電機(jī)直連成一體的組合機(jī)組。

 機(jī)組借助揚(yáng)水管懸吊于支撐板上，并通過潛水電纜接受電能。

 兩種產(chǎn)品的水泵部分是基本相同的，不同之處主要是驅(qū)動(dòng)動(dòng)力及其與水泵部分的聯(lián)結(jié)方式。顯然，兩者既存在相似之處，又存在差別。

 在40多年的發(fā)展中，彼此之間既相互競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)又相互促進(jìn)，經(jīng)過市場(chǎng)不斷淘汰和篩選，終形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的穩(wěn)定的產(chǎn)品系列。

 泵殼有軸向剖分式和徑向剖分式兩種。大多數(shù)單級(jí)泵的殼體都是蝸殼式的，多級(jí)泵徑向剖分殼體一般為環(huán)形殼體或圓形殼體。

 一般蝸殼式泵殼內(nèi)腔呈螺旋型液道，用以收集從葉輪中甩出的液體，并引向擴(kuò)散管至泵出口。泵殼承受全部的工作壓力和液體的熱負(fù)荷。

右圖為250QJ125型號(hào)的結(jié)構(gòu)圖 。
 

圖1 QJ型井用潛水泵結(jié)構(gòu)圖
1.泵體2.環(huán)形空間3.葉輪4.螺栓
 

 二. 井泵的發(fā)展歷程

民國35年(1946年)陳阿金等5人合資創(chuàng)辦洽興抽水機(jī)修理社(現(xiàn)上海深井泵廠),設(shè)在建國西路339號(hào)。它是國內(nèi)第一家生產(chǎn)深井泵的工廠。當(dāng)年制造出國內(nèi)第一臺(tái)6英寸深井泵。國外井泵的發(fā)展比較早，技術(shù)上也比較完善。從1928年第一臺(tái)潛水井泵的發(fā)明到1961年已經(jīng)全面地標(biāo)準(zhǔn)化。

近幾十年來，國外的制造商主要在拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力上下功夫。而我國從60年代初才剛剛起步。通過幾代人的努力實(shí)現(xiàn)了從無到有，從落后到接近國外先進(jìn)水平的大跨步。下面僅以井泵的水力性能為主線對(duì)井泵技術(shù)的發(fā)展歷程作扼要回顧。

農(nóng)業(yè)灌溉和人畜飲水是至關(guān)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。能否有效地提水則關(guān)系著我國廣大農(nóng)田生產(chǎn)的成敗。同農(nóng)業(yè)機(jī)械化一樣，我國的農(nóng)田提水方式也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的演變歷程──從手工、畜力到機(jī)械化。

在我國的廣大農(nóng)村，人工提水為古老和普遍。伴隨著人們對(duì)工具的不斷改進(jìn)，逐漸采用轆轤及水車提水。借助畜力又在前者的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步。資料表明59年以前大多使用手搖水車提水，但部分地區(qū)采用了幾種立式活塞提水泵，動(dòng)力為拖拉機(jī)或畜力，明顯省力。

沈陽水泵廠于1959年對(duì)北方地區(qū)調(diào)查表明當(dāng)時(shí)的提水方式主要有三種 ：

1）解放式水車，畜力帶動(dòng)；

2）離心式水泵，較普遍的是泵放在地面上，也有安裝在地下的，受井內(nèi)條件影響大，時(shí)常中斷工作；

3）深井泵，泵工作部分在井下，傳動(dòng)支承部分用揚(yáng)水管與傳動(dòng)軸聯(lián)接。其中第三種即屬長(zhǎng)軸深井泵。由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，該泵效率比同性能離心泵低10%以上，但從工程實(shí)用角度無疑是三者之中好的，這也有力地解決了深井取水，特別是北方地區(qū)深井取水的難題。此后的發(fā)展歷史大致可以總結(jié)如下：

（1）我國潛水井泵的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：

1.60~70年代中后期的摸索階段

1960年上海江寧電機(jī)廠首先試制出2.2JN潛水電泵，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

水泵部分采取葉輪配空間導(dǎo)葉形式，水流從葉輪出來經(jīng)過空間導(dǎo)葉消除環(huán)量，以減小損失。初的設(shè)計(jì)不是很理想，效率僅為35%。

1965年上海水泵廠進(jìn)一步試制出2.2Kw的系列化產(chǎn)品，效率達(dá)到57.5~75.5%，已接近國外先進(jìn)效率指標(biāo)。從水力設(shè)計(jì)資料看葉輪和導(dǎo)葉的流道面積變化均勻，說明當(dāng)時(shí)已較好地掌握了水力設(shè)計(jì)方法。JN型主要針對(duì)河湖、溝渠、土井淺水作業(yè)，嚴(yán)格來講，早期的JN泵不屬井泵系列。但其發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，尤其是早期葉輪與導(dǎo)流殼的水力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是彌足珍貴的。

JN型經(jīng)過3次較大變革成功發(fā)展成QY型作業(yè)面泵。而北方深井提水也迫切需要相應(yīng)的產(chǎn)品。65年前后國內(nèi)已經(jīng)開始研制，由于歷史的原因，國家于70年左右才開始著手組織北方地區(qū)研究、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)NQ型農(nóng)用潛水電泵的工作。

1972年1月北方八�。ㄊ校�對(duì)NQ系列潛水電泵的設(shè)計(jì)、系列化進(jìn)行了總結(jié)；同年3月于石家莊水泵廠對(duì)四種口徑九個(gè)品種NQ系列潛水電泵制定了統(tǒng)一的定型方案。此后各地如雨后春筍般相繼開發(fā)出各種型號(hào)NQ型潛水電泵。NQ型的水泵部分由進(jìn)水節(jié)、葉輪、導(dǎo)流殼和逆止閥等組成，結(jié)構(gòu)整齊，布置合理。這樣便于廠家形成多品種、系列化產(chǎn)品，很好地滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。從資料看當(dāng)時(shí)普遍采用一般離心泵葉輪配上空間導(dǎo)葉作為泵體部分。這種生搬硬套既不符合井泵特殊的結(jié)構(gòu)要求和工況，也不符合井泵內(nèi)部流動(dòng)原理，造成能量損耗較大，往往達(dá)不到預(yù)期的指標(biāo)，效率普遍較低，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)者也注意到了。

 2.70年代中后期~80年代大規(guī)模生產(chǎn)和全面研究階段

由于結(jié)構(gòu)上深井潛水泵受井徑限制，而且工作部分深入水下，工況不同于一般離心泵，有必要從流動(dòng)原理著手，系統(tǒng)加以研究。

由于歷史原因，一直到70年代中后期，針對(duì)性的水力模型研究都遲遲沒有開展。1977年，中國農(nóng)機(jī)院開始了部分離心式潛水泵水力模型的研究，揭開了井用潛水泵全面深入研究的序幕，通過研究效率普遍提高3~6%。研究從設(shè)計(jì)、模型、鑄造及加工各環(huán)節(jié)詳細(xì)作了試驗(yàn)、分析和探討，達(dá)到了深入的理論和經(jīng)驗(yàn)積累。

隨后80年代初中國農(nóng)機(jī)院又掀起了深入研究井用潛水泵的高潮，針對(duì)葉輪和導(dǎo)葉水力設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了深入的探討，取得了豐碩的成果。

在這些成果的基礎(chǔ)上，促成80年代NQ型井泵的大規(guī)模系列化生產(chǎn)。這一時(shí)期全國各地潛水泵廠如雨后春筍般迅速發(fā)展起來，并且相繼開發(fā)出各自的系列，達(dá)到潛水井泵生產(chǎn)的高峰期。

從資料看這一時(shí)期比較成熟的設(shè)計(jì)之一是模仿普通立式多級(jí)離心泵，采用正反導(dǎo)葉，葉輪采用優(yōu)秀水力模型，導(dǎo)葉設(shè)計(jì)采用等速度矩原理。另一種采用空間導(dǎo)葉，葉輪采用優(yōu)秀水力模型，考慮葉輪與空間導(dǎo)葉的相互作用，把兩者作為一個(gè)整體來設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)思想在當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品中得到很好得貫徹和體現(xiàn)。

這一時(shí)期一些廠家還引進(jìn)國外廠品進(jìn)行仿制和改進(jìn)，如沈陽水泵廠引進(jìn)西德Ritz公司的66系列潛水泵，并加以改進(jìn)，效果比國外80年代初的產(chǎn)品略有提高，雖然還追不上同時(shí)期國外的技術(shù)水平，但80年代蓬勃的發(fā)展說明我國在井泵的設(shè)計(jì)水平上較六、七十年代已有了總體的提高。

80年代中后期NQ型泵逐漸退出歷史舞臺(tái)，為QJ系列取代。后者在結(jié)構(gòu)和性能方面都有所優(yōu)化和提升，QJ這一型號(hào)也一直沿用至今。

 3.90年代以來發(fā)展趨緩

在中國農(nóng)機(jī)院80年代初掀起的研究高潮過后，井泵的研究基本處于停滯狀態(tài)，也不難理解，十余年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明井泵性能基本維持在原來的基礎(chǔ)上，也就是說原有的水力模型是比較優(yōu)秀的，那么對(duì)于井泵這種量大面廣的產(chǎn)品，廠家更關(guān)注如何節(jié)約成本，而不是水力設(shè)計(jì)方法的研究。

大規(guī)模系統(tǒng)化的模型研究已不可能，比較普遍的是廠家對(duì)產(chǎn)品略微改進(jìn)，或者通過引進(jìn)國外高檔次產(chǎn)品加以仿制和吸收。但另一方面，理論研究工作仍然在繼續(xù)。較有共識(shí)之一，在大比速時(shí)，葉輪向后傾斜，再配上空間導(dǎo)葉，這種設(shè)計(jì)比采用普通離心葉輪(不向后傾斜)的性能要高，并且在形式上不斷變化中。其二，在小比速時(shí)，采用優(yōu)秀葉輪，配上正反導(dǎo)葉，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品都明顯地反映了這兩種典型形式。