光伏潜水泵的结构设计分析代红超

光伏潜水泵的结构设计分析代红超

代红超

新界泵业集团股份有限公司浙江温岭312575

摘要：随着社会经济及科技技术的快速发展，光伏潜水泵被广泛应用在各领域中，并为节约自然能源，实现自动化管理目标奠定了坚实技术基础。本文就基于此，通过增加光伏潜水泵高效区等方式，提升电机整体运行效率与可靠性，缓解潜水泵润滑油对周围水质造成的污染情况，充分发挥出光伏潜水泵在促进社会可持续发展中的积极作用。以供参考。

关键词：光伏潜水泵；结构设计

1、光伏潜水泵理论分析

1.1潜水泵

潜水泵又被称之为潜水电泵，是一定使用范围更广的水处理设备，在农业生产或工业加工等领域得到了快速发展。通常情况下，潜水泵主要由泵体、扬水管、泵座与潜水电机组成。随着材料科学与密封技术、自动控制装置的日益成熟，为增强潜水泵功能性，保障潜水泵稳定有序运行奠打下了坚实基础。

二十世纪五十年代末，我国上海人民电机厂首次生产出了潜水电泵，到目前为主获得了集大成就。

1.2潜水泵种类

依据潜水泵电机位置的不同，可分为上泵式与下泵式两种类型。上泵式潜水泵泵体在上端，电机在下部，减少了泵结构的径向尺寸，多应用在的水井等小作业面中[1]；下泵式潜水泵电机在上端，泵体在下部，又可分为内装及外装等形态。

同时，依据潜水泵叶轮结构不同，其适宜应用的场合也存在较大差异。开式或半开式叶轮主要有抗磨材料组成，具有可调节导叶与滤网结构，可适用于建筑施工、岩洞、工厂与舰船等排水作用中；无堵塞式流道叶轮潜水泵具有运行稳定性强、效率高等特征，可应用在城市泵站与污水处理厂污水抽送中；多叶片闭式潜水泵主要材质为铁或不锈钢，因其单侧或双侧均可吸进水，更是用在农业灌溉与工业生产中。

1.3光伏潜水泵发展趋势

光伏潜水泵自八十年代发展之初，就被大规模应用在偏远地区供电或供水中。由于部分地区的地下水位较低，对光伏潜水泵的杨程度要求较高，需对光伏潜水泵原结构进行不断改良，从根本上提升光伏潜水泵的运行效率及可靠性，促进光伏潜水泵生产及利用经济利益最大化发展目标的实现。

2、光伏潜水泵径向尺寸设计

结合国内外生产要求，光伏潜水泵总径向尺寸应维持在20至100m之间，配用井径在4与5时泵功率容量在1kW以下。6时井径配用光伏潜水泵的功率等级在1kW到15kW[2]。此种井径要求对光伏潜水泵的结构设计提出了更高要求。为确保光伏潜水泵能够在高效运行的前提下利用径向尺寸，国外生产厂家制定出了不同井径要求的光伏潜水泵标准径向尺寸。同时，在径向尺寸中，还对光伏潜水泵外壳直径、电缆护罩后的最大径向、驱动部分长度与泵总长等参数数据进行了总结，找寻出不同井径要求下，光伏潜水泵驱动部分长度随功率与扬程变化而不断变化的规律，更好推动了光伏潜水泵生产及使用行业的规范化、专业化发展。

3、光伏潜水泵结构设计要点

与其他潜水泵相比，光伏潜水泵结构较小，因此水泵、电机、磁性耦合器与轴承等构件设计期间需维持在4时左右。在保障光伏潜水泵外形尺寸符合实际生产要求的前提下，提升光伏潜水泵运行质量与效率。

3.1水泵

在光伏潜水泵结构设计过程中，水泵作为支撑光伏潜水泵运行的核心构件，需受到相关技术人员的高度关注[3]。由于光伏潜水泵水泵体积较小，为切实提升生产制造质量与经济适用性，需将水泵的叶轮与导叶轮设定为开式结构，保障光伏潜水泵铸件结构的完整性及功能性，使流道表面更加光滑，便于后期操作人员对流道表面进行重复性修整。

因光伏潜水泵结构设计受到尺寸要求限制，水泵中导叶轮外壳之间的连接方式不可使用常规潜水泵类似长螺杆拉紧的手段，而是通过在导叶轮外壳之间采用螺纹联结方式，增加潜水泵的强度与刚度。同时，在导叶轮外壳处套上一层不锈钢钢罩，用四个螺钉将外罩紧固，切实提升光伏潜水泵结构的强度与稳定性，防止外力冲击等作用致使水泵内部结构受到损害，甚至水泵故障等问题出现。

3.2电机

在光伏潜水泵中，其电机径向尺寸较为紧凑，铁芯长度与直径之间的比值较大。同时，光伏潜水泵转子与定子之间气隙只有0.3mm，不可随意改变，避免对光伏潜水泵运行效率造成严重不利影响[4]。因此为提升光伏潜水泵结构设计质量，增强光伏潜水泵运行期间的稳定性与功能性，确保光伏潜水泵电机运行效率满足相关生产标准，在对光伏潜水泵电机结构进行优化的过程中，还需注重电机铁芯冲片的材料的选择工作。当前光伏潜水泵的电机冲片多使用冷轧无取向的硅钢片。

不仅如此，光伏潜水泵与常规水泵相比，铁芯长度与直径大，绕度更高，因此为从根本上保障光伏潜水泵的动平衡精度，需结合实际生产与应用特定，对光伏潜水泵电机定子与转子之间的同心度进行深入分析，找寻到提升同心度的最优办法。

3.3磁性耦合器

常规潜水泵电机轴与水泵轴之间会采用联轴器作为直接传动力，需额外采取其他密封手段对整个泵体进行密封。虽然科技技术的迅猛发展使得机械密封可靠性不断增长，但由于潜水泵常年在水中运行，仍会有微量水从泵体外壳处渗入到潜水泵内部，导致潜水泵运行效率低，使用寿命严重缩短。而光伏潜水泵主要采用磁性耦合器作为力矩传动，不属于接触性传动范围[5]。在磁性耦合器中，主动耦合器与从动耦合器之间间隔着密封杯结构，可将泵内动密封转化为静密封，切实提升了光伏潜水泵密封的可靠性。在水泵叶轮进入异物或水泵运载负荷较高的情况下，磁性耦合器还可对光伏潜水泵内部结构进行保护，提升光伏潜水泵实际运行期间的稳定性。

不仅如此，光伏潜水泵中磁性耦合器摩擦损耗机会可以忽略不计，运行能耗率低。从制造成本上看，采用磁性耦合器的光伏潜水泵制造成本要比常规潜水泵制造成本高，后期运维所需费用更多。但由于光伏潜水泵属于特种泵，对泵体运行效率要求较高，因此采用磁性耦合器依然具有一定的经济实用性。

3.4润滑轴承

光伏潜水泵需设计成无油泵，防止泵内软化油泄漏对周围水环境造成污染。因此在光伏潜水泵结构设计期间，可采用特种水润滑轴承，使轴承处于封闭的清水容膛中，充分发挥出清水润滑剂与冷却剂的积极作用，更好延长光伏潜水泵使用寿命。

3.5密封设计

在光伏潜水泵密封设计过程中，需针对光伏潜水泵运行环境特征，将电机套在密封不锈钢筒内，防止水体进入出现短路的情况。同时，不锈钢外罩应通过上下端盖的双层密封圈密封，电缆引出通过电缆压制成锥形密封套，再用螺母压紧。

3.6造型设计

光伏潜水泵不仅要具备良好的性能，其外形也需有着简便性特征，充分体现出水泵功能与高科技产品特征。保障光伏潜水泵外壳的强度与密封性，合理规范光伏潜水泵颜色，切实提升光伏潜水泵整体结构的协调性与统一感。

总结：总而言之，由于传统光伏潜水泵在径向尺寸中受到明显制约，为满足各领域生产经营要求，需在原基础上对光伏潜水泵的构件进行不断优化，通过积极引进新材料、新技术，针对光伏潜水泵建立起系统化控制系统，确保光伏潜水泵运行效率与质量能够满足逐渐增长的生产需求。

参考文献：

[1]井婷婷.我国矿用应急潜水泵存在的主要问题及对策[J].矿业安全与环保，2018，45（01）：112-115.

[2]王洪亮，施卫东，杨阳，周岭，陆伟刚.叶轮与导叶叶片数匹配对井用潜水泵性能的影响[J].农业机械学报，2018，49（07）：103-111.

[3]朱婷，段柏山，张传飞，周江勇.地浸钻井潜水泵下井深度与抽液量的关系研究[J].中国矿业，2018，27（S2）：245-249.

[4]刘丹丹.自动限速风动潜水泵控制系统的设计与实验研究[D].安徽理工大学，2017.

[5]魏清顺，孙西欢，刘在伦.导流器几何参数对潜水泵性能影响的通径分析[J].排灌机械工程学报，2014，32（03）：202-207.