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(kāi)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(guò)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(guò)市場(chǎng)不斷淘汰和篩選，zui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(guó)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(guó)西路339號(hào)。它是國(guó)內(nèi)*家生產(chǎn)深井泵的工廠。當(dāng)年制造出國(guó)內(nèi)*臺(tái)6英寸深井泵。國(guó)外井泵的發(fā)展比較早，技術(shù)上也比較完善。從1928年*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(lái)，國(guó)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(guó)從60年代初才剛剛起步。通過(guò)幾代人的努力實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有，從落后到接近*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(guó)廣大農(nóng)田生產(chǎn)的成敗。同農(nóng)業(yè)機(jī)械化一樣，我國(guó)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(guó)的廣大農(nóng)村，人工提水zui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(yáng)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(wú)疑是三者之中的，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(guó)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，*。 水泵部分采取葉輪配空間導(dǎo)葉形式，水流從葉輪出來(lái)經(jīng)過(guò)空間導(dǎo)葉消除環(huán)量，以減小損失。zui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*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(shuō)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(lái)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(guò)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(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始研制，由于歷史的原因，國(guó)家于70年左右才開(kāi)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?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(kāi)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(méi)有開(kāi)展。1977年，中國(guó)農(nóng)機(jī)院開(kāi)始了部分離心式潛水泵水力模型的研究，揭開(kāi)了井用潛水泵全面深入研究的序幕，通過(guò)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(guó)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(guó)各地潛水泵廠如雨后春筍般迅速發(fā)展起來(lái)，并且相繼開(kāi)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(lái)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(guó)外廠品進(jìn)行仿制和改進(jìn)，如沈陽(yáng)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(guó)外80年代初的產(chǎn)品略有提高，雖然還追不上同時(shí)期國(guó)外的技術(shù)水平，但80年代蓬勃的發(fā)展說(shuō)明我國(guó)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(lái)發(fā)展趨緩
在中國(guó)農(nóng)機(jī)院80年代初掀起的研究高潮過(guò)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(lái)的基礎(chǔ)上，也就是說(shuō)原有的水力模型是比較的，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(guò)引進(jìn)國(guó)外次產(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。 2)我國(guó)長(zhǎng)軸深井泵的發(fā)展 從資料看59年以前就已經(jīng)采用深井泵了，只是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高，因此沒(méi)有得到很好的發(fā)展。 1965年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院聯(lián)合多家泵廠對(duì)J型機(jī)井泵和TJ型土井泵進(jìn)行了設(shè)計(jì)和試制，兩者水泵部分的結(jié)構(gòu)基本相同，水流經(jīng)葉輪后通過(guò)導(dǎo)流殼消除環(huán)量從而提高水力性能。從實(shí)測(cè)結(jié)果看，效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠。這對(duì)解決北方地區(qū)提取地下水，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要意義。 此后各地廠家紛紛試制出各自特色的產(chǎn)品，總體上呈現(xiàn)品種多而不全、型號(hào)繁雜、尺寸不一、性能落后等狀況。 這一狀況一直維持到80年代初，而后隨著一機(jī)部“三化"工作的開(kāi)展，逐步有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。J型就是典型的長(zhǎng)軸深井泵，后來(lái)發(fā)展成JD開(kāi)式葉輪型，后又演變?yōu)镴C閉式葉輪型。另一方面，值得一提的是小流量長(zhǎng)軸深井泵的研究有重大的進(jìn)展，1983年河北研制出小流量JC深井泵，效率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)6~7%，達(dá)到水平，*。 此后又開(kāi)發(fā)出一系列產(chǎn)品，不僅深受用戶歡迎，重要的是在葉輪和導(dǎo)流殼的水力設(shè)計(jì)理論上也取得了重要的經(jīng)驗(yàn)。相比之下，其他大多數(shù)型號(hào)的水力性能偏低，這與長(zhǎng)期以來(lái)缺乏研究的慣性有關(guān)，也同廠家片面追求低廉化產(chǎn)品的觀念有關(guān)。
葉輪是惟一的作功部件，泵通過(guò)葉輪對(duì)液體作功。葉輪型式有閉式、開(kāi)式、半開(kāi)式三種。閉式葉輪由葉片、前蓋板、后蓋板組成。半開(kāi)式葉輪由葉片和后蓋板組成。開(kāi)式葉輪只有葉片，無(wú)前后蓋板。閉式葉輪效率較高，開(kāi)式葉輪效率較低。
三. 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前國(guó)外井泵廠家主要有美國(guó)的飛力公司(Flygt)、ITT旗下的Goulds分部、瑞典的格蘭富、德國(guó)的KSB等，從引進(jìn)的產(chǎn)品看，無(wú)論在水力性能以及加工工藝和材料耐用性方面都是非常先進(jìn)的。
我國(guó)井泵技術(shù)水平還落后于國(guó)外，除了經(jīng)濟(jì)上的客觀原因之外，還有水泵技術(shù)人員的主觀原因。
一是很多設(shè)計(jì)人員把井泵當(dāng)作一般的多級(jí)離心泵，往往參照各種離心泵的模型而不是井泵的模型來(lái)設(shè)計(jì)葉輪（也因?yàn)榫玫哪Ｐ秃茈y找到），結(jié)果這些的離心泵水力模型用在井泵上，單級(jí)揚(yáng)程和水泵效率都降低了許多； 二是很多設(shè)計(jì)人員認(rèn)為我國(guó)的水泵設(shè)計(jì)技術(shù)不比國(guó)外差，把水泵產(chǎn)品的落后僅僅歸咎于材料技術(shù)和制造工藝技術(shù)落后，不愿意進(jìn)行水力設(shè)計(jì)方法的改革，井泵的設(shè)計(jì)技術(shù)自然難提高了。
但是，開(kāi)放的水泵市場(chǎng)讓我們看到了真實(shí)的差距，中國(guó)廣闊的市場(chǎng)和較低的勞動(dòng)力成本讓*的水泵商家把生產(chǎn)基地放到了中國(guó)，與此同時(shí)也是提高我國(guó)井泵設(shè)計(jì)技術(shù)的好時(shí)機(jī)，并且也是刻不容緩了。
目前在高比速段，延續(xù)了向后傾斜并配上空間導(dǎo)葉的型式，只是向后傾斜較大，形狀上類似混流泵葉輪，整體上呈S形，低比速段仍然采用葉輪和正反導(dǎo)葉型式，沒(méi)有本質(zhì)的變化。
于S型，水力性能相當(dāng)好，改進(jìn)的余地很小。而正反導(dǎo)葉型式效率起伏不定，時(shí)好時(shí)壞，仍然有較大挖掘潛力，正是基于此，去年，我們流體中心與福建銀嘉機(jī)電公司合作研制成功4英寸井泵，我們延伸前蓋板頂?shù)奖帽?，減小后蓋板，取消正導(dǎo)葉，換導(dǎo)流殼為進(jìn)口扭曲的空間徑向?qū)~。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上把井泵的單級(jí)揚(yáng)程提高了50%，水泵效率提高了8個(gè)百分點(diǎn)。在探索井泵新設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，大大縮減了泵體長(zhǎng)度，降低了成本，為物美價(jià)廉的井泵開(kāi)辟了道路，
為了達(dá)到物美價(jià)廉的目標(biāo)，新型井泵尤其是級(jí)數(shù)超過(guò)3級(jí)的高揚(yáng)程井泵，今后的發(fā)展趨勢(shì)將是單級(jí)揚(yáng)程大大提高，泵體的軸向高度大為降低。當(dāng)然這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)只有在井泵的效率和可靠性進(jìn)一步提高的前提下才有意義。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《井用潛水泵》（GB/T2816-2002）在制定基本參數(shù)時(shí)，取消了舊標(biāo)準(zhǔn)《井用潛水泵型式和基本參數(shù)》（GB/T2816-91）中對(duì)單級(jí)揚(yáng)程的規(guī)定是順應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)的。
圖1和圖2是250QJ125的兩種設(shè)計(jì)示意圖，圖1代表了國(guó)內(nèi)目前的水平，其單級(jí)揚(yáng)程大約在20米左右，其單級(jí)軸向高度約160毫米，如果做一臺(tái)100米揚(yáng)程的井泵就需要5級(jí)葉輪和泵體，加上進(jìn)水節(jié)和出水閥，泵體總長(zhǎng)將超過(guò)1米。
圖2代表了今后的發(fā)展趨勢(shì)，其單級(jí)揚(yáng)程大約在35米左右，其單級(jí)軸向高度只有85毫米，如果做一臺(tái)100米揚(yáng)程的井泵只需要3級(jí)葉輪和泵體，加上進(jìn)水節(jié)和出水閥，泵體總長(zhǎng)不到0.6米。而且其水泵效率與可靠性都會(huì)有所提高。 下表是我們要設(shè)計(jì)的井用潛水泵與國(guó)內(nèi)外同類井泵的技術(shù)參數(shù)比較：
產(chǎn)品型號(hào)
| 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)井泵 | 新型井泵 | 格蘭富井泵 | 佩德羅井泵 | 150QJ20-65/10 | 150QJ20-65/5 | SP17-10 | SP30-7 | 6SR18/6 | 流量Q（m3/h） | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 水泵揚(yáng)程H (m) | 65 | 65 | 64 | 66.5 | 66 | 單級(jí)揚(yáng)程Hi (m) | 6.5 | 13 | 6.4 | 9.5 | 11 | 轉(zhuǎn)速n （r/min） | 2850 | 2850 | 2875 | 2875 | 2900 | 比轉(zhuǎn)數(shù) | 190.47 | 113.25 | 194.38 | 144.54 | 130.62 | 水泵效率ηp | 0.64 | 0.69 | 0.68 | 0.69 | 0.66 | 泵軸功率P2（kw） | 5.53 | 5.13 | 5.13 | 5.25 | 5.45 | 配套功率Pe（kw） | 7.5 | 6 | 5.5 | 7.5 | 7.5 | 功率配比 | 1.36 | 1.17 | 1.07 | 1.43 | 1.38 | 超載風(fēng)險(xiǎn) | 無(wú) | 無(wú) | 無(wú) | 無(wú) | 無(wú) | 泵體外徑（mm) | 127 | 127 | 131 | 131 | 151 |
新型井泵要比現(xiàn)有的井用潛水泵成本低、效率高。從新、老井泵對(duì)比圖可以明顯看出，新型井泵比老式井泵要短得多，可節(jié)約原材料2/3，降低了生產(chǎn)成本。 四. 結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)有著廣闊的幅員，尤其北方平原地區(qū)，農(nóng)田提水和人畜飲水迫切需要性能穩(wěn)定而價(jià)廉物美的井泵，而且隨著城市生活水平的提高，需要完善的供水系統(tǒng)，這些都意味著井泵發(fā)展有著廣闊前景。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，井泵行業(yè)也面臨著挑戰(zhàn)，同時(shí)存在巨大商機(jī)，只要銳意進(jìn)取，一定能迎來(lái)井泵發(fā)展的又一個(gè)高潮。
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新老井泵對(duì)比圖 
圖2 新型SJB型井用潛水泵結(jié)構(gòu)圖
1.拉桿2.泵體3.環(huán)形空間4.葉輪
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