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做和往复直动潜水泵的设计与分析

发布时间:2021-09-21 16:29:01 阅读: 来源:化学试剂厂家

往复直动潜水泵的设计与分析

摘要:论述了往复直动原理在浅表层机井提水泵中的应用,介绍了以电磁铁为动力驱动部分的新型提水泵的设计和工作过程,重点介绍了动力部件的原理、选型、结构设计;反弹簧的原理设计。

关键词:往复;直动;潜水泵

1 问题的提出

机井提水的主要工具是潜设电泵,它主要采用潜水电机和叶片泵、轴流泵结合的设计方式。由于制造工艺水平较低,干环绕电机密封问题未圆满解决,使用寿命短;由于密封结构复杂、成本高,使传动效率下降且使机体直径增大,因此现代潜水电机大多采用湿环绕。

潜水电机直径越小制造难度越大,湿环绕因绝力来复位,要造成空腔局部真空表面胶合强度,回复必须要快,因此需要反弹簧提供回复力。在空间很小的条件下,一般缘层的增加使机体增大,同时增加了材料损耗,使成本提高。从机体允许直径、使用效率、维护、安全密封、动力部件等方面考虑,湿环绕叶片式和轴流式不适合超轻型的浅表层提水泵。

2 原理分析

往复直动泵结构简单、体积小、效率高、制造容易,成本低,适合于浅表层机井提水。往复直动设计通过改变容积,造成局部压力下降,在大气压作用下提升液体。直动设计保证了泵体适合机井管道。

3 结构设计

3.1 总体布置

往复泵大多体积庞大,活塞缸、提水部件结构形式多样、无法进入机井管道。浅层机井提水泵要求近圆柱形,直径小,外表简洁、平滑。参考泵的一般串接形式,浅表层提水泵采用直动往复结构,整机由动力部分、密封部分、提水部分组成,如图1所示。

1.图阀 2.提水部件 3.密封部件

4.轴 5.导水管 6.反弹簧 7.铁芯衔铁

图1 泵的总体结构

3.2 动力部件设计

本泵动力源采用通用交流220V电源,为在一定直径下解决直动往复传动,采用电磁铁驱动方其中PCB产业已建设成为我国PCB领域产品品种最全、产业链最完全、综合技术水平最早进的PCB产业式。

3.2.1 电磁铁的选型

在实际应用中要求电磁铁结构简单、吸力大,启动电流小。直动交流电磁铁结构分为:单E型、双E型、单U型、双U型、T型、甲壳螺管式。从吸力特性方面对上述结构进行比较,选定单U型电磁铁。

3.2.2 电磁铁设计

该泵设计要求为:扬程30m,极限扬程60m,流量0.5T,电磁铁激磁线圈额定电压200V,工作电流小于5A。根据结构要求确定出水口直径为14mm,活塞直径为58mm。由连通器原理可以计算出活塞极限压力。电磁铁既要推动活塞工作又要克服弹簧的反力和密封件的摩擦力。经试验,反弹簧的反力为400N,考虑损失,根据公式:

Fc≥kaFH

其中:Fc为临界吸力,ka为磁力启动器安全系数:1.2~1.5;FH为反弹簧拉力。可以确定电磁铁临界吸力;由一般计算公式可得铁芯柱截面积、激磁线圈匝数、激磁电流、导线直径。

根据泵体最大外形尺寸,为简化制造工艺,降低成本,使泵体具有良好的防磁性、导热性、散热性。泵壳体采用铝合金压力铸造。在保证压铸工艺和壳体强度、刚度条件下,内腔为长方形空间,因此电磁铁应为矩形磁体。根据线圈截面积、铁芯截面积,可分配长宽尺寸得到合理的骨架结构。

1.3 反弹簧设计

电磁铁带动活塞等提水部件,向上运动需要回复力来复位,要造成空腔局部真空,回复必须要快,因此需要反弹簧提供回复力。在空间很小的条件下,一般弹簧难以适用,同时电磁体的往复运动近乎于高频振荡。因此,我们设计了如图2所示反弹簧。该弹簧内部为铝合金骨架,外部为顺丁橡胶,在弹性变形范围内可承受高频往复运动,既满足了反力要求又解决了密封问题。弹簧所在位置如图1所示,结构如图2所示。该弹簧直径与泵体直径相同,骨架一侧开一出水孔,另开四个孔作为与泵体联接定位。为保证强度,骨架厚度为9mm,为保证回复力储能,弹簧中部采用锥形隆起。压铸时骨架与橡胶同轴度小于0.2mm,以防止高频工作时骨架内侧橡胶撕裂,以骨架内径及任一端面做定位基准进行硫化。

图2 反弹簧结构图

1.顺丁橡胶弹簧体 2.铝合金骨架

4 泵工作过程

得电后在电磁力作用下,铁芯7带动轴4上移,轴带动活塞上移使进水腔容积变大、压力下降。在气压作用下水由进水口顶开阀1进入进水腔;失电后,在反弹簧6作用下轴带动活塞迅速下降回位,阀1关闭,水由进水腔下部挤开活塞外沿进入进水腔上部。再次得电后,活塞上移,进水腔下部再次吸入水,挤入进水腔上部的水被活塞挤压提升进入导水管5,通过反弹簧的开孔向上进入导管,在高频本钱是汽车轻量化的核心阻力往复中重复上述动作,水被提至地表。

5 结论

该泵体积小重量轻、结构简单、动作可靠、适合浅表层机井,经实验完全达到流量和设计扬程,因电流小可采用民用电源设计,除机井提水外可用于花园绿电源应安装空气开关和漏电保护装置地的浇灌。泵结构中往复直动方式应用新颖、反弹簧设计独特,在小空间内解决了实际问题,值得借鉴。

参考文献

[1] 张展。非标准设备设计手册[M].北京:兵器工业出版社,1993.

[2] 金树德,陈次昌。现代水泵设计方法[M].北京:兵器工业出版社,1993.

[3] 张冠生。电器学[M].北京:机械工业出版社,1982.

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